专利名称：一种高压电源调试检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种调试检测电源电压的装置，尤指一种调试检测高压电源电压的装置。
背景技术：
高稳定度高压电源是各种电子显微镜和许多大型精密电子仪器的重要组成部分， 因此，在产品研发、生产、日常维修等情况下，对高压电源的调试与检测是必不可少的，一般 是对高压电源进行多次升压，以调试和检测高压电源的工作情况。 高压电源的升压过程是一个需要十分谨慎小心的过程。高压电源的状态不同，则 采取的升压方式便不同。而且，由于高压电源的电压一般在几千伏，甚至几百万伏以上，故 这个升压过程不能直接由人来进行控制和调整。例如，为了列车安全，在电气牵引机车运行 中，要对"滑电线"进行在役探伤，由于"滑电线"上的几千伏高压电，使得普通探伤仪无法 工作，而必须将探伤仪与"滑电线"做等电位连接，结果，探伤仪便处于高电压，这样，人就无 法接近，以致无法对探伤仪进行调整和控制。又例如，分析电子显微镜的灯丝偏压以及场发 射电子显微镜的灯丝、栅压、阳极、聚焦极、离子泵等电源都是工作在几十万伏甚至上百万 伏的高压之上的，因此，人不可能直接对它们进行控制和调整。 目前，若不采取人直接控制高压电源方式的话，对高压电源的升压过程的控制一 般是采用主机操作来实现的，但是，这种方式至少存在两个问题第一个问题是高压电源没 有与主机分开，故障源头不易分清，甚至会扩大故障；第二个问题是由于主机控制的升压过 程是按设备正常使用设计的，故升压方式相对固定，不够灵活。 由此可见，设计出一种安全、灵活控制高压电源升压过程的技术方案是目前亟需 解决的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种高压电源调试检测仪，该装置适用于高压电源的调试 和检测，既可以控制高压电源的升压过程，又可以读取高压电源在升压过程中的电压等状 态信息。 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案 —种高压电源调试检测仪，其特征在于它包括工控机、第一数字输入输出单元、 第一光纤驱动接口 、第二光纤驱动接口和光纤，其中第二光纤驱动接口的信号输入输出端 口经由该第一数字输入输出单元与该工控机上的总线相连，该第二光纤驱动接口的光纤连 接端口经由光纤与第一光纤驱动接口的光纤连接端口相连，该第一光纤驱动接口的信号输 入输出端口通过i2c串行总线与至少一串行方式的被控设备的控制端口相连。
所述第一光纤驱动接口与所述第二光纤驱动接口之间连接有三根所述光纤，所述 第一数字输入输出单元为8255芯片，所述第二光纤驱动接口的三个信号输入输出引脚分 别与8255芯片的PC 口中的三个引脚PC0、PC4、PC7连接，其中引脚PC0作为输入数据线，引脚PC4作为时钟输出线，引脚PC7作为输出数据线。 所述工控机与所述串行方式的被控设备之间的通讯由TC语言编写。 另外，所述高压电源调试检测仪还包括第二数字输入输出单元、A/D转换单元和
光耦驱动接口 ，其中该第二数字输入输出单元的数据传输端口与所述工控机上的总线相
连，该第二数字输入输出单元的输出端口经由光耦驱动接口与并行方式的被控设备的输入
端口相连，该并行方式的被控设备的输出端口经由A/D转换单元与所述工控机上的总线相连。 所述工控机还连接有键盘和显示屏。所述工控机为PC 104工业控制机。所述工 控机与所述并行方式的被控设备之间的通讯由TC语言编写。
本发明的优点是 1、由于本发明采用光纤隔离技术，故，本发明解决了在高压这个特殊环境下对数 字控制的高压电源的运转情况的调试与检测的难题，调试检测高压电源安全方便。本发明 具有双向通讯功能，既能控制高压电源的开关和升压过程，也能读取高压电源反馈的电压 状态等信息。 2、由于本发明采用光导纤维传导数字信号，因此，对于串行方式运行的被控设备 而言，被测的高压电源与工控机完全分离开，充分实现了电气隔离的目的。并且，由于采用 了光耦隔离，对于并行方式运行的被控设备而言，被测的高压电源同样与工控机完全分离 开，实现了电气隔离目的。可见，由于本发明的电气隔离效果好，故，检测人员可以很容易地 将故障源头分清，给检测带来极大便利。 3、本发明可根据被控设备的情况而设置不同的升压过程，升压过程由用户自己设 定。并且，本发明的通讯过程完全由软件控制实现，也就是说i2c串行总线通讯采用软件虚 拟的接口实现，因此，本发明的组成简单、升压控制灵活方便。 4、由于本发明采用PC104工控机，因此，本发明体积小、方便检测人员携带。本发 明适用于具有并行和/或串行端口的高压电源的调试与检测，例如，普通的透射电子显微 镜、场发射电子显微镜以及其它大型电子仪器用高压电源等。


图1是本发明高压电源调试检测仪的第一实施例的组成示意图； 图2是本发明高压电源调试检测仪的第一实施例中的第一数字输入输出单元与
第二光纤驱动接口之间的具体连接示意图； 图3是本发明高压电源调试检测仪的第二实施例的组成示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明高压电源调试检测仪100包括工控机110、第一数字输入输出 单元140、第一光纤驱动接口 151、第二光纤驱动接口 152和光纤153。第二光纤驱动接口 152的信号输入输出端口经由该第一数字输入输出单元140与该工控机110上的总线相连， 该第二光纤驱动接口 152的光纤连接端口经由光纤153与第一光纤驱动接口 151的光纤连 接端口相连，该第一光纤驱动接口 151的信号输入输出端口通过I2C串行总线与至少一串 行方式的被控设备200的控制端口相连。在本发明中，工控机110选用PC104工业控制机。
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实际上，I2C串行总线只需要两条线数据线SDA和时钟线SCL。但是，有些高压 电源设备为了达到抗干扰或耐压的目的，工控机不能与这些设备有直接的电气连接，这时， 便应采用光纤或光耦器件来进行隔离。但是，光纤或光耦器件只能进行信号的单向传输，例 如光纤的光电转换功能是单方向的，传送信号不可逆。可见，当需要对数据信号进行双向 传输时，就要将过去的一条数据线SDA变为两条数据线，分别担当读写功能，以实现双向通 讯。对于工控机的时钟线，单向传输时钟信号就可以了。因此，在这种情况下，工控机iio 需用3条线与l2C串行总线进行连接。如图2所示，在本发明中，第一光纤驱动接口 151与 第二光纤驱动接口 152之间连接有三根光纤153，第一数字输入输出单元140选用8255芯 片，第二光纤驱动接口 152的三个信号输入输出引脚分别与8255芯片的PC 口中的三个引 脚PC0、 PC4、 PC7连接。其中，引脚PC0作为输入数据线SDA_I，引脚PC4作为时钟输出线 SCL，引脚PC7作为输出数据线SDA_0。也就是说，在这里，将8255芯片的PC 口的下半字节 (PC0-PC3)定义成输入(读)方式，选用PCO做^C串行总线的数据读线，而PC 口的上半字 节(PC4-PC7)定义成输出(写)方式，并将其中的PC4做I2C串行总线的时钟线，PC7做I2C 串行总线的数据写线。采用PC 口是由于此端口的上下半字节可以分开进行独立定义，分别 作为输入和输出，节约硬件资源。另外，为了编程方便，这三条线都选用了 (半)字节的两 端，这样，只要位移一次就能找到工作的"位"了 。 在实际中，不同用途的高压电源的结构有很大区别。有的高压电源很简单，如普通 分析电镜用的高压电源就是一个12bit的并行口，而具有场发射枪的场发射电子显微镜用 的高压电源十分复杂，它不仅有几十万伏的电子加速电源，还有多组供给场发射枪的电源。 对于其上设置串行总线端口 (如lt串行总线端口)的设备，便可使用图2所示的高压电源 调试检测仪。然而，对于其上只设置有并行端口的设备，图2所示的高压电源调试检测仪便 不能发挥作用了 。因此，本发明还针对设有并行端口的设备设置了调试检测电路，如图3所 示。在图3中，本发明高压电源调试检测仪IOO还包括第二数字输入输出单元160、 A/D转 换单元170和光耦驱动接口 180。该第二数字输入输出单元160的数据传输端口与工控机 110上的总线相连，该第二数字输入输出单元160的输出端口经由光耦驱动接口 180与并行 方式的被控设备300的输入端口相连，该并行方式的被控设备300的输出端口经由A/D转 换单元170与工控机110上的总线相连。在本发明中，第二数字输入输出单元160选用了 8255芯片，A/D转换单元170选用了 AD574DJ芯片。 工控机110与串行方式的被控设备200和并行方式的被控设备300之间的通讯可 由TC语言编写(当然，编写语言不限于TC语言)。TC语言有较强的图形处理函数、数学函
数、输入输出函数等功能，能方便地创建用户图形界面以及实现用户需要的诸多控制和记 录方面的设计，因此，选择TC语言可获得良好的显示窗口界面，在本发明中是必要的。
本发明中，第一光纤驱动接口 151、第二光纤驱动接口 152、光耦驱动接口 180均为 现有电子技术，故在这里不再详细赘述。 在本发明中，如图1至图3，工控机IIO还可连接有键盘130和显示屏120。键盘 130可以为专用键盘，也可以为外接的标准键盘，显示屏120可以为设置在本发明装置面板 上的显示屏，也可以为供多人同时观看的外置标准显示器。
本发明的工作过程为 检测人员通过键盘130设置升压步长、升压间隔时间、最高电压值等参数，工控机
5110通过扩展的第一数字输入输出单元140的引脚PC7输出这些参数信号，且通过引脚PC4 输出时钟信号，然后，参数信号和时钟信号经由光纤而遵照I2C串行总线协议传输给串行方 式的被控设备200，从而被控设备200在时钟信号的控制下接收工控机110传输来的参数信 号，并根据接收到的参数信号进行升压过程。在升压的同时，串行方式的被控设备200将自 己的电压状态等信息依次通过第一光纤驱动接口 151、光纤、第二光纤驱动接口 152、第一 数字输入输出单元140的引脚PC4传输回工控机IIO，并在显示屏120上显示出返回的高 压电源的电压状态等信息。注意，在图3中，同时处于升压检测过程的串行方式的被控设备 200的高压电源为同一类型，每个电源都有各自独立的地址编码。 同样，检测人员通过键盘130设置升压步长、升压间隔时间、最高电压值等参数， 工控机110通过扩展的第二数字输入输出单元160并行输出这些参数信号，然后，这些参数 信号通过光耦驱动接口 180传输给并行方式的被控设备300，从而被控设备300接收工控机 IIO传输来的参数信号，并根据接收到的参数信号进行升压过程。在升压的同时，并行方式 的被控设备300将自己的电压状态等信息通过A/D转换单元170传输回工控机110，并在显 示屏120上显示出返回的高压电源的电压状态等信息。
本发明的优点是 1、由于本发明采用光纤隔离技术，故，本发明解决了在高压这个特殊环境下对数 字控制的高压电源的运转情况的调试与检测的难题，调试检测高压电源安全方便。本发明 具有双向通讯功能，既能控制高压电源的开关和升压过程，也能读取高压电源反馈的电压 状态等信息。 2、由于本发明采用光导纤维传导数字信号，因此，对于串行方式运行的被控设备 而言，被测的高压电源与工控机完全分离开，充分实现了电气隔离的目的。并且，由于采用 了光耦隔离，对于并行方式运行的被控设备而言，被测的高压电源同样与工控机完全分离 开，实现了电气隔离目的。可见，由于本发明的电气隔离效果好，故，检测人员可以很容易地 将故障源头分清，给检测带来极大便利。 3、本发明可根据被控设备的情况而设置不同的升压过程，升压过程由用户自己设 定。并且，本发明的通讯过程完全由软件控制实现，也就是说i2c串行总线通讯采用软件虚 拟的接口实现，因此，本发明的组成简单、升压控制灵活方便。 4、由于本发明采用PC104工控机，因此，本发明体积小、方便检测人员携带。本发 明适用于具有并行和/或串行端口的高压电源的调试与检测，例如，普通的透射电子显微 镜、场发射电子显微镜以及其它大型电子仪器用高压电源等。 以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员 来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变 换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
权利要求
一种高压电源调试检测仪，其特征在于它包括工控机、第一数字输入输出单元、第一光纤驱动接口、第二光纤驱动接口和光纤，其中第二光纤驱动接口的信号输入输出端口经由该第一数字输入输出单元与该工控机上的总线相连，该第二光纤驱动接口的光纤连接端口经由光纤与第一光纤驱动接口的光纤连接端口相连，该第一光纤驱动接口的信号输入输出端口通过I2C串行总线与至少一串行方式的被控设备的控制端口相连。
2. 根据权利要求1所述的高压电源调试检测仪，其特征在于所述第一光纤驱动接口与所述第二光纤驱动接口之间连接有三根所述光纤，所述第一 数字输入输出单元为8255芯片，所述第二光纤驱动接口的三个信号输入输出引脚分别与8255芯片的PC 口中的三个引脚PC0、 PC4、 PC7连接，其中引脚PC0作为输入数据线，引脚 PC4作为时钟输出线，引脚PC7作为输出数据线。
3. 根据权利要求2所述的高压电源调试检测仪，其特征在于 所述工控机与所述串行方式的被控设备之间的通讯由TC语言编写。
4. 根据权利要求1或2所述的高压电源调试检测仪，其特征在于 所述高压电源调试检测仪还包括第二数字输入输出单元、A/D转换单元和光耦驱动接口 ，其中该第二数字输入输出单元的数据传输端口与所述工控机上的总线相连，该第二数字输入输出单元的输出端口经由光耦驱动接口与并行方式的被控设备的输入端口相连，该并行方式的被控设备的输出端口经由A/D转换单元与所述工控机上的总线相连。
5. 根据权利要求4所述的高压电源调试检测仪，其特征在于 所述工控机为PC104工业控制机。
6. 根据权利要求4所述的高压电源调试检测仪，其特征在于 所述工控机与所述并行方式的被控设备之间的通讯由TC语言编写。
7. 根据权利要求1所述的高压电源调试检测仪，其特征在于所述工控机还连接有键盘和显示屏。
8. 根据权利要求1或2所述的高压电源调试检测仪，其特征在于所述工控机为PC104工业控制机。
全文摘要
本发明公开了一种高压电源调试检测仪，它包括工控机、第一数字输入输出单元、第一光纤驱动接口、第二光纤驱动接口和光纤。第二光纤驱动接口的信号输入输出端口经由该第一数字输入输出单元与该工控机上的总线相连，该第二光纤驱动接口的光纤连接端口经由光纤与第一光纤驱动接口的光纤连接端口相连，该第一光纤驱动接口的信号输入输出端口通过I2C串行总线与至少一串行方式的被控设备的控制端口相连。本发明采用光纤隔离技术，具有双向通讯功能，既能控制高压电源的开关和升压过程，也能读取高压电源反馈的电压状态等信息，适用于调试与检测数字控制的高压电源的运转情况。
文档编号G01R15/22GK101769996SQ20081024736
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者刘安生, 孙继光, 张希顺, 张智慧, 杜志伟, 杜风贞, 牟洪山, 马通达 申请人:北京有色金属研究总院