计量校准适配装置和系统的制作方法

本实用新型涉及测控技术领域，特别是涉及一种计量校准适配装置和系统。

背景技术：

随着仪器仪表的快速发展，需要进行计量校准的仪器仪表种类越来越多，传统的对仪器仪表进行重复性校准操作复杂且耗时。为了提高生产效率，以及随着自动化技术的发展，越来越多的自动化计量校准系统已呈现出来，以满足仪器仪表生产、计量校准的需求。而在自动化计量校准中，计量校准的适配装置是自动化计量校准的重要构成部分，计量校准的适配程度直接制约着计量校准的自动化程度。

传统的计量校准适配装置通常只能满足一种仪器仪表的自动化计量校准，在实现过程中，实用新型人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的计量校准适配装置校准对象单一，携带一种自动化计量校准系统不能满足在一个场地中完成多种设备校准，进而导致计量校准效率降低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的计量校准适配装置校准对象单一的问题，提供一种计量校准适配装置和系统。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种计量校准适配装置，包括通道控制模块以及若干开关矩阵；开关矩阵包括控制端接口、若干输入端接口以及若干输出端接口；

控制端接口连接通道控制模块，各输入端接口分别对应连接校准源设备的各信号通道，各输出端接口分别对应连接匹配校准源设备的被校准设备的各校准通道。

在其中一个实施例中，通道控制模块包括处理器和驱动器；

驱动器的一端通过控制端接口连接开关矩阵，另一端连接处理器。

在其中一个实施例中，驱动器包括以下任意一种或任意组合：综合测试仪适配驱动电路、数字示波器适配驱动电路、数据采集仪适配驱动电路或音频分析仪适配驱动电路。

在其中一个实施例中，还包括连接通道控制模块的供电电源、通讯模块。

在其中一个实施例中，通讯模块为无线通讯模块或有线通讯模块。

在其中一个实施例中，无线通讯模块为WIFI模块、蓝牙模块或Zigbee模块；

有线通讯模块为USB模块、GPIB模块、RS232模块或RS485模块。

在其中一个实施例中，还包括机箱；通道控制模块、各开关矩阵设于机箱内。

在其中一个实施例中，开关矩阵为射频开关矩阵或继电器开关矩阵。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种计量校准适配系统，包括监控平台以及上述任意一项计量校准适配装置；

监控平台的一端连接计量校准适配装置的通道控制模块，另一端通过通用接口总线连接各校准源设备、各被校准设备。

在其中一个实施例中，监控平台包括主控模块以及连接主控模块的显示器；

主控模块的第一端口连接通道控制模块，第二端口连接显示器，第三端口通过通用接口总线连接各校准源设备、各被校准设备。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

各开关矩阵通过控制端接口连接通道控制模块，通过各输入端接口分别对应连接校准源设备的各信号通道，通过各输出端接口分别对应连接匹配校准源设备的被校准设备的各校准通道，从而实现对多个被校准设备同时进行计量校准适配，以及实现对被校准设备的各校准通道的自动切换适配。本实用新型实施例各开关矩阵通过各输入端接口分别对应连接校准源设备的各信号通道，从而可通过开关矩阵实时切换校准源设备的各信号通道；通过各输出端接口分别对应连接被校准设备的各校准通道，从而可通过开关矩阵实时切换被校准设备的各校准通道；通道控制设备连接开关矩阵模组的控制端接口，从而可实时控制切换各校准源设备的各信号通道、被校准设备的各校准通道，进而实现了对多对象多通道的被校准设备的计量校准适配，提高了计量校准的效率。

附图说明

图1为传统计量校准适配装置的框架图；

图2为本实用新型计量校准适配装置实施例1的结构示意图；

图3为本实用新型计量校准适配装置实施例的第一具体结构示意图；

图4为本实用新型计量校准适配装置实施例的第二具体结构示意图；

图5为本实用新型计量校准适配装置实施例机箱的结构示意图；

图6为本实用新型计量校准适配装置实施例机箱的另一结构示意图；

图7为本实用新型计量校准适配装置实施例的综合测试仪适配构架示意图；

图8为本实用新型计量校准适配装置实施例的数字示波器适配构架示意图；

图9为本实用新型计量校准适配装置实施例的数据采集仪适配构架示意图；

图10为本实用新型计量校准适配系统实施例的结构示意图；

图11为本实用新型计量校准适配系统实施例的具体结构示意图；

图12为本实用新型计量校准适配系统实施例的工作过程结构架示意图；

图13为本实用新型计量校准适配系统实施例的串行校准工作流程示意图；

图14为本实用新型计量校准适配系统实施例的并行校准工作流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“接口”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型计量校准适配装置和系统实施例其中一应用场景：

图1为传统计量校准适配装置的框架图，如图1所示，传统的计量校准适配装置包括适配器；适配器的输入接口连接校准源的信号输出端，输出接口连接被校准设备(如数字多用表1至数字多用表5)的校准通道，控制接口连接计算机控制系统；计算机控制系统可通过总线接口分别连接校准源的控制端、被校准设备的控制端。传统的计量校准适配装置只能同时校准相同的被校准设备，如图1中，通过传统的适配装置同时校准数字多用表1至数字多用表5(5个数字多用表)的校准通道，校准对象单一，不能满足在一个应用场景中完成多种不同的被校准设备的校准适配，从而降低了计量校准的自动化程度，降低了计量校准效率。

而本实用新型实施例可通过各开关矩阵通过控制端接口连接通道控制模块，通过各输入端接口分别对应连接校准源设备的各信号通道，通过各输出端接口分别对应连接匹配校准源设备的被校准设备的各校准通道，从而实现对多个被校准设备同时进行计量校准适配，以及实现对被校准设备的各校准通道的自动切换适配，进而提高了计量校准的效率。

为了解决传统的计量校准适配装置校准对象单一的问题，本实用新型提供了一种计量校准适配装置实施例1；图2为本实用新型计量校准适配装置实施例1的结构示意图。如图2所示，计量校准适配装置10可包括通道控制模块110以及若干开关矩阵120；开关矩阵120包括控制端接口122、若干输入端接口124以及若干输出端接口126；

控制端接口122连接通道控制模块110，各输入端接口124分别对应连接校准源设备130的各信号通道132，各输出端接口126分别对应连接匹配校准源设备130的被校准设备140的各校准通道142。

其中，通道控制模块110指的是可控制接口或通道选通的控制设备。开关矩阵120可以是多位选择开关(即有多个输入端和多个输出端的选择开关)，也可以是多个一位选择开关(即有一个输入端和一个输出端的选择开关)构成的开关矩阵。校准源设备130可具有多个信号通道132，被校准设备140可具有多个校准通道142。控制端接口122可以即插即用的连接通道控制模块110。输入端接口124可以即插即用的连接校准源设备130的各信号通道132。输出端接口126可以即插即用的连接被校准设备140的各校准通道142。优选的，开关矩阵120可采用模块化，封装在壳体内的开关矩阵模块，控制端接口122、若干输入端接口124以及若干输出端接口126可装设在开关矩阵模块的壳体外。

具体的，可根据实际被校准设备140的数量和型号，以及被校准设备140的校准通道142数量来选择连接开关矩阵的接口(控制端接口122、若干输入端接口124以及若干输出端接口126)。通过控制端接口122连接通道控制模块110，各输入端接口124分别对应连接校准源设备130的各信号通道132，各输出端接口126分别对应连接匹配校准源设备130的被校准设备140的各校准通道142，从而实现对多个被校准设备140同时进行计量校准适配，以及实现对被校准设备的各校准通道142的自动切换适配。

上述计量校准适配装置实施例，各开关矩阵120通过控制端接口122连接通道控制模块110，通过各输入端接口124分别对应连接校准源设备130的各信号通道132，通过各输出端接口126分别对应连接匹配校准源设备130的被校准设备140的各校准通道142，从而实现对多个被校准设备140同时进行计量校准适配，以及实现对被校准设备140的各校准通道142的自动切换适配，进而提高了计量校准的效率。

在一个具体的实施例中，如图3所示，为本实用新型计量校准适配装置实施例的第一具体结构示意图，通道控制模块110可包括处理器112和驱动器114；

驱动器114的一端通过控制端接口122连接开关矩阵120，另一端连接处理器112。

其中，处理器112可以是微型控制器，例如单片机或STM32等。驱动器114可以是具有驱动开关通断功能的模块。优选的，驱动器114可包括多个驱动模块，可驱动多个开关矩阵120。

具体的，对一个被校准设备进行校准适配时，驱动器114的一端可通过控制端接口122连接开关矩阵120，另一端连接处理器112，从而实现对相应开关矩阵120的驱动控制。对多个被校准设备进行校准适配时，驱动器114的一端可分别连接各个开关矩阵120的控制端接口122，另一端连接处理器112，从而实现对多个开关矩阵120的驱动控制。

在一个具体的实施例中，驱动器114包括以下任意一种或任意组合：综合测试仪适配驱动电路、数字示波器适配驱动电路、数据采集仪适配驱动电路或音频分析仪适配驱动电路。

具体的，驱动器114包括的各个驱动电路可采用模块化设计，可在实际计量校准应用场景中，根据对应被校准设备的开关矩阵，选择和添加相应驱动电路。在一个具体的示例中，在对综合测试仪、数字示波器、数据采集仪和音频分析仪进行校准时，可通过综合测试仪适配驱动电路、数字示波器适配驱动电路、数据采集仪适配驱动电路和音频分析仪适配驱动电路分别连接相应的矩阵开关120的控制端接口122，从而实现对相应开关矩阵120的驱动控制。

在一个具体的实施例中，如图4所示，为本实用新型计量校准适配装置实施例的第二具体结构示意图，计量校准适配装10还包括连接通道控制模块110的供电电源150、通讯模块160。

其中，供电电源150可以是蓄电池供电，也可采用程控源供电。通讯模块160可用于数据或指令的传输。

在一个具体的示例中，供电电源可分别连接通道控制模块110的处理器112和驱动器114。

在一个具体的实施例中，通讯模块160为无线通讯模块或有线通讯模块。

在一个具体的实施例中，无线通讯模块为WIFI(Wireless-Fidelity：无线保真)模块、蓝牙模块或Zigbee(紫蜂协议)模块。

有线通讯模块为USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)模块、GPIB(General-Purpose Interface Bus：通用接口总线)模块、RS232(异步传输标准接口)模块或RS485(485型串行总线标准)模块。

在一个具体的实施例中，如图5所示，为本实用新型计量校准适配装置实施例机箱的结构示意图，计量校准适配装置还包括机箱；通道控制模块、各开关矩阵设于机箱内。

具体的，机箱的形状可以是长方体，也可以是其它形状。机箱内部可采用可拆卸分层设计，通道控制模块和各开关矩阵可镶嵌在机箱内，从而可方便携带到各种计量校准应用场景中进行校准。

在一个具体的实施例中，如图6所示，为本实用新型计量校准适配装置实施例机箱的另一结构示意图，适配装置机箱可具有计算机USB接口、USB接口1、USB接口2和USB接口3等，用于信号传输；也可具有外接电源接口、电源接口1、电源接口2和电源接口3等，用于给计量校准适配装置内部供电。通过适配装置机箱一体化可集合多种对应被校准设备的开关矩阵，实现多样化自动化计量校准设备。需要说明的说，图6中的适配装置机箱与上述的机箱(如图5中)表述的都是计量校准适配装置的机箱。

在一个具体的实施例中，上述各实施例的开关矩阵为射频开关矩阵或继电器开关矩阵。优选的，射频开关矩阵可以射频同轴开关矩阵。

为了更具体的说明本实用新型计量校准适配装置实施例实现多对象多通道自动校准适配，下面以综合测试仪、数字示波器和数据采集仪为校准对象，分别举例描述对应综合测试仪、数字示波器和数据采集仪的开关矩阵的连接关系。

在一个具体的实施例中，如图7所示，为本实用新型计量校准适配装置实施例的综合测试仪适配构架示意图，综合测试仪适配模块可包括通道控制电路以及连接通道控制电路(通道控制模块)的射频同轴开关矩阵(射频同轴开关)、通讯接口。其中射频同轴开关可包括2个校准源接口和6个综合测试仪信号接口；2个校准源接口分别连接射频信号源和频谱分析仪；6个综合测试仪信号接口分别连接综合测试仪的校准通道(如通道1至通道6)。通过该综合测试仪适配模块可实现对综合测试仪的6个通道的自动校准。

在一个具体的实施例中，如图8所示，为本实用新型计量校准适配装置实施例的数字示波器适配构架示意图，数字示波器适配模块可包括通道控制电路以及连接通道控制电路(通道控制模块)的射频同轴开关矩阵(射频同轴开关)、通讯接口。其中射频同轴开关可包括1个校准源信号接口和5个数字示波器信号接口(其中包含1个TRIG触发信号接口)；校准源信号接口连接校准源信号；5个综合测试仪信号接口分别连接数字示波器的校准通道(如TRIG通道、通道1至通道6)。该数字示波器适配模块还可包括可选终端电阻，可满足不带有终端电阻信号或需要触发信号的示波器测试需求。通过该综合测试仪适配模块，从而可实现对数字示波器的5个通道的自动校准。需要说明的是，TRIG通道是数字示波器常见的触发通道。

需要说明的是，终端电阻是数字示波器内设有的一种负载，为匹配信号源端带有相同负载信号，被校准设备也需要相同的终端电阻进行匹配信号。

在一个具体的实施例中，如图9所示，为本实用新型计量校准适配装置实施例的数据采集仪适配构架示意图，数据采集仪适配模块可包括通道控制电路以及连接通道控制电路(通道控制模块)的继电器矩阵、通讯接口。其中继电器矩阵可包括4个校准源信号接口和22个信号输出接口(其中包含20个电压采集信号输出接口和2个电流采集信号输出接口)；4个校准源信号接口分别连接1路电压输入信号和1路电流输入信号校准源信号；20个电压采集信号输出接口分别连接数据采集仪的电压校准通道；2个电流采集信号输出接口分别连接数据采集仪的电流校准通道。通过该数据采集仪适配模块，从而可实现对数字采集仪的5个通道的自动校准。

需要说明的是，上述综合测试仪适配模块、数字示波器适配模块和数据采集仪适配模块的接口数量并不是唯一的，可根据实际应用场景中，进行扩展或者减少。

上述计量校准适配装置各实施例，各开关矩阵通过各输入端接口分别对应连接校准源设备的各信号通道，从而可通过开关矩阵实时切换校准源设备的各信号通道；通过各输出端接口分别对应连接被校准设备的各校准通道，从而可通过开关矩阵实时切换被校准设备的各校准通道；通道控制设备连接开关矩阵模组的控制端接口，从而可实时控制切换各校准源设备的各信号通道、被校准设备的各校准通道，进而实现了对多对象多通道的被校准设备的多样性自动化计量校准，提高了计量校准的效率，以及降低了计量校准成本。

本实用新型计量校准适配系统实施例1：

图10为本实用新型计量校准适配系统实施例的结构示意图，如图10所示，可包括监控平台以及上述任意一项计量校准适配装置；

监控平台的一端连接计量校准适配装置的通道控制模块，另一端通过通用接口总线连接各校准源设备、各被校准设备。

具体的，监控平台可以与通道控制模有线通讯连接，也可以与通道控制模块无线通讯连接。通用接口总线可以是CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)总线，也可以是GPIB总线。优选的，监控平台可以是计算机控制系统。

上述计量校准适配系统实施例，监控平台连接计量校准适配装置的通道控制模块，通过通用接口总线连接各校准源设备、各被校准设备，从而可实现远程监控被校准设备的自动校准适配过程，提高了计量校准的自动化程度。

在一个具体的实施例中，监控平台包括主控模块以及连接主控模块的显示器；

主控模块的第一端口连接通道控制模块，第二端口连接显示器，第三端口通过通用接口总线连接各校准源设备、各被校准设备。

可选的，主控模块可以是单片机、ARM(Acorn RISC Machine：RISC微处理器)或FPGA(Field－Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等。

在一个具体的实施例中，如图11所示，为本实用新型计量校准适配系统实施例的具体结构示意图。该计量校准适配系统包括适配装置以及连接适配装置的计算机控制系统、各校准源设备、各被校准设备。适配装置可包括综合测试仪适配模块、数据示波器适配模块和数据采集仪适配模块。综合测试仪适配模块的一端连接校准源设备(如射频信号源和频谱分析仪)，另一端连接综合测试仪。数字示波器适配模块一端连接示波器综合测试仪，另一端连接数字示波器。数据采集仪适配模块一端连接多功能校准源，另一端连接数据采集仪。各校准源设备和各被校准设备分别通过GPIB总线连接计算机控制系统。在进行实际计量校准时，各个适配模块可拆卸的镶嵌在适配装置机箱，在校准的设备接口全部连接时，从开始校准直至全部接口校准完成过程不需要人工更换接口或线材，减少人工操作误差、提高了校准效率和实现全自动化校准。适配装置通过连接计算机控制系统，从而可实现各个通道接口自动切换。

为了说明本实用新型计量校准适配系统实施例对多对象多通道被校准设备的自动校准适配过程，下面举例说明校准适配系统实施例的工作过程。

如图12所示，为本实用新型计量校准适配系统实施例的工作过程结构架示意图，计算机控制系统通过控制命令发给适配装置(即计量校准适配装置)中的MCU(Microcontroller Unit：微控制单元)控制器(即通道控制模块)，MCU控制器先把无关射频开关或继电器(开关矩阵)断开，其中，无关射频开关或继电器主要是与没有连接关系的线路连接，需要断开以免影响信号连接出错。然后MCU控制器进行延时(例如延时100毫秒)后，再将所需要的线路导通，即控制目标射频开关/继电器闭合，完成后控制器通过指令反馈给计算机控制系统，计算机控制系统接收指令后，可控制信号源输出信号。

如图13所示，为本实用新型计量校准适配系统实施例的串行校准工作流程示意图，计量校准适配系统可通过串行自动化校准方式进行计量校准，例如先对综合测试仪校准完成后再进行数字示波器自动化校准，最后完成数据采集仪校准。具体的，可在应用系统中选择需要校准的设备，然后按照选择顺序进行校准，直至结束校准，其自动校准顺序可自行在应用系统中调整。在计量校准准备工作时，如果已经接好一种设备后，可先行进行自动化校准，在自动化校准第一种设备的同时，可准备第二种设备接线问题，即在利用校准前一种设备的时间准备第二种设备的准备工作，从而节约了计量设备连线工作，不需要全部可校准设备准备完成在进行校准。需要说明的是，计算机控制系统可包括应用系统和子应用系统。

如图14所示，为本实用新型计量校准适配系统实施例的并行校准工作流程示意图，计量校准适配系统可通过并行自动化校准方式进行计量校准，例如可同时对综合测试仪、数字示波器和数据采集仪进行计量校准。具体的，可在应用系统(计算机控制系统)中选择需要校准的设备，然后按照所有准备好的设备进行自动化校准，直至所有设备结束校准。从而可在准备好所有校准设备后，一次性完成自动化校准，在自动化校准过程中，不需要设备操作人员的操控，从而提高了校准效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。