专利名称：电磁继电器力学环境试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及继电器测量领域。
技术背景电磁继电器是一种当输入的物理量(电量或非电量)达到规定值时，其电气 输出电路被接通(导通)或分断(阻断、关断)的自动运动电器，在生产过程自动 化装置、电力系统保护装置、各类遥控和通信装置等领域中都有广泛的应用， 是现代自动控制系统中基础的电器元件之一。而小型密封电磁继电器由于其具有切换功率大、灵敏度高、转换深度高和 耐环境能力强等固态器件无法替代的优点，广泛被应用于航天和国防等高端领 域。电磁继电器的切换功能一般通过衔铁系统和接触系统这两个机械系统实 现，而两者在受到外界激励下，特别是国防和航天等应用领域中的严酷力学条 件下，极易发生误动作，导致簧片间持续的分合现象会导致拉弧、烧触、磨损 甚至热熔焊，使继电器出现机械结构性和电器功能性传递故障。因此小型密封 电磁继电器的抗振动性能受到各大继电器生产厂商和国防、航天用户的关注， 为了提高密封电磁继电器力学环境下的可靠性，生产厂商根据总装备部制定的《有可靠性指标的电磁继电器总规范》(GJB65B"99)、《有可靠性指标的功率 型电磁继电器总规范》(GJB2888^97)和《电子与电气元件试验方法》(GJB360A 一96)等多个标准中的力学环境试验条件对继电器进行试验，其中电磁振动台 试验系统由于其可靠性高，可控性好是再现军标力学环境的重要手段。当前力 学可靠性试验一般是由电磁振动台与触电检测设备共同完成，且两台设备相互 独立，因此在试验进行中，只能测试继电器是否通过特定条件的力学试验，而 无法在接触系统被抖断和抖闭时自动准确地获得确切的失效条件(例如抖闭或 者抖断的发生时间，和抖断抖闭时对应激励的频率值与激励的时域波形)，欠 缺再现失效激励的试验信息。 发明内容本发明为了解决现有试验过程中不能同时得到振动条件控制信息和触点 状态监测信息，提出了一种电磁继电器力学环境试验系统。本发明的电磁继电器力学环境试验系统包括微处理器、通讯模块、数模转换模块、存储器、上位机、功率放大模块和电磁振动台；微处理器通过地址总 线和数据总线连接存储器上，微处理器的数据输出端连接数模转换模块的数据 输入端，数模转换模块的模拟信号输出端连接功率放大模块的模拟信号输入 端，功率放大模块的输出端连接电磁振动台的驱动输入端，它还包括数据采集 模块、加速度传感器、电荷放大模块和触点监测模块；被测继电器和加速度传 感器设置于电磁振动台上，触点监测模块的模拟信号输入端连接被测继电器的 触点上，加速度传感器的输出端连接电荷放大模块的输入端，电荷放大模块的 模拟信号输出端和触点监测模块的模拟信号输出端分别连接数据采集模块的 模拟信号输入端，数据采集模块的数据输出端分别连接微处理器的数据输入端 和通讯模块的数据输入端，微处理器与通讯模块串行连接，通讯模块连接上位 机的USB端口上。本发明结合微处理器与实时系统搭建闭环系统对电磁振动台进行控制，达 到良好的控制精度，实现《有可靠性指标的电磁继电器总规范》(GJB65B"99) 和《电子与电气元件试验方法》(GJB360A"96)中规定的冲击、高频和随机振 动试验，较为真实地模拟工作环境，较为准确地确定元件的失效模式和力学薄 弱环节，进而为振动防护提供必要的资料。在控制系统中加入了高速数据采集 模块以及触点监测模块，实现了振动试验与触点监测同时进行，更加准确记录 被测电器的力学薄弱环节。由于振动台控制设备和触点监测设备共同协作工 作，本测试装置可以准确记录继电器触点被抖断、抖闭时的发生时间，当前激 励的时域波形，当前激励的加速度频率，工程师可根据这些条件通过仿真或者 试验再现失效条件，为进一步的产品优化和改进提供参考数据。对我国电器抗 振动试验技术的发展与力学试验的普及化具有重要的实际意义。
图1是本发明的结构示意图；图2是具体实施方式
二的电路结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式由微处理器1、通讯模块2、数据采集模块3、数模转换模块4、存储器5、加速度传感器6、 电荷放大模块7、上位机8、功率放大模块9、电磁振动台IO和触点监测模块11组成；微处理器1通过地址总线和数据总线连接存储器5上，微处理器1 的数据输出端连接数模转换模块4的数据输入端，数模转换模块4的模拟信号 输出端连接功率放大模块9的模拟信号输入端，功率放大模块9的输出端连接 电磁振动台10的驱动输入端，被测继电器12和加速度传感器6设置于电磁振 动台10上，触点监测模块11的模拟信号输入端连接被测继电器12的触点上， 加速度传感器6的输出端连接电荷放大模块7的输入端，电荷放大模块7的模 拟信号输出端和触点监测模块11的模拟信号输出端分别连接数据采集模块3 的模拟信号输入端，数据采集模块3的数据输出端分别连接微处理器1的数据 输入端和通讯模块2的数据输入端，微处理器1与通讯模块2串行连接，通讯 模块2连接上位机8的USB端口上。微处理器1采用TMS320系列DSP搭建 闭环控制系统，根据上位机的试验标准要求生成和调整实时信号。通讯模块2 采用Cypress公司的FX2LP系列构建高速USB数据传输通道，它与微处理器 1通过RS-232接口进行连接，将上位机8设定的试验类型以及相关试验参数 发送给微处理器1;通讯模块2与数据采集模块3通过独立的数据总线和地址 总线进行连接，在振动试验的同时向上位机8发送触点接触状态监测数据。数 据采集模块3可以采用5片AD公司的AD7892芯片高速采集数据，其中四路 采集两组触点的接触状态信号，另外一路采集振动台面的加速度信号。所采集 的数据通过地址和数据总线发送到微处理器1和通讯模块2。数模转换模块4 采用TI公司的DAC7625搭建，根据微处理器1计算结果输出时域驱动波形， 它与微处理器1通过总线连接，模拟量输出通道连接到功率放大模块。存储器 5采用ISSI公司的IS61LV6414，片内的64K字节ram用于存储微处理器1在 分析信号时产生的大量数据。加速度传感器6采用江苏联能电子技术有限公司 CA-YD-103压电式加速度计。电荷放大模块7采用江苏联能电子技术有限公 司YE5852A型电荷放大器。功率放大模块9采用达林顿管MJ11032、 MJ11033 和APEX公司的PA78DK对数模转换模块4的模拟输出信号进行功率放大并 驱动电磁振动台10。电磁振动台10采用国营709厂小型电磁振动台。
具体实施方式
二结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于触点监测模块ll由第一运算放大器L1、第二运算放大器L2、 第一电阻Rl至第九电阻R9和第一电容Cl至第四电容C4组成；继电器第一触电信号输出端连接第五电阻R5的一端、第七电阻R7的一端和第一运算放 大器L1的管脚3，第五电阻R5的另一端连接5V电源，继电器第二触电信号 输出端连接第七电阻R7的另一端并接地，第一运算放大器L1的管脚4连接 第八阻R8的一端和第三电容C3的一端，第八阻R8的另一端连接-12V电源， 第三电容C3的另一端接地，第一运算放大器L1的管脚7连接第一电阻R1的 一端和第一电容C1的一端，第一电阻R1的另一端连接+12V电源，第一电容 Cl的另一端接地，第一运算放大器Ll的管脚2和管脚6连接第六电阻R6的 一端，第六电阻R6的另一端连接第二运算放大器L2的管脚3，第二运算放大 器L2的管脚4连接第九阻R9的一端和第四电容C4的一端，第九阻R9的另 一端连接-12V电源，第四电容C4的另一端接地，第二运算放大器L2的管脚 7连接第二电阻R2的一端和第二电容C2的一端，第二电阻R2的另一端连接 +12V电源，第二电容C2的另一端接地，第二运算放大器L2的管脚6连接第 四电阻R4的一端和触电状态输出端，第四电阻R4的另一端和第二运算放大 器L2的管脚2连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地。触点监 测模块ll以LF356运算放大器、电阻和电容组成的低通滤波器，在被测继电 器触点闭合时产生+5V信号，开断时产生OV信号，从而判断试验过程中的触 点状态。本发明装置可以进行冲击振动试验、高频振动试验、随机振动试验、冲击 极限加速度评估试验、高频振动极限加速度评估试验、随机振动极限加速度评 估试验。采用本装置进行冲击振动试验的步骤如下步骤一上位机8中设定的试验类型为冲击振动试验及冲击振动试验参数；步骤二试验初始化，微处理器1从上位机8读取冲击试验的标称脉冲持 续时间和脉冲加速度峰值两个参数；步骤三根据当前时间闭环整定时域波形幅值，等待输出中断、无采样中 断，只进入步骤A;冲击振动试验同时数据采集模块3通过触点监测模块11 监测被测继电器两组触点接触状态，并通过通讯模块2上传至上位机8;步骤A:当微处理器1收到内部的第一定时器的触发信号时，进入输出中6断程序，将计算结果输出到数模转换模块4，并从输出中断返回，进入等待中 断状态；数模转换模块4收到数据后，输出模拟电压值相应改变，并经过功率 放大模块9驱动电磁振动台10;步骤四判断试验时间是否结束，是，则进入步骤五；否，则返回步骤三; 步骤五微处理器l锁定输出，返回步骤一。 采用本装置进行冲击极限加速度评估试验的步骤如下步骤一上位机8中设定的试验类型为冲击极限加速度评估试验及冲击极 限加速度评估试验参数；步骤二试验初始化，微处理器1从上位机8读取冲击极限加速度评估试 验的标称脉冲持续时间和脉冲加速度峰值两个参数；步骤三根据当前时间闭环整定时域波形幅值，等待输出中断、无采样中 断，只进入步骤A;冲击振动试验同时数据采集模块3通过触点监测模块11 监测被测继电器两组触点接触状态，并通过通讯模块2上传至上位机8;步骤A:当微处理器l收到内部的第一定时器的触发信号时，进入输出中 断程序，将计算结果输出到数模转换模块4，并从输出中断返回，进入等待中 断状态；数模转换模块4收到数据后，输出模拟电压值相应改变，并经过功率 放大模块9驱动电磁振动台10;步骤C:当触点监测模块11监测到触电出现抖断、抖闭现象发送给上位 机8,上位机8将信息传送给微处理器1，微处理器l中断当前试验，记录当 前的加速度幅值，并执行冲击极限加速度评估试验程序，降低加速度幅值反复 进行冲击试验，并记录发生抖闭或者抖断的最小加速度幅值发送至上位机8 存储；步骤四判断试验时间是否结束，是，则进入步骤五；否，则返回步骤三; 步骤五微处理器l锁定输出，返回步骤一。其中可以采用冲击条件为1000m/s2， 6ms的半正弦波进行冲击时触点发生 抖断，程序以冲击时间6ms,并依次降低幅值950m/s2， 900m/s2, 850m/s2... 进行半正弦波冲击试验，直至找到发生抖断的最小冲击加速度幅值(m/s2)。采用本装置进行高频振动试验的步骤如下数；步骤二试验初始化，微处理器1从上位机8读取高频振动试验的频率范 围、加速度幅值和交越频率三个参数；步骤三根据上一周期的反馈结果闭环整定当前时域波形的幅值和频率， 等待输出中断和采样中断，如果输出中断则转入步骤A，如果采样中断则转到 步骤B，否则继续等待；试验同时数据采集模块3通过触点监测模块11监测 被测继电器两组触点接触状态，并通过通讯模块2上传至上位机8;步骤A:当微处理器l收到内部的第一定时器的触发信号时，进入输出中 断程序，将计算结果输出到数模转换模块4，并从输出中断返回，进入等待中 断状态；数模转换模块4收到数据后，输出模拟电压值相应改变，并经过功率 放大模块9驱动电磁振动台10;步骤B:当微处理器1收到内部的第二定时器的触发信号时，进入釆样中 断程序，微处理器读取数据采集模块3的A/D转换结果，获得经过电荷放大 模块7和加速度传感器6传送的电磁振动台10的台面的加速度信号，读取完 成后判断是否采集满一周期数据，否，则从采样中断程序返回，进入等待中断 状态；是，则计算合成下一周期信号并从采样中断程序返回，进入等待中断状 态；步骤四判断试验时间是否结束，是，则进入步骤五；否，则返回步骤三;步骤五微处理器l锁定输出，返回步骤一。采用本装置进行高频振动极限加速度评估试验的步骤如下步骤一上位机8中设定的试验类型为高频振动极限加速度评估试验及高 频振动极限加速度评估试验参数；步骤二试验初始化，微处理器1从上位机8读取高频振动极限加速度评 估试验的频率范围、加速度幅值和交越频率三个参数；步骤三根据上一周期的反馈结果闭环整定当前时域波形的幅值和频率， 等待输出中断和采样中断，如果输出中断则转入步骤A，如果采样中断则转到 步骤B，否则继续等待；试验同时数据采集模块3通过触点监测模块11监测 被测继电器两组触点接触状态，并通过通讯模块2上传至上位机8;步骤A:当微处理器l收到内部的第一定时器的触发信号时，进入输出中断程序，将计算结果输出到数模转换模块4，并从输出中断返回，进入等待中 断状态；数模转换模块4收到数据后，输出模拟电压值相应改变，并经过功率 放大模块9驱动电磁振动台10;步骤B:当微处理器l收到内部的第二定时器的触发信号时，进入采样中 断程序，微处理器读取数据采集模块3的A/D转换结果，获得经过电荷放大 模块7和加速度传感器6传送的电磁振动台10的台面的加速度信号，读取完 成后判断是否采集满一周期数据，否，则从采样中断程序返回，进入等待中断 状态；是，则计算合成下一周期信号并从采样中断程序返回，进入等待中断状 态；步骤C:当触点监测模块11监测到触电出现抖断、抖闭现象发送给上位 机8，上位机8将信息传送给微处理器1，微处理器l中断当前试验，记录当 前周期的加速度幅值和加速度频率，并执行高频振动极限加速度评估试验程 序，在该频率内减小加速度峰值、增加扫频密度进行扫频进行高频振动试验， 确定发生抖闭、抖断的频率范围和最小加速度值；在确定完成后，继续刚才中 断的试验，搜索下一个发生抖闭、抖断的激励条件直到试验结束；并记录发生 抖闭或者抖断的最小加速度幅值发送至上位机8存储；步骤四判断试验时间是否结束，是，则进入步骤五；否，则返回步骤三;步骤五微处理器l锁定输出，返回步骤一。其中高频振动极限加速度评估试验的参数为频率范围10~3000Hz,加速度 幅值300m/s2，频率变化率2.32Hz/s进行扫频试验；试验过程中出现抖闭或抖 断现象，则以lHz/s的频率变化率搜索抖闭或者抖断的频率范围，搜索完毕后 在抖闭和抖断的频率范围内，分别以加速幅值290m/s2， 280m/s2， 270m/s2..., 1Hz/s进行扫频，直到找出最小抖闭或者抖断的加速度幅值。采用本装置进行随机振动试验的步骤如下步骤一上位机8中设定的试验类型为随机振动试验及随机振动试验参、Wf数；步骤二试验初始化，微处理器1从上位机8读取随机试验的加速度功率 谱密度和总均方根加速度值两个参数；步骤三根据上一时间帧的反馈结果计算下一时间数据帧的加速度幅值，等待输出中断和采样中断，如果输出中断则转入步骤A，如果采样中断则转到 步骤B，否则继续等待；试验同时数据采集模块3通过触点监测模块11监测 被测继电器两组触点接触状态，并通过通讯模块2上传至上位机8;步骤A:当微处理器1收到内部的第一定时器的触发信号时，进入输出中 断程序，将计算结果输出到数模转换模块4，并从输出中断返回，进入等待中 断状态；数模转换模块4收到数据后，输出模拟电压值相应改变，并经过功率 放大模块9驱动电磁振动台10;步骤B:当微处理器l收到内部的第二定时器的触发信号对，进入采样中 断程序，微处理器读取数据采集模块3的A/D转换结果，获得经过电荷放大 模块7和加速度传感器6传送的电磁振动台10的台面的加速度信号，读取完 成后判断是否采集够一帧数据，否，则从采样中断程序返回，进入等待中断状 态；是，则计算合成下一时间帧的信号并从采样中断程序返回，进入等待中断 状态；步骤四判断试验时间是否结束，是，则进入步骤五；否，则返回步骤三;步骤五微处理器l锁定输出，返回步骤一。采用本装置进行随机振动极限加速度评估试验的步骤如下步骤一上位机8中设定的试验类型为随机振动极限加速度评估试验及随 机振动极限加速度评估试验参数；步骤二试验初始化，微处理器1从上位机8读取随机振动极限加速度评 估试验的加速度功率谱密度和总均方根加速度值两个参数；步骤三根据上一时间帧的反馈结果计算下一时间数据帧的加速度幅值， 等待输出中断和采样中断，如果输出中断则转入步骤A,如果采样中断则转到 步骤B，否则继续等待；试验同时数据采集模块3通过触点监测模块11监测 被测继电器两组触点接触状态，并通过通讯模块2上传至上位机8;步骤A:当微处理器l收到内部的第一定时器的触发信号时，进入输出中 断程序，将计算结果输出到数模转换模块4，并从输出中断返回，进入等待中 断状态；数模转换模块4收到数据后，输出模拟电压值相应改变，并经过功率 放大模块9驱动电磁振动台10;步骤B:当微处理器l收到内部的第二定时器的触发信号时，进入采样中断程序，微处理器读取数据采集模块3的A/D转换结果，获得经过电荷放大 模块7和加速度传感器6传送的电磁振动台10的台面的加速度信号，读取完 成后判断是否采集够一帧数据，否，则从采样中断程序返回，进入等待中断状 态；是，则计算合成下一时间帧的信号并从采样中断程序返回，进入等待中断 状态；步骤C:当触点监测模块11监测到触电出现抖断、抖闭现象发送给上位 机8，上位机8将信息传送给微处理器1，微处理器l中断当前试验，记录当 前时间帧的时域信号，并降低时域信号的加速度幅值，并执行随机振动极限加 速度评估试验程序，并降低时域信号的加速度幅值进行随机振动试验，确定发 生抖闭、抖断的最小加速度值；在确定完成后，继续刚才中断的试验，搜索下 一个发生抖闭、抖断的激励条件直到试验结束；并记录发生抖闭或者抖断的最 小加速度幅值发送至上位机8存储；步骤四判断试验时间是否结束，是，则进入步骤五；否，则返回步骤三;步骤五微处理器l锁定输出，返回步骤一。其中随机振动极限加速度评估试验的参数为加速度功率谱密度 40(m/s2)2，总均方根加速度值239.1m/s2进行随机振动试验，试验过程中出现 抖闭或抖断现象，则重复当前时间帧的时域信号并逐步降低加速度幅值，直到 找出最小抖闭或者抖断的加速度值。
权利要求
1. 电磁继电器力学环境试验系统，它包括微处理器(1)、通讯模块(2)、数模转换模块(4)、存储器(5)、上位机(8)、功率放大模块(9)和电磁振动台10；微处理器(1)通过地址总线和数据总线连接存储器(5)上，微处理器(1)的数据输出端连接数模转换模块(4)的数据输入端，数模转换模块(4)的模拟信号输出端连接功率放大模块(9)的模拟信号输入端，功率放大模块(9)的输出端连接电磁振动台(10)的驱动输入端，其特征在于它还包括数据采集模块(3)、加速度传感器(6)、电荷放大模块(7)和触点监测模块(11)；被测继电器(12)和加速度传感器(6)设置于电磁振动台(10)上，触点监测模块(11)的模拟信号输入端连接被测继电器(12)的触点上，加速度传感器(6)的输出端连接电荷放大模块(7)的输入端，电荷放大模块(7)的模拟信号输出端和触点监测模块(11)的模拟信号输出端分别连接数据采集模块(3)的模拟信号输入端，数据采集模块(3)的数据输出端分别连接微处理器(1)的数据输入端和通讯模块(2)的数据输入端，微处理器(1)与通讯模块(2)串行连接，通讯模块(2)连接上位机(8)的USB端口上。
2、 根据权利要求1所述的电磁继电器力学环境试验系统，其特征在于触 点监测模块(11)由第一运算放大器L1、第二运算放大器L2、第一电阻R1至 第九电阻R9和第一电容Cl至第四电容C4组成；继电器第一触电信号输出端 连接第五电阻R5的一端、第七电阻R7的一端和第一运算放大器Ll的管脚3, 第五电阻R5的另一端连接5V电源，继电器第二触电信号输出端连接第七电 阻R7的另一端并接地，第一运算放大器Ll的管脚4连接第八阻R8的一端和 第三电容C3的一端，第八阻R8的另一端连接-12V电源，第三电容C3的另 一端接地，第一运算放大器L1的管脚7连接第一电阻R1的一端和第一电容 Cl的一端，第一电阻R1的另一端连接+12V电源，第一电容C1的另一端接 地，第一运算放大器L1的管脚2和管脚6连接第六电阻R6的一端，第六电 阻R6的另一端连接第二运算放大器L2的管脚3，第二运算放大器L2的管脚 4连接第九阻R9的一端和第四电容C4的一端，第九阻R9的另一端连接-12V 电源，第四电容C4的另一端接地，第二运算放大器L2的管脚7连接第二电 阻R2的一端和第二电容C2的一端，第二电阻R2的另一端连接+12V电源， 第二电容C2的另一端接地，第二运算放大器L2的管脚6连接第四电阻R4的 一端和触电状态输出端，第四电阻R4的另一端和第二运算放大器L2的管脚2 连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地。
全文摘要
电磁继电器力学环境试验系统，它涉及继电器测量领域，它解决了现有试验过程中不能同时得到振动条件控制信息和触点状态监测信息的问题。它增加了触点监测模块，触点监测模块输入端连被测继电器的触点上，触点监测模块输出端连数据采集模块输入端，数据采集模块输出端连微处理器输入端和通讯模块输入端，微处理器与通讯模块串连，通讯模块连上位机的USB端口。本发明结合微处理器与实时系统搭建闭环系统对电磁振动台进行控制，达到良好的控制精度，真实地模拟工作环境，准确地确定元件的失效模式和力学薄弱环节，进而为振动防护提供必要的资料。本发明实现了振动试验与触点监测同时进行，更加准确记录被测电器的力学薄弱环节。
文档编号G01M7/00GK101261310SQ20081006435
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月22日 优先权日2008年4月22日
发明者任万滨, 翟国富, 肖唐杰, 陈英华 申请人:哈尔滨工业大学