多路电容测试系统及方法与流程

本发明涉及电容测试领域，尤其涉及一种多路电容测试系统及方法。

背景技术：

目前，电容测试技术是基于电容的充放电特性，无论是通过恒定电压法充电测试，还是通过rc震荡转换为相应的频率测试，都是利用了电容的充放电特性实现。恒定电压充电测试电容时，电容充电时其两端电压和充电时间呈指数特性，只要记录充电时间及充电前后的电压差值，便可以计算出电容容值；rc震荡测试电容时，是将待测电容与定值电阻共同放入rc震荡网络中产生震荡频率，测试出震荡频率便可以计算出电容容值。对此，市场上有很多测试电容的仪表仪器设备，可用于各类元器件的测试。

在针对pcba的测试行业中，大多数则是采用恒定电压的方案对电容进行测试，该方案是通过恒定电压充电，测试充电时间和充电前后电压差，并利用反指数计算出所测电容。随着电子技术的高速发展，系统的模块化、集成化、高效化、智能化及自动化是测试行业的追求的方向。人们在测试电子性能方面都要求是高速率、高效率测试，而采用一种高效率的电容测试系统也是有必要的，这样可以有效地降低时间成本。

但是，现有的测试系统存在以下缺陷：

1、设计的体积较大，不易于集成化，适用场合不广泛；

2、恒定电压方案测试电容，需要测试充电前后电压，及充电时间，通过反指数计算误差较大，测试精度较低；

3、单电容测试时采用继电器的方式切换测试，相对测试时间较长；

4、多路电容测试时，效率较低，切换周期较长。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种多路电容测试系统及方法，其能解决误差较大、测试精度较低及效率低的问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种多路电容测试系统，包括供电电源、可调节恒流源、继电器单元、两个电子开关单元、电容放电单元、io扩展单元、adc单元及单片机，所述供电电源分别与所述可调节恒流源、继电器单元、所述电容放电单元、所述io扩展单元、所述adc单元及单片机连接并供电，所述可调节恒流源与所述继电器单元连接并输出相应的恒流源，设置有多路电容的线路板分别与两个所述电子开关单元连接，设置有多路电容的线路板上设置有若干待测电容，所述io扩展单元的输入端与所述单片机连接，所述io扩展单元的输出端分别与两个所述电子开关单元的控制端连接，所述adc单元的输入端与多路电容的前端连接，所述adc单元与所述单片机连接，所述单片机通过所述io扩展单元和所述adc单元进行数据收集、处理及控制开关。

进一步地，所述电容放电单元一端与所述待测电容的前端相连，另一端通过电阻接地。

进一步地，所述供电电源内设置有电源芯片，所述供电电源通过所述电源芯片进行供电。

进一步地，两个所述电子开关单元分别为电子开关单元一和电子开关单元二，所述电子开关单元一与所述待测电容的前端连接，所述电子开关单元二与所述待测电容的后端连接。

一种多路电容测试方法，应用于多路电容测试系统，多路电容测试系统包括供电电源、可调节恒流源、继电器单元、两个电子开关单元、电容放电单元、io扩展单元、adc单元及单片机，所述可调节恒流源与所述继电器单元连接并输出相应的恒流源，设置有多路电容的线路板分别与两个所述电子开关单元连接，设置有多路电容的线路板上设置有若干待测电容，所述io扩展单元的输入端与所述单片机连接，所述io扩展单元的输出端分别与两个所述电子开关单元的控制端连接，所述adc单元的输入端与多路电容的前端连接，所述adc单元与所述单片机连接，包括以下步骤：

放电步骤：通过电子开关单元切换到电容放电单元并对待测电容进行放电处理；

供电步骤：供电电源运行并通过可调节恒流源及继电器单元调节到相应测试的恒定电流；

电容选定步骤：单片机发送测试信号，通过io扩展单元控制两个电子开关单元切换到相应待测电容；

电容测试步骤：恒定电流经过电子开关单元为待测电容充电，adc单元会采样瞬时电压并读取电压值及充电时间；

数据处理步骤：单片机对充电时间和adc单元读取的电压数据进行处理。

进一步地，所述多路电容测试方法还包括操作检验步骤：检验操作是否有误，若无，返回放电步骤，若是，单片机生成报警信号。

进一步地，在所述供电步骤中，可调节恒流源针对不同容值的电容，提供不同档位的电流充电。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、所述adc单元的输入端与多路电容的前端连接，所述adc单元与所述单片机连接，所述单片机通过所述io扩展单元和所述adc单元进行数据收集、处理及控制开关。设计的整个系统体积小、成本低、易于操作和实现，适用场合广泛；

2、通过恒流源法测试电容的精度高，测试方法简单易行；恒流源测试电容测试的电压较为宽阔，易于测试；

3、在测试多路阻抗电容时，能够通过电子开关快速切换实现单路连通方法进行测试；

4、相同电容充电时，恒流源相对恒压源充电时间短很多，减少测试时间，测试效率高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明多路电容测试系统中一较佳实施例的结构框图；

图2为多路电容测试方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。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。

请参阅图1，一种多路电容测试系统，包括供电电源、可调节恒流源、继电器单元、两个电子开关单元、电容放电单元、io扩展单元、adc单元及单片机，所述供电电源分别与所述可调节恒流源、继电器单元、所述电容放电单元、所述io扩展单元、所述adc单元及单片机连接并供电，所述可调节恒流源与所述继电器单元连接并输出相应的恒流源，设置有多路电容的线路板分别与两个所述电子开关单元连接，设置有多路电容的线路板上设置有若干待测电容，所述io扩展单元的输入端与所述单片机连接，所述io扩展单元的输出端分别与两个所述电子开关单元的控制端连接，所述adc单元的输入端与多路电容的前端连接，所述adc单元与所述单片机连接，所述单片机通过所述io扩展单元和所述adc单元进行数据收集、处理及控制开关。设计的整个系统体积小、成本低、易于操作和实现，适用场合广泛；通过恒流源法测试电容的精度高，测试方法简单易行；恒流源测试电容测试的电压较为宽阔，易于测试；在测试多路阻抗电容时，能够通过电子开关快速切换实现单路连通方法进行测试；相同电容充电时，恒流源相对恒压源充电时间短很多，减少测试时间，测试效率高。

在具体应用时，供电电源为整个测试系统提供电源，会通过电源芯片为各个单元提供电源供应，内部包括基准电源。可调节恒流源针对不同容值的电容，提供不同档位的电流充电，便于实现快速充电测试的目的。继电器单元控制切换不同的电流档位。电子开关单元一：控制连接恒流源输出端与待测电容的前端，起到切换测试作用；电子开关单元二：控制连接待测电容的后端与恒流源的负端，起到切换测试作用。电容放电单元为使测试值的精度较高，需要在测试前对电容进行放电，以防止静电或者其他带电导致测试偏差。测试后需要对电容进行放电，以免对电路有影响。本申请中的io扩展单元，单片机的扩展更多的io口进行多路的电容等切换的控制。测试时，将读取电容量两端充电电压的模拟信号转换为数字信号，并将数据传入单片机进行处理，

优选的，所述电容放电单元一端与所述待测电容的前端相连，另一端通过电阻接地。解决了电容快速放电的问题，提高了测试的精准度。

优选的，所述供电电源内设置有电源芯片，所述供电电源通过所述电源芯片进行供电。可以合理的调配不同单元的供电。

优选的，两个所述电子开关单元分别为电子开关单元一和电子开关单元二，所述电子开关单元一与所述待测电容的前端连接，所述电子开关单元二与所述待测电容的后端连接。具体的，每个电子开关的后端共地相连，然后所有的电子开关的地端共地相连。

具体的，在本申请中，adc单元为模拟数字转换器，是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备。一个模拟数字转换器可以提供信号用于测量。电容两端的电压不可突变，在恒定电压充电时，其两端电压与时间是呈指数关系；恒定电流充电时，其两端电压与时间呈线性关系。

请参阅图2，一种多路电容测试方法，应用于多路电容测试系统，多路电容测试系统包括供电电源、可调节恒流源、继电器单元、两个电子开关单元、电容放电单元、io扩展单元、adc单元及单片机，所述可调节恒流源与所述继电器单元连接并输出相应的恒流源，设置有多路电容的线路板分别与两个所述电子开关单元连接，设置有多路电容的线路板上设置有若干待测电容，所述io扩展单元的输入端与所述单片机连接，所述io扩展单元的输出端分别与两个所述电子开关单元的控制端连接，所述adc单元的输入端与多路电容的前端连接，所述adc单元与所述单片机连接，包括以下步骤：

放电步骤：通过电子开关单元切换到电容放电单元并对待测电容进行放电处理；

供电步骤：供电电源运行并通过可调节恒流源及继电器单元调节到相应测试的恒定电流；

电容选定步骤：单片机发送测试信号，通过io扩展单元控制两个电子开关单元切换到相应待测电容；

电容测试步骤：恒定电流经过电子开关单元为待测电容充电，adc单元会采样瞬时电压并读取电压值及充电时间；

数据处理步骤：单片机对充电时间和adc单元读取的电压数据进行处理。在实际应用中，采用电子开关模块能够极短时间内切换到待测电容，单个电容测试时间最长约100毫秒。通过单片机的微型处理器实现控制、采集数据、数据处理等功能。在实施过程中，电容放电单元与待测电容单元前端相连，然后通过电阻接地；io扩展单元输入端接入单片机，输出端接入电子开关单元一、电子开关单元二级继电器单元上对应的控制端，用以控制各路电子开关的切换及恒流源的切换；adc单元的输入端接在待测电容的前端，并与单片机相连接；单片机则是与adc单元及io扩展单元相连接，主要是进行数据收集和处理，并进行控制开关等。

优选的，所述多路电容测试方法还包括操作检验步骤：检验操作是否有误，若无，返回放电步骤，若是，单片机生成报警信号。在所述供电步骤中，可调节恒流源针对不同容值的电容，提供不同档位的电流充电。可协调测试，连续进行多个电容的测试，精准度高，效率高。

综上所述，本申请具有如下优点：

1)集成化的设计，有效减少体积；

2)单电容测试时间短，易于实现；

3)多电容测试自动切换，操作简单；

4)功能单元化，方便维护。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。