专利名称：尖峰电压分级计数测试方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及瞬态信号监测领域，具体涉及一种尖峰电压分级计数测试方法及其设备。
背景技术：
电网尖峰信号是一种比较特殊的电信号，其特点有随机、单次、快速、高幅值等。如大功率电气设备开关机的瞬间会对电网产生大幅度瞬态冲击，导致电网的电压发生突变，极易引发其它设备出现电磁干扰。为了保证相关设备正常运行，往往需要通过测试来了解电网上的尖峰信号情况。最常见的 尖峰信号测量是基于数字示波器原理，即通过数字示波器对被测电网进行实时测试。当尖峰信号的幅度(或其它参数)达到规定的触发条件时，示波器就会完成采样并显示尖峰电压的波形和峰值等参数。尖峰信号时域波形含有大量信息，不仅可以直观地看到尖峰信号的电压波形，还可由此确定最大值、上升沿、脉冲宽度和持续时间等，记录的发生时刻有助于查找确定尖峰信号来源何设备。由于数字示波器价格昂贵、操作复杂，需由专人使用，示波器技术往往是在特定的电磁兼容测试中使用，而一般不用作连续的、长时间的监测工作。工程应用中更多关注的是尖峰信号统计特性，即某一电压级别的尖峰在一段时间内出现的总次数。这是由于大功率设备多，各设备的开关时间不固定，同一设备多次开关所产生的尖峰波形也没有重复性，因此获取尖峰电压波形并不是最关键的测试内容，更有用的参数是最大值、平均值和幅度分布等参数，即按照统计规律来表达尖峰信号的物理特性，比如在一年时间里，400V以上的尖峰出现次数及其它幅值的尖峰出现次数等。尖峰信号幅度分布数据对工程应用中的瞬态环境潜在威胁分析非常重要。由于目前还没有此类统计参数测试设备，一般还都采用数字示波器进行尖峰测试，很难获取到长时间监测的幅度分布统计数据。

发明内容
本发明所要解决的技术问题，是为了弥补尖峰信号幅度分布统计数据和获取手段的空白，提出一种尖峰电压分级计数测试方法及其设备。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是
尖峰电压分级计数测试方法，将尖峰信号按照峰值高低划分为若干级电压，采用相应个数的双限位比较器及触发器对尖峰信号进行电压分级比较和触发计数，采用微处理器对尖峰信号的比较结果进行相应电压等级的数据存储器加I处理，通过数据存储器累计各级尖峰信号出现次数，长时间自行连续监测瞬态环境，快速捕获各次尖峰信号并提供尖峰幅度分布数据；所述测试方法具体包括以下步骤
初始化处理参考电压与尖峰信号输入一起，分别接入各级双限位比较器/触发器；当需要重新开始测试时，微处理器根据操作指令对测试设备进行初始化处理，包括将各级数据存储器清零、将各级触发器清零，进入正常监测过程；上电处理微处理器在启动过程中，不对数据存储器进行清零，仅执行各级触发器清零的操作；
监测阶段正常监测过程中，如果没有尖峰信号出现，测试设备将一直处于等待状态；当被测尖峰信号高于参考电压时，比较器输出将引起触发器翻转并完成状态锁存；微处理器在中断程序中，通过触发器的“PR”、“CLR”端控制各触发器工作状态，并通过各触发器“一Q”端读取当前触发器锁存的触发状态，分析其中最高的电压等级，并在相应电压等级的数据存储器中完成相应电压等级的尖峰信号的加I处理；将各级触发器清零，再次进入正常监测过程；
数据读取处理微处理器根据操作指令，依次从各级数据存储器中读出数据，并通过接口单元进行传输，所有数据均传送完毕以后，再次进入正常监测过程。实现该测试方法的尖峰电压分级计数测试设备，包括参考电压预置单元、双限位比较器及触发器单元、处理器单元、计数器单元、接口单元及电源模块，其信号处理连接关 系为由参考电压预置单元提供的若干参考电压和被测尖峰信号分别连接至双限位比较器及触发器单元对应的双限位比较器的两极上；比较器输出连接至触发器的“CK”端即时钟输入端，由触发器完成比较状态锁存；触发器的控制端和输出端与处理器单元的微处理器连接，由微处理器控制触发器的工作状态并读取触发器的锁存数据；计数器单元和接口单元通过数据总线和控制线与处理器单元连接，由处理器单元的微处理器将最高电压等级分析结果存入相应计数器单元的数据存储器中，并由微处理器控制接口单元完成双向数据传输工作；电源模块通过电缆连接为各部分电路提供所需电源和模拟地、数字地。在上述方案中，所述参考电压预置单元通过电阻分压形成八个基准电压值，作为比较器的参考电压，并由此形成八个电压区间。在上述方案中，所述双限位比较器及触发器单元采用八个高速比较器芯片组成双限位比较器对正负尖峰信号进行各级电压比较输出，采用八个触发器分别锁存各双限位比较器输出结果。在上述方案中，所述八个双限位比较器均由比较器一和比较器二组成，达到指定幅度的尖峰信号的正尖峰脉冲、负尖峰脉冲分别通过比较器一和比较器二产生一个正脉冲跳变，得出的正尖峰比较输出和负尖峰比较输出分别连接到三输入或门的一个输入端，通过三输入或门的输出驱动触发器的时钟端。在上述方案中，所述触发器为D型触发器，触发器的“PR”、“CLR”及“一Q”端连接到微处理器；触发器的“+ Q”端连接到三输入或门的一个输入端，用来保证已经被触发的触发器处于一个稳定不变的时钟输入，三输入或门实现三个输入端的逻辑求和，在三输入或门输出的上升沿完成高电平“ I ”的锁存。在上述方案中，所述处理器单元采用微处理器分析判别八个比较锁存输出结果中的最高电压等级；微处理器还通过数据总线、控制线完成接口单元数据传输任务的处理。在上述方案中，所述计数器单元采用八个具有掉电保持功能的数据储存器通过数据总线、控制线完成相应电压等级的尖峰信号的加I处理，并保存该计数结果。在上述方案中，所述接口单元采用计算机串口通信与测试设备相连接，读取各级计数器内累计的尖峰幅度分布的测试数据。本发明的有益效果在于1)由于测试原理上的改进，分级比较计数比数字示波器更加适合尖峰幅度分布数据的长期监测，采用比较触发电路替代数字示波器的高速采样电路，解决了高速采样电路的长期工作稳定性问题；
2)将波形存储所需空间简化为计数器单元，极大减少了长期测试所需记录空间；
3)将时域波形识别处理改变为直接获取尖峰幅度分布数据，有效减少了处理时间；
4)电路结构简单、工作可靠、使用方便，更加适合于长时间连续自动监测瞬态环境的工作需求，设定好工作状态后，无需人工操作，测试设备按照初始设定进行监测工作，直到重新设定为止；
5)为解决尖峰电压幅度分布参数的测试问题提供了一种专用技术途径，弥补了获取尖峰信号幅度分布统计数据的测试手段的空白。


图I为本发明尖峰电压分级计数测试设备的结构框图。图2为本发明尖峰电压分级计数测试方法原理框图。图3为本发明双限位比较器/触发器单元的电路原理图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明
如图f图3所示，实现本发明测试方法的尖峰电压分级计数测试设备包括参考电压预置单元I、双限位比较器及触发器单元2、处理器单元3、计数器单元6、接口单元5及电源模块4，其信号处理连接关系为由参考电压预置单元I提供的若干参考电压和被测尖峰信号分别连接至双限位比较器及触发器单元2对应的双限位比较器的两极上；比较器输出连接至触发器的“CK”端即时钟输入端，由触发器完成比较状态锁存；触发器的控制端和输出端与处理器单元3的微处理器连接，由微处理器控制触发器的工作状态并读取触发器的锁存数据；计数器单元6和接口单元5通过数据总线和控制线与处理器单元3连接，由处理器单元3的微处理器将最高电压等级分析结果存入相应计数器单元6的数据存储器中，并由微处理器控制接口单元5完成双向数据传输工作；电源模块4通过电缆连接为各部分电路提供所需电源和模拟地、数字地。所述参考电压预置单元I通过电阻分压形成八个基准电压值，作为比较器的参考电压，如50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、1000V,并由此形成八个电压区间，即50V 100V、100V 200V、200V 300V、300V 400V、400V 500V、500V 600V、600V 1000V、1000V 以
上；各组电压分级可根据实际环境确定，必要时可以进行一定范围的调整；实际电压与比较器预置电压之间有一个比例对应关系。所述双限位比较器及触发器单元2采用八个高速比较器芯片组成八级双限位比较器对正负尖峰信号进行各级电压比较输出，采用八个触发器分别锁存各双限位比较器输出结果，见图2、图3所不。所述八个双限位比较器均由比较器一和比较器二组成，达到指定幅度的尖峰信号的正尖峰脉冲、负尖峰脉冲分别通过比较器一和比较器二产生一个正脉冲跳变，得出的正尖峰比较输出和负尖峰比较输出分别连接到三输入或门的一个输入端，通过三输入或门的输出驱动触发器的时钟端。所述触发器为D型触发器，触发器的“PR”、“CLR”及“一 Q”端连接到微处理器；触发器的“ + Q”端连接到三输入或门的一个输入端，用来保证已经被触发的触发器处于一个稳定不变的时钟输入，三输入或门实现三个输入端的逻辑求和，在三输入或门输出的上升沿完成高电平“I”的锁存。所述处理器单元3采用微处理器分析判别八个比较锁存输出结果中的最高电压等级；微处理器还通过数据总线、控制线完成接口单元5数据传输任务的处理。所述计数器单元6采用八个具有掉电保持功能的数据储存器通过数据总线、控制线完成相应电压等级的尖峰信号的加I处理，并保存该计数结果，如图2所示。所述接口单元5采用计算机串口通信与测试设备相连接，读取各级计数器内累计的尖峰幅度分布的测试数据。 如图3所示的本发明双限位比较器/触发器单元的电路原理图，双限位比较器的比较器一和比较器二实现对正负尖峰的比较测试；D型触发器的“PR”、“CLR”及“一 Q”端连接到微处理器，触发器的“CK”端由三输入或门的输出驱动，尖峰信号通过比较器一得出的正尖峰比较输出和通过比较器二得出的负尖峰比较输出分别连接到三输入或门的一个输入端，达到指定幅度的尖峰信号的正尖峰脉冲、负尖峰脉冲均可使比较器产生一个正脉冲跳变，并通过三输入或门驱动触发器时钟端；触发器的“+ Q”端连接到三输入或门的一个输入端，用来保证已经被触发的触发器处于一个稳定不变的时钟输入，三输入或门实现三个输入端的逻辑求和，在三输入或门输出的上升沿完成高电平“ I ”的锁存。如图2所示的本发明尖峰电压分级计数测试方法原理框图，本发明所述的尖峰电压分级计数测试方法，将尖峰信号按照峰值高低划分为八级电压，采用八个双限位比较器及触发器对尖峰信号进行电压分级比较和触发计数，采用微处理器对尖峰信号的比较结果进行相应电压等级的数据存储器加I处理，通过数据存储器累计各级尖峰信号出现次数，长时间自行连续监测瞬态环境，快速捕获各次尖峰信号并提供尖峰幅度分布数据；所述测试方法具体包括以下步骤
初始化处理参考电压与尖峰信号输入一起，分别接入各级双限位比较器/触发器；当需要重新开始测试时，微处理器根据操作指令对测试设备进行初始化处理，包括将各级数据存储器清零、将各级触发器清零，进入正常监测过程；
上电处理微处理器在启动过程中，不对数据存储器进行清零，仅执行各级触发器清零的操作；这是针对长期监测过程中可能遇到多次停电和来电等异常情况，为了保存前期累计的测试数据，故在上电处理中不对数据存储器进行清零；
监测阶段正常监测过程中，如果没有尖峰信号出现，测试设备将一直处于等待状态；当被测尖峰信号高于参考电压时，比较器输出将引起触发器翻转并完成状态锁存；微处理器在中断程序中，通过触发器的“PR”、“CLR”端控制各触发器工作状态，并通过各触发器“一Q”端读取当前触发器锁存的触发状态，分析其中最高的电压等级，并在相应电压等级的数据存储器中完成相应电压等级的尖峰信号的加I处理；将各级触发器清零，再次进入正常监测过程；
数据读取处理微处理器根据操作指令，依次从各级数据存储器中读出数据，并通过接口单元进行传输，所有数据均传送完毕以后，再次进入正常监测过程。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不 能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
权利要求
1.尖峰电压分级计数测试方法，其特征在于将尖峰信号按照峰值高低划分为若干级电压，采用相应个数的双限位比较器及触发器对尖峰信号进行电压分级比较和触发计数，采用微处理器对尖峰信号的比较结果进行相应电压等级的数据存储器加I处理，通过数据存储器累计各级尖峰信号出现次数，长时间自行连续监测瞬态环境，快速捕获各次尖峰信号并提供尖峰幅度分布数据；所述测试方法具体包括以下步骤 初始化处理参考电压与尖峰信号输入一起，分别接入各级双限位比较器/触发器；当需要重新开始测试时，微处理器根据操作指令对测试设备进行初始化处理，包括将各级数据存储器清零、将各级触发器清零，进入正常监测过程； 上电处理微处理器在启动过程中，不对数据存储器进行清零，仅执行各级触发器清零的操作； 监测阶段正常监测过程中，如果没有尖峰信号出现，测试设备将一直处于等待状态；当被测尖峰信号高于参考电压时，比较器输出将引起触发器翻转并完成状态锁存；微处理器在中断程序中，通过触发器的“PR”、“CLR”端控制各触发器工作状态，并通过各触发器“一 Q”端读取当前触发器锁存的触发状态，分析其中最高的电压等级，并在相应电压等级的数据存储器中完成相应电压等级的尖峰信号的加I处理；将各级触发器清零，再次进入正常监测过程； 数据读取处理微处理器根据操作指令，依次从各级数据存储器中读出数据，并通过接口单元进行传输，所有数据均传送完毕以后，再次进入正常监测过程。
2.如权利要求I所述的尖峰电压分级计数测试方法，其特征在于双限位比较器由比较器一和比较器二组成，达到指定幅度的尖峰信号的正尖峰脉冲、负尖峰脉冲分别通过比较一和比较器二产生一个正脉冲跳变，得出的正尖峰比较输出和负尖峰比较输出分别连接到三输入或门的一个输入端，通过三输入或门的输出驱动触发器的时钟端，触发器为D型触发器，触发器的“PR”、“CLR”及“一Q”端连接到微处理器；触发器的“+ Q”端连接到三输入或门的一个输入端，用来保证已经被触发的触发器处于一个稳定不变的时钟输入，三输入或门实现三个输入端的逻辑求和，在三输入或门输出的上升沿完成高电平“ I ”的锁存。
3.实现权利要求I所述的尖峰电压分级计数测试方法的测试设备，其特征在于该设备包括参考电压预置单元(I)、双限位比较器及触发器单元(2)、处理器单元(3)、计数器单元(6)、接口单元(5)及电源模块(4)，其信号处理连接关系为由参考电压预置单元(I)提供的若干参考电压和被测尖峰信号分别连接至双限位比较器及触发器单元(2 )对应的双限位比较器的两极上；比较器输出连接至触发器的“CK”端即时钟输入端，由触发器完成比较状态锁存；触发器的控制端和输出端与处理器单元(3)的微处理器连接，由微处理器控制触发器的工作状态并读取触发器的锁存数据；计数器单元(6)和接口单元(5)通过数据总线和控制线与处理器单元(3)连接，由处理器单元(3)的微处理器将最高电压等级分析结果存入相应计数器单元(6)的数据存储器中，并由微处理器控制接口单元(5)完成双向数据传输工作；电源模块(4)通过电缆连接为各部分电路提供所需电源和模拟地、数字地。
4.如权利要求3所述的尖峰电压分级计数测试设备，其特征在于所述参考电压预置单元(I)通过电阻分压形成八个基准电压值，作为比较器的参考电压，并由此形成八个电压区间。
5.如权利要求3所述的尖峰电压分级计数测试设备，其特征在于所述双限位比较器及触发器单元(2 )采用八个高速比较器芯片组成双限位比较器对正负尖峰信号进行各级电压比较输出，采用八个触发器分别锁存各双限位比较器输出结果。
6.如权利要求5所述的尖峰电压分级计数测试设备，其特征在于所述八个双限位比较器均由比较器一和比较器二组成，达到指定幅度的尖峰信号的正尖峰脉冲、负尖峰脉冲分别通过比较一和比较器二产生一个正脉冲跳变，得出的正尖峰比较输出和负尖峰比较输出分别连接到三输入或门的一个输入端，通过三输入或门的输出驱动触发器的时钟端。
7.如权利要求5所述的尖峰电压分级计数测试设备，其特征在于所述触发器为D型触发器，触发器的“PR”、“CLR”及“一 Q”端连接到微处理器；触发器的“+ Q”端连接到三输入或门的一个输入端，用来保证已经被触发的触发器处于一个稳定不变的时钟输入，三输入或门实现三个输入端的逻辑求和，在三输入或门输出的上升沿完成高电平“ I ”的锁存。
8.如权利要求3所述的尖峰电压分级计数测试设备，其特征在于所述处理器单元(3)采用微处理器分析判别八个比较锁存输出结果中的最高电压等级；微处理器还通过数据总线、控制线完成接口单元(5 )数据传输任务的处理。
9.如权利要求3所述的尖峰电压分级计数测试设备，其特征在于所述计数器单元(6)采用八个具有掉电保持功能的数据储存器通过数据总线、控制线完成相应电压等级的尖峰信号的加I处理，并保存该计数结果。
10.如权利要求3所述的尖峰电压分级计数测试设备，其特征在于所述接口单元(5)采用计算机串口通信与测试设备相连接，读取各级计数器内累计的尖峰幅度分布的测试数据。
全文摘要
本发明提供一种尖峰电压分级计数测试方法及其设备，将尖峰信号按照峰值高低划分为若干级电压，采用双限位比较器及触发器对尖峰信号进行电压分级比较和触发计数，采用微处理器对尖峰信号的比较结果进行相应电压等级的数据存储器加1处理，通过数据存储器累计各级尖峰电压出现次数，长时间自行连续监测瞬态环境，快速捕获各次尖峰信号并提供尖峰幅度分布数据。其主要电路包括双限位电压比较器及触发器单元对正负尖峰电压信号进行分级比较锁存，处理器单元及计数器单元完成分级比较结果的计数存储及输出处理。本发明结构简单、使用方便、工作可靠，可长时间连续自动监测瞬态环境，弥补了获取尖峰信号幅度分布统计数据的测试手段的空白。
文档编号G01R19/17GK102830274SQ201210315498
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者王海婴, 颜俐, 郭霄, 熊勇 申请人:中国舰船研究设计中心