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基于总线式s s r 电参数自动测试技术的研究摘要f 本课题在完成九五国防( 电子) 预研项目大功率通用s s r 电参数自动测试技术研究的基础上，针对原系统采用g p i b 总线技术存在实时性差、抗干扰能力弱等缺点，提出基于v x i 总线组建s s r 电参数自动测试系统。户本文简介了自动测试系统的发展，重点探讨v x i 总线的结构和性能特点。在第二章根据国军标g d 1 5 1 5 b 和美军标m i l s t d 1 8 7 5 0 的要求详细分析了s s r 的电参数特性，重点研究了s s r 主要电参数的测试方法。然后根据s s r电参数自动测试系统总体性能指标的测试要求，提出用v x i 总线技术组建s s r电参数自动测试系统方案，完成了整个系统的硬件设计。，将v x i 仪器通过该总线与微机相连进行数据的传输，p l c 通过r s 2 3 2 接口与微机相连实现系统的逻辑控制。为了提高系统测量数据的精确度，采用d s p 芯片( t m s 3 2 0 c 5 4 x )和外围电路测试s s r 的输出漏电流，并设计出电气峰值产生电路和电压指数上升率形成电路等专用测试电路。在实验中取得了良好的效果。厂了在第四章软件设计中，根据v x i 通信协议和r s - 2 3 2 接口，在w i n d o w s 9 8操作平台下用v c 编程实现两种总线下系统的通信过程。在测试系统中，采用p o w e r b u i d e r 7 0 进行电叁数的数据库设计，存储电参数的标准和测量数据。最后详细分析了测试较为复杂的接通关断时间的测试过程。测试结果表明，该系统中测量数据的精确度和测量的实时性比原系统有了较大的提高。最后，分析测试系统中的主要干扰及误差，提出主要的抗干扰措施和误差处理方法。同时对v x i 系统的发展方向提出自己的见解。关键词：自动测试系统v x ip l c 固态继电器实r e s e a r c ho ht h ea u t o m a t e dt e s tt e c h n o l o g yo fe l e c t r i c a ip a r a m e t e r so fs s rb a s e do hb u sa b s t r a c ta u t o m a t e dt e s ts y s t e mo fe l e c t r i c a lp a r a m e t e r so fs s ri sap a r to fd e f e n s er e s e a r c hp r o j e c t f o rt h el a c ko fg p i bb u sw er e s e a r c ht l l ea u t o m a t e dt e s ts y s t e mo f fv x ib u s t h i sp r o j e c ti sc a r r i e do u tt om a n u f a c t u r et h eh i g h - p o w e rs s r t h i st h e s i sp r e s e n t si t sc o m p o s i t o na n dp r i n c i p l ei nd e t a i l i nt h i sa u t o m a t e dt e s ts y s t e m ，c o m p u t e rc o m m u n i c a t e sw i t hi n s t r u m e n t st h r o u g hv x ib u sa n dc o n t r o l sp l ct os w i t c ht h et e s tc i r c u i tt h r o u g hr s 一2 3 2s e r i a lc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e a sac o n s e q u e n c e ，t h i ss y s t e mc a ns u c c e s s f u l l yt e s te l e c t r i c a lp a r a m e t e r so fs o l i ds t a t er e l a yf i n a l l y , t h et e s tr e s u l tw i t ht h es t a n d a r dp a r a m e t e r si nt h ed a t a b a s ea n do p r a t o rp r i n tat e s tr e p o r t f o rt h ep r e s i c eo fm e a s u r i n gd a t a ，t h i ss y s t e mi n c l u d e st m s 3 2 0 c 5 4 w eu s ei tt om e a s u r eo u t p u tc u r r e n t s ow ed e s i g nt h ei n t e r f a c ec i r c u i tf r o md s pt ov x ib u s ，a n dw ed e s i g nt w os p e c i a lc i r c u i t sl i k ee l e c t r i cp e a kv a l u ea n dd v d t i ns o f t w a r ed e s i g no ft h i ss y s t e m ，w ep r o g r a m m ew i t hcl a n g u a g ei nt h eo p e r a t i n gp l a t f o r mo fw i n d o w s 9 8a n dr e a l i z et r a n s m i s s i o no fd a t aa n dc o m m a n da m o n gc o m p u t e r 、a p p a r a t u sa n dp l c i nd e s i g no fd a t a b a s ew eu s ep o w e r b u i d e r 7 0a n dm e m o r i z en o r m a la n dm e a s u r i n gd a t a a i m i n gt os o m ee l e c t r i c a lp a r a m e t e r sl i k et u m o nt i m ea n dt u r n - o f ft i m ew h i c ha r cd i f f i c u l tt ob et e s t e dw ep u tf o r w a r dm a n yn e wt e s tm e t h o d sa n da n a l y z et h e i rt e s tc o u r s ei nd e t a i l f i n a l l y , w ea n a l y z ep r i m a r yd i s t u r ba n dd a t ae r r o ri na u t o m a t e dt e s ts y s t e mo fe l e c t r i c a lp a r a m e t e r so fs s r s ow ep u tf o r w a r ds o m em e a s u r e so fa n t i - j i a m m i n ga n dm e t h o d so fh a n d l i n ge r r o r a tt h es a m et i m ew ea d v a n c eo a ro p i n i o n sf o rt h es y s t e mo f v x ib u s k e yw o r d s ：a u t o m a t e dt e s ts y s t e mv x ip l cs o l i ds t a t er e l a yr e a l - t i m ed s p致谢本论文是在我的导师鲁昌华教授的精心指导和亲切关怀下完成的，在此深表感谢。鲁老师不仅传授给我们知识，也传授给我们许多做人的道理。感谢他三年来对我在学习和生活上无微不至的关心和帮助。导师严谨的治学态度、丰富的实践经验、开拓创新的思维方式深深地感染着我，激励我克服困难、永远向前，使我在学业上和以后的工作中受益匪浅。另外，也要感谢厦门宏发电子有限公司对我所做研究和实验给予的建议和极大支持。感谢计算与信息学院的各位领导、老师在学习和生活给予的帮助。感谢笪许燕、李强等同学给予我的支持和帮助。最后我还要由衷地感谢我的父母，多年来他们一直鼓励和关注着我的学业，是他们的爱心和关怀陪伴我走过漫长的学习生涯。许德刚2 0 0 2 年6 月插图清单图1 1v x i 总线连接器的总线情况4图2 1 固态继电器的结构方框图7图2 - 2 固态继电器主要电参数的简易测试电路9图3 - 1 电参数自动测试系统的原理框图1 3图3 2 测试结构图”1 5图3 3 测量工位图”1 5图3 - 4g p i b v x i 控制方式的测试系统硬件框图1 6图3 5 嵌入式控制方式的硬件框图1 7图3 - 6 外部计算机方案的系统框图1 8图3 7 v x i 总线和d s p 的接口框图1 9图3 8 基于c 5 4 的测试框图2 3图3 - 9 双口r a m 与d s p 的接口2 4图3 1 0 电气系统峰值产生电路2 5图3 1 1 电压指数上升率形成电路2 5图3 1 2 电压v ( 0 的曲线图2 6图4 1v x l 分层通信规程2 7图4 2 配置寄存器的初始化及自检图2 9图4 3 消息基器件的配置和启动3 0图4 - 4 总线仲裁原理图3 1图4 5 写挂钩通信3 2图4 6 p c 机与p l c 之间的通信。3 3图4 7 测试系统的界面3 8图4 - 8 标准参数的设置3 8图4 - 9 自动测试结果3 9图4 1 0 系统主程序的流程图。4 4图4 1 1 接通关断时间测试子程序流程图4 6图4 1 2 直流s s r 的接通时间波形4 7图4 1 3 直流s s r 接通时间测试子程序的流程图4 7图4 1 4 交流s s r 的接通时间波形4 8图4 1 5 交流s s r 接通时间测试子程序的流程图4 8合肥工业大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1 1 智能测试系统的发展概况检测的智能化归功于计算机技术的发展，四十年代末第一台电子计算机的诞生为现代智能检测系统的发展提供了有效的手段。随着微电子技术，特别是微计算机技术的迅猛发展，使检测仪器在测量过程自动化、测量结果的智能化处理和仪器功能的仿人化等方面都有了巨大的进展。它的发展大体上可以分为三个阶段。1 第一代智能测试系统早期的智能测试系统多为专家系统，是针对某项具体测试任务而设计的，通常成为第一代智能测试系统。它主要用于要求大量重复测试、要求可靠性高的复杂测试，或者为了提高测试速度及工作于测试人员很难停留的场合。第一代智能测试系统至今仍在应用，在检测系统功能丰富性、能提高使用方便等很多方面比人工检测有明显改进，甚至可以完成不少人工检测无法完成的任务，显示出很大优越性。设计和组建第一代智能测试系统也存在不少困难，主要是系统自行解决仪器与仪器、仪器与计算机之间的接口问题。当这种系统比较复杂，需要程控的设备较多时，研制工作量很大，所需费用也较昂贵。更重要的是，这种系统实用性不强，改变检测内容一般需要重新设计电路，即它的接口电路不具备通用性，这是第一代智能测试系统最主要的缺点。因此，很快就发展了采用标准化通用接口母线的第二代智能测试系统。2 第二代智能测试系统七十年代，智能测试系统解决了标准化的通用接1 ：3 母线问题，进而使智能测试系统进入第二代。在这种智能测试系统中，各设备都用标准化的接v i 和母线按积木的形式连接起来。系统中的各种设备，包括计算机、可程控仪器、可控开关等均成为器件或装置，各器件均配以标准化的接口功能电路，用统一的无源母线连接起来。这种系统组建方便，组建者不需自己设计接1 ：3 电路，更改、增加检测内容也很灵活，使用完毕后拆散容易、拆散后的计算机及其他设备又可移作它用，显示了很大的优越性，因此得到了广泛的应用。合肥工业大学硕士学位论文第一章绪论g p i b 是一种可程控测量仪器的接口系统，它是在1 9 7 2 年由美国惠普公司首先提出的。以后这套系统陆续为美国电气与电子工程师学会( i e e e ) 及国际电工委员会( i e c ) 接受，并正式颁布了标准文件。这套系统在美国常称为i e e e 4 8 8 、g p i b 或h p i b ，在欧洲、苏联和日本常称为g p i b 或i e c 6 2 5 。名称不尽相同，但基本内容是一样的，只是作为国际电工委员会的标准i e c 6 2 5 的母线系统比i e e e 4 8 8 标准及h p i b 多了一条地线。除了接口系统，还存在一些其它的通用接口系统，例如c a m a c 系统( 即i e e e 5 3 8 系统) ，又成为计算机辅助测量与控制接口系统，它主要用于核物理中的电子测量系统或其它较大型的智能检测系统，也可以和系统结合起来使用。此外，r s 2 3 2 是一种串行接口系统，这种接口除用于设备间传递信息外，还可与通讯线路等连接，经过一定的变换进行远距离数据传送。3 第三代智能测试系统第一、二代智能测试系统虽然比人工检测显示出前所未有的优越性，但是在这些系统中，电子计算机并没有充分发挥作用，整个系统和它的工作过程基本上还是对人工检测的模拟。七十年代末提出了第三代智能检测系统概念，它把计算机和测试系统更紧密地结合了起来，融为一体。在这种系统中用计算机直接参与测试信号的产生和测量特性的解析，这样仪器中的一些硬件甚至整个仪器都从系统中消失了，而由计算机及其软件来完成它们的功能，形成一种所谓的“虚拟仪器”( v i r t u a li n s t r u m e n t ) 。v x i 总线测试系统是一种模块化的仪器系统平台，它是标准工业微机总线v m e 总线在仪器领域中的扩展，v x i 即v m eb u se x t e n s i o nf o ri n s t r u m e n t a t i o n的缩写。自1 9 8 7 年提出v x i 总线规范以来，v x i 总线技术取得了飞速发展，v x i 总线作为新一代自动化测试系统的地位已经确定。以总线测试系统为代表的新一代模块化测试和仪器系统，体现了测量与仪器技术的多方面重大发展，也是综合了很多先进技术的产物。在v x i 总线领域使用的诸多先进技术，从一个侧面反映了测试和仪器领域正处于一个飞速发展的时代。1 2v x i 总线系统的介绍1 v x i 总线的特点v x i 总线具有高速通信和易于组合的优点，集中了智能仪器、个人仪器和自动测试系统的许多特长，已在智能测试系统中获得广泛应用。2台- i i b i 业大学硕士学位论文第一章绪论( 1 ) 高速传输实时检测、实时控制、实时任务处理对检测速度的要求越来越高，采用v x i总线的检测系统可把主机架上的一些仪器作为一个整体来处理，系统内的信息通过背板上的印制总线来传递。由于可采用插件对插件的本地通信方式，并且可组成多c p u 的分布式系统，最高传输速率可达4 0 m b s 以上。( 2 ) 模块式结构v x i 总线系统可采用不同国度、不同厂商的插件式仪器和其他插件式器件组成智能测试系统。v x i 总线系统内的所有器件都是插件式的，对插件和主机架的尺寸都有严格的规定。( 3 ) 小型便携智能测试系统的一个发展方向是小型化、便携式、易于互连。在采用v x i总线的测试系统中，插件和机架的尺寸已有严格规定，v x i 总线印制在主机架背板的多层印刷电路板中，插件与背板上v x i 总线用确定的连接器连接，使系统在机械与电气上相容。由于系统内所有的插件都固定在一个或几个主机架内，系统有紧凑的整体性和小型便携性。( 4 ) 灵活性强v x i 总线系统将标准化与灵活性和协地统一起来，不仅可由一个或几个插件组成一个器件，也允许一个插件包含一个或多个器件，甚至允许存储器等器件为多个器件所公用，从而使智能检测系统的结构更开放，便于组成多c p u 的分布式系统。对v x i 系统的控制，可由主机架外的p c 机或联与计算机网络的计算机实施，连接方式可采用r s 2 3 2 接口或直接采用微机总线。此外，v x i总线为检测系统提供了数据传输、中断、时钟、触发、本地总线、模拟信号线、多种电源线等多种总线。因此，v x i 总线既适用于数字仪器，又适用于模拟仪器，还便于传递2 位、4 位、8 位、1 6 位等多种形式的数据。2 v x i 总线系统的组成采用v x i 总线的智能检测系统通常称为v x i 系统。每台主机架构成一个v x i 子系统，每个子系统包含最多1 3 个器件，v x i 系统最多可包含2 5 6 个器件，一个器件是一个单独的插件，也可根据系统的实际需要，在一个插件上安放多个器件，或有多块插件组成一个器件，插件与v x i 总线通过连接器连接。符合v x i 系统要求的插件插入主机架并与连接器连接牢后方可工作，插件尺寸有l o c m 1 6 c m 、2 3 3 c m 1 6 c m 、2 3 3 c m 3 4 c m 、3 6 7 c m x 3 4 c m 等几种。为大合肥工业大学硕士学位论文第一章绪论尺寸插件设计的主机架，允许插入小尺寸的插件。连接器均为3 排，每排3 2个引脚，因此连接器都是9 6 插脚的d i n 接插件，不同尺寸的插件可选用不同的主机架，每台主机可容纳1 3 个插件。3 v x i 系统的总线结构乡兰bv m e 计算机总线，优先中断，多主机判优，1 6 b i t数据传输总线，1 6 m n t 寻址。v m e 3 2 b i t 数据，4 g b i t 寻址，1 0 m h z 时钟总线，t t l 和e c l 触发总线，1 2 脚本地总线，模拟相加总线，模拟识别总线，电源分配总线。高性能1 0 0 m h z 时钟，e c l 星型触发总线，e c l触发总线，2 4 脚本地总线，电源分配总线。图1 - 1 v x i 总线连接器的总线情况在v x i 系统中，命令、数据、地址和其他信息都是通过总线传递。印制在主机箱背板上的总线通过3 个连接器只、只、只与器件相连v x i 系统的总线可分为8 种：1 ) v m e 计算机总线2 ) 时钟同步总线3 ) 模件识别总线4 ) 触发总线5 ) 相加总线6 ) 本地总线7 ) 星型总线8 ) 电源总线3 个连接器舅、只、只的连接情况如图1 1 所示。4 v x i 总线系统的应用在v x i 总线系统中，器件是系统的基本逻辑单元，计算机、计数器、数字仪表、信号发生器、多路开关、人机接口等都可以作为器件加入v x i 总线系统。v x i 总线对所有v x i 器件都规定了一些最基本的功能，可以实现系统和存储器的自动组态。每个v x i 器件都有一组“组态寄存器”，系统通过v m e 总线的连接器只访问组态寄存器，可识别器件的种类、型号、生产厂家、地址空间和存储器需求等。具有这些基本能力的v x i 器件称为“基于存储器的器件”。有一类器件除具有组态寄存器外，还有一组可由系统中其他模块访问的通信寄合肥工业大学硕士学位论文第一章绪论存器，通过使用某种通信协议，可实现与系统中其它器件的通信，这类器件称为“基于消息的器件”。v x i 系统中，r o m 、r a m 和其他类型的存储器称为“存储器器件”。v x i 器件之间的通信基于器件的分层关系，相互通信的器件，一个是“命令者”，一个是“从者”。单c p u 系统中，c p u 器件是命令者，其他器件是从者。多c p u 系统中，分机需要通过公共接口与主机通信。在v x i 总线测试系统中，v x i 总线仪器模块插入特定的主机箱内，通过主机向外的外部控制器或嵌入主机箱内的内部控制器对仪器模块进行操作控制。v x i 仪器就其外部特征及操作控制方式与传统的面板仪器相比，淘汰了传统的硬件面板，通过软件模拟将仪器的操作转移到外部的显示器上，这样用户能方便、灵活、快速地完成预定的测控目标。v x i 总线测试系统可应用到许多传统的测试测量环境和自动测试设备中。v x i 机箱和模块是很灵活和紧凑的电子测试系统，根据被侧对象的不同，很容易改变组合方式来满足各种测试的要求。对于比较庞大的综合测试系统，如雷达自动测试系统、航天测控系统等有以下特点：1 ) 测试性好；2 ) 零槽模块的强大功能；3 ) 抗电磁干扰能力强；4 ) 配电冷却性能好；5 ) 功能全面，性能稳定可靠；6 ) 测速快，精度高等。总之，v x i 总线被称为“跨世纪的总线”，有着广阔的发展前景，它的出现为国家各个行业科研的发展提供了更新式的测试手段。v x i 总线测试系统产品的开发和生产属于高技术领域，是国家研究、开发实力及财力的综合体现。因此，如何利用现有的各种资源，研究和跟踪国际先进技术，开发自己的仪器及智能检测系统，满足现阶段国内的需求，并走出国门与世界接轨，是我们值得进一步探索的问题。1 3 本课题的来源及现状本课题是在我院与电子部四零所合作完成的九五国防( 电子) 预研项目大功率通用s s r 电参数自动测试技术研究的基础上，针对我院为厦门宏发电子有限公司开发的基于g p i b 总线测试系统出现实时性差、抗干扰弱等缺点，提出了采用v x i 总线的电参数自动测试系统。固态继电器电参数是衡量产品性能的主要指标，也是科研与生产中必须测试的关键参量。以前，国内厂家与科研机构大都靠人工一步一步进行测试，整个测试过程繁琐，效率低下，精度低，一些参数甚至无法测试。查阅有关文献得知，国内单位对固态继电器的部分测试进行了研究，研究了一些测试装置，作了一些有益的尝试。电子部第四十所设计了一些专用电路，组建成直流固态继电器电参数测试装置，该装置大大简化了测试任务，能够在小批量研究和生产中满足对直流s s r 进行测试的要求。因为不是自动测试装置，而且无法对交流s s r 电参数进行测试，测试中仍需要合肥工业大学硕士学位论文第一章绪论测试人员熟悉测试方法，按部就班进行操作。河北工学院自动化系研制了一套固态继电器寿命检测装置，该装置通过测量继电器的导通压降和断开漏电流是否越限来判断继电器的寿命，它的硬件以微机为主机，配以采样测试电路、驱动电路、输入接口电路、输出接口电路和译码电路等外围电路组成。电子部一所在“八五”期间曾研制过电参数自动测试系统，根据调研发现它只能完成几项电参数的测试，并未实际使用，另外，其测试范围也不易扩展。9 7 年合工大与电子部四零所合作开发了s s r 电参数自动测试系统，该系统采用g p i b 总线，但是不能很好的满足实时性的要求，传输速率较低。在国外，一些大的s s r 生产厂家都有自己的测试系统，但通用性测试系统还未见报道。总之，目前国内固态继电器电参数测试装置大都是采用微机或单片机外加一些专用测试电路，它们不是严格意义上的自动测试系统，对进行测试的固态继电器类型或参数范围都有所限制，而且它们大都不是通用测试系统，系统很难扩展。所有这些都表明，上述测试装置无法满足固态继电器大规模生产的需要。1 4 本课题的主要研究内容根据目前国内外的情况，现在应用较为广泛的g p i b 测试系统不能很好的满足实时性的要求，因此，我们提出了采用v x i 总线的s s r 电参数自动测试系统的方案。本课题研究的主要内容是利用v x i 总线和r s 一2 3 2 总线设计成一套通用检测系统，实行模块化设计，可以进行扩展和升级。利用d s p 技术和相关算法进行实时处理，提高检测速度从而满足实时性的要求。同时针对具体的固态继电器等元器件能测试出所需的各种电参数，例如交直流输出、关断电压、导通时间等。并且通过标准总线与计算机相连，通过软件设计实施监控，同时把各种参数保存在数据库里以便随时查阅。第一章介绍了自动测试系统的发展以及对v x i 总线的介绍。在第二章主要介绍固态继电器的基本原理、参数类型及技术要求等，并提出了主要电参数的测试方法。第三章，将组建一套v x i 总线智能测试系统，重点解决v x i 总线与d s p 、仪器的接口以及计算机对系统的控制，同时解决有关参数测试的外围电路设计和v x i 的控制方式。第四章对系统的软件设计和算法处理，同时分析器件在v x i 中的通信和p l c 与微机的串行通信，并且在w i n d o w s 9 8 操作平台上用v c实现。最后一章分析了系统的干扰和误差，并且提出了相应的方法和措施，及对v x i 总线测试系统的总结和展望。6合肥工业大学硕士学位论文第二章固态继电器电参数的分析第二章固态继电器电参数的分析2 1 固态继电器的组成原理本课题所研究的电参数检测系统的对象是固态继电器，固态继电器英文缩写是s s r ( s o l i ds t a t er e l a y ) 。它的功能是：给予一个输入量( 电、磁、光或热等信号) ，能自动切换被控制的电路，而且它的输入与输出隔离。固态继电器的典型结构如图2 - 1 所示，由三部分组成，即输入电路、隔离( 耦合) 和输出电路。输入电路隔离输出电路图2 - 1固态继电器的结构方框图继电器的规格号由基本型号和规格序号两部分组成，基本型号由主称、外形符号、短划线、序号、防护特征组成。例：j g c 2 3 m 0 0 1 ，j g 表示固态继电器，c 表示超小型，m 表示密封。2 2 固态继电器的电参数固态继电器因所用元器件结构不同，参数也不尽相同。本系统主要介绍电合肥工业大学硕士学位论文第二章固态继电器电参数的分析参数的测试，下面对固态继电器电参数进行说明。固态继电器的电参数可分为两种：输入参数和输出参数。1 输入参数最大输入电流：最大输入电压下电流的最大值，它反映了固态继电器对驱动功率的要求，也可以用给定电压下的输入阻抗来表示。最大导通时间：从加导通控制信号到继电器输出器件完全导通所需的最大时间。最大关断时间：从去掉导通控制信号到继电器输出器件完全关断所需的最大时间。输入端出现的瞬态干扰，可以使固态继电器出现误动作，尤其是当继电器响应时间等于或小于噪声脉冲持续时间时，继电器就会导通，对输入信号进行滤波有助于减少这种现象的发生。2 输出参数最大负载电流：它反映了继电器的最大稳态负载能力，它还受到散热器和环境温度的热限制。瞬态电压：加在固态继电器输出端，保持固态继电器断开状态，不会使固态继电器损坏或产生误动作的最大允许电压，超过这个值，固态继电器的输出端就可能导通，当电流限制在额定范围内时，固态继电器不会因此损坏，瞬态过程一般为几秒左右。电气系统峰值( 非重复) ：在表称线路频率下允许加到输出部分的一个全波周期的最大非重复正弦峰值电压。通常除规定该峰值电压外，还给出电压和时间的关系曲线。在浪涌期间或其后，继电器可能失控，直到输出器件结温下降到低于最大允许值为止。输出压降：加额定输入电压时，继电器输出端之间的有效值电压降。零点交越：对切换交流电压的固态继电器所要求的一种特性，设计继电器具有此特性以使它在串联负载进行交流电压和电流循环时，只在接近零电压时接通，只在接近零负载电流时关断，而与输入电压施加或切除的时间无关，此设计特性对延长继电器寿命并降低电磁辐射干扰是有益的。输出漏电流：以常开触点为例，输出漏电流是指在规定的温度下，继电器的输入端加最大关断电压，输出端加额定电压时，在输出端的漏电流。零电压接通最大值：在开始导通的瞬时，输出端的最大电压。电压指数上升率：输出端能承受的不致产生误动作的开路电压上升率。2 3 固态继电器电参数的测试方法合肥工业大学硕士学位论文第二章固态继电器电参数韵分析2 3 1 参数的直接测试方法不。下面介绍固态继电器主要电参数的直接测试方法，测试电路图如图2 2 所弦继百i电器图2 - 2 固态继电器主要电参数的测试电路图首先将足够的输入电压加到输入端，输出端加额定输出电压和频率，并调整负载，使固态继电器导通时能得到额定输出电流。输入端电压先降到零，这时负载电流也接近零，再缓慢增加输入电压，输出端负载电流h t j e j l j 得到额定输出电流值时，输入端电压值为接通电压值，也是输入电压范围内的下限值。继续提高输入电压，电流达到输入电流最大值时的输入电压值为输入电压范围内的上限值。输入电流是在输入电压范围内某一特定电压下的对应电流值。输入电压缓慢降低，当输入电压低于接通电压时，负载电流急剧下降到接近零的某一值时不再变化，这一临界点的输入电压值为关断电压值。这是用数字万用表的毫安档测出流过负载的电流即为漏电流。输入电压重新调到输入电压范围的上限值，固态继电器导通状态下，用数字万用表的电压档测出继电器输出端的电压即为导通压降，导通压降除以额定电流值所得的商就是导通电阻值。导通压降乘以负载电流的积就是导通状态下的输出端功耗，输入电压乘以输入电流的积就是最大输入功率，这两项之和是导通状态下的最大功耗。关断状态下的功耗是输出电流乘以额定输出电压的积，一般很小可以忽略不计。测试接通与关断时间，把被测固态继电器输入端的可调电源换上标准信号发生器，输入端施加一方波信号，其幅度为零电压到额定输入电压范围内的某一值，占空比为1 ：1 ，动作速率不少与每秒1 次，不大于每秒3 0 次。用双踪记忆示波器，分别监测输入与输出端，使示波器与输入接通的过程同步，可以检测接通和关断时间。2 3 2 参数的间接测试方法测试系统中选用数字多用表1 3 6 1 测量交直流的电压和电流参数，该仪器的9合肥工业大学硕士学位论文第二章固态继电器电参数的分析量程为直流t o m a 1 a 、交流1 a 一3 a ，但对超过量程的大电流和微小电流不能直接测量，需采用间接方法测量。为了保证测量精度还需进行特殊的数据处理。2 3 2 1大电流的测试大电流的测试系统设计测试s s r 负载电流最大为1 0 0 a ，为了能够测试大电流，在测试电流值超过3 a 时自动切换线路，将电流测试转换成电压测试，然后再根据测试电压结果折算成电流。系统选用2 个霍尔电流传感器g h a a c l 0 0 a 和g h a d c l 0 0 a ，将0 - 1 0 0 a 的电流转换成1 0 v 电压，由于采用触点电流为1 0 0 a 的交流接触器和直流接触器各一只进行大负载电流的切换，所以在切换瞬间对系统干扰非常大，系统采用强屏蔽等措施。2 3 2 2 输出漏电流的测试s s r 的输出漏电流为几十微安到几毫安，实验发现如果将1 3 6 1 数字多用表直接串联在s s r 输出端测量微电流，不但数据不准，而且一致性也很差。主要是因为测试设备本身的漏电流已经超过元器件的漏电流。此外，1 3 6 1 数字多用表本身在测量毫安级以下电流时仪表的精度和分辨率大大降低，所以要对漏电流进行准确的自动测量十分困难。为了能准确而且实时的测量输出漏电流，我们把d s p 应用到自动测试系统中，通过提高采样频率既增加采样点数，经过d s p 的处理算法得到的数据能够满足所要求的精度，而且实时性也得到满足，结果误差小于0 5 。有关d s p的硬件和软件设计在后面介绍。2 4 测试系统的主要指标由于固态继电器的快速发展，使固态继电器进入电力电子等各个不同的领域。为了保证能使用合格的继电器，必须对产品性能进行严格的测试。由于固态继电器电参数是衡量产品性能的主要指标，所以固态继电器的电参数也就成了科研与生产中必须测试的关键参量。该测试系统是符合国军标g j b l 5 1 5 - 9 2 和美军标m i l s t d 1 8 7 5 0 的多功能固态继电器电参数测试系统，能够测试直流输出，交流输出等各种s s r 的电参数，并能够提供电气系统峰值、交直流瞬态电压、电压指数上升率及大功率可调负载等测试手段，系统的主要指标如下所示：电气系统峰值：v p p6 0 0 v电压指数上升率试验：1 0 0 v u s最小额定电流试验：5 0 0m a 以下交流瞬态电压试验：4 0 0 h d l8 0 v a t0合b e n - 业大学硕士学位论文第二章固态继电器电参数的分析直流瞬态电压试验：8 0 v d c接通电压测试：0 - 3 5 v关断电压测试：0 - 3 5 v过负载试验：0 1 0 0 a输入电流测试：0 - 1 0 0 m a输出漏电流测试：0 1 0 0 0 m a输出电压降测试：肚5 v接通时间测试：0 l o o m s关断时间测试：0 - l o o m s输入一输出间耐压最大：5 0 0 0 v a c绝缘电阻：5 0 0 v 、2 0 0 0 k i l l生产效率：8 0 0 0 只8 小时合肥工业大学硕士学位论文第三章电参数自动测试系统的组成第三章电参数自动测试系统的组成3 1 系统的概述现代科学技术的发展特别是计算机技术的迅速发展促使测试技术发生了质的变化；从个别变量的测试转变为整个系统的特征参数的测试；从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理计算与显示输出；从用单台仪器进行测试转变为组建测试系统进行测试；从传统独立仪器模式转变为充分利用计算机软硬资源的虚拟仪器测试系统。根据国标和预研要求，本系统主要用来测试固态继电器等电子元件的电参数。为了使测试系统更灵活、测试精度更高且满足实时性的要求，我们组建一套基于v x i 总线的测试系统，并运用d s p 进行数据或图像的处理满足实时性的要求。在v x i 总线测试系统中，v x i 器件可大体分为四类：( 1 ) 以寄存器为基础的器件，简称寄存器基器件，它被智能器件所占有，可以想象它们都是这些智能器件的转储装置。( 2 ) 存储器器件，即存储器插件，它和寄存器基器件相似，可以把它当成一种特殊的以寄存器为基础的器件。( 3 ) 扩展器件，可以把它设想为v x i 向未来发展的基点，它允许v x i 系统的特性有更大的扩展范围，但目前对扩展器件还没有确切定义。( 4 ) 以消息为基础的器件，简称消息基器件。这是v x i 系统中的智能器件。它除了对以寄存器为基础的器件进行低层次的通信外，还可以利用共享存储器规程和字串行通信规程，在消息基器件间进行高水平的通信，通常认为消息基器件应包含微处理器并能理解i e e e 4 8 8 2 语句。因此，传统的g p i b 和r s 2 3 2 仪器可作为消息基仪器模块包含在v x l 总线系统中，这些仪器模块可以象传统的g p i b 仪器那样接受命令的程控。消息基器件和寄存器基器件对通信最为重要，它们与零槽插件一起，构成v x i 系统最常用的器件。消息基器件与寄存器基器件的智能水平通常相差悬殊，前者可能是一个用高水平a s c i i 语言指挥的智能仪器，对它程控比对非智能器件容易得多，寄存器基模块采用存储器映像总线结构，记忆实现资源共享，便于数据的高速传输。同时，v x i 总线系统不但为各个仪器模块提供了定时和同步能力，而且提供了开放标准化的高速处理总线。3 2 系统的组成及工作原理1 2合肥工业大学硕士学位论文第三章电参数自动测试系统的组成3 2 1 系统的总体框图s s r 电参数自动测试系统总体组成如图3 1 所示本系统主要用一台微机作为整个系统的控制和数据显示，采用世界范围内完全开放的v x i 总线标准，集v x i 卡式仪器、带有r s 一2 3 2 接口的仪器于一起。通过r s 一2 3 2 总线控制p l c 进行测试线路的切换，从采集卡采集到的数据通过数字万用表测试电参数或经d s p 处理完成输出漏电流的测试，然后把测试得到的数据保存在数据库里或显示、打印出数据。本系统较好的解决了各仪器模块之间的接口及通讯，通过软件编程解决了多媒体、数据库、通讯等软件所必须具备的功能。由于本系统采用标准化的v x i 总线、内部实行模块化设计，因此，针对不同的电子元件和不同的电子参数，只需通过标准硬件模块简单组合和更换相应的测试软件就可以组成多种参数的自动测试系统，以适应技术发展的要求。我们所研究的对象是固态继电器，根据固态继电器电参数测试的要求选用了一些标准测试模块，通过接口电路的设计，算法运算、软件编程，得到本课题所要实现的要求。图3 - 1电参数自动测试系统的原理框图合肥工业大学硕士学位论文第三章电参数自动测试系统的组成3 2 2 系统的硬件组成( 1 ) 计算机：多媒体计算机一台，通过内部接口卡，完成对v x i 主机箱中各仪器的自动控制，同时完成系统故障的诊断与报警，测试报告的形成与打印。11( 2 ) 1 3 6 1 数字多用表：f l u k e 公司的v x i 卡式仪器，4 去到6 位数字分辨zz率，其内部具有数据存储功能，主要用来测量测试过程中的交直流电流和电压。( 3 ) t d s 2 2 0 数字记忆存储示波器：泰克公司2 通道和4 通道示波器，带有r s 2 3 2 总线接口，带宽为i o o m h z ，主要用来捕获瞬时波形，测试接通关断时间。( 4 ) h t v x i 一1 0 4 4 0 6 数据采集卡：海泰公司v x i 卡式仪器，4 8 通道并行采集，采样速度i k h z 一4 0 洲z ，每通道最高采样率4 0 m s s 。( 5 ) d f l 6 4 2 a 信号发生器：频率范围是0 1 h z 5 m h z ，可产生正弦波，三角波、方波和锯齿波，主要用来测试接通关断时间，在输入端提供幅值和频率都可调的激励信号。f 6 ) t o s 5 0 5 0 耐压测试仪和g p l 7 3 5 绝缘电阻测试仪：用于测试s s r 的耐压值和绝缘电阻。( 7 ) p l c ：松下公司的f p o 型可编程序控制器，3 2 点输入，6 4 点输出，带有r s 一2 3 2 接口，通过r s - 2 3 2 接口与微机进行串行通信，实现系统的控制。根据测试步骤编写程序，控制继电器阵列，切换测试线路。( 8 ) 继电器开关阵列：有6 0 个电磁继电器组成，线圈电压是2 4 v ，最大允许通过电流是1 0 a ，主要用来切换各条测试线路。( 9 ) d s p ：采用德州仪器公司生产的t m s 3 2 0 c 5 4 xd s p 器件，通过接口电路与v x i 总线相连。在本系统中用来测量输出漏电流，以满足测量数据精度的要求。( 1 0 ) 各类电源：主要由s s r 输入电源、偏置电源、输出端负载电源、瞬态电路电源、p l c 和继电器的控制电源。( 1 1 ) 可调负载：主要用于在s s r 的输出端调节负载电流，使其得到额定值。3 2 3 系统工作原理正确安装s s r 器件后，操作人员在计算机提示下输入s s r 器件型号和要测试参数的合格值( 或调用微机内部已有的s s r 数据库) ，然后选择部分或全部测试项目，在微机的控制下，向p l c 发出测试项目组合控制指令，p l c 接受指令后控制继电器开关阵列，将各种电源、负载、测试线路、数字万用表、数字存储示波器等分别有序地投入到测试系统，测试仪器进行各项s s r 电参数测试，测试的数据通过v x i 接口和r s 一2 3 2 c 接口传输给微机，直到完成所有的测试项合肥工业大学硕士学位论文第三章电参数自动测试系统的组成目，最后微机存盘，显示和打印测试结果。固态继电器在测量过程中经过三个区：上料区、测量区、下料区，如图3 - 2所示。继电器在经过上料区到达测量区进行电参数的测试，如图3 - 3 所示。每个工位测量一项s s r 电参数，测量结果通过总线传输给计算机a 测量过的继电器根据结果情况进入下料区的相应槽中。图3 - 2 测试结构图图3 - 3 测量工位图3 3 系统的外圈接口电路的设计3 3 1v x i 控翻方式的选择数据处理能力和v x i 系统性能的最基本表现是指通过v x i 总线发送和接收数据字节数和数据传送过程中所需的时间，一般从三方面评定：v x i 总线随机读写；字串行传送：v x l 总线数据块传送。随机读写是数据传送中最普遍的类型，它要求单字节、双字节或者四字节数据通过v x i 总线传送到共享存储器，或者器件寄存器上。字串行传送是指1 6 位数据( 一个字) 以串行方式传送到某一固定地址，它是v x i 总线特有的，允许用户使用消息传给v x i 器件编程，字台肥工业大学硕士学位论文第三章电参数自动测试系统的组成串行协议允许i e e e 4 8 8 8 2 或者特定器件命令能被传送到消息基器件。数据块传送常用来评定v x l 总线性能，它能反映在v x l 共享存储器和控制器的存储器之间使用多数据传送周期时数据块的传送速度，是指一系列单字节，双字节或四字节数据的传送。影响系统性能的因素可分为两类：软件因素和系统因素。软件因素包括操作系统的选择，编程语言的选择和用户编程的质量，但其对系统性能的影响相对系统因素要小。系统因素主要指系统的硬件，包括控制器、主机箱和仪器模块，合理的硬件配置能获得最佳的性能价格比，并使系统具有良好的兼容性，易于编程和升级，为系统集成带来很大方便。v x i 总线系统采用了统一标准的机箱，除了在通讯方式和尺寸上统一之外，还在功率输出、冷却条件和抗电磁干扰等方面实行了统一的标准，保证了v x i 总线仪器工作的可靠性。v x l 总线的仪器繁多，目前已达数干种，v x i 的控制器或称零槽控制器方案是系统方案设计的重点，系统的控制方式也就是控制启动( 计算机) 与v x i 总线连接的方式，通常分为三类：g p i b - v x i 方式，嵌入方式和外部计算机控制方式。( 1 ) g p i b v x i 方式是通过g p i b 总线把一个v x i 主机箱与外部计算机相连，g p i b v x i 控制方式的测试系统硬件框图如图3 - 4 所示。在主机箱内部有一个g p i b v x l 转换器，这就是装备有g p i b v x i 功能的计算机能控制v x i 总线仪器或者代替g p i b 仪器。计算机通过g p i b 总线和g p i b v x i 转换器把一个命令串传送给v x i 器件，转换器决定那个器件被寻址。显然，转换器把g p i b 协议转换到了v x i 字串行协议，同时把字串行命令串传送给器件。这个过程对消息基器件来说是必须的，对寄存器基器件，被传送到g p i b v x i 转换器的命令确定了执行寄存器访问的模式。该方案的优点是可以利用熟悉的g p i b 技术，即可象控制一台g p i b 仪器那样控制仪器，又可以控制传统的有g p i b 接口的仪器。缺点是，v x i 总线具有强大的数据吞吐能力，它的机箱背板的总线