一种智能气体放电管直流击穿电压测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能气体放电管直流击穿电压测量装置，属于雷电科学与技术领域。
【背景技术】
[0002]雷电电磁脉冲或者线路开关瞬态放电是经常发生在通讯线路、控制线路及供电电网线中的一种异常现象。由于信息高速公路的发展，计算机联网以及有线电视等的普及，对传输线路的防雷及过电压保护的要求越来越高。
[0003]气体放电管是金属与陶瓷气密封接器件，管壳为A1203陶瓷，电极由Fe-Ni合金材料制成，电极表面涂有作为发射材料的阴极粉，管内充有惰性气体。一般有二极管、三极管两种放电管，气体放电管是利用气体放电理论的离子器件。当加在管子上的电压达到或超过其击穿电压时，管子导通由高阻抗状态变为低阻抗状态，从而使浪涌电流泄放到大地，保护仪器设备及工作人员免受过压冲击。若外加电压切断，则管子恢复高阻抗状态，并不影响仪器设备的正常工作。因此，气体放电管时能够一直过电压浪涌，满足设备、线路的防雷及过电压保护的要求，保障线路正常运行的一种有效的器件。直流击穿电压是衡量气体放电管性能的一个重要参数。保障气体放电管在线路中能够长期处于正常稳定的工作状态，对气体放电管的直流击穿电压值的测量非常重要。
[0004]目前，现有的关于气体放电管击穿电压测量装置主要有以下两个:其一是中国发明申请《气体放电管直流击穿电压测量装置及方法》，其申请号为201010199158.8，通过微电流微分传感器快速准确地判断气体放电管在施加规定上升速率的直流电压条件下绝缘状态到导通状态的微电流转换信号；其二是中国实用新型申请《一种气体放电管直流击穿电压测量装置》，其申请号为201320012158.1，利用上升速率为100V/s和1000V/s的直流电压，测量放电管从高阻抗状态转为低阻抗状态的直流击穿电压。但是，前者主要是以框图形式对气体放电管装置的设计和方法进行了概述，未涉及具体电路，需要查阅者具有较高的电路控制基础，不利于技术的推广；后者缺乏将放电管火花击穿测量装置及微控制器等外部设备相结合，智能自动化不足。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种智能气体放电管直流击穿电压测量装置，实现对气体放电管直流击穿电压的自动测量，并对测量数据进行存储、显示和处理。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种智能气体放电管直流击穿电压测量装置，包括微控制器、伏安采集单元、高压电源单元、测量选择单元以及测量接口，所述伏安采集单元与所述微控制器连接，所述高压电源单元经测量选择单元与伏安采集单元连接，所述测量接口与所述测量选择单元连接；所述高压电源单元用于向所述气体放电管提供测量电压，所述测量选择单元用于选择不同的测量电压，所述测量接口用于连接气体放电管，所述伏安采集单元用于采集气体放电管的电流值和电压值。
[0007]进一步的，所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置还包括显示单元，所述显示单元与所述微控制器连接。
[0008]进一步的，所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置还包括存储单元，所述存储单元与所述微控制器连接。
[0009]进一步的，所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置还包括PC机，所述PC机与所述微控制器连接。
[0010]优选的，所述高压电源单元包括依次连接的正弦波发生器、压控放大器、功率放大器、升压变压器以及整流滤波电路，还包括分别与所述压控放大器连接的100V/S控制电路、lOOOV/s控制电路。
[0011]优选的，所述微控制器为TMS320LF240X系列DSP控制器。
[0012]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、本发明智能气体放电管直流击穿电压测量装置，利用光电耦合原理提取气体放电管击穿瞬时产生的直流脉冲作为放电管由高阻抗状态变为低阻抗状态的判据，具有测量响应时间快，测量范围宽，测量误差小等特点。
[0013]2、本发明智能气体放电管直流击穿电压测量装置，利用DSP控制器实现自动测量，高速信号处理，拥有强大的处理功能和丰富的外设资源，电源管理时钟低功耗，操作方便，安全节能。
[0014]3、本发明智能气体放电管直流击穿电压测量装置，利用压控放大器实现100V/S和lOOOV/s的控制电路控制，输出电压精度高，线性较好。
[0015]4、本发明智能气体放电管直流击穿电压测量装置，对50V~5000V的气体放电管的直流击穿电压测量时，响应时间约为3 μ S。
【附图说明】
[0016]图1是本发明智能气体放电管直流击穿电压测量装置的结构示意图。
[0017]图2是本发明高压电源单元的结构示意图。
[0018]图3是本发明正弦波发生器及压控放大器的电路原理图。
[0019]图4是本发明功率放大器、升压变压器及整流滤波电路的电路原理图。
[0020]图5是本发明伏安采集单元的电路图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0022]如图1所示，为本发明智能气体放电管直流击穿电压测量装置，包括微控制器、伏安采集单元、高压电源单元、测量选择单元、测量接口、显示单元、存储单元以及PC机，微控制器实现对高压电源单元、测量选择单元、显示单元、存储单元以及PC机的控制，同时读取伏安采集单元测得的数据值，并将此数据存储到存储单元中，然后将数据导入PC机进行二次处理；伏安采集单元主要实现检测功能，通过电磁感应原理，对被测气体放电管加电后的电流值和电压值分别以电压的形式采集，将转换后的数据传输至微控制器中；高压电源单元主要提供lOOV/s和lOOOV/s可选的双模测量电压；测量选择单元主要对微控制器发送来的通道选择指令进行解码并实现测量通道的切换；测量接口主要是对气体放电管或气体放电管的金属极进行可靠连接，并用塑钢玻璃罩进行安全保护。
[0023]如图2所示，为本发明高压电源单元的结构示意图，主要由正弦波发生器、压控放大器、功率放大器、升压变压器、整流滤波电路以及100V/S、lOOOV/s控制电路组成。其工作过程是正弦波发生器产生IkHz的正弦波经压控放大器放大，压控放大器的增益由100V/s、1000V/s控制电路控制，20dB范围，经功率放大器放大后，升压变压器作为功率放大器的负载，初次的匝数比为1:500，最高电压输出均为10kV，经整流滤波电路输出为lOOV/s、lOOOV/s的直流电压。
[0024]如图3所示，为本发明正弦波发生器及压控放大器的电路原理图，正弦波发生器(a)为高压电源工作的简单电桥振荡电路，其振荡频率为110Hz，运行放大器采用0P27。压控放大器及控制电路(b)中，电容C与电阻R主要构成控制电路，实际上RC充电电路回路，控制RC时间常数即可改变输出电压的频率，压控放大器由场效应管及运算放大器LM358构成，D相当于电子电位器，改变栅极电压的大小，使漏极与源极的电阻改变，从而改变输出电压的大小，相对的改变了整个电路的增益。
[0025]如图4所示，为本发明功率放大器、升压变压器及整流滤波电路的电路原理图，功率放大器及升压变压器(c)中，功率器Ql和Q2栅极输入功率为正弦波信号，Ql和Q2这两个场效应管交替导通，通过升压变压器Tl和T2在升压器的次级输出高压。整流滤波电路(d)主要由D1~D4整流硅，电流为1A，电压为10kV，及10kV/10 μ F的高压电容组成。
[0026]如图5所示，为本发明伏安采集单元的电路图，伏安采集单元主要由取样电阻、TVS管、运算放大器、光耦装置构成，该电路输出的控制信号控制压控放大器停止输出。本电路工作过程如下:限流电阻为R1，取样电阻为R2，当气体放电管击穿后，取样电阻R2上的电压经电压跟随器驱动三极管基极，然后驱动光电耦合器件，光电耦合器件发光，并输出气体放电管导通的控制信号，微控制器开始采集击穿电压。此外，微控制器的数据还可以上传给PC机，由PC机对数据进行二次处理分析，如绘制曲线、计算期望方差等。
[0027]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种智能气体放电管直流击穿电压测量装置，其特征在于:包括微控制器、伏安采集单元、高压电源单元、测量选择单元以及测量接口，所述伏安采集单元与所述微控制器连接，所述高压电源单元经测量选择单元与伏安采集单元连接，所述测量接口与所述测量选择单元连接；所述高压电源单元用于向所述气体放电管提供测量电压，所述测量选择单元用于选择不同的测量电压，所述测量接口用于连接气体放电管，所述伏安采集单元用于采集气体放电管的电流值和电压值。
2.如权利要求1所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置，其特征在于:所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置还包括显示单元，所述显示单元与所述微控制器连接。
3.如权利要求1所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置，其特征在于:所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置还包括存储单元，所述存储单元与所述微控制器连接。
4.如权利要求1所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置，其特征在于:所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置还包括PC机，所述PC机与所述微控制器连接。
5.如权利要求1所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置，其特征在于:所述高压电源单元包括依次连接的正弦波发生器、压控放大器、功率放大器、升压变压器以及整流滤波电路，还包括分别与所述压控放大器连接的lOOV/s控制电路、lOOOV/s控制电路。
6.如权利要求1所述智能气体放电管直流击穿电压测量装置，其特征在于:所述微控制器为TMS320LF240x系列DSP控制器。
【专利摘要】本发明公开了一种智能气体放电管直流击穿电压测量装置，包括微控制器、伏安采集单元、高压电源单元、测量选择单元以及测量接口，所述伏安采集单元与所述微控制器连接，所述高压电源单元经测量选择单元与伏安采集单元连接，所述测量接口与所述测量选择单元连接；所述高压电源单元用于向所述气体放电管提供测量电压，所述测量选择单元用于选择不同的测量电压，所述测量接口用于连接气体放电管，所述伏安采集单元用于采集气体放电管的电流值和电压值。本发明智能气体放电管直流击穿电压测量装置，利用DSP控制器实现自动测量，高速信号处理，拥有强大的处理功能和丰富的外设资源，电源管理时钟低功耗，操作方便，安全节能。
【IPC分类】G01R31-12
【公开号】CN104569762
【申请号】CN201510002641
【发明人】杨仲江, 李鹏飞, 曹洪亮, 姜苏, 周中山
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月5日