專利名稱：一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及靜電測試技術領域，具體涉及一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置。
背景技術：
目前，根據工作方式來分，靜電電位測試儀器分為接觸式和非接觸式兩種；根據信號特性來分，靜電電位可分為靜電靜態電位和靜電動態電位兩種。接觸式就是使被測物體與靜電電壓表直接接觸，利用等電位原理進行測量。該類儀器僅適用于靜電導體電位的測量，對于更容易產生靜電的絕緣體則無能為力，其代表性產品為Q-V系列靜電電壓表。非接觸式就是不與被測物體接觸，運用靜電感應或空氣電離的原理，間接測量帶電體的靜電電位。該類儀器適用于測量導體、絕緣體及人體等的靜電電位。與接觸式測量相比，非接觸測量結果受儀表輸入電容、輸入電阻的影響較小，但受測試距離、帶電體幾何尺寸的影響較大。國內已有的靜電電壓表中，絕大部分的電位傳遞函數都是頻率的函數，對于不同頻率的信號，其電位衰減比例不同，在實際測試中存在頻率失真，難以用于動態測試。例如，Q-V系列靜電電壓表采用光標指示，阻尼大，光標穩定需要一定的時間，不能用于動態測試。真正能夠用于靜電動態電位的儀器只有兩種，一種是石家莊軍械工程學院的劉尚合院士 1988年主持研制的ZPD-I靜電動態電位測試儀，另一種是北京市勞動保護科學研究所的黃久生博士 2003年主持研制的EST405靜電動態計算機監測報警系統。ZPD-I靜電動態電位測試儀采用劉尚合院士提出的“信號自屏蔽-電荷耦合”測試原理，能夠用表頭顯示整個測試過程中被測電位信號的最大絕對值，便于確定靜電源的動態特性及其危險性。但該儀器測試信號的衰減常數在IO7S數量級，對一般的測試而言，此衰減對測試結果造成的影響可以忽略，但對長時間的監測仍有可能引起較大的測試誤差。因此，該儀器不宜用作監測儀表。EST405靜電動態計算機監測報警系統，采用阻容分壓原理測量靜電電位，由靜電檢測探頭和報警器組成，可以監測重要部門進出人員、貨物的靜電。但在許多靜電隱患較大的危險物品作業過程，應用ZPD-I和EST405還存在缺陷。例如，在危險貨物的人工搬運作業過程中，及其在鐵路、公路、輪船等運輸途中，由于各種振動、摩擦，靜電容易積累到危險高位，時有運輸車輛途中自燃事故的報道便是佐證，上述作業過程中靜電積累到多高，極性如何，由于成本與技術實施的限制，目前尚無法實現全程實時監測；此外，無論是ZPD-1，還是 EST405都是對現場進行被動實時測量，不能對某一危險工況作出預先警示。
發明內容
為了克服現有相關技術的缺點和問題，本發明提供一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置，能夠對危險品倉庫、油輪、鐵路、公路運輸等領域中的動態作業過程進行實時全程監測，并能夠連續實時地記錄、分析及顯示這些動態作業過程中產生的靜電動態電位的大小、極性及動態波形。
本發明的一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置，包括數據采集模塊和PC機；所述數據采集模塊包括輸入單元、多路開關、模擬量數字量轉換器(以下簡稱 A/D轉換器)、復雜可編程邏輯器件(以下簡稱CPLD)、光耦隔離模塊和USB橋；其中USB橋、 CPLD和PC機依次相連，USB橋接收來自PC機的數據采集指令信號，并將這一信號傳輸給 CPLD ；所述輸入單元、多路開關和A/D轉換器依次連接，并且均通過光耦隔離模塊與CPLD連接，以接受來自CPLD的控制信號，輸入單元通過多路開關來將采集到的各類危險品動態作業過程中產生的靜電動態電位信號傳送給A/D轉換器，A/D轉換器將靜電動態電位信號模數轉換為數字信號，再通過光耦隔離模塊的隔離放大作用將數字信號輸出給CPLD，CPLD再通過USB橋來將數字信號傳送給PC機。所述輸入單元為16通道靜電信號采集端，每個通道由一個非接觸式靜電電位計構成，能實現多通道同步采集。所述多路開關有16個通道，能夠與16通道的輸入單元進行同步采集，16路開關量輸入合成一個16位的字，與模擬量采集一起送到A/D轉換器。進行通道設置時，多路開關的通道與模擬量的通道一起設置。所述A / D轉換器為12位精度16通道A / D轉換器，輸入電壓范圍為_5V +5V 或0 V 10V，輸入阻抗為800千歐 1000千歐。所述USB橋采用高速USB芯片，可以將PC機發出的采集指令傳送到CPLD ；所述芯片內置有高速緩存器，可實時地將高速AD結果傳送到PC機中。本發明的一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置中，CPLD是核心。 具體測量過程為首先啟動程序接受PC機啟動采集的指令，把采集的通道數、采樣頻率、時鐘方式等信息通過USB橋來傳送到CPLD，CPLD接受到這些信息后，立即實時地啟動采集功能，將采集的通道數與采樣頻率等信息傳入給輸入單元和A / D轉換器，輸入單元將采集到的靜電動態電位信號通過多路開關來輸出至A / D轉換器進行模數轉換，A / D轉換器將轉換后的信號通過光耦隔離模塊以輸出給CPLD，CPLD再通過USB橋把靜電動態電位的數字信號傳回給到PC機，完成一次靜電動態電位的測量過程。所述光耦隔離模塊采用TLP521-4，TLP521_4內置有四個光耦。所述光耦用于實現信號的電一光一電的轉換，起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。所述PC機為普通個人計算機，裝有MATLAB，能夠進行數據存儲、顯示、濾波等功能的專用軟件，可以用PC機的顯示器將波形的瞬時值顯示出來，還可以通過PC機的磁盤將采集結果保存起來，并且專用軟件還能夠對信號進行FFT譜分析、功率譜分析、數字濾波。與現有技術相比，本發明具有如下優點
(1)結構更完善，功能更多相對現有的靜電動態電位測試儀器(ZPD-1和EST405)，本發明顯著拓展了 EST405現有的測量功能，并且加入了 CPLD，能夠對采樣通道數、采集頻率、 時鐘方式等信息進行設置，使測量的結果更加真實可信，CPLD還能快速進行數據傳輸，使系統的衰減常數降低。(2)信號處理能力更強本發明中的PC機裝有專用軟件，可以把當前顯示的通道、 時間范圍內的波形的譜分析結果數據將以曲線或文字方式顯示在內置FFT譜分析面板上； 還可以使用專用軟件內置的MATLAB軟件對當前顯示的波形進行數字濾波和功率譜分析等。(3)應用范圍更廣本發明可廣泛應用于許多靜電隱患較大的動態作業工況，如危險貨物的貯存搬運作業過程或鐵路、公路、輪船等運輸過程，且本具有實時測試技術的靜電動態電位的智能測試裝置成本低廉，具有很強的應用價值。
圖1是本發明的一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置的結構示意圖2是圖1中輸入單元的探頭校準原理圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施例如圖1所示，一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置，包括輸入單元1、多路開關2、A/D轉換器3、CPLD4、光耦隔離模塊5、USB橋6和PC機7。輸入單元1、多路開關2、A/D轉換器3依次相連，并且均通過光耦隔離模塊5與 CPLD4相連；USB橋6分別與CPLD4和PC機相連，USB橋6將來自PC機7的指令信號傳送到CPLD4，CPLD4再將接收到的指令信號通過光耦隔離模塊的輸入傳送給輸入單元1、多路開關2、A/D轉換器3，輸入單元將采集到的靜電位信號通過多路開關傳送給A/D轉換器進行模數轉，A/D轉換器將數字信號輸出給CPLD，CPLD再將信號通過USB橋傳回給PC機，完成靜電動態電位的測量過程。本發明的具體操作步驟如下
步驟一所述數據采集模塊通過USB橋與PC機連接好，首先對靜電電位測量探頭進行計量校準，以保證數據采集的準確度。具體原理見圖2所示，金屬板為校準板，與地絕緣，T 為靜電電位測量探頭，接地。PC機的專用軟件中，有兩個用于靜電電位測量探頭校準的參數，分別為A和B。A 用于校準探頭的零點漂移，B用于校準由探測距離引入的讀數誤差。校準過程如下靜電電位測量探頭面向零電位方向(如地)，將PC機中專用軟件的 A參數值修改為0，這樣就完成了探頭零點漂移的校準，然后用靜電發生器對金屬板加上設定的標準電壓，探頭移動到設定的測量距離，調整B參數，使PC機中專用軟件顯示的探頭讀數與靜電發生器設定的標準電壓一致。至此，探頭的校準即告完成。步驟二 通過PC機的專用軟件將多路開關的通道數與采樣頻率、時鐘方式等信息設置完成。步驟三通過USB橋將PC機內的設置指令傳送到CPLD，CPLD接收到指令后，立即開始啟動采集功能，將通道數、采樣頻率等控制信息傳送到輸入單元、多路開關和A/D轉換器，多路開關2有16個通道，與16通道的輸入單元采集同步進行，16路開關量輸入合成一個16位的字，與模擬量采集一起送到A/D轉換器，再由多路開關傳送到輸入單元。
步驟四輸入單元開始采集各類危險品動態作業過程中產生的靜電動態電位信號，并將該靜電動態電位信號傳送到多路開關，經過多路開關傳送到A/D轉換器，A/D轉換器將靜電動態電位的模擬信號轉換成數字信號，經光耦隔離模塊將數字信號傳輸到CPLD。 光耦隔離模塊為TLP521-4，TLP521-4內置有四個光耦。步驟五靜電動態電位信號從CPLD經過USB橋傳送PC機，PC機通過預裝于其內部的專用軟件進行信號處理分析和計算，最終顯示出被測物體的靜電動態電位的瞬時值和極性。最后需要說明的是以上實施方式僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施方式對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改及局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍內。
權利要求
1.一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置，包括數據采集模塊和PC機； 所述數據采集模塊包括輸入單元、多路開關、模擬量數字量轉換器、復雜可編程邏輯器件、 光耦隔離模塊和USB橋；所述復雜可編程邏輯器件、USB橋、PC機依次連接，USB橋接收來自PC機的數據采集指令信號，并將這一信號傳輸給復雜可編程邏輯器件；所述輸入單元、 多路開關和模擬量數字量轉換器依次連接，并且均通過光耦隔離模塊與復雜可編程邏輯器件相連，以接受來自復雜可編程邏輯器件的控制信號，輸入單元將采集到的靜電動態電位信號通過多路開關來傳送給模擬量數字量轉換器，模擬量數字量轉換器將靜電動態電位信號模數轉換為數字信號后，再通過光耦隔離模塊的隔離放大作用將數字信號輸出給復雜可編程邏輯器件，復雜可編程邏輯器件再通過USB橋以將數字信號傳送給PC機。
2.根據權利要求1所述的一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置，其特征在于所述輸入單元為16通道靜電信號采集端，每個通道由一個非接觸式靜電電位計構成。
3.根據權利要求1所述的一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置，其特征在于所述A / D轉換器為12位精度16通道A / D轉換器，輸入電壓范圍為_5V +5V 或0 V 10V，輸入阻抗為800 1000千歐。
4.根據權利要求1所述的一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置，其特征在于所述USB橋采用高速USB芯片，所述芯片內置有高速緩存器。
全文摘要
本發明的一種具有實時測試技術的靜電動態電位智能測試裝置包括數據采集模塊和PC機，數據采集模塊包括輸入單元、多路開關、A/D轉換器、CPLD、光耦隔離模塊和USB橋；USB橋將PC機的數據采集指令信號傳輸給CPLD；CPLD通過光耦隔離模塊的輸入作用將這一信號傳送給輸入單元、多路開關和A/D轉換器，輸入單元通過多路開關將采集的靜電位信號傳送給A/D轉換器，A/D轉換器通過光耦隔離模塊的隔離放大作用將數字信號傳回給CPLD。本發明能夠對危險品倉庫、加油站、油輪、鐵路、公路運輸等領域實時模擬監測其全程的動態作業過程，連續實時地記錄、顯示其全程的動態作業過程中產生的靜電動態電位的大小、極性及動態波形。
文檔編號G01R19/25GK102288812SQ201110125549
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月16日 優先權日2011年5月16日
發明者吳金成, 常天海, 常建, 梁添, 馬威 申請人:華南理工大學