尖峰電壓分級計數測試方法及其設備技術

本發明專利技術提供一種尖峰電壓分級計數測試方法及其設備，將尖峰信號按照峰值高低劃分為若干級電壓，采用雙限位比較器及觸發器對尖峰信號進行電壓分級比較和觸發計數，采用微處理器對尖峰信號的比較結果進行相應電壓等級的數據存儲器加1處理，通過數據存儲器累計各級尖峰電壓出現次數，長時間自行連續監測瞬態環境，快速捕獲各次尖峰信號并提供尖峰幅度分布數據。其主要電路包括：雙限位電壓比較器及觸發器單元對正負尖峰電壓信號進行分級比較鎖存，處理器單元及計數器單元完成分級比較結果的計數存儲及輸出處理。本發明專利技術結構簡單、使用方便、工作可靠，可長時間連續自動監測瞬態環境，彌補了獲取尖峰信號幅度分布統計數據的測試手段的空白。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及瞬態信號監測領域，具體涉及一種尖峰電壓分級計數測試方法及其設備。
技術介紹
電網尖峰信號是一種比較特殊的電信號，其特點有隨機、單次、快速、高幅值等。如大功率電氣設備開關機的瞬間會對電網產生大幅度瞬態沖擊，導致電網的電壓發生突變，極易引發其它設備出現電磁干擾。為了保證相關設備正常運行，往往需要通過測試來了解電網上的尖峰信號情況。最常見的 尖峰信號測量是基于數字示波器原理，即通過數字示波器對被測電網進行實時測試。當尖峰信號的幅度(或其它參數)達到規定的觸發條件時，示波器就會完成采樣并顯示尖峰電壓的波形和峰值等參數。尖峰信號時域波形含有大量信息，不僅可以直觀地看到尖峰信號的電壓波形，還可由此確定最大值、上升沿、脈沖寬度和持續時間等，記錄的發生時刻有助于查找確定尖峰信號來源何設備。由于數字示波器價格昂貴、操作復雜，需由專人使用，示波器技術往往是在特定的電磁兼容測試中使用，而一般不用作連續的、長時間的監測工作。工程應用中更多關注的是尖峰信號統計特性，即某一電壓級別的尖峰在一段時間內出現的總次數。這是由于大功率設備多，各設備的開關時間不固定，同一設備多次開關所產生的尖峰波形也沒有重復性，因此獲取尖峰電壓波形并不是最關鍵的測試內容，更有用的參數是最大值、平均值和幅度分布等參數，即按照統計規律來表達尖峰信號的物理特性，比如在一年時間里，400V以上的尖峰出現次數及其它幅值的尖峰出現次數等。尖峰信號幅度分布數據對工程應用中的瞬態環境潛在威脅分析非常重要。由于目前還沒有此類統計參數測試設備，一般還都采用數字示波器進行尖峰測試，很難獲取到長時間監測的幅度分布統計數據。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題，是為了彌補尖峰信號幅度分布統計數據和獲取手段的空白，提出一種尖峰電壓分級計數測試方法及其設備。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是 尖峰電壓分級計數測試方法，將尖峰信號按照峰值高低劃分為若干級電壓，采用相應個數的雙限位比較器及觸發器對尖峰信號進行電壓分級比較和觸發計數，采用微處理器對尖峰信號的比較結果進行相應電壓等級的數據存儲器加I處理，通過數據存儲器累計各級尖峰信號出現次數，長時間自行連續監測瞬態環境，快速捕獲各次尖峰信號并提供尖峰幅度分布數據；所述測試方法具體包括以下步驟 初始化處理參考電壓與尖峰信號輸入一起，分別接入各級雙限位比較器/觸發器；當需要重新開始測試時，微處理器根據操作指令對測試設備進行初始化處理，包括將各級數據存儲器清零、將各級觸發器清零，進入正常監測過程；上電處理微處理器在啟動過程中，不對數據存儲器進行清零，僅執行各級觸發器清零的操作； 監測階段正常監測過程中，如果沒有尖峰信號出現，測試設備將一直處于等待狀態；當被測尖峰信號高于參考電壓時，比較器輸出將引起觸發器翻轉并完成狀態鎖存；微處理器在中斷程序中，通過觸發器的“PR”、“CLR”端控制各觸發器工作狀態，并通過各觸發器“一Q”端讀取當前觸發器鎖存的觸發狀態，分析其中最高的電壓等級，并在相應電壓等級的數據存儲器中完成相應電壓等級的尖峰信號的加I處理；將各級觸發器清零，再次進入正常監測過程； 數據讀取處理微處理器根據操作指令，依次從各級數據存儲器中讀出數據，并通過接口單元進行傳輸，所有數據均傳送完畢以后，再次進入正常監測過程。實現該測試方法的尖峰電壓分級計數測試設備，包括參考電壓預置單元、雙限位比較器及觸發器單元、處理器單元、計數器單元、接口單元及電源模塊，其信號處理連接關 系為由參考電壓預置單元提供的若干參考電壓和被測尖峰信號分別連接至雙限位比較器及觸發器單元對應的雙限位比較器的兩極上；比較器輸出連接至觸發器的“CK”端即時鐘輸入端，由觸發器完成比較狀態鎖存；觸發器的控制端和輸出端與處理器單元的微處理器連接，由微處理器控制觸發器的工作狀態并讀取觸發器的鎖存數據；計數器單元和接口單元通過數據總線和控制線與處理器單元連接，由處理器單元的微處理器將最高電壓等級分析結果存入相應計數器單元的數據存儲器中，并由微處理器控制接口單元完成雙向數據傳輸工作；電源模塊通過電纜連接為各部分電路提供所需電源和模擬地、數字地。在上述方案中，所述參考電壓預置單元通過電阻分壓形成八個基準電壓值，作為比較器的參考電壓，并由此形成八個電壓區間。在上述方案中，所述雙限位比較器及觸發器單元采用八個高速比較器芯片組成雙限位比較器對正負尖峰信號進行各級電壓比較輸出，采用八個觸發器分別鎖存各雙限位比較器輸出結果。在上述方案中，所述八個雙限位比較器均由比較器一和比較器二組成，達到指定幅度的尖峰信號的正尖峰脈沖、負尖峰脈沖分別通過比較器一和比較器二產生一個正脈沖跳變，得出的正尖峰比較輸出和負尖峰比較輸出分別連接到三輸入或門的一個輸入端，通過三輸入或門的輸出驅動觸發器的時鐘端。在上述方案中，所述觸發器為D型觸發器，觸發器的“PR”、“CLR”及“一Q”端連接到微處理器；觸發器的“+ Q”端連接到三輸入或門的一個輸入端，用來保證已經被觸發的觸發器處于一個穩定不變的時鐘輸入，三輸入或門實現三個輸入端的邏輯求和，在三輸入或門輸出的上升沿完成高電平“ I ”的鎖存。在上述方案中，所述處理器單元采用微處理器分析判別八個比較鎖存輸出結果中的最高電壓等級；微處理器還通過數據總線、控制線完成接口單元數據傳輸任務的處理。在上述方案中，所述計數器單元采用八個具有掉電保持功能的數據儲存器通過數據總線、控制線完成相應電壓等級的尖峰信號的加I處理，并保存該計數結果。在上述方案中，所述接口單元采用計算機串口通信與測試設備相連接，讀取各級計數器內累計的尖峰幅度分布的測試數據。本專利技術的有益效果在于1)由于測試原理上的改進，分級比較計數比數字示波器更加適合尖峰幅度分布數據的長期監測，采用比較觸發電路替代數字示波器的高速采樣電路，解決了高速采樣電路的長期工作穩定性問題； 2)將波形存儲所需空間簡化為計數器單元，極大減少了長期測試所需記錄空間； 3)將時域波形識別處理改變為直接獲取尖峰幅度分布數據，有效減少了處理時間； 4)電路結構簡單、工作可靠、使用方便，更加適合于長時間連續自動監測瞬態環境的工作需求，設定好工作狀態后，無需人工操作，測試設備按照初始設定進行監測工作，直到重新設定為止； 5)為解決尖峰電壓幅度分布參數的測試問題提供了一種專用技術途徑，彌補了獲取尖峰信號幅度分布統計數據的測試手段的空白。附圖說明 圖I為本專利技術尖峰電壓分級計數測試設備的結構框圖。圖2為本專利技術尖峰電壓分級計數測試方法原理框圖。圖3為本專利技術雙限位比較器/觸發器單元的電路原理圖。具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本專利技術的技術方案做進一步的說明 如圖f圖3所示，實現本專利技術測試方法的尖峰電壓分級計數測試設備包括參考電壓預置單元I、雙限位比較器及觸發器單元2、處理器單元3、計數器單元6、接口單元5及電源模塊4，其信號處理連接關系為由參考電壓預置單元I提供的若干參考電壓和被測尖峰信號分別連接至雙限位比較器及觸發器單元2對應的雙限位比較器的兩極上；比較器輸出連接至觸發器的“CK”端即時鐘輸入端，由觸發器完成比較狀態鎖存；觸發器的控制端和輸出端與處理器單元3的微處理器連接，由微處理器控制觸發器的工作狀態并讀取觸發器的鎖存數據本文檔來自技高網...

【技術保護點】
尖峰電壓分級計數測試方法，其特征在于：將尖峰信號按照峰值高低劃分為若干級電壓，采用相應個數的雙限位比較器及觸發器對尖峰信號進行電壓分級比較和觸發計數，采用微處理器對尖峰信號的比較結果進行相應電壓等級的數據存儲器加1處理，通過數據存儲器累計各級尖峰信號出現次數，長時間自行連續監測瞬態環境，快速捕獲各次尖峰信號并提供尖峰幅度分布數據；所述測試方法具體包括以下步驟：初始化處理：參考電壓與尖峰信號輸入一起，分別接入各級雙限位比較器/觸發器；當需要重新開始測試時，微處理器根據操作指令對測試設備進行初始化處理，包括：將各級數據存儲器清零、將各級觸發器清零，進入正常監測過程；上電處理：微處理器在啟動過程中，不對數據存儲器進行清零，僅執行各級觸發器清零的操作；？監測階段：正常監測過程中，如果沒有尖峰信號出現，測試設備將一直處于等待狀態；當被測尖峰信號高于參考電壓時，比較器輸出將引起觸發器翻轉并完成狀態鎖存；微處理器在中斷程序中，通過觸發器的“PR”、“CLR”端控制各觸發器工作狀態，并通過各觸發器“－Q”端讀取當前觸發器鎖存的觸發狀態，分析其中最高的電壓等級，并在相應電壓等級的數據存儲器中完成相應電壓等級的尖峰信號的加1處理；將各級觸發器清零，再次進入正常監測過程；數據讀取處理：微處理器根據操作指令，依次從各級數據存儲器中讀出數據，并通過接口單元進行傳輸，所有數據均傳送完畢以后，再次進入正常監測過程。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海嬰，顏俐，郭霄，熊勇，
申請(專利權)人：中國艦船研究設計中心，
類型：發明
國別省市：