TWI293121B - - Google Patents

Description

1293121 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種感测元件自動债測系統，尤指一種 能夠自動分辨感測元件（電阻型、電容型或電感型）之規 格種類的系統，並自動切換至專屬的量測電路，以進行待 測環境量測，且把量测數值自動傳輸到電腦上，再自動繪 製量測分析圖表，將數據加以紀錄、儲存，而達到即時量 測的目的之感测元件自動偵測系統。 【先前技術】 一般在控制系統上，經常需要使用到不同種類的感測 元件，這些感測元件把感測到的變化量轉換成回授信號， 而回授信號不外乎就是由電阻、電容或電感的變化所產生 之電壓、電流與電荷之變化。目前市面上，可以找到簡單 功能的接收模組，此接收模組能將信號加以擷取與紀錄， 以提供系統所需的分析。 然而，由於這些模組都是零散分開的，只適用於單一 功能的特定規格，若要使用不同回授信號的感測元件時， 就同時需要有多種獨立模組，如此一來，多種模組所組成 的控制系統就顯得相當複雜，不同系統間之信號連接和處 理不容易，雜訊也較多，量測效能差且成本高。另外，這 些感测元件電阻、電容或電感所感測出的變化量係相當微 小，唯有使用多功能且高精密度的訊號量測系統，才能將 這些微小的變化量擷取出來，並作進一步的運用，但是此 類多功能且高精密度的訊號量測系統之缺點，在於價格昂 5 1293121 貴，使用上也相當複雜。 故，如何運用市面上現有的電子元件而設計出具有簡 單操作、價格低廉、擴充性能佳等優點的自動化感測偵測 系統，乃是本發明研究之重點。 【發明内容】 本發明之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種 感测元件自動偵測系統，此系統是以現有不同的電阻、電 容和電感量測系統為設計基礎，重新設計及加以整合，使 _ 不同感測元件之感測信號可被自動判斷量測出來，並同時 設計傳輸接收機構與分析功能，以得知待分析之感測元件 的變化量，且清楚判定元件屬性，然後，適當切換到該元 件專屬的量測電路，最終正確的量測數值會透過串列通訊 傳輸的方式，將所得到的量測數值傳入電腦，而再由電腦 端所設計的接收程式分析其量測的結果，以及將數值顯示 在監控螢幕上，並藉由所設計的程式以繪製圖表方式而清 晰顯示分析量測結果，且將量測分析數據加以儲存，作為 φ 將來欲作其他運用時，可以擷取出來再作進一步的分析， 而提供多元化的用途。 為達前述之目的，本發明係包括： 一電源整流變壓電路，此電源整流變壓電路係供該系 統直流電與交流電之定電壓電源。 一偵測與量测裝置，此偵測與量测裝置上更設置有一 待測座，此待測座係供一待測之感測元件放置。 一顯示裝置，此顯示裝置係以視覺化顯示此偵測與量 6 1293121 测裝置所量測的數值。 其中，此偵測與量测裝置包含·· 正弦波產生電路，此正弦波產生電路藉由該電源整 =壓電路所提供之交流電壓源而輪出—正弦波訊號，並 透過-電流放大電路，而輸㈣率較大的正减訊號。 H流電輸人匹配電阻，該第—直流電輸入匹配 =接受來自㈣源整流變壓電路之直流電壓源的供應， ^連結於該勒放大電路之輪_，且更連接有—正弦波 =入匹配電阻;而該第一直流電輪入匹配電阻與該正弦波 輸入匹配電阻則-同連結於—量測組類比多工器。 -第二直流電輸人匹配電阻，該第二直流電輪入匹配 電阻亦連結於該電流放大電路之輪_，該第二直流電輸 入匹配電阻之輸出端則連結有—對照組類比多卫器。 該量測組類比多工器係連結於該待測座，以供將流經 該待/則座之正弦波δίΐ號繼績送至一電壓比較器，並透過一 量測組轉換電路，將原屬類比波形之正弦波訊號轉換為一 量測組數位訊號，再將該量測組數位訊號分別送至一計時 器及一微處理器。 該對照組類比多工器係將該正弦波訊號送至該電壓比 較器，並經由-對照組轉換電路，將原屬類比波形之正弦 波訊號轉換為一對照組數位訊號，再將該對照組數位訊號 分別送至該計時器及該微處理器内。 該計時器係藉由内部所具之-邏輯比較器而讀出該量 測組轉換電路之輸出量測組數位訊號波形與該對照組轉換 7 1293121 電路之輸出對照組數位訊號波形之間的相位墓 位的領先與落後的關係，而判斷出該感測元侏”侠照相 將判斷結果的訊號送至該微處理器。 賴，息 該待測座更連結一類比數位轉換器，該類t 器係供量測直流電流經電阻型之感測元件的輪數饮轉換 號，並將該輸出電壓訊號轉換成數位訊號，教電壓tn 理器内加以分析，而計算出該電阻型感測元件的入讀彳後處

該量測組類比多工器與該對照組類比多上器電卩且值。 連結，並接受該微處理器所分析決定之感測元件係彳皮此相 制訊號，而使該量測組類比多工器切換至合適的^4_的控 該微處理器更將最後分析、量測的數值傳、、惠剛電略。 裝置作顯示。 逢至讀 本發明之上述及其他目的與優點，不難從卞、、 實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。塊所選用 當然，本發明在某些另件上，或另件之安拂 ^ 所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，上谷許有 說明，並於附圖中展示其構造。 予以祥細 【實施方式】 請參閱第1圖至第4圖，圖中所示者為本發明所選用 之實施例架構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此 種架構之限制。 本實施例之感测元件自動偵測系統，其包括： 一電源整流變壓電路1，此電源整流變壓電路1係供 應該系統直流電1 1與交流電1 2之定電壓電源，於本實 8 1293121 施例中所供應之定電壓電源為±5伏特與 甘 中，電源整流變壓電路i係具有多數裝置有 、:二 子電壓調節器1 3、一變壓哭1 4· 月…片之二端 命初併 〇σ 1 4、一保險絲1 5、多數 電解貝電容1 6、多數二極體17及一;LPm , ^ ^ L E D電源指示燈 8 ’以構成整㈣壓電路。此三端子電壓 線^壓調整器除了具有電壓調節功能之外，同;;也有= 電流、過熱及輸出短路之保護功能。 偵測與里测裝置2，此偵測與量测裝置2上更設置 有一待測座3，此待測座3係供一欲待測之感測元件4的 放置。其中，感測元件4可為電阻型、電容型、電感型之 其中一種。 一顯示裝置5，此顯示裝置5係以視覺化顯示此偵測 與量测裝置2所量測的數值。 其中，此偵測與量测裝置2係包含：

一正弦波產生電路2 1，此正弦波產生電路2 1藉由 該電源整流變壓電路1所提供之交流電壓源1 2而輸出一 正弦波訊號6，並透過一電流放大電路2 1 3，而輸出功 率較大的正弦波訊號6。其中，該電流放大電路2 1 3係 為以電晶體缓衝放大器所構成之放大電路，以維持良好的 高頻響應，及推動低阻抗的負載，例如電感型的感测元件。 此外，於本實施例中，正弦波產生電路2 1更包括一 1 κ Hz正弦波產生電路2 11及一ΙΟΟΚΗζ正弦波產生 電路212，ΙΚΗζ正弦波產生電路2 1 2係藉由此電 源整流變壓電路1之交流電1 2的輸入而輸出1Κ Η z之 9 1293121 正弦波訊號6，並送至一選擇開關電路2 1 4。另1 〇 〇 KHz正弦波產生電路2 1 2亦藉由電源整流變壓電路1 之交流電1 2的輸入而輸出1 Ο Ο Κ Η z之正弦波訊號 6，並送至選擇開關電路2 1 4。該選擇開關電路2 1 4 又受到一微處理器2 2的控制，而將合適振盪頻率之正弦 波訊號6再送至該電流放大電路2 1 3。另外，該選擇開 關電路2 1 4中具有一繼電器2 1 5，以供自由切換兩種 不同振盪頻率ΙΚΗζ或ΙΟΟΚΗζ之正弦波訊號6的 輸入，該繼電器2 1 5為機械電磁開關擁有二輸入端不會 互相干擾及降低雜訊的優點，可以提高本發明的穩定性。 一第一直流電輸入匹配電阻2 3 1，第一直流電輸入 匹配電阻2 3 1接受來自該電源整流變壓電路1之直流電 1 1的供應，並連結於該電流放大電路2 1 3之訊號輸出 端，且更連接有一正弦波輸入匹配電阻2 3 2 ;而第一直 流電輸入匹配電阻2 3 1與正弦波輸入匹配電阻2 3 2則 一同連結於一量測組類比多工器2 4 1。 一弟二直流電輸入匹配電阻2 3 3，第二直流電輪入 匹配電阻2 3 3亦連結於該電流放大電路2 1 3之訊號輸 出知’弟二直流電輸入匹配電阻2 3 3之輸出端則連結有 一對照組類比多工器2 4 2。 此量測組類比多工器2 4 1係連結於待測座3，並將 流經該待測座3之正弦波訊號6繼續送至一電壓比較器2 5，且透過一量測組轉換電路2 5 1，將原屬類比波形之 正弦波訊號6轉換為一量測組數位訊號61，再將此量測 1293121 組數位訊號6 1分別送至一計時器2 6及微處理器2 2。 …對照，類比多U 4 2係將此正弦波訊號6送至該 電壓比較器2 5，並經由一對照組轉換電路2 5 2，將原 屬类員比波幵v之正弦波訊號6 II換為一對照組數位訊號6 2，再將此對照組數位訊號6 2分別送至計時器2 6及微 處理器2 2内。 *計時器2 6係藉由内部所具之一邏輯比較器2 6工而 、 讀出該量測組轉換電路2 5 1之輸出量測組數位訊號6 I ㈣與該對照組轉換電路2 5 2之輸出對照組數位訊號6 2波开> 之間的相位差值，並依照相位差的領先與落後情 形，而判斷出該感測元件4之種類，且將其判斷結果的訊 旒送至微處理器2 2分析。其中，計時器2 6係由邏輯比 較器2 6 1、一1 〇 MHz石英頻率產生器2 6 2、一計 數斋2 6 3所組成，而邏輯比較器2 6 1於本實施例中係 為一互斥或閘（X 〇 R)。 該待測座3更連結一類比數位轉換器2 7，該類比數 瞻.位轉換器2 7係供量測直流電流1 1經電阻型之感測元件 、 4的輸出電壓訊號，並將此輸出電壓訊號轉換成數位訊 號，並傳入該微處理器2 2内加以分析，而計算出該電阻 型感測元件4的電阻值。 量測組類比多工器2 4 1與對照組類比多工器2 4 2 係彼此相連結，並接受微處理器2 2所辨別之感測元件4 種類的控制訊號，而使量測組類比多工器2 4 1切換至合 適的量測電路。 11 1293121 微處理器2 2更將最後分析、量測到的數值傳送至該 顯不裝置5作顯示。 、 其中，s亥顯示裝置5更包括一LCD液晶顯示器5 1 、一R S 2 3 2轉換電路5 2、一串列通訊埠5 3及一電 4。該微處理器2 2在讀取量測數值以後，會加以運 算出結果，而在LCD液晶顯示器5丄上顯示其結果，並 同時透過R S 2 3 2轉換電路5 2的轉換及串列通訊琿5 3的傳輸，而送至電腦5 4内作分析、處理，電腦5 4再 藉由自行設計的程式以繪製圖表方式而清晰顯示分析量測 結果，且將量測分析數據加以儲存。 本發明之操作流程如下： a ·開啟電腦5 4及將電源整流變壓電路1接上1 1 〇伏 特6 0 Hz的電源，以啟動本系統。 b•放置一感測元件4於待測座3上。 c ·使1 KHz正弦波產生電路2 i丄產生丄KHz之正弦 波訊號6並透過該電流放大電路2丄3的放大，而輸 入第一直流電輸入匹配電阻2 3 1與正弦波輸入匹配 電阻2 3 2，及第二直流電輸入匹配電阻2 3 3。 d ·打開量測組類比多工器2 4丄與對照組類比多工器2 4 2，使正弦波訊號6經量測組類比多工器2 4 1與 該感測元件4而送至電壓比較器2 5，以及同樣的正 弦波訊號6經對照組類比多工器2 4 2也輸入於電壓 比較器2 5。 e ·電壓比較器2 5和0伏特做比較，取上升邊緣（〇 — 12 1293121 f·經由計時器26每隔一段時間判讀出該量測組轉換電 路2 5 1之輸出量測組數位訊號6 1波形與該對照組 轉換電路2 5 2之輸出對照組數位訊號6 2波形之間 的相位差值，並依照二數位訊號6 1、6 2波形間相 位的領先、落後情形，使微處理器2 2偵測出此感測 元件4的種類。若量測組數位訊號6 1波形與對照組 數位訊號6 2波形間沒有相位差時，微處理器2 2則 偵測出此感測元件4係為電阻型之感測元件；若量測 組數位訊號6 1波形相位超前對照組數位訊號6 2波 形時，微處理器22則偵測出此感測元件4為電感型 的感測元件；若量測組數位訊號61波形相位落後對 照組數位訊號6 2波形時，微處理器2 2則偵測出此 感測元件4為電容型的感測元件。 1·若微處理器22偵測出感測元件4為電阻型之感測元 件時，微處理器2 2會關掉量測組類比多工器2 4 1 内所連結之正弦波輸入匹配電阻2 3 2的類比開關， 而只打開連結於第一直流電輸入匹配電阻2 3 1的類 比開關，使直流電1 1能流至該感測元件4，並用類 比數位轉換器2 7量測出流經此感測元件4的電壓值 ’再將此輸出電壓訊號轉換成數位訊號，且傳入微處 理器2 2内，以運算出此電阻型感測元件4的量測電 阻值。 j ·若微處理器22偵測出感測元件4為電容型或電感型 13 1293121 之感測元件4時，微處理器2 2則會關掉量測組類比 多工器2 4 1内所連結之直流電輸入匹配電阻2 3 1 的類比開關，而只打開連結於正弦波輸入匹配電阻2 3 2的類比開關，以取得最佳的量測範圍，並經電壓 比較器2 5使微處理器2 2量測出量測組數位訊號6 ΐ 1與對照組數位訊號6 2間的時間差，以計算出該感 測元件4之頻率響應。 k ·最後，將步驟i與步驟j微處理器2 2所運算出的數 值在L C D液晶顯示器5 1上顯示其結果，並同時透 過R S 2 3 2轉換電路5 2的轉換將微處理器2 2的 信號準位轉至R S 2 3 2的信號準位，及串列通訊槔 5 3的俸輸，而送至電腦5 4内作分析、處理。 1·至終，利用電腦54上自行設計的程式以圖表方式顯 示，而清晰顯示分析量測結果，且將量測分析數據加 以儲存。 故，本發明之技術手段極為單純，當進行偵測感測元 件種類時，若接上的感測元件是電阻型以電阻為變化量， 從電壓比較器所輸出的量測組數位訊號與對照組數位訊號 間不會有相位差；若接上的感測元件是電容型以電容為變 化量，從電壓比較器所輸出的量測組數位訊號波形會落後 對照組數位訊號的波形；若接上的感測元件是電感型以電 感為變化量，則從電壓比較器所輸出的量測組數位訊號波 形會領先對照組數位訊號的波形。 綜上所述，本發明是以現有不同的電阻、電容和電感 1293121 量測系統為設計基礎’重新設計及加以整合，使不同感測 元件之感測信號可被自動判斷量測出來，並同時設計傳輸 接收機構與分析功能，以得知待分析之感測元件的變化量 ，且清楚判定元件屬性，然後，適當地切換到該元件專屬 的量測電路，最終正確的量測數值會透過串列通訊傳輸的 ▲方式，將所得到的量測數值傳人電腦，㈣㈣腦端所設 叶的接收程式分析量測的結果，以及將數值顯示在監控螢

幕^，並藉由所設計的程式以繪製圖表方式而清晰顯示分 析量測結果’且將量測分析數據加以儲存，作為將來欲作 其他運用時’可以擷取出來再作進一步的分析，而提供多 兀化的用途’可說是-種相當實用的自動化偵測系統。 以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以 =本發明，故舉凡數狀變更或等效元件之置換仍應隸 屬本發明之範疇。 由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的 ，可達成前述目的’實已符合專利法之規定，爰提出專利 申請0 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之系統大部方塊示意圖 第2圖係本發明之系統整合電路方塊示意圖 第3圖係本發明之電源整流變壓電路方塊示意圖 第4圖係本發明之計時器方塊示意圖 【主要元件符號說明】 (習用部分） 無 15 1293121 (本發明部分） 電源整流變壓電路1 直流電1 1 交流電1 2 三端子電壓調節器13 變壓器1 4 保險絲1 5 電解質電容16 二極體1 7 L E D電源指示燈1 8 偵測與量测裝置2 正弦波產生電路2 1 1 KHz正弦波產生電路2 1 1 1 0 0 KHz正弦波產生電路2 1 2 電流放大電路213 選擇開關電路214 繼電器2 1 5 第一直流電輸入匹配電阻2 3 1 正弦波輸入匹配電阻2 3 2 第二直流電輸入匹配電阻2 3 3 量測組類比多工器2 4 1 16 1293121 對照組類比多工器2 4 2 電壓比較器2 5 量測組轉換電路2 5 1 對照組轉換電路252 計時器2 6 邏輯比較器2 6 1 1 ΟΜΗζ石英頻率產生器2 6 2 計數器2 6 3 類比數位轉換器2 7 待測座3 感測元件4 顯示裝置5 L C D液晶顯示器51 R S 2 3 2轉換電路5 2 串列通訊埠5 3 電腦5 4 正弦波訊號6 量測組數位訊號61 對照組數位訊號6 2 17

Claims (1)

1293121 十、申請專利範圍： 1 · 一種感测元件自動偵測系統，其包括： 一電源整流變壓電路，該電源整流變壓電路係供 應該系統直流電與交流電之定電壓電源； 一偵測與量测裝置，該偵測與量测裝置上更設置 有一待測座，該待測座係供一待測之感測元件放置； 一顯示裝置，該顯示裝置係以視覺化顯示該偵測 ^ 與量测裝置所量測的數值； g 其中，該偵測與量测裝置包含： 一正弦波產生電路，該正弦波產生電路藉由該電 源整流變壓電路所提供之交流電壓源而輸出一正弦波 訊號，並透過一電流放大電路，而輸出功率較大的正 弦波訊號； 一第一直流電輸入匹配電阻，該第一直流電輸入 匹配電阻接受來自該電源整流變壓電路之直流電壓源 的供應，並連結於該電流放大電路之輸出端，且更連 _ 接有一正弦波輸入匹配電阻；而該第一直流電输入匹 配電阻與該正弦波輸入匹配電阻則一同連結於一量測 組類比多工器； 一第二直流電输入匹配電阻，該第二直流電輸入 匹配電阻亦連結於該電流放大電路之輸出端，該第二 直流電輸入匹配電阻之輸出端則連結有一對照組類比 多工器； 該量測組類比多工器係連結於該待測座，以供將 18 流經該待測座之正弦波訊號繼續送至一電壓比較器， 並透過一量測組轉換電路，將原屬類比波形之正弦波 汛號轉換為一量測組數位訊號，再將該量測組數位訊 號分別送至一計時器及一微處理器； 、該對照組類比多工器係將該正弦波訊號送至該電 壓比較器，並經由一對照組轉換電路，將原屬類比波 形之正弦波訊號轉換為一對照組數位訊號，再將該對 照組數位訊號分別送至該計時器及該微處理器内； 該計時器係藉由内部所具之一邏輯比較器而讀出 該里測組轉換電路之輸出量測組數位訊號波形與該對 照組轉換電路之輸出對照組數位訊號波形之間的相位 差，並依照相位的領先與落後的關係，而判斷出該感 測元件之種類，且將判斷結果的訊號送至該微處理器; 該待測座更連結一類比數位轉換器，該類比數位 轉換器係供量測直流電流經電阻型之感測元件的輸出 電壓訊號，並將該輸出電壓訊號轉換成數位訊號，並 傳入該微處理器内，且加以分析計算出該電阻型感測 元件的電阻值； 該量測組類比多工器又與該對照組類比多工器彼 此相連結，並接受該微處理器所分析決定之感測元件 種類的控制訊號，而使該量測組類比多工器切換至合 適的量測電路； 該微處理器更將最後分析、量測的數值傳送至該 顯示裝置作顯示。 1293121 2 ·依申請專利範圍第1項所述之感测元件自動偵測系 統’其中，該正弦波產生電路更包括一1 Κ Η Z正弦 波產生電路及一 1 〇 〇 ΚΗ ζ正弦波產生電路，該1 ΚΗ ζ正弦波產生電路係藉由該電源整流變壓電路之 交流電的輸入而輸出1 Κ Η ζ之正弦波訊號，並送至 一選擇開關電路；另該1 〇 〇 Κ Η ζ正弦波產生電路 則藉由該電源整流變壓電路之交流電的輸入而輸出1 ΟΟΚΗζ之正弦波訊號，並送至該選擇開關電路； φ 該選擇開關電路又受到該微處理器的控制，而將合適 振盪頻率之正弦波訊號再送至該電流放大電路。 3 ·依申請專利範圍第2項所述之感测元件自動偵測系 統，其中，該選擇開關電路具有一繼電器，以供自由 切換兩種不同振盪頻率之正弦波訊號的輸入。 4 ·依申清專利範圍第1項所述之感测元件自動摘測系 統，其中，該電流放大電路係為以電晶體緩衝放大器 所構成之放大電路。 鬱 5 ·依申請專利範圍第1項所述之感测元件自動偵測系 統，其中，該顯示裝置係為一 L C D液晶顯示器。 6 ·依申請專利範圍第1項所述之感测元件自動偵測系 統，其中，該顯示裝置包括一Rs 2 3 2轉換電路、 一串列通訊埠及一電腦，該微處理器將最後分析、量 測的數值傳透過該RS 2 3 2轉換電路的轉換及該串 列通訊埠的傳輪，而送至該電腦内作處理與視覺化顯 示其量測數值。 。 20 1293121 7 ·依申請專利範圍第1項所述之感测元件自動偵測系 統，其中，該電源整流變壓電路係包括多數裝置有散 熱片之三端子電壓調節器、一變壓器、一保險絲、多 數電解質電容、多數二極體及一 L E D電源指示燈。 8 ·依申請專利範圍第1項所述之感測元件自動偵測系 統’其中，該計時器包括有該邏輯比較器、一1 〇 Μ Hz石英頻率產生器、一計數器。 電容型

9 ·依申請專利範圍第1項所述之感測元件自 統，其中，該感測元件可為電阻型、電容今 之其中一種。 21