CN108761162A - 一种示波器探头控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种示波器探头控制***,其特征在于,包括示波器探头、继电器控制模块和快速放电模块:所述示波器探头对待测信号(Signal)进行采样并将所述待测信号(Signal)发送至继电器控制模块;所述继电器控制模块分别与所述快速放电模块和示波器***电连接;所述快速放电模块包括信号检测比较单元和电容放电单元,所述信号检测比较单元用于检测所述待测信号电容电压是否超过基准电压,若是,则驱动所述电容放电单元进行放电。本发明不仅可以正常测量电源信号,而且在电源残压较高的情况下可以加速电源电容放电,保护了待测设备和测试仪表,增加了测试操作的安全性,同时也提升了测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及示波器领域,尤其涉及一种示波器探头控制***及方法
背景技术
示波器探头对测量结果的准确性以及正确性至关重要,它是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。最简单的探头是连接被测电路与电子示波器输入端的一根导线,复杂的探头由阻容元件和有源器件组成。简单的探头没有采取屏蔽措施很容易受到外界电磁场的干扰,而且本身等效电容较大,造成被测电路的负载增加,使被测信号失真。
目前,在硬件电气信号测量过程中,特别是电压信号测试过程中,由于电容的存在,使得电源模块下电后在一段时间内仍然存在着残压,如果残压值较高,而且有没有及时被泄放掉,那么对人身和设备都存在着安全隐患,譬如触电危险或者潜在损坏测试设备。现有技术中,大部分的解决电源残压的方法几乎都是通过对电源电容加速放电来完成的,但是这种方法大部分都是脱离了实时的测试***,对电容进行放电来完成的。在一个复杂的测试***中,独立处理单板电容放电也比较困难,因为测试仪表和待测单板间有着电缆或信号线的连接,若处理不当,有可能在加速电压泄放过程中导致测试仪器表出现潜在损坏。
例如公开号为CN105652048A的专利公开了一种示波器探头,包括至少一用于采集模拟电信号的探针、USB接口、模数转换电路及数据接收单元。该USB接口用于与一便携式电子装置连接。该模数转换电路与该至少一探针电连接,用于将至少一探针采集的模拟电信号转换为数字信号。该数据接收单元,电连接于该模数转换电路及该USB接口之间,用于接收模数转换电路输出的数字信号并存储该数字信号,以供于该USB接口连接的便携式电子装置获取并根据该数字信号进行显示。本发明还提供一种便携式电子装置及便携式测量设备。利用本发明的示波器探头、便携式电子装置及便携式测量设备,可实现示波器功能,并便于携带。该发明没有快速放电结构,通常需要脱离实时的测试***进行放电。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供一种示波器探头控制***及方法,不仅可以正常测量电源信号,而且在电源残压较高的情况下可以加速电源电容放电,保护了待测设备和测试仪表,增加了测试操作的安全性,同时也提升了测试效率。
为了实现以上目的,本发明采用以下技术方案:
一种示波器探头控制***,包括示波器探头、继电器控制模块和快速放电模块:
所述示波器探头对待测信号(Signal)进行采样并将所述待测信号(Signal)发送至继电器控制模块;
所述继电器控制模块分别与所述快速放电模块和示波器***电连接;
所述快速放电模块包括信号检测比较单元和电容放电单元,所述信号检测比较单元用于检测所述待测信号电容电压是否超过基准电压,若是,则驱动所述电容放电单元进行放电。
优选的,所述信号检测单元包括放大器(U1),稳压二极管(D1):
所述放大器(U1)正相输入端包括分压电阻(R2)和分压电阻(R3),所述放大器(U1)反相输入端包括稳压二极管(D1)和调压电阻(R1),当放大器(U1)同相输入端(+)输入电压大于反相输入端(-)输入电压时输出高电平H,否则,输出低电平L。
优选的,所述电容放电模块包括晶体管(Q1)和晶体管(Q2),所述晶体管(Q1)和所述放大器(U1)输出端之间串联电阻(R4),所述晶体管(Q2)并联有电阻(R5)并与电阻(R6)串联,当所述放大器(U1)输出高电平H时,所述晶体管(Q1)和晶体管(Q2)导通形成放电通道。
优选的,所述电阻(R4)与电容(C1)并联、所述电阻(R6)与电容(C3)并联构成加速电路。
优选的,所述电容放电单元还包括发光二极管(D2),当所述晶体管(Q1)和所述晶体管(Q2)导通时所述发光二极管点亮。
优选的,所述继电器控制模块包括继电器(J1)和晶体管电路,所述继电器(J1)包括第一开关触点(1,2)和第二开关触点(3,4),所述第一开关触点(1,2)将所述待测信号(Signal)连接至示波器***,当所述继电器断开时所述第二开关触点(3,4)将所述待测信号(Signal)连接至快速放电模块;所述晶体管电路包括晶体管(Q3)和控制开关(K1),当控制开关(K1)拉上电源(VCC)时所述晶体管(Q3)导通。
优选的,所述控制开关(K1)为单刀双掷开关,用于控制继电器的线圈上电或失电,当所述控制开关(K1)上拉至电源(VCC)时导通晶体管(Q3),所述继电器闭合;当所述控制开关(K1)下拉至接地端(GND)时晶体管(Q3)截止。
优选的,所述晶体管(Q3)采用NPN型三极管,两端分别接入电阻(R7)和(R9)作为分压电阻。
优选的,所述继电器模块还包括还包括续流二极管(D3),在所述继电器失电后提供电流泄放通道。
相应的,还提供一种示波器探头控制方法,包括步骤:
S1、待测信号采样:示波器探头对待测信号进行采样并将所述待测信号连接至继电器控制模块;
S2、继电器模块控制:继电器模块将待测信号连接至示波器***或快速放电模块;
S3、快速放电模块放电:快速放电模块检测所述待测信号电容电压是否超过基准电压,若是,则驱动所述电容放电单元进行放电。
与现有技术相比,本发明通过示波器探头对待测信号进行采样和测量,继电器模块用于控制信号的连接和切换,快速放电模块提供了一种快速放电途径,用于实现电容残压的泄放和消除。整个技术方案设计简单,操作方便,在实际操作中不仅增加了测试操作的安全性,同时也提升了测试效率。
附图说明
图1为实施例一提供的一种示波器探头控制***结构示意图;
图2为实施例一提供的一种示波器探头控制***的示波器探头电路图;
图3为实施例一提供的一种示波器探头控制***的继电器控制模块电路图;
图4为实施例一提供的一种示波器探头控制***的快速放电模块电路图;
图5为实施例二提供的一种示波器探头控制方法流程图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本实施例提供一种示波器探头控制***,如图1所示,包括示波器探头、继电器控制模块和快速放电模块:
所述示波器探头对待测信号(Signal)进行采样并将所述待测信号(Signal)发送至继电器控制模块;
所述继电器控制模块分别与所述快速放电模块和示波器***电连接;
所述快速放电模块包括信号检测比较单元和电容放电单元,所述信号检测比较单元用于检测所述待测信号电容电压是否超过基准电压,若是,则驱动所述电容放电单元进行放电。
现有技术中,大部分的解决电源残压的方法几乎都是通过对电源电容加速放电来完成的,但是这种方法大部分都是脱离了实时的测试***,对电容进行放电来完成的。在一个复杂的测试***中,独立处理单板电容放电也比较困难,因为测试仪表和待测单板间有着电缆或信号线的连接,若处理不当,有可能在加速电压泄放过程中导致测试仪器表出现潜在损坏。
本实施例提供的技术方案主要包括探头、继电器控制、快速放电三个模块,示波器探头对待测信号进行采样和测量,继电器模块用于控制信号的连接和切换,快速放电模块提供了一种快速放电途径,用于实现电容残压的泄放和消除:
(1)示波器探头
这里的示波器探头主要适用于无源***常规电源电压(直流48V以下)的测量,交流电源电压譬如AC220V等不在本发明设计方案考虑之内。从测量原理上看,探头等效电路如图2所示,Signal代指示波器探头探针检测的信号,Rprobe、Cprobe、Lprobe分别代表探头电路的等效电阻、电容、电感。
(2)继电器控制
继电器控制模块主要由继电器、控制开关、晶体管电路构成。
优选的,所述继电器控制模块包括继电器(J1)和晶体管电路,所述继电器(J1)包括第一开关触点(1,2)和第二开关触点(3,4),所述第一开关触点(1,2)将所述待测信号(Signal)连接至示波器***,当所述继电器断开时所述第二开关触点(3,4)将所述待测信号(Signal)连接至快速放电模块;所述晶体管电路包括晶体管(Q3)和控制开关(K1),当控制开关(K1)拉上电源(VCC)时所述晶体管(Q3)导通。
优选的,所述控制开关(K1)为单刀双掷开关,用于控制继电器的线圈上电或失电,当所述控制开关(K1)上拉至电源(VCC)时导通晶体管(Q3),所述继电器闭合;当所述控制开关(K1)下拉至接地端(GND)时晶体管(Q3)截止。
优选的,所述晶体管(Q3)采用NPN型三极管,两端分别接入电阻(R7)和(R9)作为分压电阻。
优选的,所述继电器模块还包括还包括续流二极管(D3),在所述继电器失电后提供电流泄放通道。
如图3所示,继电器J1:包含了两组开关触点。正常状态为闭合状态,开关触点1,2将Signal、GND信号连接至示波器***,当继电器状态为断开时,开关触点3,4将Signal、GND信号连接至快速放电模块。
继电器模块还包含了一个续流二极管D3,在继电器失电后将提供电流泄放的通路。
控制开关K1:设计为单刀双掷开关,用于控制继电器的线圈上电或失电,从而使得继电器触点开关1,3之间以及2,4之间切换。控制开关默认上拉至VCC。
晶体管Q3:本发明技术方案中起到电子开关的作用。发明中采用了NPN型三极管,R7和R9作为分压电阻,为晶体管导通提供了足够的偏置电压。当控制开关K1端子1上拉至VCC时,晶体管Q3导通,当控制开关K1端子2下拉至GND时,晶体管Q3截止。
(3)快速放电模块
快速放电模块主要包括信号检测比较单元和电容放电单元,优选的,所述信号检测单元包括放大器(U1),稳压二极管(D1):
所述放大器(U1)正相输入端包括分压电阻(R2)和分压电阻(R3),所述放大器(U1)反相输入端包括稳压二极管(D1)和调压电阻(R1),当放大器(U1)同相输入端(+)输入电压大于反相输入端(-)输入电压时输出高电平H,否则,输出低电平L。
优选的,所述电容放电模块包括晶体管(Q1)和晶体管(Q2),所述晶体管(Q1)和所述放大器(U1)输出端之间串联电阻(R4),所述晶体管(Q2)并联有电阻(R5)并与电阻(R6)串联,当所述放大器(U1)输出高电平H时,所述晶体管(Q1)和晶体管(Q2)导通形成放电通道。
优选的,所述电阻(R4)与电容(C1)并联、所述电阻(R6)与电容(C3)并联构成加速电路。
优选的,所述电容放电单元还包括发光二极管(D2),当所述晶体管(Q1)和所述晶体管(Q2)导通时所述发光二极管点亮。
如图4所示电路图:
C4为待测设备上的电解电容,电源快速下电后C4由于储能作用,仍然残留了较高的电压,快速放电模块的功能就是为了快速泄放储存在C4中的电荷。
信号检测比较单元:本实施例技术方案中,信号检测比较单元主要由放大器U1组成,辅以***的基准参考电压信号(稳压二级管D1),信号采样电路(R2和R3组成分压电路),当放大器的同相输入端(+)输入电压超过反相输入端(-)电压时,放大器输出高电平H,否则,将输出低电平L。只有当输出电压为高电平H时才可以驱动后级的晶体管Q1开关电路。
电容放电单元:主要由级联的NPN晶体管Q1、Q2构成,R4和C1、R6和C3构成了加速电路,使晶体管快速导通。当Q1导通后,R5端电压被拉高,然后Q2获得足够的偏置电压而导通,这样,VDD与GND之见形成一条快速泄放通路,使储存在电容C4的电荷快速泄放,从而达到降低电源残压的目的。当电容上的残压低于放大器输入端的二极管D1电压时,放大器U1输出低电平L,后级晶体管电路将截止,电压泄放通路将断开。在电容两端残压不断下降过程中,发光二极管D2将一直点亮,指示该电压降低、电荷泄放过程。
示波器探头工作控制流程如下:
(1)电源信号测量:控制开关K1接通VCC==》晶体管Q3导通==》继电器开关触点常闭状态(默认)==》探头信号直接连接至示波器测量通道;
(2)电源信号测量结束或切换其他测试:待测设备下电==》控制开关K1接通GND==》晶体管Q3截止==》继电器开关触点断开状态==》探头信号直接连接至快速放电装置==》电容残压检测==》电容快速放电过程;
(3)电容快速放电过程:如果检测电容电压超过基准参考电压,后级晶体管导通,持续进行电荷泄放过程,直至检测电容电压低于基准参考电压为止;如果检测电容残压低于基准参考电压,后级晶体管截止,电容泄放通路断开,放电结束。
与现有技术相比,本实施例通过示波器探头对待测信号进行采样和测量,继电器模块用于控制信号的连接和切换,快速放电模块提供了一种快速放电途径,用于实现电容残压的泄放和消除。整个技术方案设计简单,操作方便,在实际操作中不仅增加了测试操作的安全性,同时也提升了测试效率。
实施例二
本实施例提供一种示波器探头控制方法,如图5所示,包括步骤:
S11、待测信号采样:示波器探头对待测信号进行采样并将所述待测信号连接至继电器控制模块;
S12、继电器模块控制:继电器模块将待测信号连接至示波器***或快速放电模块;
S13、快速放电模块放电:快速放电模块检测所述待测信号电容电压是否超过基准电压,若是,则驱动所述电容放电单元进行放电。
示波器探头采集待测信号并将待测信号连接至继电器控制模块;继电器控制模块包括两组开关触点分别控制将待测信号连接至示波器***和放电模块,当开关触点触发发电模块时,快速放电模块对残留电容电压进行检测和放电。
与现有技术相比,本实施例提供的示波器探头控制方法可以实现实时测试和快速放电,快速实现电容残压的泄放和消除,操作方便,在实际操作中不仅增加了测试操作的安全性,同时也提升了测试效率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种示波器探头控制***,其特征在于,包括示波器探头、继电器控制模块和快速放电模块:
所述示波器探头对待测信号(Signal)进行采样并将所述待测信号(Signal)发送至继电器控制模块;
所述继电器控制模块分别与所述快速放电模块和示波器***电连接;
所述快速放电模块包括信号检测比较单元和电容放电单元,所述信号检测比较单元用于检测所述待测信号电容电压是否超过基准电压,若是,则驱动所述电容放电单元进行放电。
2.如权利要求1所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述信号检测单元包括放大器(U1),稳压二极管(D1):
所述放大器(U1)正相输入端包括分压电阻(R2)和分压电阻(R3),所述放大器(U1)反相输入端包括稳压二极管(D1)和调压电阻(R1),当放大器(U1)同相输入端(+)输入电压大于反相输入端(-)输入电压时输出高电平H,否则,输出低电平L。
3.如权利要求1所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述电容放电模块包括晶体管(Q1)和晶体管(Q2),所述晶体管(Q1)和所述放大器(U1)输出端之间串联电阻(R4),所述晶体管(Q2)并联有电阻(R5)并与电阻(R6)串联,当所述放大器(U1)输出高电平H时,所述晶体管(Q1)和晶体管(Q2)导通形成放电通道。
4.如权利要求3所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述电阻(R4)与电容(C1)并联、所述电阻(R6)与电容(C3)并联构成加速电路。
5.如权利要求1所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述电容放电单元还包括发光二极管(D2),当所述晶体管(Q1)和所述晶体管(Q2)导通时所述发光二极管点亮。
6.如权利要求1所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述继电器控制模块包括继电器(J1)和晶体管电路,所述继电器(J1)包括第一开关触点(1,2)和第二开关触点(3,4),所述第一开关触点(1,2)将所述待测信号(Signal)连接至示波器***,当所述继电器断开时所述第二开关触点(3,4)将所述待测信号(Signal)连接至快速放电模块;所述晶体管电路包括晶体管(Q3)和控制开关(K1),当控制开关(K1)拉上电源(VCC)时所述晶体管(Q3)导通。
7.如权利要求6所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述控制开关(K1)为单刀双掷开关,用于控制继电器的线圈上电或失电,当所述控制开关(K1)上拉至电源(VCC)时导通晶体管(Q3),所述继电器闭合;当所述控制开关(K1)下拉至接地端(GND)时晶体管(Q3)截止。
8.如权利要求6所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述晶体管(Q3)采用NPN型三极管,两端分别接入电阻(R7)和(R9)作为分压电阻。
9.如权利要求1所述的一种示波器探头控制***,其特征在于,所述继电器模块还包括还包括续流二极管(D3),在所述继电器失电后提供电流泄放通道。
10.一种示波器探头控制方法,其特征在于,包括步骤:
S1、待测信号采样:示波器探头对待测信号进行采样并将所述待测信号连接至继电器控制模块;
S2、继电器模块控制:继电器模块将待测信号连接至示波器***或快速放电模块;
S3、快速放电模块放电:快速放电模块检测所述待测信号电容电压是否超过基准电压,若是,则驱动所述电容放电单元进行放电。
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TA01 | Transfer of patent application right | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181106 |