基于卫星导航系统的电压精密计量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于卫星导航系统的电压精密计量装置，它包括电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块。所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块和处理模块的时钟输入端连接，为电压-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。本实用新型利用电压-频率转换模块和卫星导航系统所提供的高精度时钟信号，可测量出被测电压信号的大小，实现电压的精密、准确计量。
【专利说明】 基于卫星导航系统的电压精密计量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及信号的精密计量领域，特别是涉及一种基于卫星导航系统的电压精密计量装置。
【背景技术】
[0002]目前，电压信号的测量是使用经过周期检定的电压测量仪器进行测量。这种电压测量仪器需按国家检定规程要求，在一定时间内送计量检定机构进行检定，以保证该电压测量仪器的精确性和可靠性。
[0003]定期送计量检定机构检定的目的在于:量值的传递，即量值的可溯源性。使得所有测量仪器具有统一的标准。但这种定期送检量值溯源方式，对送检单位来说，需增加额外的时间成本和人力成本，送检周期频繁。
[0004]而这种定期送检量值传递方式，对计量检定机构来说，需分级进行量值的传递，且不能越级传递，如中央计量检定机构将量值传递给省级计量检定机构，省级计量检定机构再将量值传递给市级计量检定机构，市级计量检定机构再把量值传递给下一级计量检定机构。这种分级量值传递的过程中，可能出现的问题在于:在每一级量值传递过程中，都可能产生一定的误差，由于量值误差的累积，必然导致最下级计量检定机构的计量准确度不高。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于卫星导航系统的电压精密计量装置，利用电压-频率转换模块和卫星授时模块，实现在任何工作场合、温度、湿度下，精密测量输入的交、直流电压信号，以及通过信号转换器实现对各类可转换成电压的信号精密计量，无需再定期送到计量鉴定机构进行检定，避免传统量值溯源和量值传递方式所带来的问题。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:基于卫星导航系统的电压精密计量装置，它包括电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块。
[0007]所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块和处理模块的时钟输入端连接，为电压-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
[0008]它还包括电压信号调理模块，所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接。
[0009]所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块。
[0010]所述的电压信号包括单端电压信号和差分电压信号。
[0011]它还包括信号转换器，所述的信号转换器的信号输入端连接待测输入信号，并将待测输入信号转换成电压信号，再把该电压信号输出给后续的电压-频率转换模块。
[0012]它还包括显示模块，所述的显示模块与处理模块的测量输出连接，对测量结果进行显示。
[0013]它还包括通信接口，所述的处理模块通过通信接口实现与外接设备连接，与外接设备进行数据交换。
[0014]它还包括键盘，所述的键盘与处理模块连接。
[0015]本实用新型的有益效果是:本实用新型计量装置利用电压-频率转换模块和卫星授时模块，实现在任何工作场合、温度、湿度下，精密测量输入的交、直流电压信号，以及通过信号转换器实现对各类可转换成电压的信号精密计量，无需再定期送到计量鉴定机构进行检定，避免传统量值溯源和量值传递方式所带来的问题。
[0016]本实用新型通过电压-频率转换模块，将待测输入电压的幅值转换成对应的频率信号，然后利用卫星导航系统的高精度时钟信号，测量出被测电压信号的幅值，从而实现电压的精密、准确计量。
[0017]本实用新型计量装置采用能提供高精度时钟信号的卫星授时模块和具有高稳定特性的电压-频率转换模块，使得本实用新型计量装置的测量结果具有高精确性。由于卫星授时时钟信号是精准、可信、可靠、可溯源的，使得通过本实用新型计量装置所测量出该输入信号的测量值具有准确性、可信性、可靠性和可溯源性。
[0018]由于本实用新型计量装置具有可溯源特性，因此，其测量结果是可溯源的，符合国家计量检定规程的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型一种基于卫星导航系统的电压精密计量装置的系统原理框图；
[0020]图2为本实用新型中电压-频率转换模块AD652芯片的原理框图；
[0021]图3为本实用新型另一种基于卫星导航系统的电压精密计量装置的系统原理框图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
[0023]如图1所示，基于卫星导航系统的电压精密计量装置，它包括至少一个电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块，所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块和处理模块的时钟输入端连接，为电压-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
[0024]它还包括至少一个电压信号调理模块，所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接。
[0025]所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块。卫星授时模块由卫星授时恒温晶振组成。通过卫星授时时间和高稳晶振之间的时差，采用驯服算法，实时调整晶振的时钟精度。保证供给V/F转换器和处理模块的时钟信号始终保持高精度和时钟的可溯源。
[0026]所述的电压信号包括单端电压信号和差分电压信号。
[0027]所述的处理模块为ARM处理器，可以选用STM32F108VET6芯片。
[0028]所述的V/F转换器为AD652芯片。AD652芯片将输入的模拟电压转换成输出频率与输入信号的大小成比例的脉冲或方波信号，并将该频率信号做为处理模块的输入。
[0029]V/F转换器AD652芯片是一个功能强大的精密模数转换应用构建模块，该芯片的最大满度频率可达2MHz，当输出频率为10kHz时，其非线性误差典型值为0.002%,当输出频率为IMHz时，其线性误差值达到最大为0.005%。
[0030]AD652芯片使用多种常用的电荷平衡技术来执行转换功能。它利用外部时钟定义满量程输出频率，而不是依赖于外部电容的稳定性。因此，其传递函数更稳定、线性度更高，这对单通道和多通道系统都有很大好处。其精密低漂移基准电压源和低温度系数片内薄膜调整电阻使增益漂移最小。此外，激光晶圆调整将初始增益误差降至0.5%以下。
[0031]如图2所示，图2为V/F转换器AD652芯片的原理框图，AD652芯片将输入的模拟电压转换成输出频率与输入信号的大小成比例的脉冲或方波信号。输出频率信号F与输入电压信号Vin的转换公式如下所示，其推导过程可参见AD652数据手册:
[0032]F= (l/Ir*Rin*T0)*Vin
[0033]式中:Ir - AD652芯片中恒流源传输给积分电容的充电电流值；
[0034]Rin — AD652芯片中电阻Rin的阻值；
[0035]T0 - AD652芯片输出频率信号的周期，即积分电容的充电周期。
[0036]电流Ir与电阻Rin的稳定性只与AD652芯片的工艺决定。外界工作条件对电流Ir与电阻Rin的影响基本可以忽略不计，因此电流Ir与电阻Rin可以认为是常数。所以输出频率F与输入的模拟电压Vin成正比。AD652芯片输出频率F的最大值和稳定性由卫星授时模块所输入的时钟信号决定，与外部元件的精度、工作环境温度和湿度基本无关。
[0037]而周期Ttl受AD652芯片的时钟控制，因此外部时钟频率的稳定性和精度直接影响了输出频率信号的稳定度和线性误差。
[0038]卫星授时模块所输入的时钟信号决定AD652芯片输出频率F的范围，同时AD652芯片的时钟的稳定性也必将影响输出频率F的稳定性。由于采用卫星授时的方式提供时钟信号，保证了 AD652芯片时钟输入信号的高稳定性和高精确性。因此AD652芯片可以实现高线性度的V/F转换。本实用新型计量装置采用能提供高精度时钟信号的卫星授时模块和具有高稳定特性的V/F转换器，使得本实用新型计量装置的测量结果具有高精确性。
[0039]由于本实用新型计量装置采用卫星授时做为AD652芯片的时钟信号和采集定时时间，而卫星授时时钟信号是精准、可信、可靠、可溯源的。因此通过本实用新型计量装置所测量出该输入信号的测量值具有准确性、可信性、可靠性和可溯源性。
[0040]本实用新型还包括显示模块，所述的显示模块与处理模块的测量输出连接，对测量结果进行显示。
[0041]本实用新型还包括通信接口，所述的处理模块通过通信接口实现与外接设备连接，与外接设备进行数据交换。
[0042]本实用新型还包括键盘，所述的键盘与处理模块连接。
[0043]如图3所示，本实用新型还包括信号转换器，所述的信号转换器的信号输入端连接待测输入信号，并将待测输入信号转换成电压信号，再把该电压信号输出给后续的电压-频率转换模块。
[0044]本实用新型还可增设信号转换器，当输入信号非电压信号时，可通过信号转换器，将该输入信号转换为电压信号，从而实现对该输入信号的计量。
[0045]所述的信号转换器包括光电传感器、压力传感器、声音传感器、位移传感器、速度传感器、温湿度传感器、硬度传感器、密度传感器等等，可根据各种传感器各自的参数转换关系，通过本实用新型计量装置测量出该传感器所检测参数的数值。例如，当输入信号为光信号时，需要先通过增设的信号转换器，如光电传感器，将该光信号转换成电信号后，再通过V/F转换器和处理模块，完成该光信号的光强度测量。
[0046]本实用新型计量装置采用高线性度、高稳定度的电压-频率转换模块芯片AD652，将其输入电压转换成与其输入电压大小成正比的频率信号，然后通过处理模块对AD652的输出频率信号进行定时采样，以此得到待测量输入电压的大小。
[0047]本实用新型的关键点在于，电压-频率转换模块(AD652芯片)的时钟源和处理模块的定时采样周期均来自卫星导航系统所提供的高精度时钟信号，保证了测量结果的高精度、可信性、可靠性和可溯源性。
【权利要求】
1.基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它包括电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块； 所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块和处理模块的时钟输入端连接，为电压-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
2.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它还包括电压信号调理模块，所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GLONASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:所述的电压信号包括单端电压信号和差分电压信号。
5.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它还包括信号转换器，所述的信号转换器的信号输入端连接待测输入信号，并将待测输入信号转换成电压信号，再把该电压信号输出给后续的电压-频率转换模块。
6.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它还包括显示模块，所述的显示模块与处理模块的测量输出连接。
7.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它还包括通信接口，所述的处理模块通过通信接口实现与外接设备连接，与外接设备进行数据交换。
8.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它还包括键盘，所述的键盘与处理模块连接。
【文档编号】G01R35/00GK204116585SQ201420672433
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】黄茂彪, 杨衡 申请人:成都天兴电气有限公司