一种新型便携式信号测试仪的制作方法

本实用新型涉及一种新型便携式信号测试仪，属于测试仪技术领域。

背景技术：

现有非接触式微弱电流检测系统通常存在以下不足：检测精度不够高，现有非接触式电流检测系统通常只适用于大电流的检测，只有基于电流互感器的特殊磁芯电流传感器（如Fe、Cu、Nb、Si、B单纳米晶磁芯）可实现mA级电流的检测；工艺复杂，通常使用特殊材料制成的传感器；传感器位置存在限制，通常要求待测导体穿过传感器的中心，因此具有一定的使用局限性。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种新型便携式信号测试仪。

本实用新型的一种新型便携式信号测试仪，它包含感应线圈、参考信号生成单元、前置信号处理电路、模拟乘法器、AC-DC变换电路、低通滤波电路、控制单元、显示单元；所述参考信号生成单元生成与待测电流频率相同的参考信号分为两路：一路输入模拟乘法器，一路经AC-DC变换电路变换为直流信号为控制单元的ADC提供参考电压；所述感应线圈与前置信号处理电路电性连接，所述前置信号处理电路与模拟乘法器电性连接，所述模拟乘法器与低通滤波电路电性连接，所述低通滤波电路与控制单元的ADC相连接，所述控制单元与显示单元电性连接。

作为优选，所述感应线圈由线圈和骨架组成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：便于携带，且能实现准确测量，使用方便，操作简便，效率高。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的测量示意图；

图3为本实用新型中低通滤波电路的电路图；

图4为本实用新型的流程图；

图5为本实用新型中锁相放大电路的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

如图1-5所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含感应线圈、参考信号生成单元、前置信号处理电路、模拟乘法器、AC-DC变换电路、低通滤波电路、控制单元、显示单元；所述参考信号生成单元生成与待测电流频率相同的参考信号分为两路：一路输入模拟乘法器，一路经AC-DC变换电路变换为直流信号为控制单元的ADC提供参考电压；所述感应线圈与前置信号处理电路电性连接，所述前置信号处理电路与模拟乘法器电性连接，所述模拟乘法器与低通滤波电路电性连接，所述低通滤波电路与控制单元的ADC相连接，所述控制单元与显示单元电性连接。经过乘法器和ADC，待测信号与参考信号相乘，交流信号被滤除，直流信号被采样并转化为数字信号在控制单元控制下进行输出和显示。

所述感应线圈由线圈和骨架组成；骨架的作用是支撑线圈和电磁阻尼。为了减小电磁阻尼带来的非线性，采用塑料骨架。线圈用漆包线借助绕线机绕成。感应线圈的匝数越多，灵敏度越高，分布电容越大，因此采用圆形线圈的匝数为200匝，漆包线直径为0.22mm。为了减小对待测直导线长度的要求，应使线圈直径尽量小；线圈产生的感应电动势与空心线圈垂直于磁力线的截面积成正比，因此选择线圈内径约为Φ=8.16mm，外径约为Φ=14.27mm；为了使电流产生磁场的磁力线尽可能垂直穿过线圈平面，有较高的灵敏度，应使线圈厚度尽量小，选择线圈厚度约为1cm。

所述前置信号处理电路的主要作用是对传感器输出的信号进行初步放大和初步滤除高频、低频噪声，为信号进入锁相放大电路做准备。由于系统为非接触式测量，有用信号根据电磁感应原理由感应线圈获得，其阻抗是低而稳定的，因此系统的前置放大电路并不需要有非常高的输入阻抗。前置信号处理电路主要包括前置放大器和带通滤波器，这两部分电路由运算放大器LF347 实现。

滤波的目的是抑制与有用信号不同频率的噪声和干扰，使之减小到工作允许的程度，提高信噪比。RC有源滤波器由有源器件、电阻R和电容C组成，其特点是损耗小、性能好、体积小。

公式法设计滤波器的类型包括：压控电压源型滤波电路、无限增益多路反馈型滤波电路和双二阶环滤波电路。压控电压源型滤波电路受有源器件特性理想程度的影响较小，结构简单；但其灵敏度高，且与品质因数Q成正比，则电路性能易受外界条件的影响，在临界条件下工作时，易产生自激振荡。无限增益多路反馈型滤波电路稳定性高；但对有源器件特性要求高，且当信号频率较高时开环增益会明显降低，则品质因数Q不允许过高。双二阶环电路电路性能稳定，灵敏度低，且灵敏度不随电路增益、品质因数或中心频率的变化而变化，因此允许高的Q值。

滤波器电路结构的选择：为了使电路性能优良的同时具有较高的Q值，且灵敏度较低，选择双二阶环电路做为滤波电路。如图3所示为双二阶环电路，将三级图示电路串联，可实现6阶的滤波器。其中，每级电路的中心频率f₀=50k Hz，增益 K_P=10。

滤波器有源器件的选择：电路要处理的信号为被干扰的高频微弱信号，有用信号是频率为50kHz 左右、幅值为几毫伏～几十毫伏的正弦信号，因此要求运算放大器有宽的带宽和合适的输入输出范围；LF347N为国家半导体公司生产的一款低功耗、高速、结型场效应管输入的运算放大器。其单位增益带宽为4MHz，输入阻抗为10MΩ，输入偏置电流和噪声电流低，总谐波失真小，建立时间快。该运放使用双端供电，令其工作于±15V电源电压。满足滤波器设计要求，将各器件按图3所示电路图连接成三级串联形式，用HG1630A型函数发生器产生频率为40kHz～60kHz正弦信号，用DS3062M型数字示波器观察u₀(t)输出波形，可得该带通滤波器幅频特性。测量可见设计的带通滤波器对50kHz交流信号的增益约为100倍，基本达到了预计的品质因数的要求，对46kHz和54.5kHz信号衰减达20dB，满足了设计要求。

进一步的，所述所述模拟放大器为锁相放大电路，其锁相放大电路的原理如图5所示。

本具体实施方式的工作原理为：当系统电路结构一定时，线圈匝数N、线圈截面积S、增益系数K₁、K₂、L及ADC的精度n均可视为常数，对于固定频率的信号，由前置信号处理电路引起的位移也为一定值，当检测线圈与待测导线的相对距离一定时，系统测量与待测电流幅值成正比，与参考信号幅值的绝对大小无关。由此可见，采用系统比例测量方法，用经变换后的参考信号提供ADC参考电压，可有效减小由参考信号幅值波动和ADC参考电压波动引入的测量误差。设计的系统以期对频率为 50kHz、幅值为零点几毫安的微弱交变电流在一定空间范围内进行有效检测。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。