一种无线分布式电容电感测试装置的制作方法

本实用新型涉及电容电感测试技术领域，尤其涉及一种无线分布式电容电感测试装置。

背景技术：

电容电感测试仪针对变电站现场测量并联电容器组中的单个电容器电容值时存在的问题而专门研制的。但换流站需要测试的电容器数量多、安装位置高，测试工作量大。国内现有测试仪体积、重量以及需要外加电源等特征，不能满足换流站对电容器的测试要求，因此迫切需要解决此现场测试技术问题。

申请号为CN200820055275.5的中国专利公开了一种电容电感测试装置，包括：一可程控的电源模块；一采集被测试品上的电压和流过被测试品电流，并进行A/D转换的测试采样模块；及一处理所述测试采样模块采集的电压和电流信号进行分析处理的控制模块；所述控制模块分别与所述的电源模块和测试采样模块连接。该测试装置体积大、重量大，而换流站电容器位置较高，现场测试时需要把测试装置放置在电容器旁边进行测试，而且需要电源线拖拉至高处进行逐个检测电容器，测试时劳动量大，效率很低，也不安全。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种无线分布式电容电感测试装置。所述测试装置能够测试换流站内数万只的电容器，方便测试，提高了工作效率，而且便于测试数据管理、数据传递。

本实用新型的技术方案如下：一种无线分布式电容电感测试装置，所述测试装置包括主机以及与主机通过无线连接的单元机，所述单元机包括电流钳、电流测试通路、电流放大器，电压测试通路、电压放大器、A/D转换单元、DSP数字信号处理器、D/A转换单元、功放单元、测试电源输出、UART和无线通讯单元，其中，电流钳卡接在被测电容器或电感的连接铝排，另一端通过航空插头连接到电流测试通路端口，测试电源输出通过测试线连接被测电容或电感的两端，电流测试通路与电流放大器连接进行电流放大，电压测试通路与电压放大器连接进行电压放大；电流放大器、电压放大器分别将放大的电流信号、电压信号传递至A/D转换单元，A/D转换单元将转换后的电流信号和电压信号通过并口传递至DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器进行运算处理，运算所得到的幅值和初相角等特征值经过UART串行通讯口输出到无线通讯单元，无线通讯单元以无线的方式传递至主机，所述DSP数字信号处理器将数字信号传递至D/A转换单元以产生模拟正弦波信号，模拟正弦波信号输出到功放单元，功放单元对外输出测试电源。

进一步地，所述功放单元采用两级完成，由AD620放大器组成前级差分放大，后级由OPA549T放大器完成功率推动，OPA549T放大器的最大工作电压为±30V，连续工作电流达8A，峰值电流可达10A。

进一步地，所述电压电路包括信号衰减器、信号缓冲器和程控放大器；所述信号衰减器对输入信号进行衰减以适应放大回路的工作电压，信号缓冲器对信号进行初级放大和阻抗匹配，程控放大器接受DSP数字信号处理器的控制以完成整个电压量程范围的信号放大。

进一步地，所述电流电路包括I/U转换器和程控放大器，I/U转换器将电流传感器的电流信号转换为电压信号，并实现阻抗匹配，程控放大器接受DSP数字信号处理器的控制以完成整个电流量程范围的信号放大。

所述单元机内部还设有仪用电源，以提供单元机所需的所有工作电源，外部设有与DSP数字信号处理器相连的操作键以及指示灯。

所述主机采用交流或内置锂离子电池供电，主机内设有DSP数字处理器，DSP数字处理器连接有数据存储单元、液晶显示器、打印机、USB接口、旋转鼠标以及仪用电源，UART与无线通讯单元连接。

所述主机与单元机之间采用公共无线频带进行联络和数据交换，如可采用433MHz公共无线频带进行联络和数据交换。

本实用新型还提供所述的测试装置在测试电容电感中的应用。

本实用新型提供的测试装置的测试原理与普通电感电容测试仪相同，在被试品上施加测试电压，再测量电压和流经试品的电流，根据欧姆定律求取阻抗，计算电容或电感的值。不同点在于本实用新型提供的测试装置可以组网，多台测试单元同时工作，以无线通讯的方式形成一个局域网，测量数据传送到主机，同时主机也能对多台测试单元进行测试控制。测试单元为电池供电，不需要外接电源，方便登高作业；程控测试电源的频率、幅值可任意设置；为避开干扰，可采用非50Hz的异频测试电源，通过DFT频谱分析，可有效滤除干扰。大量的测试数据可通过主机的USB接口导出到笔记本电脑存储、打印、列表等。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、采用“1+N”的分布式测量系统构架，一台主机带N台测试单元体系。主机与单元机之间采用小功率公共无线频带(433MHz)进行联络和数据交换；

2、单元机体积小、重量轻，方便携带，锂离子电池供电且具备足够的续航能力，内置变频测试电源，集成测试电源输出、数据采集、程控放大、通讯等全部功能；

3、主机部分可采用交流或内置锂离子电池供电，具备数据存储、数据显示、数据打印、USB数据导出、通讯等功能，通过USB导出的数据可在上位机自动生成试验报告；

4、能够测试换流站内数万只的电容器，提高了工作效率，而且方便测试数据管理、数据传递。

附图说明

图1为本实用新型提供的测试装置的结构框图；

图2为单元机的结构框图；

图3为主机的结构框图；

图4为测试端电源程控图；

图5为电压、电流信号采集及处理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。

实施例1

如图1～图3所示，无线分布式电容电感测试装置包括主机以及与主机通过无线连接的单元机，所述单元机包括电流钳、电流测试通路、电流放大器，电压测试通路、电压放大器、A/D转换单元、DSP数字信号处理器、D/A转换单元、功放单元、测试电源输出、UART和无线通讯单元，其中，电流钳卡接在被测电容器或电感的连接铝排，另一端通过航空插头连接到电流测试通路端口，测试电源输出通过测试线连接被测电容或电感的两端，电流测试通路与电流放大器连接进行电流放大，电压测试通路与电压放大器连接进行电压放大；电流放大器、电压放大器分别将放大的电流信号、电压信号传递至A/D转换单元，A/D转换单元将转换后的电流信号和电压信号通过并口传递至DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器进行运算处理，运算所得到的幅值和初相角等特征值经过UART串行通讯口输出到无线通讯单元，无线通讯单元以无线的方式传递至主机，所述DSP数字信号处理器将数字信号传递至D/A转换单元以产生模拟正弦波信号，模拟正弦波信号输出到功放单元，功放单元对外输出测试电源。

电压电路包括信号衰减器、信号缓冲器和程控放大器；所述信号衰减器对输入信号进行衰减以适应放大回路的工作电压，信号缓冲器对信号进行初级放大和阻抗匹配，程控放大器接受DSP数字信号处理器的控制以完成整个电压量程范围的信号放大。

电流电路包括I/U转换器和程控放大器，I/U转换器将电流传感器的电流信号转换为电压信号，并实现阻抗匹配，程控放大器接受DSP数字信号处理器的控制以完成整个电流量程范围的信号放大。

功放单元采用两级完成，由AD620放大器组成前级差分放大，后级由OPA549T放大器完成功率推动，OPA549T放大器的最大工作电压为±30V，连续工作电流达8A，峰值电流可达10A。

单元机内部还设有仪用电源，以提供装置所需的所有工作电源，外部设有与DSP数字信号处理器相连的操作键以及指示灯。

主机与单元机之间采用公共无线频带进行联络和数据交换。

A/D转换单元为16bit的A/D转换器，D/A转换单元为10位D/A转换器。

单元机内部还设有仪用电源，外部设有与DSP数字信号处理器相连的操作键以及指示灯。

主机采用交流或内置锂离子电池供电，主机内设有DSP数字处理器、DSP数字处理器连接有数据存储单元、液晶显示器、打印机、USB接口、旋转鼠标以及仪用电源，UART与无线通讯单元连接，主机框图见图3。各部分功能如下：DSP数字处理器：核心处理器；打印机：数据打印；汉化液晶(操作菜单及数据显示器)：操作提示、数据显示；USB接口：数据导出接口；Flash Memory：数据存储芯片；旋转鼠标：操作部分；UART及无线通讯：与单元部分的命令及数据交换通讯联络。

单元机中各结构功能如下：

1、测试端电源程控部分

(1)信号的产生

由DSP数字处理器将一个周期正弦信号离散处理。

U_out(i)＝U_m*sin(2πi/DOT_number)i＝0～(DOT_number-1) 式1

将离散的U_out(i)模拟量，量化为数字量，通过DSP数据总线等间隔时间，送入D/A锁存。

时间间隔：△t＝1000/(f*DOT_number)ms 式2

式2中，各量的对应关系如表1所示。

表1

(2)功放电路放大

为限制直流成分，D/A转换单元的输出采用差分放大。由于测试电源需要足够的输出功率，因此对功放电路的要求较高，功放单元采用两级完成，由AD620放大器组成前级差分放大，后级由OPA549T放大器完成功率推动，OPA549T放大器的最大工作电压为±30V，连续工作电流达8A，峰值电流可达10A。

小型变压器Tr的作用：隔离直流成分和电气隔离，降低电容、电感储能对单元内部回路的伤害。

2、电压、电流信号采集及处理

见图5，所述电压电路中R1、R2组成衰减器，后续经过信号缓冲器放大、AD526程控放大，完成电压信号的调理和放大。电流钳，必须采用开口式，且开口形状为锲入式结构，以减小漏磁，保证测量范围内的线性度，后续电流电路分别由I/U转换、R3与运算放大器组成I/U转换，AD526程控放大，完成电流小信号的调理和放大。最后送入A/D转换器完成信号的采集，采集的信号经过DSP数字处理器进行DFT(离散傅立叶变换)运算，得到有效值和相位，从而完成电容电感的计算求解。

所述主机与单元机之间采用433MHz公共无线频带进行联络和数据交换。

3、无线通讯单元

(1)采用公共频段的数传模块，频率433MHz；

(2)功率为100mW，空旷地带传输距离2km；

(3)空中传输波特率9600bit/s；

(4)主-从、一对多，半双工模式；

(5)地址识别通讯方式。

4、DSP数据处理器功能

(1)程控放大及数据采集；(2)D/A转换；(3)通讯；(4)按键输入识别和信号灯控制。

5、其他技术指标：

(1)测试电压范围：不大于20V；

(2)电流钳量程范围：2mA～500mA；

(3)测试频率：25Hz、50Hz(默认)、100Hz、200Hz可选；

(4)单元机电池续航能力：不小于4h。

所述测试装置的使用过程如下：

(1)主机及单元机开机；

(2)主机呼叫单元机，建立通讯联络关系，建立测试节点；

(3)单元机进行接线，主机进入测试浏览界面；

(4)单元机按“测试键”，进入“测试-发送”的循环状态；

(5)主机动态接收各个单元机的测试数据并动态刷新屏幕，观察单元机测试数据的合理性，由单元机操作者按“确认键”，操作后，主机锁定数据，换行显示下一个数据，数据记录自动加一。

(6)重复(3)～(5)的过程，直到所有测试任务完成。

(7)单元机操作者可以自由操作，不需要同时进行，类似于计算机的多任务操作方式。

(8)所有测试完成，主机可以保存、查看、打印所有测试数据。

(9)保存的数据，后续可以通过U盘导出到上位机。