一种非接触式测量正弦电流信号频率及峰值的装置的制作方法

本实用新型属于测量技术领域，涉及一种测量正弦电流信号频率和峰值测量电路。

背景技术：

随着信息化时代的到来，AI技术和通讯技术的逐渐强大，对于信号的检测要求也越来越高，所以越来越多的高精度示波器出现，在检测领域对于正弦信号的频率与峰值的测量属于基本能力。

现有技术，大多数示波器测量频率的方法有两种周期法和李萨育图形法测频率，对于测量峰值大多数示波器都可以直接测量出，但随着高精度示波器的逐渐发展，示波器也逐渐出现体积变大、重量变沉、价格昂贵，不便携带的问题。接触式测量的示波器也存在着隐微的安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型为解决接触式测量存在的安全性问题、不便携带、体积大、价格昂贵的问题，采用的技术方案如下：

一种非接触式测量正弦电流信号频率及峰值的装置，包括信号输入端、功率放大器、负载电阻、电流传感器、信号处理电路、AD转换器、单片机、显示器；所述的信号输入端与功率放大器连接，用于将采集的正弦电流信号传送至功率放大器；

所述的负载电阻接入功率放大器的输出端，并构成闭合回路；

所述的电流传感器用于感应所述闭合回路中的电流信号；

电流传感器中的感应信号通过电阻R1转化为正弦电压信号，此电压信号传输至信号处理电路；

所述的信号处理电路包括作为电压放大器的第一运算放大器、作为电压跟随器的第二运算放大器、作为电压比较器的第三运算放大器；所述的电压信号传输至第一运算放大器，第一运算放大器的输出电压信号分别传送至第二运算放大器与第三运算放大器；

经过第二运算放大器后正弦电压信号转化为与正弦电压信号峰值相同的水平电压信号，再经过AD转换器输入单片机引脚；

经过第三运算放大器后正弦电压信号转化为方波电压输出，该输出接入单片机引脚；

所述单片机收到的第二运算放大器以及第三运算放大器的信号后，将处理结果传输至显示器。

优选的，AD转换器采用AD7705的16位AD输入。

优选的，第一运算放大器、第二运算放大器及第三运算放大器采用lf353运算放大器。

优选的，功率放大器采用AD8367功率放大器模块。

优选的，采用工业耐压电阻作为功率放大器的负载电阻。

优选的，锰芯环绕漆包线作为电流传感器。

与现有技术相比，本技术方案的特点在于：方便轻巧、结构简单、方便携带，非接触式设计可以降低操作失误，提高安全性。

附图说明

图1为非接触式测量正弦电流信号频率及峰值的装置示意图；

图2为非接触式测量正弦电流信号频率及峰值的装置工作原理图；

图3为信号处理电路图；

图4为单片机外接模块引脚图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本新型作进一步描述：

实施例一：

一种非接触式测量正弦电流信号频率及峰值的装置，如图1所示，包括信号输入端1、功率放大器、负载电阻R、电流传感器2、信号处理电路、AD转换器、单片机、显示器3；所述的信号输入端与功率放大器连接，用于将采集的正弦电流信号传送至功率放大器；

所述的负载电阻接入功率放大器的输出端，并构成闭合回路；

所述的电流传感器用于感应所述闭合回路中的电流信号；

电流传感器中的感应信号通过电阻R1转化为正弦电压信号，此电压信号传输至信号处理电路；

所述的信号处理电路如图3所示，包括作为电压放大器的第一运算放大器4、作为电压跟随器的第二运算放大器5、作为电压比较器的第三运算放大器6；所述的电压信号传输至第一运算放大器，第一运算放大器的输出电压信号分别传送至第二运算放大器与第三运算放大器；

经过第二运算放大器后正弦电压信号转化为与正弦电压信号峰值相同的水平电压信号，再经过AD转换器输入单片机引脚；

经过第三运算放大器后正弦电压信号转化为方波电压输出，该输出接入单片机引脚；

所述单片机收到的第二运算放大器以及第三运算放大器的信号后，将处理结果传输至显示器。

上述装置工作原理如图2所示:

所述的功率放大器可以放大被测正弦电流信号；

所述的大功率负载可以作为放大正弦电流信号的负载电阻;

所述的电流感应器可以实现非接触式传送正弦信号的功能，并将信号传送至具有所述的测量频率和测量峰值功能的信号处理电路。作为电压比较器的第三运算放大器为测量频率电路，将输入的正弦电压信号转变成方波信号，由现有技术中教材《电子测量》第三版，姜焕文，中国计量出版社，第156页中所述的测频法处理出信号的频率。

所述测量频率使用测频法，测量十个下降沿所需要的时间t，然后可以求得输入信号频率为:

作为电压跟随器的第三运算放大器为测量峰值电路，将输入的正弦电压信号转变与正弦电压信号峰值相同的水平电压信号，由现有技术中的AD转化方法测出电压数值，参考文献《基于AD7705与51单片机的数字电压表》，吴俊峰，百度文库。显示数值与被测信号峰值之间存在线性关系，线性斜率与装置内部元件及自主设置的功率放大倍数等有关，且在装置内部不发生改变时为一定值。可在使用装置测量前先使用某一已知峰值为aV的正弦电流信号与AD所显示的数值b计算出固定斜率k为：

由所述计算而得的k进行对被测正弦电流信号的峰值计算，如所显示的数值为b'，则被测信号峰值a'为：

实施例二：

在实施例一的基础上一种非接触式测量正弦电流信号频率及峰值的装置，AD转换器采用AD7705的16位AD输入，第一运算放大器、第二运算放大器及第三运算放大器采用lf353运算放大器；功率放大器采用AD8367功率放大器模块，采用工业耐压电阻作为功率放大器的负载电阻，锰芯环绕漆包线作为电流传感器；采用89C51单片机。

上述功率放大器利用三极管的电流控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流是原先的β倍的大信号，再通过一个50K的可调电阻，可以得到幅值不同的的输出电压，从而也达到功率放大的目的。

上述电流传感器采用非接触式电流传感器，用漆包线在锰芯磁环上缠绕200匝，刮掉两头的漆即可接入电路，被测电流的导线从磁环中心穿过，即可构成电流传感器。其线圈两端的输出电压是输入电压的N2倍（N1为被测电流的导线的匝数，N2为漆包线的匝数）。

信号处理电路利用lf353运算放大器构成处理正弦频率与峰值模块，如图3所示，由电磁线圈拉出接入1、2，接入运算放大器1输入通道正级，运算放大器由正负12V提供，运放1负极接入R2并滑动变阻器R3，整体构电压发大器，之后接入运算放大器2和运算放大器3，运算2负极接上两个二极管与另一运算放大器4一起形成一个简单跟随器，进而形成峰值处理电路。运算放大器3形成电压比较器，进而形成频率处理模块。

其中频率模块及处理，主要运放lf353构成电压比较器，将正弦信号转化为脉冲信号，通过一个反向击穿电压为5V的稳压二极管，获得稳定电压输出，然后输入单片机端口，单片机外接模块引脚如图4所示，采用现有技术中的测频法，同时测量十个下降沿所需要的时间t，然后可以求得输入信号频率为10/t。

峰值处理电路主要分为三个部分：电容器，二极管，运算放大器。峰值检测的基本原理是通过一个简单的电压跟随器。然后在电路中并接一电容，当波形值增加时，显示部分能指示出这一增加过程，同时电容也在充电，电容的电压不断增加。当波形的峰值下降时，电容已充电，这是波形显示部分显示的是电容记录的最大值。二极管的的单向导电性可以防止电容电压下降，二极管的电压不会“流失”这样就能保证显示部分记录的就是输入波形的最大值。

显示器可采用0led显示模块，Oled是一种128×64的0.96寸矩阵显示屏，每次可在8×8的区域内显示一个字符，每个字符可用32位的数组表示。内有封装在显示屏背面玻璃基板上的SSD1306驱动芯片和 GT20L16S1Y字库芯片。模块接口为8个插针，针脚定义已印在板上，使用串行SPI协议。因为板载稳压芯片，模块供电电压可以是3－5V。

本技术方案将采集的样品信号通过输入端与功率放大器连接，使用电流传感器感应被放大的电流信号，并将感应信号转化为正弦电压信号传输至信号处理电路，通过电压跟随器记录正弦波峰值，通过电压比较器转变为方波信号，并用测频法获得频率值。实现了非接触测量，有效缩小了设备体积，可实现便携化小型化。

本技术方案未详细说明部分属于本领域公知技术。