專利名稱：一種高壓電源調試檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種調試檢測電源電壓的裝置，尤指一種調試檢測高壓電源電壓的裝置。
背景技術：
高穩定度高壓電源是各種電子顯微鏡和許多大型精密電子儀器的重要組成部分， 因此，在產品研發、生產、日常維修等情況下，對高壓電源的調試與檢測是必不可少的，一般 是對高壓電源進行多次升壓，以調試和檢測高壓電源的工作情況。 高壓電源的升壓過程是一個需要十分謹慎小心的過程。高壓電源的狀態不同，則 采取的升壓方式便不同。而且，由于高壓電源的電壓一般在幾千伏，甚至幾百萬伏以上，故 這個升壓過程不能直接由人來進行控制和調整。例如，為了列車安全，在電氣牽引機車運行 中，要對"滑電線"進行在役探傷，由于"滑電線"上的幾千伏高壓電，使得普通探傷儀無法 工作，而必須將探傷儀與"滑電線"做等電位連接，結果，探傷儀便處于高電壓，這樣，人就無 法接近，以致無法對探傷儀進行調整和控制。又例如，分析電子顯微鏡的燈絲偏壓以及場發 射電子顯微鏡的燈絲、柵壓、陽極、聚焦極、離子泵等電源都是工作在幾十萬伏甚至上百萬 伏的高壓之上的，因此，人不可能直接對它們進行控制和調整。 目前，若不采取人直接控制高壓電源方式的話，對高壓電源的升壓過程的控制一 般是采用主機操作來實現的，但是，這種方式至少存在兩個問題第一個問題是高壓電源沒 有與主機分開，故障源頭不易分清，甚至會擴大故障；第二個問題是由于主機控制的升壓過 程是按設備正常使用設計的，故升壓方式相對固定，不夠靈活。 由此可見，設計出一種安全、靈活控制高壓電源升壓過程的技術方案是目前亟需 解決的問題。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高壓電源調試檢測儀，該裝置適用于高壓電源的調試 和檢測，既可以控制高壓電源的升壓過程，又可以讀取高壓電源在升壓過程中的電壓等狀 態信息。 為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案 —種高壓電源調試檢測儀，其特征在于它包括工控機、第一數字輸入輸出單元、 第一光纖驅動接口 、第二光纖驅動接口和光纖，其中第二光纖驅動接口的信號輸入輸出端 口經由該第一數字輸入輸出單元與該工控機上的總線相連，該第二光纖驅動接口的光纖連 接端口經由光纖與第一光纖驅動接口的光纖連接端口相連，該第一光纖驅動接口的信號輸 入輸出端口通過i2c串行總線與至少一串行方式的被控設備的控制端口相連。
所述第一光纖驅動接口與所述第二光纖驅動接口之間連接有三根所述光纖，所述 第一數字輸入輸出單元為8255芯片，所述第二光纖驅動接口的三個信號輸入輸出引腳分 別與8255芯片的PC 口中的三個引腳PC0、PC4、PC7連接，其中引腳PC0作為輸入數據線，引腳PC4作為時鐘輸出線，引腳PC7作為輸出數據線。 所述工控機與所述串行方式的被控設備之間的通訊由TC語言編寫。 另外，所述高壓電源調試檢測儀還包括第二數字輸入輸出單元、A/D轉換單元和
光耦驅動接口 ，其中該第二數字輸入輸出單元的數據傳輸端口與所述工控機上的總線相
連，該第二數字輸入輸出單元的輸出端口經由光耦驅動接口與并行方式的被控設備的輸入
端口相連，該并行方式的被控設備的輸出端口經由A/D轉換單元與所述工控機上的總線相連。 所述工控機還連接有鍵盤和顯示屏。所述工控機為PC 104工業控制機。所述工 控機與所述并行方式的被控設備之間的通訊由TC語言編寫。
本發明的優點是 1、由于本發明采用光纖隔離技術，故，本發明解決了在高壓這個特殊環境下對數 字控制的高壓電源的運轉情況的調試與檢測的難題，調試檢測高壓電源安全方便。本發明 具有雙向通訊功能，既能控制高壓電源的開關和升壓過程，也能讀取高壓電源反饋的電壓 狀態等信息。 2、由于本發明采用光導纖維傳導數字信號，因此，對于串行方式運行的被控設備 而言，被測的高壓電源與工控機完全分離開，充分實現了電氣隔離的目的。并且，由于采用 了光耦隔離，對于并行方式運行的被控設備而言，被測的高壓電源同樣與工控機完全分離 開，實現了電氣隔離目的。可見，由于本發明的電氣隔離效果好，故，檢測人員可以很容易地 將故障源頭分清，給檢測帶來極大便利。 3、本發明可根據被控設備的情況而設置不同的升壓過程，升壓過程由用戶自己設 定。并且，本發明的通訊過程完全由軟件控制實現，也就是說i2c串行總線通訊采用軟件虛 擬的接口實現，因此，本發明的組成簡單、升壓控制靈活方便。 4、由于本發明采用PC104工控機，因此，本發明體積小、方便檢測人員攜帶。本發 明適用于具有并行和/或串行端口的高壓電源的調試與檢測，例如，普通的透射電子顯微 鏡、場發射電子顯微鏡以及其它大型電子儀器用高壓電源等。


圖1是本發明高壓電源調試檢測儀的第一實施例的組成示意圖； 圖2是本發明高壓電源調試檢測儀的第一實施例中的第一數字輸入輸出單元與
第二光纖驅動接口之間的具體連接示意圖； 圖3是本發明高壓電源調試檢測儀的第二實施例的組成示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明高壓電源調試檢測儀100包括工控機110、第一數字輸入輸出 單元140、第一光纖驅動接口 151、第二光纖驅動接口 152和光纖153。第二光纖驅動接口 152的信號輸入輸出端口經由該第一數字輸入輸出單元140與該工控機110上的總線相連， 該第二光纖驅動接口 152的光纖連接端口經由光纖153與第一光纖驅動接口 151的光纖連 接端口相連，該第一光纖驅動接口 151的信號輸入輸出端口通過I2C串行總線與至少一串 行方式的被控設備200的控制端口相連。在本發明中，工控機110選用PC104工業控制機。
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實際上，I2C串行總線只需要兩條線數據線SDA和時鐘線SCL。但是，有些高壓 電源設備為了達到抗干擾或耐壓的目的，工控機不能與這些設備有直接的電氣連接，這時， 便應采用光纖或光耦器件來進行隔離。但是，光纖或光耦器件只能進行信號的單向傳輸，例 如光纖的光電轉換功能是單方向的，傳送信號不可逆。可見，當需要對數據信號進行雙向 傳輸時，就要將過去的一條數據線SDA變為兩條數據線，分別擔當讀寫功能，以實現雙向通 訊。對于工控機的時鐘線，單向傳輸時鐘信號就可以了。因此，在這種情況下，工控機iio 需用3條線與l2C串行總線進行連接。如圖2所示，在本發明中，第一光纖驅動接口 151與 第二光纖驅動接口 152之間連接有三根光纖153，第一數字輸入輸出單元140選用8255芯 片，第二光纖驅動接口 152的三個信號輸入輸出引腳分別與8255芯片的PC 口中的三個引 腳PC0、 PC4、 PC7連接。其中，引腳PC0作為輸入數據線SDA_I，引腳PC4作為時鐘輸出線 SCL，引腳PC7作為輸出數據線SDA_0。也就是說，在這里，將8255芯片的PC 口的下半字節 (PC0-PC3)定義成輸入(讀)方式，選用PCO做^C串行總線的數據讀線，而PC 口的上半字 節(PC4-PC7)定義成輸出(寫)方式，并將其中的PC4做I2C串行總線的時鐘線，PC7做I2C 串行總線的數據寫線。采用PC 口是由于此端口的上下半字節可以分開進行獨立定義，分別 作為輸入和輸出，節約硬件資源。另外，為了編程方便，這三條線都選用了 (半)字節的兩 端，這樣，只要位移一次就能找到工作的"位"了 。 在實際中，不同用途的高壓電源的結構有很大區別。有的高壓電源很簡單，如普通 分析電鏡用的高壓電源就是一個12bit的并行口，而具有場發射槍的場發射電子顯微鏡用 的高壓電源十分復雜，它不僅有幾十萬伏的電子加速電源，還有多組供給場發射槍的電源。 對于其上設置串行總線端口 (如lt串行總線端口)的設備，便可使用圖2所示的高壓電源 調試檢測儀。然而，對于其上只設置有并行端口的設備，圖2所示的高壓電源調試檢測儀便 不能發揮作用了 。因此，本發明還針對設有并行端口的設備設置了調試檢測電路，如圖3所 示。在圖3中，本發明高壓電源調試檢測儀IOO還包括第二數字輸入輸出單元160、 A/D轉 換單元170和光耦驅動接口 180。該第二數字輸入輸出單元160的數據傳輸端口與工控機 110上的總線相連，該第二數字輸入輸出單元160的輸出端口經由光耦驅動接口 180與并行 方式的被控設備300的輸入端口相連，該并行方式的被控設備300的輸出端口經由A/D轉 換單元170與工控機110上的總線相連。在本發明中，第二數字輸入輸出單元160選用了 8255芯片，A/D轉換單元170選用了 AD574DJ芯片。 工控機110與串行方式的被控設備200和并行方式的被控設備300之間的通訊可 由TC語言編寫(當然，編寫語言不限于TC語言)。TC語言有較強的圖形處理函數、數學函
數、輸入輸出函數等功能，能方便地創建用戶圖形界面以及實現用戶需要的諸多控制和記 錄方面的設計，因此，選擇TC語言可獲得良好的顯示窗口界面，在本發明中是必要的。
本發明中，第一光纖驅動接口 151、第二光纖驅動接口 152、光耦驅動接口 180均為 現有電子技術，故在這里不再詳細贅述。 在本發明中，如圖1至圖3，工控機IIO還可連接有鍵盤130和顯示屏120。鍵盤 130可以為專用鍵盤，也可以為外接的標準鍵盤，顯示屏120可以為設置在本發明裝置面板 上的顯示屏，也可以為供多人同時觀看的外置標準顯示器。
本發明的工作過程為 檢測人員通過鍵盤130設置升壓步長、升壓間隔時間、最高電壓值等參數，工控機
5110通過擴展的第一數字輸入輸出單元140的引腳PC7輸出這些參數信號，且通過引腳PC4 輸出時鐘信號，然后，參數信號和時鐘信號經由光纖而遵照I2C串行總線協議傳輸給串行方 式的被控設備200，從而被控設備200在時鐘信號的控制下接收工控機110傳輸來的參數信 號，并根據接收到的參數信號進行升壓過程。在升壓的同時，串行方式的被控設備200將自 己的電壓狀態等信息依次通過第一光纖驅動接口 151、光纖、第二光纖驅動接口 152、第一 數字輸入輸出單元140的引腳PC4傳輸回工控機IIO，并在顯示屏120上顯示出返回的高 壓電源的電壓狀態等信息。注意，在圖3中，同時處于升壓檢測過程的串行方式的被控設備 200的高壓電源為同一類型，每個電源都有各自獨立的地址編碼。 同樣，檢測人員通過鍵盤130設置升壓步長、升壓間隔時間、最高電壓值等參數， 工控機110通過擴展的第二數字輸入輸出單元160并行輸出這些參數信號，然后，這些參數 信號通過光耦驅動接口 180傳輸給并行方式的被控設備300，從而被控設備300接收工控機 IIO傳輸來的參數信號，并根據接收到的參數信號進行升壓過程。在升壓的同時，并行方式 的被控設備300將自己的電壓狀態等信息通過A/D轉換單元170傳輸回工控機110，并在顯 示屏120上顯示出返回的高壓電源的電壓狀態等信息。
本發明的優點是 1、由于本發明采用光纖隔離技術，故，本發明解決了在高壓這個特殊環境下對數 字控制的高壓電源的運轉情況的調試與檢測的難題，調試檢測高壓電源安全方便。本發明 具有雙向通訊功能，既能控制高壓電源的開關和升壓過程，也能讀取高壓電源反饋的電壓 狀態等信息。 2、由于本發明采用光導纖維傳導數字信號，因此，對于串行方式運行的被控設備 而言，被測的高壓電源與工控機完全分離開，充分實現了電氣隔離的目的。并且，由于采用 了光耦隔離，對于并行方式運行的被控設備而言，被測的高壓電源同樣與工控機完全分離 開，實現了電氣隔離目的。可見，由于本發明的電氣隔離效果好，故，檢測人員可以很容易地 將故障源頭分清，給檢測帶來極大便利。 3、本發明可根據被控設備的情況而設置不同的升壓過程，升壓過程由用戶自己設 定。并且，本發明的通訊過程完全由軟件控制實現，也就是說i2c串行總線通訊采用軟件虛 擬的接口實現，因此，本發明的組成簡單、升壓控制靈活方便。 4、由于本發明采用PC104工控機，因此，本發明體積小、方便檢測人員攜帶。本發 明適用于具有并行和/或串行端口的高壓電源的調試與檢測，例如，普通的透射電子顯微 鏡、場發射電子顯微鏡以及其它大型電子儀器用高壓電源等。 以上所述是本發明的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員 來說，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，任何基于本發明技術方案基礎上的等效變 換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發明保護范圍之內。
權利要求
一種高壓電源調試檢測儀，其特征在于它包括工控機、第一數字輸入輸出單元、第一光纖驅動接口、第二光纖驅動接口和光纖，其中第二光纖驅動接口的信號輸入輸出端口經由該第一數字輸入輸出單元與該工控機上的總線相連，該第二光纖驅動接口的光纖連接端口經由光纖與第一光纖驅動接口的光纖連接端口相連，該第一光纖驅動接口的信號輸入輸出端口通過I2C串行總線與至少一串行方式的被控設備的控制端口相連。
2. 根據權利要求1所述的高壓電源調試檢測儀，其特征在于所述第一光纖驅動接口與所述第二光纖驅動接口之間連接有三根所述光纖，所述第一 數字輸入輸出單元為8255芯片，所述第二光纖驅動接口的三個信號輸入輸出引腳分別與8255芯片的PC 口中的三個引腳PC0、 PC4、 PC7連接，其中引腳PC0作為輸入數據線，引腳 PC4作為時鐘輸出線，引腳PC7作為輸出數據線。
3. 根據權利要求2所述的高壓電源調試檢測儀，其特征在于 所述工控機與所述串行方式的被控設備之間的通訊由TC語言編寫。
4. 根據權利要求1或2所述的高壓電源調試檢測儀，其特征在于 所述高壓電源調試檢測儀還包括第二數字輸入輸出單元、A/D轉換單元和光耦驅動接口 ，其中該第二數字輸入輸出單元的數據傳輸端口與所述工控機上的總線相連，該第二數字輸入輸出單元的輸出端口經由光耦驅動接口與并行方式的被控設備的輸入端口相連，該并行方式的被控設備的輸出端口經由A/D轉換單元與所述工控機上的總線相連。
5. 根據權利要求4所述的高壓電源調試檢測儀，其特征在于 所述工控機為PC104工業控制機。
6. 根據權利要求4所述的高壓電源調試檢測儀，其特征在于 所述工控機與所述并行方式的被控設備之間的通訊由TC語言編寫。
7. 根據權利要求1所述的高壓電源調試檢測儀，其特征在于所述工控機還連接有鍵盤和顯示屏。
8. 根據權利要求1或2所述的高壓電源調試檢測儀，其特征在于所述工控機為PC104工業控制機。
全文摘要
本發明公開了一種高壓電源調試檢測儀，它包括工控機、第一數字輸入輸出單元、第一光纖驅動接口、第二光纖驅動接口和光纖。第二光纖驅動接口的信號輸入輸出端口經由該第一數字輸入輸出單元與該工控機上的總線相連，該第二光纖驅動接口的光纖連接端口經由光纖與第一光纖驅動接口的光纖連接端口相連，該第一光纖驅動接口的信號輸入輸出端口通過I2C串行總線與至少一串行方式的被控設備的控制端口相連。本發明采用光纖隔離技術，具有雙向通訊功能，既能控制高壓電源的開關和升壓過程，也能讀取高壓電源反饋的電壓狀態等信息，適用于調試與檢測數字控制的高壓電源的運轉情況。
文檔編號G01R15/22GK101769996SQ20081024736
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者劉安生, 孫繼光, 張希順, 張智慧, 杜志偉, 杜風貞, 牟洪山, 馬通達 申請人:北京有色金屬研究總院