CN110308353A - 串补传感器测试仪及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串补传感器测试仪及测试方法，包括控制与数据处理模块，光电转换模块的信号输入端与被测试串补传感器的信号输出端连接，所述光电转换模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端连接；大功率激光模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述大功率激光模块的信号输出端与被测试串补传感器的激光供能输入端连接，用于为被测试串补传感器提供能量；直流基准电压发生模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述直流基准电压发生模块的信号输出端与被测试串补传感器的电压信号输入端连接，用于为其提供测试用电压信号。所述测试仪具有体积小，使用方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及串补传感器技术领域，尤其涉及一种串补传感器测试仪及测试方法。
背景技术
西门子公司研制的串补传感器OPTO68是一个由激光和电流互感器混合供能的8通道串补保护电信号采集装置，它能采集高压平台上的低压取样电压信号并将其数字化，然后通过光纤将数据传送至地面控制室。在现网维护工作中，对OPTO68的实际检测方法是将其从高压平台上取出，把供能激光输入端和数据激光输出端分别连接到SIMATIC TDC机架的LO6M和LO6plusA板卡上，使用高精度信号发生器或直流电源在其电压信号输入端施加特定值的电压，然后通过LO6plusA板卡的串口读取OPTO68采集到的电压值并与实际输入电压值进行比较，如果误差在0.2%内即合格，否则判定不合格。上述检测***体积非常庞大，整体功能十分复杂，而实现的检测功能却十分简单。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小，使用方便的串补传感器测试仪及测试方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种串补传感器测试仪，其特征在于：包括控制与数据处理模块，光电转换模块的信号输入端与被测试串补传感器的信号输出端连接，所述光电转换模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端连接，通信模块与所述数据处理模块双向连接，用于与PC机进行双向数据通信，接收PC机下传的控制命令并上传采集的数据；大功率激光模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述大功率激光模块的信号输出端与被测试串补传感器的激光供能输入端连接，用于为被测试串补传感器提供能量；直流基准电压发生模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述直流基准电压发生模块的信号输出端与被测试串补传感器的电压信号输入端连接，用于为其提供测试用电压信号。
进一步的技术方案在于：所述测试仪还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述数据处理模块模块双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
优选的，人机交互模块包括与所述数据处理模块的信号输入端连接的按键模块以及与所述数据处理模块的信号输出端连接的显示模块。
优选的，所述人机交互模块包括与所述数据处理模块双向连接的触摸屏。
本发明还公开了一种串补传感器的测试方法，其特征在于包括如下步骤：
调控串补传感器测试仪的激光器温度；
控制串补传感器测试仪向被测试串补传感器发射大功率激光为其供能；
控制串补传感器测试仪产生多种基准电压，并将基准电压传送给所述被测试串补传感器；
测试仪将被测试串补传感器发出的信号传送给PC机进行处理；
关闭所述测试仪，完成所述测试仪的测量。
进一步的技术方案在于：所述方法还包括检测激光器和机壳温度的步骤：
当检测的机壳温度过高时，向PC机发送告警信息并停止测试；
当激光器温度过高时，进入调温状态；
当激光器和机壳温度正常时产生多种基准电压。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述测试仪能够产生低压直流基准电压以施加在OPTO68的电压信号输入端并为OPTO68供电，接收OPTO68输出的数据激光并解码其数据，与PC机上的客户端程序进行数据交互。体积小，使用方便。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例中所述测试***的原理框图；
图2是本发明实施例中所述测试仪的原理框图；
图3是本发明实施例中所述测试仪的测试流程图；
图4是本发明实施例中所述测试仪的串口消息响应工作流程图；
图5是本发明实施例中所述测试仪的PC端软件的界面图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
使用OPTO68测试仪对OPTO68进行检测的拓扑图如图1所示。OPTO68与测试仪单向通信，前者向后者发送8个通道的电压数据等信息。测试仪与PC机双向通信，后者向前者下发测试指令、心跳帧，前者向后者发送应答、工作状态、OPTO68电压数据、温度数据及告警等信息。
如图2所示，公开了一种串补传感器测试仪，包括控制与数据处理模块，光电转换模块的信号输入端与被测试串补传感器的信号输出端连接，所述光电转换模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端连接，通信模块与所述数据处理模块双向连接，用于与PC机进行双向数据通信，接收PC机下传的控制命令并上传采集的数据；大功率激光模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述大功率激光模块的信号输出端与被测试串补传感器的激光供能输入端连接，用于为被测试串补传感器提供能量；直流基准电压发生模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述直流基准电压发生模块的信号输出端与被测试串补传感器的电压信号输入端连接，用于为其提供测试用电压信号。
进一步的，所述测试仪还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述数据处理模块模块双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。优选的，所述人机交互模块可以包括与所述数据处理模块的信号输入端连接的按键模块以及与所述数据处理模块的信号输出端连接的显示模块。优选的，所述人机交互模块还可以包括与所述数据处理模块双向连接的触摸屏。
控制与数据处理模块使用一片Intel的EP4CE6 FPGA的核心板完成包含曼彻斯特解码在内的整机的控制与数据处理工作，FPGA上运行了软核以进行数学运算、激光器温度控制以及与PC机进行数据交互等。USB通信模块实现LVTTL电平的串口（UART）到USB端口的转换。
OPTO68测试仪嵌入式软件主程序工作流程
绝大多数情况下，OPTO68测试仪处于待命状态，只有在收到PC机发来的指令时才开始进行测试。为了指示***处于待命状态，顺带指示***未死机，每隔500ms切换一次SYSTEM指示灯的亮灭状态。另外，如果是在调整激光器温度的阶段，则每隔500ms发送一次激光器和机壳的温度。除开上述两个优先级低的任务，主程序的任务则是不断根据收到的指令或当前的状态完成相应的功能。
从测试仪的角度看，一个完整、顺利测试流程可以简述为：①调控激光器温度——②发射大功率激光——③产生多种基准电压——④收集并向PC机发送来自OPTO68的电压数据——⑤关闭激光器。其中，是否执行步骤①需根据传感器采集到的激光器温度进行判断。所选激光器工作温度范围为0~30℃，而步骤② ~⑤耗时极短（小于1s），激光器的温升可以忽略，故可以将控温阈值设定为29℃，当激光器温度低于该阈值时跳过步骤①直接开始后续步骤；当激光器高于阈值时执行步骤①，直至激光器温度低于阈值，而后立即执行步骤② ~ ⑤。据以上分析，设计OPTO68测试仪嵌入式软件主程序工作流程如图3所示。
具体的，一种串补传感器的测试方法，包括如下步骤：
调控串补传感器测试仪的激光器温度；控制串补传感器测试仪向被测试串补传感器发射大功率激光为其供能；控制串补传感器测试仪产生多种基准电压，并将基准电压传送给所述被测试串补传感器；测试仪将被测试串补传感器发出的信号传送给PC机进行处理；关闭所述测试仪，完成所述测试仪的测量。
OPTO68测试仪嵌入式软件UART中断服务程序：OPTO68测试仪实际上通过UART接收PC机下发的开始测试、终止测试指令及心跳帧。相关代码执行优先级最高，使用中断的方式执行，但仅在UART中断服务程序中设置各种状态标志位，而相应处理方法则在主程序中实现。
OPTO68测试仪嵌入式软件定时器中断服务程序：
调整温度阶段通常时间较长，一旦测试仪与PC机通信中断，应及时终止测试，否则测试仪可能会因散热不良长时间处于调温阶段，白白浪费能源，甚至导致制冷片损坏。为避免出现上述问题，在测试***中引入心跳信号，对于测试仪，每2.5s检测一次心跳标志位；对于PC机，每隔1s下发一个心跳帧。因此，定时器除了为主程序提供用于SYSTEM指示灯点灯和向PC报告温度信息的时基外，还需要为检测PC端心跳包提供时基。以上功能共用一个500ms定时器。在定时器中断服务程序中，一方面需要设定标志位，一方面还需要通过计数实现2.5s定时，如果连续2.5s未检测到来自PC机的心跳帧则立即终止测试。
PC端软件的工作流程：PC端软件用于向测试仪下发测试指令和心跳帧，接收来自测试仪的应答、工作状态、OPTO68电压数据、温度数据及告警等信息。PC端软件的核心代码由串口消息响应、USB端口插拔响应、界面及图表绘制三部分构成，其中串口消息响应工作流程如图4所示。
未开始测试时***测试仪USB线缆，可用端口列表会更新，测试启动按钮激活；正在测试时若拔出测试仪的USB线缆或线缆断线，测试将立即终止。激光器及机壳温度信息仅在测试仪调温阶段显示。
OPTO68测试仪与PC机的通信协议
OPTO68测试仪与PC机虽然通过USB线缆连接，但底层通信协议实际上是UART异步串行通信协议。根据OPTO68测试仪嵌入式软件与PC端软件的工作流程的设计，基于UART异步串行通信协议，设计上层协议如表1所示。
表1：OPTO68测试仪与PC机的上层通信协议帧格式
目前OPTO68测试仪的软、硬件已完成联调，通过PC端软件能控制测试仪检测的开始及终止，能显示测试仪的激光器和机壳温度，能设定测试仪输出激光的功率，具备测试状态指示窗口。检测完成后，可获取检测数据及生成误差折线图并且能将数据和折线图导出为文件。PC端软件的界面如图5所示。
Claims (6)
1.一种串补传感器测试仪，其特征在于：包括控制与数据处理模块，光电转换模块的信号输入端与被测试串补传感器的信号输出端连接，所述光电转换模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端连接，通信模块与所述数据处理模块双向连接，用于与PC机进行双向数据通信，接收PC机下传的控制命令并上传采集的数据；大功率激光模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述大功率激光模块的信号输出端与被测试串补传感器的激光供能输入端连接，用于为被测试串补传感器提供能量；直流基准电压发生模块的信号输入端与所述数据处理模块的输出端连接，所述直流基准电压发生模块的信号输出端与被测试串补传感器的电压信号输入端连接，用于为其提供测试用电压信号。
2.如权利要求1所述的串补传感器测试仪，其特征在于：所述测试仪还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述数据处理模块模块双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
3.如权利要求2所述的串补传感器测试仪，其特征在于：人机交互模块包括与所述数据处理模块的信号输入端连接的按键模块以及与所述数据处理模块的信号输出端连接的显示模块。
4.如权利要求2所述的串补传感器测试仪，其特征在于：所述人机交互模块包括与所述数据处理模块双向连接的触摸屏。
5.一种串补传感器的测试方法，其特征在于包括如下步骤：
调控串补传感器测试仪的激光器温度；
控制串补传感器测试仪向被测试串补传感器发射大功率激光为其供能；
控制串补传感器测试仪产生多种基准电压，并将基准电压传送给所述被测试串补传感器；
测试仪将被测试串补传感器发出的信号传送给PC机进行处理；
关闭所述测试仪，完成所述测试仪的测量。
6.如权利要求5所述的串补传感器的测试方法，其特征在于：所述方法还包括检测激光器和机壳温度的步骤：
当检测的机壳温度过高时，向PC机发送告警信息并停止测试；
当激光器温度过高时，进入调温状态；
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