450A接觸電流測試儀測試網絡和數據采集的設計
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1.引言
隨著社會的發(fā)展，人們使用的家用電器越來越多，品種和范圍也越來越廣，家用電器安全的重要性不言而喻。而防觸電是所有安全標準中最基本也是最重要的要求，家電產品的接觸電流就是關于電器安全方面要求的內容之一，在中國強制認證(簡稱CCC認證)中也是產品安全型式認可試驗的主要測試項目，以及生產企業(yè)確認檢查的測試項目。450A接觸電流測試儀就是一款專業(yè)用于測量接觸電流的儀器。
2.定義
接觸電流：當人體或動物接觸一個或多個裝置的或設備的可觸及零部件時，流過他們身體的電流。
3.模擬人體阻抗測試網絡
產品的接觸電流信號波形是非正弦波，諧波頻率超過1 00Hz，見圖1所示。對于是非正弦的波形，測量其峰值電流相對人體阻抗更準確。
由于接觸電流是指當人接觸到產品時流過人體的電流，而人體可以看成是一個阻抗網絡，這個阻抗網絡由電阻電容通過一定的連接方式組成。等效來看接觸電流就是流過這個阻抗網絡的電流，這樣我們就可以模擬一個等效的測試環(huán)境來對接觸電流進形測量。
在接觸電流的測試過程中，有兩個關鍵點：等效的人體阻抗網絡和流過這個網絡電流的峰值。等效的人體阻抗網絡即模擬人體阻抗網絡，在國際上通行的比較能模擬真實情況的有7種，如圖2為其中比較常用的5種模擬人體阻抗網絡，測量流過阻抗網絡的電流也就是接觸電流。450A接觸電流測試儀是中國賽寶實驗室研制的一款測量流過模擬人體阻抗網絡電流的測試儀器，它內部集成了以上5種用于測試的模擬人體阻抗網絡，網絡與網絡之間可自由進行切換，網絡的切換通過單片機進行控制。
由于要對人體的阻抗進行模擬，所以對模擬人體阻抗網絡的技術參數要求較高，在進行網絡設計時所使用的電阻為無感電阻且較高的熱穩(wěn)定性，精度在1%以內，電容也使用品質較好的而且精度為1%的。如圖2網絡1，45OA測試儀器中，設計該網絡用電阻采用的是國外進口的無感高功率電阻，精度為1%，電容采用是PHILIP公司的，精度為1%。在450A內部的其他測試絡的設計上也選用同標準的元的件，達到較高的技術要求。
除了滿足元器件精度要求外，網絡的頻率特性在設計也是非常重要的，只有在一定的頻率范圍內滿足輸入輸出要求的網絡才算是合格的。由于在設計電路時，電路板走線的長短和方向會對高頻信號產生影響，還有元器件的放置位置也會有影響，如果設計不當，當信號頻率去到幾百千赫茲甚至上兆赫茲時，信號將出現比較大的衰減。如圖2網絡1，在進行設計時，通過向該網絡輸入不同頻率的信號，測量u2的輸出值來校驗網絡的特性。當頻率比較低的時候，還能滿足頻率特性參數要求，但U2端的輸出值是通過一個RC低通濾波器輸出的，隨著輸入信號頻率的升高(頻率超過200kHz)，信號被快速的衰減，此電路設計不能達到測試網絡的特性參數要求。此時要對元件的安裝位置及參數進行調整，并采用其它元件進行補償，以滿足該測試網絡的頻率特性要求，見表1。在設計其它網絡時也要根據情況進行調整。
網絡切換的設計上使用單片機進行控制切換，單片機通過串口與上位機主控程序進行交互，在主控程序中通過按鍵或鼠標進行控制選擇。
4.接觸電流的測量
流過以上模擬人體阻抗網絡的電流稱為接觸電流。接觸電流的波形為非正弦波(如圖1)，標準要求測量的接觸電流值為最大的峰值電流，所以使用一般的有效值電流表無法進行準確測量。為了較為準確的測量接觸電流的峰值，在設計上采用波形測量法測量接觸電流波形的電壓峰值，再通過計算得出接觸電流(Id)值。
注：表1是IEC60990-1999標準或GB12113標準附錄中?！邦l率”項為輸入正旋波信號的頻率“輸入阻抗”為輸入網絡信號的有效值，單位為毫伏，“轉換阻抗”為測試端U2的電壓值，單位為毫伏。網絡特性滿足上表要求的合格。其他的模擬人體阻抗網絡要求也如此，具體可參考該儀器的說明。
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在采用波形測量法獲取波形的峰值，先可通過將整個波形數據進行實時采集，然后換算得出波形最大的峰值，再利用公式計算出接觸電流的峰值，圖2網絡1的接觸電流峰值Id=U 2峰值/5 0 0。為了能實時采集接觸電流的波形數據，并方便的處理采集的數據，450 A采用PC加虛擬示波器的方案。在這個方案中，波形數據被實時的采集，加上PC在數據處理上的優(yōu)勢，實時采集的數據被迅速轉換成測量需要的數據。通過在PC上執(zhí)行的主控程序，將硬件控制和數據處理顯示集中到一起，由外部進行統(tǒng)一的控。圖3為450A的功能方框圖 接觸電流的波形數據首先通過虛擬示波器進行采集，虛擬示波器硬件數據采集模塊通過USB接口和PC相連，將實時采集的數據通過USB接口傳送給PC，PC端通過虛擬示波器的USB底層驅動程序與外部硬件模塊進行通信。PC端數據處理軟件借助PC快速的數據處理能力，將數據進行處理，得出峰值，并還原實時的波形。
由于虛擬示波器只能提供波形數據，并不能直接計算出接觸電流的值，在PC端用VB編寫了主控制程序進行接觸電流的換算，主控程序通過虛擬示波器PC端動態(tài)連接庫函數對其進行操作。
虛擬示波器PC端提供了用作二次開發(fā)的動態(tài)連接庫，通過該動態(tài)庫訪問虛擬示波器，獲取采集的實時數據。在V B開發(fā)主控程序中加入該動態(tài)連接庫，調用動態(tài)連接庫中的函數操作示波器。在程序設計中用到的函數是OpenDSO(打開示波器)，ShutDSO(關閉示波器)，StartDSO(開始采集數據)，StopDSO(停止采集數據)，ReadDSOData(數據讀取)等。
在VB中通過數據讀取函數ReadDSOData將數據讀人到一個數組中，通過數據比較的方式查找出其中的最大值，這個最大值即接觸電流波形電壓峰值，在根據不同的網絡代用不同的計算公式技術接觸電流值，在圖2網絡1中，接觸電流峰值Id=U2峰值/500。通過VB中的CSng()函數將該數據轉化成字符，在一個Label框中顯示出來。在VB中調用Line函數，將數據還原成波形。以下為主控程序中的部分源代碼;
程序1：控制示波器的程序段
//自動獲取虛擬示波器連接端口
5.結束語
隨著科學技術的發(fā)展，尤其是電子技術的飛速方展、在測試儀器的設計上越來越向高精度、高智能方向發(fā)展。同時測試的產品對測試儀器的要求也越來越高，為了滿足不斷提升的要求，這款接觸電流測試儀器450A也就應運而生，不過隨著技術的發(fā)展，再先進的測試儀器也有不足的地方，這就有待于我們進行更進一步的改進和提升，以滿足產品測試的要求。
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