一种可自主旋转切换多路信号的装置及实现方法

技术领域

本发明涉及一种可自主旋转切换多路信号的装置及实现方法，用于多工位控制及测量信号的切换。

背景技术

自旋式多路信号切换装置主要用于测控设备等环境中，将需要测试的多个同类产品的多路信号进行切换选择，完成测试设备与被测产品信号之间的物理连接，以便完成对多个被测产品各项性能指标的分时测试。

在传统的实现方式中，主要有继电器电路板板卡等，其主要凭借继电器开关矩阵实现不同工位的切换。要实现不同工位的切换，需要设计电路板，焊接多种元器件，多个继电器板卡集成一块，考虑到元器件工作时的干扰，需要相互隔离，体积较大；传统的实现方式，需要发送切换指令不断地切换继电器，需要编程才能实现；同时，在测试过程中继电器需要持续工作，会产生较大的能耗和电磁干扰；对于高频信号，普通继电器切换往往会对信号造成不同程度的影响，有时还会造成信号失真。传统的实现方式中，各工位不能实现等长布线，无法保证各工位测试结果的一致性；继电器切换多路信号时一旦出现继电器粘连、损坏或程序混乱，很可能将两路信号同时切换到同一路上，导致被测产品、测试电路损坏，造成较大的损失。

发明内容

本发明提供一种可自主旋转切换多路信号的装置及实现方法，旨在解决现有技术的多工位继电器切换装置在生产、操作及排故等方面存在的弊端，以降低成本，提高工作可靠性为目的而研发的。

本发明只需通过旋转一定的角度即可实现工位切换；由于是机械旋转控制实现工位切换，不需要发送编程指令，不需要额外的供电；使用时，按照说明书把各个零件组装完成后，只需将微矩形电连接器另一端的导线焊接到对应工位的电路板上，即可调试，操作原理简单，焊接方便；由于各通路之间都是屏蔽导线直连，在传输高频信号时，可以选择高频信号通信线，有效提高设备的抗干扰能力。

本发明采用的技术方案是：一种可自主旋转切换多路信号的装置，包括控制盒、分线盒、不动轴、驱动箱、滑环动轴、微矩形电连接器、电路板、滑环箱壳、齿轮副、步进电机、圆形连接器及控制电路，控制电路设置在控制盒内；

所述滑环动轴包括动轴主体、接触片、固定座、齿轮；

所述固定座数条槽中分别卡装一个接触片，所述固定座固定在动轴主体条状固定座孔内，固定座两组条槽组与动轴主体两组滑环相互对应，两组条槽组中的数条槽与两组滑环中的数条滑环槽一一对应，构成数条间隔设置的环状槽；

所述齿轮穿过动轴主体连接法兰Ⅲ的轴与大直径凸环侧轴固定在一起，所述不动轴圆形筒的凸盘Ⅰ与连接法兰Ⅰ一端固定，所述滑环动轴插入圆形筒腔内，滑环动轴动轴主体缩径轴置于圆形筒凸盘Ⅱ中孔内设置的轴承内，环动轴动轴主体大直径凸环筒体侧轴设置在圆形筒凸盘Ⅰ中孔中设置的轴承内，所述圆形连接器与动轴主体连接法兰Ⅲ固定在一起；

在不动轴圆形筒上间隔水平设置的数条电路板区域中分别固定一条电路板，数条电路板板主体上固定的数个滑丝一一对应构成数个间隔设置的环形滑丝组，数个环形滑丝组上的数个滑丝弧形勾分别对应插入圆形筒腔内滑环动轴上构成的数条环状槽内；

所述步进电机通过电机架固定在连接法兰Ⅰ的盘面上，步进电机与减速器连接，减速器轴通过穿过电机架中孔与齿轮副固定，齿轮副与动轴主体大直径凸环侧轴固定的齿轮啮合；

所述驱动箱套过动轴主体连接法兰Ⅲ端与连接法兰Ⅰ一面固定；

所述滑环箱壳一端套入不动轴圆形筒与连接法兰Ⅰ另一端固定，所述连接法兰Ⅱ一端分别与滑环箱壳另一端和凸盘Ⅱ另一端固定，所述分线盒侧端与连接法兰Ⅱ另一端固定，分线盒另一侧面上固定有数个微矩形电连接器，在分线盒上面固定控制盒；

所述控制电路包括单片机MCU、电源电路、电机控制电路、到位检测及指示电路、工位选择电路、工位显示数码管、电源开关、确定按钮、晶振电路、复位电路、通讯接口、到位指示灯、工位选择按钮指示灯、工位选择按钮、电源输入端口；

所述单片机MCU分别与电源电路、电机控制电路、到位检测及指示电路、工位选择电路、工位显示数码管、电源开关、确定按钮、晶振电路、复位电路和通讯接口连接，所述电机控制电路通过步进电机控制器与步进电机连接，所述到位检测及指示电路分别与数个微矩形电连接器及到位指示灯连接，每个微矩形电连接器的数个插针对应一条电路板板主体上固定的数个滑丝连接，圆形连接器的数个插针分别与数个接触片连接，圆形连接器通过滑环动轴和任意一条电路板与微矩形电连接器连接，所述工位选择按钮指示灯和工位选择按钮分别与工位选择电路连接；

外接电源一路与步进电机控制器连接，另一路通过电源输入端口与电源电路连接；

所述电源开关、确定按钮、工位显示数码管、到位指示灯、工位选择按钮指示灯、工位选择按钮、电源输入端口和通讯接口分别设置在控制盒上；

步进电机带动环动轴在不动轴圆形筒内旋转，当环动轴动轴主体固定座与不动轴任意一条电路板同向时，电路板板主体上固定的滑丝弧形勾分别与动轴主体固定座数条槽中卡装的接触片接触配合，此时线路导通，实现多工位切换的功能。

一种可自主旋转切换多路信号的装置的实现方法，步骤如下：

步骤1.将圆形连接器与外部测试设备或测试仪器仪表通过线缆连接；

步骤2.将数个微矩形电连接器与外部待测的产品通过线缆连接，每个微矩形电连接器对应一个待测的产品构成工位1至工位N；

步骤3.通过控制盒上的电源开关打开控制盒电源，通过工位选择按钮选择好要测试产品所在的工位1编号，按动工位选择按钮时对应的工位选择按钮指示灯会点亮，工位显示数码管会显示所选择的工位号，然后按确定按钮后，单片机MCU通过电机控制电路控制步进电机开始旋转，步进电机通过齿轮副和齿轮的配合带动滑环动轴旋转，同时到位检测及指示电路通过电路板上的到位反馈信号检测是否旋转到设置的工位，当旋转到所设置的工位后，即，滑环动轴上的固定座旋转到与微矩形电连接器工位1相连接的电路板时，其电路板上的滑丝弧形勾与动轴主体固定座数条槽中卡装的接触片接触配合，到位指示灯就会点亮，同时控制步进电机停止转动，此时就构成了测试设备、圆形连接器、微矩形电连接器、要测试的产品形成的信号链路，测试设备就能够对工位1要测试的产品进行测试；

步骤4.按照上述步骤3依次完成工位2至工位N要测试的产品进行测试；

或，完成步骤1和步骤2的步骤后，将控制盒上的通讯接口与外部计算机或控制设备通过通讯线缆连接；

步骤3.外部计算机或控制设备通过通讯线缆按照通讯协议进行远程控制实现代替手动按钮进行操作，最终构成测试设备、圆形连接器、微矩形电连接器、要测试的产品形成的信号链路，测试设备就能够对所选择的工位上的产品进行测试。

本发明具有以下优点：

一、相对于传统的实现方式

1.本发明体积小，灵活安装使用，线路都是一一对应，排故复杂度较低。解决了现有的多工位继电器切换装置体积较大的问题。

2.本发明不需要复杂的工位切换控制信号可自主控制小电机实现工位切换。解决了现有的多工位继电器切换装置需要发送切换指令不断地切换继电器，需要编程才能实现的问题。

3.本发明可在不需要加电的情况下，通过手动旋转实现工位切换，避免产生电磁干扰和能耗，手动实现工位切换时，需将驱动箱拆除。解决了现有的多工位继电器切换装置工作时会产生较大的电磁干扰和耗电的问题。

4.本发明线路分布简单，不存在交叉分布，信号传输的抗干扰能力强，适用高频信号传输。解决了现有的多工位继电器切换装置有时会造成信号失真，无法传输高频信号的问题。

5.本发明各工位可以等长布线，可以保证各工位测试结果的一致性。解决了现有的多工位继电器切换装置有时会造成测试结果不一致的问题。

6.本发明通过机械旋转一定的角度即可实现工位切换，从物理上解决了现有的多工位继电器切换装置工作时出现继电器粘连、损坏或程序混乱，导致被测产品、测试电路损坏的此类问题。

二、本发明还具有的新优点

7.本发明避免焊接小的元器件，只需在航插和电路板上焊接导线，组装后即可使用，操作简便快捷。

8.本发明可根据应用需求的不同，灵活选择输出工位的个数，而不需要二次开发，节省开发成本。

9.本发明可根据应用需求的不同，可选择相同类型或不同类型的输出工位，不需额外增加成本。

综上所述 ，新发明解决了已有装置的缺点、不足，减小了体积，使操作简便快捷，提高了工作稳定性、可靠性及效率，同时，节省了开发成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1为结构的局部剖视图；

图3为本发明的结构分解示意图；

图4为本发明不动轴的结构示意图；

图5为本发明滑环动轴的结构示意图；

图6为图5结构动轴主体的局部方大图示意图；

图7为图5结构的固定座局部方大图示意图；

图8为图7结构槽的剖视图；

图9为图5结构接触片的示意图；

图10为本发明电路板的结构示意图；

图11为10结构的局部放大图；

图12为本发明滑丝的结构示意图；

图13为本发明控制盒的结构示意图；

图14为本发明的控制电路的连接框图。

具体实施方式

如图1至图14所示，一种可自主旋转切换多路信号的装置，包括控制盒1、分线盒2、不动轴3、驱动箱4、滑环动轴5、微矩形电连接器6、电路板7、滑环箱壳8、齿轮副9、步进电机10、圆形连接器11及控制电路；

不动轴3包括圆形筒3-1、连接法兰Ⅰ3-2、连接法兰Ⅱ3-3，圆形筒3-1两侧设有一圈凸盘Ⅰ3-1-1和凸盘Ⅱ3-1-2，凸盘Ⅰ3-1-1和凸盘Ⅱ3-1-2外侧的筒体上分别设有外螺纹，在凸盘Ⅱ3-1-2圆周面上间隔设有数个半圆槽3-1-2-1，沿圆形筒3-1的圆周面上间隔的设有数条电路板区域3-1-3，每条电路板区域3-1-3中设有三个螺孔Ⅰ3-1-3-1，在中间螺孔Ⅰ3-1-3-1和两侧螺孔Ⅰ3-1-3-1之间分别设有一条形孔3-1-4；

圆形筒3-1凸盘Ⅰ3-1-1通过筒体外螺纹与连接法兰Ⅰ3-2中螺孔螺接在一起。

滑环动轴5包括动轴主体5-1、接触片5-2阵列、固定座5-3、齿轮5-4；

动轴主体5-1为中空管状，动轴主体5-1一端为缩径轴5-1-1，另一端轴的端面为连接法兰Ⅲ5-1-2，在缩径轴5-1-1和连接法兰Ⅲ5-1-2之间的中直径轴面上设有两组滑环5-1-3、条状固定座孔5-1-4和大直径凸环5-1-5，两组滑环5-1-3间隔设置，每组滑环5-1-3由数个间隔等距设置的滑环槽5-1-3-1组成，条状固定座孔5-1-4将两组滑环5-1-3的数个滑环槽5-1-3-1 断开，条状固定座孔5-1-4内的两侧端面为半圆面，在条状固定座孔5-1-4内中间及两侧设置的固定座定位面上分别设有一个螺孔Ⅱ5-1-4-1；

接触片5-2为片状，接触片5-2上端横片面为弧面5-2-1，在横片下端面上设有两个竖片5-2-2，两个竖片5-2-2间隔设置，两个竖片5-2-2两侧的横片面为定位面Ⅱ5-2-3，在两个竖片5-2-2中间的外侧面上分别设有一个凸起片5-2-2-1，两个凸起片5-2-2-1对称设置，两个凸起片5-2-2-1上端为平面，下端为斜面；

固定座5-3两侧端面为半圆面的条状体，在固定座5-3上弧面的中间及两侧面上分别设有一个沉孔5-3-1，在中间沉孔5-3-1与两侧沉孔5-3-1之间的固定座5-3上弧面上分别设有一组条槽组5-3-2，每组条槽组5-3-2由间隔等距设置数条槽5-3-2-1组成，数条槽5-3-2-1内的两个定位面Ⅰ5-3-2-2之间为接触片竖片孔5-2-3-3；

在固定座5-3数条槽5-3-2-1中分别卡装一个接触片5-2，接触片5-2的两个竖片5-2-2伸出槽5-3-2-1的接触片竖片孔5-3-2-2外，接触片5-2两侧定位面Ⅱ5-2-3搭接在两个定位面Ⅰ5-3-2-2上，两个竖片5-2-2上的凸起片5-2-2-1伸出接触片竖片孔5-3-2-2外或两个竖片5-2-2上的凸起片5-2-2-1上端平面与固定座5-3下面卡接在一起；

将固定座5-3设置在轴主体5-1条状固定座孔5-1-4内固定座定位面上，数个螺栓分别穿过沉孔5-3-1与螺孔Ⅱ5-1-4-1螺接，将固定座5-3固定在条状固定座孔5-1-4内，固定座5-3两组条槽组5-3-2与动轴主体5-1两组滑环5-1-3相互对应，两组条槽组5-3-2中的数条槽5-3-2-1与两组滑环5-1-3中的数条滑环槽5-1-3-1一一对应，构成数条间隔设置的环状槽；

将齿轮5-4穿过动轴主体5-1连接法兰Ⅲ5-1-2的轴与大直径凸环5-1-5侧轴固定在一起。

电路板7包括板主体7-1和滑丝7-2；

滑丝7-2一端为直针，另一端为斜针，直针端上设有弧形勾7-2-1；

板主体7-1为长方形，在板主体7-1中间及两侧面上分别设有一个过孔7-1-1，在中间过孔7-1-1与两侧过孔7-1-1之间的板主体7-1的一个面上分别设有两组接线焊片，每组接线焊片由间隔设置的数片接线焊片7-1-2组成，上一组每片接线焊片7-1-2的三角端分别设置在下一组每两片接线焊片7-1-2三角端的之间；

数个滑丝7-2的斜针水平间隔排列，从板主体7-1一面穿过，伸出两组数片接线焊片7-1-2的角端外，并分别与每片接线焊片7-1-2焊接在一起，

即，奇数的数个滑丝7-2对应于下一组接线焊片7-1-2一一焊接在一起，偶数的数个滑丝7-2对应于上一组接线焊片7-1-2一一焊接在一起，

数个滑丝7-2的弧形勾7-2-1间隔排列在一条水平线上。

将滑环动轴5插入圆形筒3-1腔内，滑环动轴5动轴主体5-1缩径轴5-1-1置于圆形筒3-1凸盘Ⅱ3-1-2中孔内设置的轴承内，环动轴5动轴主体5-1大直径凸环5-1-5筒体侧轴设置在圆形筒3-1凸盘Ⅰ3-1-1中孔中设置的轴承内，将圆形连接器11与动轴主体5-1连接法兰Ⅲ5-1-2固定在一起；

在不动轴3圆形筒3-1上间隔水平设置的数条电路板区域3-1-3中分别设置一条电路板7，数个螺栓分别穿过电路板7过孔7-1-1与电路板区域3-1-3中的螺孔Ⅰ3-1-3-1螺接，将数条电路板7分别固定在数个电路板区域3-1-3中；

数条电路板7板主体7-1上固定的数个滑丝7-2一一对应，在圆形筒3-1内构成数个间隔设置的环形滑丝组，数个环形滑丝组上的数个滑丝7-2弧形勾7-2-1分别对应插入圆形筒3-1腔内滑环动轴5上构成的数条环状槽内；

将步进电机10通过电机架固定在连接法兰Ⅰ3-2的盘面上，步进电机10与减速器连接，减速器轴通过穿过电机架中孔与齿轮副9固定，齿轮副9与动轴主体5-1大直径凸环5-1-5侧轴固定的齿轮5-4啮合；

将驱动箱4套过动轴主体5-1连接法兰Ⅲ5-1-2端与连接法兰Ⅰ3-2一面固定；

将滑环箱壳8一端套入不动轴3圆形筒3-1与连接法兰Ⅰ3-2另一端固定，将连接法兰Ⅱ3-3一端分别与滑环箱壳8另一端和凸盘Ⅱ3-1-2另一端固定，将分线盒2侧端与连接法兰Ⅱ3-3另一端固定，分线盒2另一侧面上固定有数个微矩形电连接器6，在分线盒2上面固定控制盒1，控制电路设置在控制盒1内。

步进电机10带动环动轴5在不动轴3圆形筒3-1内旋转，当环动轴5动轴主体5-1固定座5-3与不动轴3任意一条电路板7同向时，电路板7板主体7-1上固定的滑丝7-2弧形勾7-2-1分别与动轴主体5-1固定座5-3数条槽5-3-2-1中卡装的接触片5-2接触配合，此时线路导通，实现多工位切换的功能；

控制电路包括单片机MCU、电源电路、电机控制电路、到位检测及指示电路、工位选择电路、工位显示数码管1-3、电源开关1-1、确定按钮1-2、晶振电路、复位电路、通讯接口1-8、到位指示灯1-4、工位选择按钮指示灯1-5、工位选择按钮1-6、电源输入端口1-7；

单片机MCU分别与电源电路、电机控制电路、到位检测及指示电路、工位选择电路、工位显示数码管1-3、电源开关1-1、确定按钮1-2、晶振电路、复位电路和通讯接口1-8连接，所述电机控制电路通过步进电机控制器与步进电机10连接，所述到位检测及指示电路分别与数个微矩形电连接器6及到位指示灯1-4连接，每个微矩形电连接器6的数个插针对应一条电路板7板主体7-1上固定的数个滑丝7-2连接，圆形连接器11的数个插针分别与数个接触片5-2连接，圆形连接器11通过滑环动轴5和任意一条电路板7与微矩形电连接器6连接，所述工位选择按钮指示灯1-5和工位选择按钮1-6分别与工位选择电路连接；

外接电源一路与步进电机控制器连接，另一路通过电源输入端口1-7与电源电路连接；

电源开关1-1、确定按钮1-2、工位显示数码管1-3、到位指示灯1-4、工位选择按钮指示灯1-5、工位选择按钮1-6、电源输入端口1-7和通讯接口1-8分别设置在控制盒1上；

步进电机10带动环动轴5在不动轴3圆形筒3-1内旋转，当环动轴5动轴主体5-1固定座5-3与不动轴3任意一条电路板7同向时，电路板7板主体7-1上固定的滑丝7-2弧形勾7-2-1分别与动轴主体5-1固定座5-3数条槽5-3-2-1中卡装的接触片5-2接触配合，此时线路导通，实现多工位切换的功能。

本发明实施例的微矩形电连接器6为八个，需求切换的工位8个 。微矩形电连接器6及过线孔3-3-1数量可根据具体工位需求，选择安装需要的数量即可。

一个嵌有接触片5-2的环动轴5连接1路信号，一个安装有8条板主体7-1及滑丝7-2的不动轴3连接8路信号，通过步进电机10带动环动轴5在不动轴内3旋转一定角度，使得刷丝7-2与接触片5-2连接，实现多工位切换的功能，其中电机齿轮副9和环动轴上齿轮5-4的减速比i=16:1。

减速比，即减速装置的传动比，是传动比的一种，是指减速机构中瞬时输入速度与输出速度的比值，用符号“i”表示。

电路板7外侧共设计有两组接线焊片，每组接线焊片包括上一组和下一组，共4组接线焊片，每组有25个接线焊片组成，

1.导线配置

1供电电源导线：正极：红色AFR 250 1*1.0mm

2模拟信号：铁氟龙屏蔽电缆 AFR 250 1*0.2mm

3数字开关量信号：铁氟龙屏蔽电缆 AFR 250 1*0.2mm

4高频信号：RG316射频电缆，可支持最大100M高频信号传输；

5通讯差分信号：铁氟龙屏蔽双绞电缆 AFR 250 2*0.2mm

2.主要零件配置

1步进电机10：33mm步进电机，配置减速比为1：16的齿轮减速箱，电机转速固定，通过电机转动的时间可以控制切换工位；

2接触片5-2：表面镀金的铜银复合材料，其厚度为1mm厚；

3滑丝7-2：表面镀金的铜银复合材料，长35mm,截面0.5mm

4环动轴5：由绝缘材料制成，滑环槽5-1-3-1宽度为1mm。

一种可自主旋转切换多路信号的装置的实现方法，步骤如下：

步骤1.将圆形连接器11与外部测试设备或测试仪器仪表通过线缆连接；

步骤2.将数个微矩形电连接器6与外部待测的产品通过线缆连接，每个微矩形电连接器6对应一个待测的产品构成工位1至工位N；

步骤3.通过控制盒1上的电源开关1-1打开控制盒电源，通过工位选择按钮1-6选择好要测试产品所在的工位1编号，按动工位选择按钮1-6时对应的工位选择按钮指示灯1-5会点亮，工位显示数码管1-3会显示所选择的工位号，然后按确定按钮1-2后，单片机MCU通过电机控制电路控制步进电机10开始旋转，步进电机10通过齿轮副9和齿轮5-4的配合带动滑环动轴5旋转，同时到位检测及指示电路通过电路板7上的到位反馈信号检测是否旋转到设置的工位，当旋转到所设置的工位后，即，滑环动轴5上的固定座5-3旋转到与微矩形电连接器6工位1相连接的电路板7时，其电路板7上的滑丝7-2弧形勾7-2-1与动轴主体5-1固定座5-3数条槽5-3-2-1中卡装的接触片5-2接触配合，到位指示灯1-4就会点亮，同时控制步进电机10停止转动，此时就构成了测试设备、圆形连接器11、微矩形电连接器6、要测试的产品形成的信号链路，测试设备就能够对工位1要测试的产品进行测试；

步骤4.按照上述步骤3依次完成工位2至工位N要测试的产品进行测试；

或，完成步骤1和步骤2的步骤后，将控制盒上的通讯接口1-8与外部计算机或控制设备通过通讯线缆连接；

步骤3.外部计算机或控制设备通过通讯线缆按照通讯协议进行远程控制实现代替手动按钮进行操作，最终构成测试设备、圆形连接器11、微矩形电连接器6、要测试的产品形成的信号链路，测试设备就能够对所选择的工位上的产品进行测试。

通讯协议可采用标准的RS232或RS485或USB或TCP/IP通讯协议。

待测的产品为各种民用产品中的电路板组件、各种民用产品中的整机、导弹某个舱段部件或功能单板等。

外部测试设备或测试仪器仪表为数字万用表、计数器、可编程电源、示波器、频谱仪、矢量网络分析仪、电子负载、失真度测试仪、绝缘电阻测试仪、耐压测试仪等。