结冰告警器综合性能检测仪的制作方法

本实用新型涉及检测领域，具体涉及一种结冰告警器综合性能检测仪。

背景技术：

结冰信号器由受感器和随动器组成，其主要利用受感器端部表面凝结冰层的导电性，自动发送飞机开始结冰及融冰信号的装置。受感器感知外界的温度，随动器根据温度进入不同的状态。当受感器感知的温度低于2摄氏度，并且受感器表面结冰，随动器输出结冰信号，并接通受感器内部加温电阻对表面冰层加热融解，为下一次结冰探测做好准备。

结冰告警器综合性能检测仪是对结冰信号器进行离位检查的专用设备。目前的检测仪采用压缩机制冷技术，模拟结冰条件。检测仪能够实时显示测量受感器端部表面温度。通过对结冰信号灯信号的采集，能够自动对结冰信号灯燃亮延时时间和两次结冰之间的时间间隔进行计时。通过对结冰信号器直流工作电压和电流值的实时监测，能够计算出消耗功率。为操作人员判断结冰信号器的性能提供有力的数据支持。

现有技术的缺点在于：传统的模拟结冰方式缓慢，无法实现快速消融，从而使得长时间地等待消融，延长工作时间。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结冰告警器综合性能检测仪，利用电子制冷技术替代目前国内常见的压缩机制冷技术，结合PID控制技术对水、冰及酒精混合物的温度进行精确控制，模拟结冰条件。检测仪能够实时显示水、冰及酒精混合物的温度，测量受感器端部表面温度。通过对结冰信号灯信号的采集，能够自动对结冰信号灯燃亮延时时间和两次结冰之间的时间间隔进行计时。通过对结冰信号器直流工作电压和电流值的实时监测，能够计算出消耗功率。为操作人员判断结冰信号器的性能提供有力的数据支持。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种结冰告警器综合性能检测仪，该检测仪包括ARM核心模块、测量控制模块、制冷模块、自检自校准模块、触摸屏和存储器；所述测量控制模块用于实时监测制冷模块的温度并将监测的温度上传给ARM核心模块，由ARM核心模块控制测量控制模块对制冷模块进行温度控制，所述ARM核心模块控制自检自校准模块用于检测和校准测量控制模块的精度；所述触摸屏用于控制输入，并显示自检自校准模块的校准信号以及检测仪的检测数据，所述存储器用于存储检测仪的各类数据。

进一步的，所述ARM核心模块的主板使用STM32F103系列的CPU，主频达72M，主板上集成了STM32的最小系统、128K的EERROM、128M的flash、一个TF卡槽、一个SW调试接口、一个USB转串口接口和一个基准信号，其余端口都由两个双排插座引出。

进一步的，所述测量控制模块包括测量电路和控制电路，

所述测量电路用于测量电压、电流和温度信号，电压、电流和温度信号在前端都进行整形和衰减，通过差分放大器进行高阻隔离采集，然后通过16位的AD转换芯片进行数模转换后送入主板；

所述控制电路是D/A输出直流电压信号控制电源输出电流的大小。

进一步的，所述制冷模块采用电子制冷方式，包括电流可调稳压模块、滤波电路、半导体制冷片、温度传感器，电源经电流可调稳压模块和滤波电路为半导体制冷片供电，所述温度传感器分别设置在半导体制冷片的冷面和热面，所述电流可调稳压模块根据ARM核心模块控制半导体制冷片的输入电流。

进一步的，所述检测仪的所有模块封装在一个机箱内，该机箱内部分为两部分，第一部分存放适配器、温度传感器、制冷模块；第二部分安装触摸屏及电路板。

进一步的，所述第一部分开设有独立的适配器放置腔、温度传感器放置腔、制冷线缆腔、制冷槽以及用于插入半导体制冷片的插槽，该插槽与制冷槽邻近；所述第二部分表面安装触摸屏和操作面板，第二部分内部安装电路板。

进一步的，所述适配器放置腔、温度传感器放置腔、制冷线缆腔、制冷槽、插槽之间采用EVA硬海绵隔开。

进一步的，所述温度传感器是红外测温仪。

本实用新型的有益效果是：

（1）检测仪开机自检，并能将自身故障定位至内部的功能模块；

（2）检测仪支持快速自校准功能；

（3）检测仪采用PID控制技术，能够精确控制冷凝槽内的温度；

（4）检测仪能够实时测量显示冷凝槽内水、冰及酒精混合物的温度，能够测量受感器表面的温度；

（5）检测仪能够显示结冰器的工作电压、工作电流、结冰信号灯信号、功率消耗；

（6）检测仪能够对结冰信号灯的燃亮和熄灭进行精确地计时；

（7）检测仪能够快速消融，避免长时间地等待消融，缩短工作时间；

（8）检测仪支持SD卡，能够记录每次检查数据。

附图说明

图1是本实用新型的设备原理图；

图2是本实用新型制冷原理图；

图3是本实用新型机箱内部结构示意图；

图4是本实用新型工作原理示意图；

图5是本实用新型铂电阻测温电路；

图6是本实用新型铂电阻温度采集电路；

图7是本实用新型 CPU及外围电路；

图8是本实用新型电源及基准电压电路图；

图9是本实用新型外部接口电路图；

图10是本实用新型外部存储电路图；

图11是本实用新型USB转串口通讯接口电路。

具体实施方式

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。

如图1所示，一种结冰告警器综合性能检测仪，该检测仪包括ARM核心模块、测量控制模块、制冷模块、自检自校准模块、触摸屏5和存储器；所述测量控制模块用于实时监测制冷模块的温度并将监测的温度上传给ARM核心模块，由ARM核心模块控制测量控制模块对制冷模块进行温度控制，所述ARM核心模块控制自检自校准模块用于检测和校准测量控制模块的精度；所述触摸屏5用于控制输入，并显示自检自校准模块的校准信号以及检测仪的检测数据，所述存储器用于存储检测仪的各类数据。

进一步的，所述ARM核心模块的主板使用STM32F103系列的CPU，主频达72M，主板上集成了STM32的最小系统、128K的EERROM、128M的flash、一个TF卡槽、一个SW调试接口、一个USB转串口接口和一个基准信号，其余端口都由两个双排插座引出。本方案需要引出的外设功能有A/D和D/A转换功能，I/O信号等。主板电路原理如图7-11所示。

进一步的，所述测量控制模块包括测量电路和控制电路，所述测量电路用于测量电压、电流和温度信号，电压、电流和温度信号在前端都进行整形和衰减，通过差分放大器进行高阻隔离采集，然后通过16位的AD转换芯片进行数模转换后送入主板；所述控制电路是D/A输出直流电压信号控制电源输出电流的大小。

温度信号通过恒流源测量法测量铂电阻电压实现，如图5所示。主要使用精密可编程器件TL431，其中Is=Vref/Rs。Vref为TL431自身的参考电压。该恒流源为铂电阻供电。铂电阻经过恒流源供电，两端产生电压Vpt，采集该电压，可计算出铂电阻当前的阻值，然后根据其电阻与温度的关系，得到铂电阻测试的温度值。温度0~100℃对应铂电阻1000Ω~1385Ω，将恒流源设置为1mA，0℃时候Vpt为1V，100℃时候为1.385V，电压在A/D转换芯片的量程内，可直接送入A/D芯片进行转换，如图6所示。电压、电流和温度信号在前端都进行整形和衰减，通过差分放大器进行高阻隔离采集，然后通过16位的AD转换芯片进行数模转换后送入主板，最后进行软件的计算还原显示到屏幕上。

AD芯片采用AD7616，16路输入，16位精度，AD7616集成度很高，基本没有外围电路，可直接通过SPI总线与处理器连接。

半导体制冷的电源采用12V，0~5A可调的电源模块，通过调整电源电流的大小，达到控制制冷功率的目的。

开关量信号是通过光电进行隔离后直接由GPIO口进行采集。

主板支持12位的D/A输出，经过跟随器缓冲后直接加载到电源模块的电流调节端。

受感器端面温度使用检测仪配置的红外测温仪进行测量。

进一步的，所述制冷模块采用电子制冷方式，包括电流可调稳压模块、滤波电路、半导体制冷片、温度传感器，电源经电流可调稳压模块和滤波电路为半导体制冷片供电，所述温度传感器分别设置在半导体制冷片的冷面和热面，所述电流可调稳压模块根据ARM核心模块控制半导体制冷片的输入电流。

半导体制冷的制冷速率主要是由通过其电流确定，如图2所示，由来自主板的控制信号调节电源模块输出电流的大小，通过滤波后加载到半导体制冷片的两端，所以半导体制冷片的制冷速率得到控制，冷凝槽中的温度传感器实时反馈着温度的变化，软件通过反馈调整输出的控制信号（PID算法），就可以精确地控制冷凝槽中的温度了。

半导体制冷片的热面热量需要及时带走，不然有可能烧坏制冷片。采用目前成熟的水冷散热方式，即有较好的经济性，又能达到远远高于风冷的散热效果，而且其体积也不大，正好适合本项目的小体积要求。

因为半导体制冷片的体积很小，一般是40×40mm,所以整个制冷模块能做到比较小巧。检测仪将制冷模块作为一个单独的模块制作并安装到设备中，必要的时候可以取出加载到被测件原位处，通过电缆将设备和冷凝槽连接，达到原位检查的目的。

半导体制冷片加反向电流即可达到加热的目的。所以利用上述PID控制回路，加上反向的电流即可精确控制加热的温度。

自检自校准模块，检测仪每次开机都是自动自检，自检需要对检测仪的内部供电、逻辑切换、与屏之间的数据通讯、SD卡的读写操作等内容进行检查，自检合格直接转入检测仪主操作界面或者不合格报故。自校准主要是对采集通道的准确度进行检查并自我修正，修正的依据来自外部标准仪器的测量。检测仪在面板上引出了两个测试孔，对应到检测仪内部的基准信号，外部标准仪器测试这个基准信号再通过触摸屏输入测试数据，检测仪就会根据这个数据进行所有通道的校准。

电源采用双供电模式，即27VDC和220VAC（使用外部适配器）均可为检测仪供电，检测仪自身最大消耗功率100W。内部供电均使用隔离DC/DC模块进行供电，保证各个部件之间干扰最小。

如图3所示，所述检测仪的所有模块封装在一个机箱内，该机箱内部分为两部分，第一部分存放适配器、温度传感器、制冷模块；第二部分安装触摸屏5及电路板，所述第一部分开设有独立的适配器放置腔1、温度传感器放置腔2、制冷线缆腔4、制冷槽3以及用于插入半导体制冷片的插槽8，该插槽8与制冷槽3邻近；所述第二部分表面安装触摸屏5和操作面板6，第二部分内部安装电路板，所述适配器放置腔1、温度传感器放置腔2、制冷线缆腔4、制冷槽3、插槽8之间采用EVA硬海绵7隔开，所述温度传感器是红外测温仪。

检测时，如图2所示：

（1）将设备取出，安放在平稳的桌面或者地面上，打开设备盖子，取出适配器、电缆、红外测温仪待用（冷凝槽可以取出使用，也可以不取出）；

（2）按图2连接电源电缆到27V电源上（220V电源需使用适配器转接）；

（3）打开电源开关，设备显示屏显示自检，自检合格后关闭电源；

（4）向冷凝槽中注入10ml清水；

（5）将结冰器的受感器端头轻轻放入冷凝槽中，固定在冷凝槽的专用固定位上；

（6）按图2连接检查电缆；

（7）打开电源开关，等待自检合格；

（8）旋转温度设定旋钮设定到需要的温度；

（9）打开启动开关开始制冷；

（10）按照结冰信号器的检查工艺设定不同的温度，过程中记录电压、电流、和时间；

（11）所有检查工艺结束后，关闭启动开关，等待运行指示灯熄灭后，关闭电源开关；

（12）将电缆拆下，将受感器从冷凝槽中取出，擦干表面的水；

（13）将冷凝槽中的水小心地倒出后将冷凝槽中残余的水擦干；

（14）将检测仪的各个部件按要求放回原位，关闭设备盖子。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。