本实用新型涉及校准设备技术领域，具体而言，涉及一种医用漏电分析仪校准装置及系统。
背景技术：
我国早在2007年就已经出台医用泄电分析仪或类似设备的检定规程JJG843-2007《泄漏电流测试仪检定规程》。该检定规程中规定了在对医用漏电测试仪校准时，校准装置的测量频率范围要求达到10MHz，负载达到2kΩ，负载电流至少达到20mA。尽管检定规程中对仪器的参数进行了规定，但市场上现有的仪器设备难以满足规范中标准器要求。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种医用漏电分析仪校准装置及系统，以有效改善上述缺陷。
本实用新型的实施例通过如下方式实现：
第一方面，本实用新型实施例提供了一种医用漏电分析仪校准装置，包括：控制模块、与所述控制模块连接的小信号发生模块，以及与所述小信号发生模块连接的放大输出模块，所述放大输出模块用于连接待校准的医用漏电分析仪。所述控制模块，用于生成一校准指令至所述小信号发生模块。所述小信号发生模块，用于根据所述校准指令生成一对应所述校准指令且带宽位于预设频率范围内的高频正弦波信号，所述预设频率范围为10Hz至10MHz。所述放大输出模块，用于以预设倍数将所述高频正弦波信号放大，获得一校准信号，所述校准信号用于校准所述待校准的医用漏电分析仪。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述小信号发生模块包括：与所述控制模块连接的信号发生单元、与所述信号发生单元连接的可调倍数放大单元、与所述可调倍数放大单元连接的固定倍数放大单元。所述信号发生单元，用于根据所述校准指令生成一对应所述校准指令且频率位于预设频率范围内的初始高频正弦波信号。所述可调倍数放大单元，用于根据可调的预设放大倍数将所述初始高频正弦波信号放大，获得一放大的初始高频正弦波信号。所述固定倍数放大单元，用于根据固定的预设放大倍数将所述放大的初始高频正弦波信号放大，获得一高频正弦波信号。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述小信号发生模块还包括：与所述控制模块和所述可调倍数放大单元连接的数模转换单元。所述数模转换单元，用于将所述控制模块输出的数字的倍数控制信号转换为模拟的倍数控制信号，将所述模拟的倍数控制信号输出至可调倍数放大单元，以根据所述模拟的倍数控制信号对应触发控制所述可调的预设放大倍数。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述小信号发生模块还包括：与所述信号发生单元和所述可调倍数放大单元连接的带通滤波单元。所述带通滤波单元，用于将获得的所述初始高频正弦波信号的带宽控制在所述预设频率范围内再输出至所述可调倍数放大单元。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述小信号发生模块通过SPI接口或I2C接口与所述控制模块连接，所述数模转换单元通过SPI接口或I2C接口与所述控制模块连接。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述放大输出模块包括：与所述小信号发生模块连接的差动放大单元、与所述差动放大单元连接的共射极放大单元、与所述共射极放大单元连接的推挽射极跟随单元，所述推挽射极跟随单元还用于连接待校准的医用漏电分析仪。所述差动放大单元，用于将获得的所述高频正弦波信号的电压放大，获得一第一级放大的高频正弦波信号。所述共射极放大单元，用于将获得的所述第一级放大的高频正弦波信号的电压放大，获得一第二级放大的高频正弦波信。所述推挽射极跟随单元，用于将获得的所述第二级放大的高频正弦波信号的电流放大，获得所述一校准信号，所述校准信号用于校准所述待校准的医用漏电分析仪。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述放大输出模块还包括：与所述差动放大单元和所述共射极放大单元连接的恒流源单元。所述恒流源单元，用于通过所具有的一预设阻抗值，提高所述差动放大单元的电压放大倍数，以及提高所述共射极放大单元的电压放大倍数。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述放大输出模块还包括：与所述差动放大单元和所述共射极放大单元连接的相位/增益调节单元。所述相位/增益调节单元，用于将所述第一级放大的高频正弦波信号进行相位调节和高频衰减后再输出至所述共射极放大单元。
结合上述的第一方面，在一些可能的实现方式中，所述医用漏电分析仪校准装置还包括：与所述控制模块连接的反馈模块，所述反馈模块用于连接待校准的医用漏电分析仪。所述反馈模块，用于采样所述校准信号而获得采样信号，将所述采样信号输出至所述控制模块，以使所述控制模块根据所述采样信号来校准所生成的所述校准指令。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种医用漏电分析仪校准系统，包括：所述的医用漏电分析仪校准装置，以及与所述医用漏电分析仪校准装置连接的待校准的医用漏电分析仪。
本实用新型实施例的有益效果是：
通过控制模块对小信号发生模块的控制，小信号发生模块根据控制模块的校准指令则可生成对应该校准指令且带宽位于预设频率范围的10Hz至10MHz内的高频正弦波信号，进而再通过放大输出模块以预设倍数将高频正弦波信号放大则而获得校准信号。因此，通过该校准信号来校准待校准的医用漏电分析仪时，由于该校准信号带宽位于10Hz至10MHz内，且还被放大了预设倍数，是故医用漏电分析仪校准装置生成的该校准信号无论是带宽还是功率均完全满足该待校准的医用漏电分析仪校准需求，与现有的校准仪相比，该医用漏电分析仪校准装置的性能大幅提升。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本实用新型第一实施例提供的一种医用漏电分析仪校准系统的结构框图；
图2示出了本实用新型第二实施例提供的一种医用漏电分析仪校准装置的结构框图；
图3示出了本实用新型第二实施例提供的一种医用漏电分析仪校准装置中小信号发生模块的结构框图；
图4示出了本实用新型第二实施例提供的一种医用漏电分析仪校准装置中放大输出模块的电路图；
图5示出了本实用新型第二实施例提供的一种医用漏电分析仪校准装置中反馈模块的结构框图。
图标：10-医用漏电分析仪校准系统；11-待校准的医用漏电分析仪；100-医用漏电分析仪校准装置；110-电源模块；120-人机交互模块；130-控制模块；140-小信号发生模块；141-参考电压单元；142-信号发生单元；143-带通滤波单元；144-可调倍数放大单元；145-固定倍数放大单元；146-数模转换单元；150-放大输出模块；151-差动放大单元；152-共射极放大单元；153-推挽射极跟随单元；154-恒流源单元；155-相位/增益调节单元；156-负反馈单元；160-反馈模块；161-交流有效值转换单元；162-采样电阻网络单元；163-校准电压输入网络单元。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。而在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
第一实施例
请参阅图1，本实用新型实施提供了一种医用漏电分析仪校准系统10，该医用漏电分析仪校准系统10包括：医用漏电分析仪校准装置100和待校准的医用漏电分析仪11。其中，医用漏电分析仪校准装置100与待校准的医用漏电分析仪11连接。
医用漏电分析仪校准装置100可以为多个功能性硬件模块的集成，医用漏电分析仪校准装置100通过与操作人员的交互，在操作人员的控制下，可以生成用于校准该待校准的医用漏电分析仪11的校准信号。
待校准的医用漏电分析仪11可以为市面上的常规型号。其中，待校准的医用漏电分析仪11通过获得医用漏电分析仪校准装置100输出的校准信号则可将其作为参考，从而实现对自身的校准。
第二实施例
请参阅图2，本实用新型实施提供了一种医用漏电分析仪校准装置100，该医用漏电分析仪校准装置100包括：电源模块110、人机交互模块120、控制模块130、小信号发生模块140、放大输出模块150和反馈模块160。
电源模块110与人机交互模块120、控制模块130、小信号发生模块140、放大输出模块150和反馈模块160均连接。其中，电源模块110用于为人机交互模块120、控制模块130、小信号发生模块140、放大输出模块150和反馈模块160提供供电。
具体的，电源模块110可包括采用R型隔离变压器电路将输入的交流220V信号降压、稳压后输出。R型变压器的输入绕组为220V(带屏蔽线)，输出绕组电压分别为16V/30W(带中间抽头)2组，80V/4W(不带中间抽头)2组，6V/6W(不带中间抽头)1组。
作为一种可选的技术方案，该电源模块110可包括串联稳压电路将R型变压器输出绕组电压分为16V/30W(带中间抽头)2组与80V/4W(不带中间抽头)2组实现2路互相隔离的60V直流电源，然后再串联成±60V直流电源，以为放大输出模块150供电。
作为一种可选的技术方案，电源模块110中还可以包括LM7815、LM7915、LM7805或LM2937等单端稳压芯片，从而为小信号发生模块140和控制模块130分别提供±15V直流电源、+5V和/或+3.3V直流电源。
人机交互模块120与控制模块130连接，人机交互模块120主要为实现操作人员与医用漏电分析仪校准装置100的之间的人机交互，即人机交互模块120用于与操作人员提供交互界面，以获得操作人员输入的控制信号，并将该控制信号输出至控制模块130。
具体的，人机交互模块120主要包括：LCD电路(Liquid Crystal Display、液晶显示)、键盘电路和USB通讯电路(Universal Serial Bus、通用串行总线)构成。
作为一种可选的技术方案：LCD电路、键盘电路可用于操作者手动控制该医用漏电分析仪校准装置100。其中，LCD电路主要由液晶屏幕及其外围电路构成。
作为一种可选的技术方案，该液晶屏可以使用北京宁和颂扬科技的NH056DN03液晶屏。键盘电路主要由键盘控制芯片及其外围电路构成。
作为一种可选的技术方案，键盘控制芯片可以由比高公司的BC7281B构成。所述的USB通讯电路用于与外部计算机进行通讯，其主要由USB通讯芯片及其外围电路构成。
作为一种可选的技术方案，USB通讯芯片的型号可以为CH340G。
控制模块130分别与人机交互模块120、小信号发生模块140和反馈模块160连接。具体的，控制模块130可以使用ST公司的STM32F103ZET型单片机。本实施例中，小信号发生模块140通过SPI接口或I2C接口与控制模块130连接，即控制模块130的SPI1接口与小信号发生模块140中的信号发生单元142连接，控制模块130的SPI2接口与小信号发生模块140中的数模转换单元146连接。控制模块130的FSMC接口与人机交互模块120中的LCD连接，控制模块130的GPIOD.0～GPIOD.3接口通过光电隔离与人机交互模块120中的键盘模块连接，控制模块130的USART1接口与人机交互模块120中的USB芯片连接。进一步的，控制模块130中还有一的AD电路，其AD电路可以为AD7685型号的16位AD芯片构成。
基于上述的连接关系，控制模块130用于根据控制信号和反馈模块160发送的采样信号来对应生成一校准指令至小信号发生模块140。
请参阅图2和图3，小信号发生模块140包括：参考电压单元141、与控制模块130连接的信号发生单元142、与信号发生单元142连接的可调倍数放大单元144、与可调倍数放大单元144连接的固定倍数放大单元145、与控制模块130和可调倍数放大单元144连接的数模转换单元146、以及信号发生单元142和可调倍数放大单元144连接的带通滤波单元143。
参考电压单元141与信号发生单元142、可调倍数放大单元144、固定倍数放大单元145、数模转换单元146和带通滤波单元143均连接。参考电压单元141可为REF192型等参考电压芯片或稳压管电路构成，其可以为信号发生单元142、可调倍数放大单元144、固定倍数放大单元145、数模转换单元146和带通滤波单元143提供2.5V工作参考电压。
信号发生单元142用于根据校准指令生成一对应校准指令且频率位于预设频率范围内的初始高频正弦波信号。具体的，信号发生单元142接受来自控制模块130的校准指令，输出对应该校准指令的一指定频率固定幅值的初始高频正弦波信号。作为一种可选的技术方案，信号发生单元142可以由类似ADS9983的专用DDS芯片构成，其采用使用SPI接口、I2C接口或其它通讯接口与控制模块130，产生10Hz至10MHz以内的，具有固定幅值、频率和偏置电压的初始高频正弦波信号。
带通滤波单元143用于将获得的初始高频正弦波信号的带宽控制在预设频率范围内再输出至可调倍数放大单元144。具体的，带通滤波单元143具体用于对信号发生单元142输出的具有固定幅值频率和偏置电压的初始高频正弦波信号进行滤波。
作为一种可选的技术方案，带通滤波单元143使用电阻和电容构成的1阶高通滤波器去除输入信号的直流偏置电压，再通过电阻、运放和电容构成的二阶KRC低通滤波器将输入的信号带宽限制在10MHz以下。
数模转换单元146用于将控制模块130输出的数字的倍数控制信号转换为模拟的倍数控制信号，将模拟的倍数控制信号输出至可调倍数放大单元144，以根据所述模拟的倍数控制信号对应触发控制可调的预设放大倍数。具体的，数模转换单元146用于在控制模块130通过通讯接口(SPI接口、I2C接口或其它通讯接口)的控制下，输出0V～5V直流电压的模拟的倍数控制信号，进而实现对可调倍数放大单元144的可调放大倍数的控制。作为一种可选的技术方案，数模转换单元146可以使用SPI接口的16位DA芯片AD5683实现。
可调倍数放大单元144用于根据可调的预设放大倍数将初始高频正弦波信号放大，获得一放大的初始高频正弦波信号。可调倍数放大单元144可以为VGA芯片，例如，可以使用类似LMH6505的压控可变增益芯片实现。其中，可调倍数放大单元144中可调的预设放大倍数是受到对应的模拟的倍数控制信号的控制。
固定倍数放大单元145用于根据固定的预设放大倍数将所述放大的初始高频正弦波信号放大，获得一高频正弦波信号。具体的，固定倍数放大单元145可以为运算放大器芯片，例如其可以使用具有高摆幅的运算放大器芯片LM318与电阻、电容构成的14dB正向放大器实现。
请参阅图2和图4，放大输出模块150包括：与小信号发生模块140连接的差动放大单元151、与差动放大单元151连接的共射极放大单元152、与共射极放大单元152连接的推挽射极跟随单元153、与所述差动放大单元151和所述共射极放大单元152连接的恒流源单元154、与所述差动放大单元151和所述共射极放大单元152连接的相位/增益调节单元155，以及与所述推挽射极跟随单元153和所述差动放大单元151均连接的负反馈单元156，其中，极跟随单元还用于连接待校准的医用漏电分析仪11。
根据图4示出的放大输出模块150的电路原理：
差动放大单元151用于将获得的高频正弦波信号的电压放大，获得一第一级放大的高频正弦波信号。具体的，差动放大单元151用于控制输入的高频正弦波信号的共模电压，并将高频正弦波信号进行第一级放大。
作为一种可选的技术方案，差动放大单元151采用共发射极三极管对HN4C06J作为差动放大单元151的输入端，并使用共基极三极管对HN4C51J、2.6V稳压管D2以及限流电阻R5构成沃尔曼连接，提高差动放大单元151的带宽特性。依据差动放大单元151放大倍数的基本原理，可以获得差动放大单元151的放大倍数近似为HN4C06J放大倍数的极限值，从而获得高频正弦波信号放大极限值的第一级放大的高频正弦波信号。
共射极放大单元152用于将获得的第一级放大的高频正弦波信号的电压放大，获得一第二级放大的高频正弦波信号。
作为一种可选的技术方案，共射极放大单元152采用R12作为发射极电阻，使用PNP三极管TTA004B作为放大用三极管Q8，使用恒流源单元154作为集电极电阻，由于恒流源输出阻抗的特性，使得此共射极放大单元152的第二级放大倍数也接近TTA004B放大倍数的极限，从而获得第一级放大的高频正弦波信号放大极限值的第二级放大的高频正弦波信号。
推挽射极跟随单元153用于将获得的第二级放大的高频正弦波信号的电流放大，获得一校准信号，校准信号用于校准待校准的医用漏电分析仪11。
具体的，推挽射极跟随单元153是为使得放大输出模块150获得更大的电流输出能力。即推挽射极跟随单元153主要由PNP三极管TTA004B(Q10)和NPN三极管TTC004B(Q9)以及限流电阻R13、R14构成。为了防止三极管Q9、三极管Q10出现热击穿效应，三极管Q9、三极管Q10的电压偏置单元没使用常见的二极管偏置单元，而改用与三极管Q9、三极管Q10具备同样热效应曲线的NPN三极管TTC004B(Q7)及其偏置电阻R9、R10构成。其中，为了保证三极管Q7、三极管Q9和三极管Q10的温度相同，将该三个三极管做在同一个散热片上，即三极管Q7、三极管Q9和三极管Q10进行热耦合。
恒流源单元154用于通过所具有的一预设阻抗值，提高所述差动放大单元151的电压放大倍数，以及提高共射极放大单元152的电压放大倍数。具体的，恒流源单元154的具体作用为使电压放大模块的放大倍数更稳定，并且利用其输出阻抗近似+∞的特性来提高前向放大倍数。
作为一种可选的技术方案，恒流源单元154主要由2.6V稳压管D1、限流电阻R6以及NPN三极管2SC2713(Q5)、TTC004B(Q6)及其配套电阻构成。由三极管Q5、电阻R6和稳压管D1构成的恒流源为差动放大单元151提供恒流；由三极管Q6、电阻R7和稳压管D1构成的恒流源为共射极放大单元152提供恒流源。
相位/增益调节单元155用于将第一级放大的高频正弦波信号进行相位调节和高频衰减后再输出至共射极放大单元152。例如，其可由电阻R11和电容C1构成的低通滤波器构成。
负反馈单元156，用于通过负反馈原理构成负反馈环电路，以使放大输出模块150达到稳定放大倍数的目的。
请参阅图2和图5，反馈模块160与控制模块130连接，以及反馈模块160用于连接待校准的医用漏电分析仪11。
反馈模块160用于采样所述校准信号而获得采样信号，将所述采样信号输出至控制模块130，以使控制模块130根据采样信号来修正所生成的校准指令。
具体的，反馈模块160包括：交流有效值转换单元161、采样电阻网络单元162和校准电压输入网络单元163。
反馈模块160使用其内部的采样电阻网络单元162采集流入待校准的医用漏电分析仪11的电流信号中的采样信号，并通过交流有效值转换单元161将交流的采样信号转换为有效值相同的直流的采样信号，并输出给控制模块130。为了对医用漏电分析仪校准装置100内部的反馈回路进行校准，保证其电流输出的准确度，反馈模块160使用校准电压输入网络单元163引入外部标准交流信号，对医用漏电分析仪校准装置100的内部参数进行校准和修正。
交流有效值转换单元161用于将采样电阻网络单元162采集的交流的采样信号转换为有效值相同的直流的采样信号。作为一种可选的技术方案：使用由有效值转换芯片AD637及其外围电路构成的真有效值转换电路来实现交流有效值转换单元161。
采样电阻网络单元162用于采集流经待校准的医用漏电分析仪11的电流信号而获得采样信号。作为一种可选的技术方案：采样电阻网络单元162内部由三组继电器和三个高精度电阻(0.1％准确度)构成。这三个高精度电阻的阻值分别为200Ω、2kΩ和20kΩ，分别对应2mA～20mA、200uA～2mA以及20uA～200uA三个量程。
校准电压输入网络单元163用于引入外部标准交流信号，对医用漏电分析仪校准装置100的内部反馈回路进行校准和修正。作为一种可选的技术方案：该医用漏电分析仪校准装置100主要使用3.5mm的镀金Female接头及其电阻、电容构成。
综上所述，本申请提供了一种医用漏电分析仪校准装置及系统，装置包括：控制模块、与控制模块连接的小信号发生模块，以及与小信号发生模块连接的放大输出模块，放大输出模块用于连接待校准的医用漏电分析仪。控制模块，用于生成一校准指令至小信号发生模块。小信号发生模块，用于根据校准指令生成一对应校准指令且带宽位于预设频率范围内的高频正弦波信号，预设频率范围为10Hz至10MHz。放大输出模块，用于以预设倍数将高频正弦波信号放大，获得一校准信号，校准信号用于校准待校准的医用漏电分析仪。
通过控制模块对小信号发生模块的控制，小信号发生模块根据控制模块的校准指令则可生成对应该校准指令且带宽位于预设频率范围的10Hz至10MHz内的高频正弦波信号，进而再通过放大输出模块以预设倍数将高频正弦波信号放大则而获得校准信号。因此，通过该校准信号来校准待校准的医用漏电分析仪时，由于该校准信号带宽位于10Hz至10MHz内，且还被放大了预设倍数，是故医用漏电分析仪校准装置生成的该校准信号无论是带宽还是功率均完全满足该待校准的医用漏电分析仪校准需求，与现有的校准仪相比，该医用漏电分析仪校准装置的性能大幅提升。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。