一种多功能数显式测电笔电路及其装置

技术领域

本发明涉及一种多功能数显式测电笔电路及其装置，属于电工领域。

背景技术

目前市面上出现的感应式测电笔是根据电场感应原理进行工作的。在不需要拨开导线绝缘层的情况下就能够测量带电体，极大方便了电力操作人员的工作。但是，目前的感应式测电笔大多采用指示灯显示，不能直接显示测出的电压的强弱，电力操作人员无法直观了解带电体的带电情况，对安全操作造成一定影响。

再者，对于专业的设备维护及检修人员而言，掌握负载通电以后的工作情况比判断负载有没有通电更加重要。目前通常采用测试负载的电流情况来了解功耗是否正常，常用的测试仪表通常选用钳形电流表，由于测量时必须夹住单条电源线，在窄小的空间或电源线不便分开的场合，都给测量带来很大的麻烦。如果测试的是直流电流则需选用有直流电流测量功能的钳形表，价格相对也比较昂贵，如果通过测电笔能够对通过导线的电流大小和通电负载的工作电流有个初步的了解，显然可以达到事半功倍的效果。

磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质，它具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、电磁炉、微波炉、收音机以至加速器、热核聚变装置、等无不与磁现象有关，通过对磁场的测量有助于了解各种电器的工作情况，还有较强的电磁辐射对人体是有害的，专业的磁场强度测试仪价格昂贵，难于被大众所接受，通过价格低廉的测电笔能够对用电设备及周围环境的电磁辐射有更多的了解，更容易得到普及利用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多功能数显式测电笔电路，其不仅可以非接触测量交流电压，也可以测量磁场，且在测量时能够指示信号的强弱。

本发明技术方案一如下：

一种多功能数显式测电笔电路，包括：包含感应极片的交流电压检测电路、模数转换芯片U1、按钮控制电路、显示屏、电源供给电路，所述交流电压检测电路电连接所述模数转换芯片U1，所述交流电压检测电路将采集到的交流电压信号输入至所述模数转换芯片U1，所述模数转换芯片U1电连接所述显示屏，所述模数转换芯片U1对所述交流电压信号处理后，根据交流电压信号的强度，控制显示屏指示交流电压信号的强弱，所述按钮控制电路电连接所述模数转换芯片U1，所述按钮控制电路输出按钮信号至所述模数转换芯片U1，所述模数转换芯片U1识别所述按钮信号并执行与该按钮信号相对应的操作，所述电源供给电路为模数转换芯片U1提供工作电源。

更优地，所述测电笔电路还包括磁场检测电路，所述模数转换芯片U1为磁场检测电路提供电源激励并接收磁场检测电路输出的电压信号，所述模数转换芯片U1根据电压信号判断磁场强弱，同时控制显示屏指示磁场信号的强弱。

更优地，所述模数转换芯片U1包括构成ADC差分输入的引脚1和引脚2，能够输出电源激励的引脚3，输出控制信号的引脚9，引脚9输出的信号用于控制所述磁场检测电路的开启和关闭；所述磁场检测电路包括一NPN三极管Q3，一PNP三极管Q4，一稳压管DZ1，一电阻R15，一霍尔元件H1，一可调电阻VR1，所述NPN三极管Q3的基极连接所述模数转换芯片U1的引脚9，所述NPN三极管Q3的集电极连接所述PNP三极管Q4的基极，所述PNP三极管Q4的集电极连接所述稳压管DZ1的输入端，所述PNP三极管Q4的发射极连接所述模数转换芯片U1的引脚3，所述稳压管DZ1的输出端提供稳定的电压VDD1，所述稳压管DZ1的输出端分别连接霍尔元件H1的第一电源端和所述可调电阻VR1的一固定端，所述霍尔元件H1的第二电源端连接所述可调电阻VR1的滑动端，所述霍尔元件H1的第二电源端还连接所述模数转换芯片U1的引脚1，所述霍尔元件H1的信号输出端连接所述模数转换芯片U1的引脚2，所述可调电阻VR1的另一固定端接地。

更优地，所述交流电压检测电路包括一非接触交流电压感应电极片NCV，一电阻R1和一电阻R4；所述非接触交流电压感应电极片NCV串联所述电阻R4后连接所述模数转换芯片U1的引脚8，所述引脚8为数字I/O接口，所述非接触交流电压感应电极片NCV还串联所述电阻R1后接地。

更优地，所述模数转换芯片U1内设有显示屏驱动模块，通过模数转换芯片U1上的数字I/O接口与所述显示屏连接，驱动所述显示屏显示信息。

更优地，所述模数转换芯片U1为20位ADC模数转换芯片U1，其型号为SD8020M。

所述按钮控制电路包括电源开关按钮K1和功能选择按钮K2，所述电源开关按钮K1和功能选择按钮K2分别连接所述模数转换芯片U1的一数字I/O接口。

更优地，所述测电笔电路还包括声光告警电路，所述电源供给电路为声光告警电路供电，所述声光告警电路包括按键灵敏度指示灯LED1、告警指示灯LED2、开机背光指示灯D2、交流电压强电信号背光指示灯D3、蜂鸣器BUZZ以及NPN三极管Q2，所述按键灵敏度指示灯LED1、开机背光指示灯D2和交流电压强电信号背光指示灯D3的一端均接地，另一端分别一一对应连接所述模数转换芯片U1的一数字I/O接口，所述告警指示灯LED2和所述蜂鸣器BUZZ串联后，一端连接所述电源供给电路，另一端连接所述NPN三极管Q2的集电极，所述NPN三极管Q2的基极连接所述模数转换芯片U1的另一数字I/O接口，所述NPN三极管Q2的发射极极接地。

更优地，所述测电笔电路还包括LED照明电路，所述电源供给电路为LED照明电路供电，所述LED照明电路包括一升压芯片IC1和照明灯LED3，所述升压芯片IC1的使能端连接所述模数转换芯片U1的一数字I/O接口，所述升压芯片IC1的输出端连接所述照明灯LED3后接地。

本发明还提供一种多功能数显式测电笔装置。

一种多功能数显式测电笔装置，包括笔壳和技术方案一中所述的一种多功能数显式测电笔电路，所述测电笔电路设置于所述笔壳内；所述笔壳包括笔头和笔身，所述笔身包括操作区域和握持区域，所述操作区域设有所述测电笔电路的显示屏和按钮控制电路中的按钮，所述笔头的端部设有所述交流电压检测电路中的感应极片。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明一种多功能数显式测电笔电路及其装置，采用声光告警且能够在显示屏上指示检测到的信号强弱，例如用多条进度条对被测交流电压或磁场进行刻度，测试者能对所信号强度做出快速准确的判断，达到事半功倍的效果。

2、本发明一种多功能数显式测电笔电路及其装置有高低灵敏度可供选择，可覆盖较大的测量范围，满足不同场合的测试需要。

3、本发明一种多功能数显式测电笔电路及其装置，只需增加少量器件即可使产品增加磁场检测功能，有较高的性价比。

4、本发明一种多功能数显式测电笔电路及其装置，选用(SD8020M)20位ADC模数转换芯片U1，具有LCD驱动模块，并有ADC差分输入端和ADC的模拟信号输入端，可同时满足交流电压和磁场的测试需要，电路简单且容易达到预期的效果。

附图说明

图1是本发明一种多功能数显式测电笔电路的电路原理方框图；

图2是本发明一种多功能数显式测电笔电路的电路原理图；

图3是本发明一种多功能数显式测电笔电路的磁场检测电路原理图；

图4是本发明一种多功能数显式测电笔电路的声光告警电路原理图；

图5是本发明一种多功能数显式测电笔电路的LED照明电路原理图；

图6是本发明一种多功能数显式测电笔电路的显示屏显示效果图。

图7本发明一种多功能数显式测电笔装置的产品结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一

请参阅图1，一种多功能数显式测电笔电路，包括：包含感应极片的交流电压检测电路、模数转换芯片U1、按钮控制电路、显示屏、电源供给电路，所述交流电压检测电路电连接所述模数转换芯片U1，所述交流电压检测电路将采集到的交流电压信号输入至所述模数转换芯片U1，所述模数转换芯片U1电连接所述显示屏，所述模数转换芯片U1对所述交流电压信号处理后，根据交流电压信号的强度，控制显示屏指示交流电压信号的强弱，所述按钮控制电路电连接所述模数转换芯片U1，所述按钮控制电路输出按钮信号至所述模数转换芯片U1，所述模数转换芯片U1识别所述按钮信号并执行与该按钮信号相对应的操作，所述电源供给电路为模数转换芯片U1提供工作电源。较优地，所述显示屏选用LCD液晶显示屏。

该测电笔电路能够实现通过显示屏指示交流电压的强弱，使测试者能对所信号强度做出快速准确的判断，达到事半功倍的效果

以采用20位ADC模数转换芯片SD8020M为例具体说明本发明的实施过程。

请参阅图2，所述模数转换芯片U1中设有LCD驱动模块，模数转换芯片U1引脚1为AIP，引脚2为AIN，二者构成ADC差分输入端，模数转换芯片U1的引脚3为AVVDDR，其可以为外部传感器提供电源激励，模数转换芯片U1的引脚6为数字I/O P20，可以作为外部中断0使用，模数转换芯片U1的引脚7为数字I/O P21，可以作为外部中断1使用，模数转换芯片U1的引脚8为数字I/O P22，可以与电源供给电路的负端V-组合作为ADC的模拟信号输入或参考电压输入，还作外部电压检测输入用，模数转换芯片U1的引脚9为数字I/O P23，模数转换芯片U1的引脚15为数字I/O P25，可以作为蜂鸣器输出，模数转换芯片U1的引脚16～引脚27为数字I/O P47-40，P37-34，可以作为液晶显示屏的SEG11-0使用，模数转换芯片U1的第28～31脚为数字I/O P33-30，可以作为液晶显示屏的COM3-0使用。

在本实施例中，如图2所示，所述电源供给电路为电池BATT，可采用2粒1.5V电池给产品供电，电池BATT的负端V-作为接地端，也作为公共地端。电池BATT的正极作为电源VDD与模数转换芯片U1的引脚4升压芯片IC1的引脚5相连接，当产品没操作5分钟后可自动关机，产品进入睡眠模式，以便节省工作电源。

如图2所示，所述交流电压检测电路包括一非接触交流电压感应电极片NCV，一电阻R1和一电阻R4；所述非接触交流电压感应电极片NCV串联所述电阻R4后连接所述模数转换芯片U1的引脚8，所述引脚8为数字I/O接口，所述非接触交流电压感应电极片NCV还串联所述电阻R1后接地。所述非接触交流电压感应电极片可由镀镍黄铜板构成。所述电阻R1可用于测试灵敏度调节，R1阻值越大灵敏度越高。

在测电笔电路中还可以增加磁场检测电路，使测电笔具备磁场检测功能，并通过显示屏指示磁场的强弱。所述模数转换芯片U1为磁场检测电路提供电源激励并接收磁场检测电路输出的电压信号，所述模数转换芯片U1根据电压信号判断磁场强弱，同时控制显示屏指示磁场信号的强弱。如图3所示，所述模数转换芯片U1的引脚9用于输出控制信号控制所述磁场检测电路的开启和关闭；所述磁场检测电路包括一NPN三极管Q3，一PNP三极管Q4，一稳压管DZ1，一电阻R15，一霍尔元件H1，一可调电阻VR1，在本实施例中，所述霍尔元件H1选用HW-108A。所述NPN三极管Q3的基极连接所述模数转换芯片U1的引脚9，所述NPN三极管Q3的集电极连接所述PNP三极管Q4的基极，所述PNP三极管Q4的集电极连接所述稳压管DZ1的输入端，所述PNP三极管Q4的发射极连接所述模数转换芯片U1的引脚3，所述稳压管DZ1的输出端提供稳定的电压VDD1，所述稳压管DZ1的输出端分别连接霍尔元件H1的第一电源端(即图3中霍尔元件H1的引脚1)和所述可调电阻VR1的一固定端，所述霍尔元件H1的第二电源端(即图3中霍尔元件H1的引脚4)连接所述可调电阻VR1的滑动端，所述霍尔元件H1的第二电源端还连接所述模数转换芯片U1的引脚1，所述霍尔元件H1的信号输出端(即图3中霍尔元件H1的引脚2)连接所述模数转换芯片U1的引脚2，所述可调电阻VR1的另一固定端接地。图3中，在NPN三极管Q3的基极串联一偏置电阻R13，在PNP三极管Q4的基极串联一偏置电阻R14，在稳压管DZ1输出端串联一滤波电容C4然后接地，这些元器件的实施方式为本领域的惯用技术。在霍尔元件H1的第一电源端串联一电阻R15，以及在可调电阻VR1的两固定端和滑动端串联电阻R18、R17和R16，使霍尔元件H1的引脚1和引脚3处的电压值满足设计需求，其为本领域的惯用技术手段，也才采用其他的电阻组合设计方式以满足霍尔元件H1的电气要求或整理电路设计需求。当测电笔选择磁场测量模式时，模数转换芯片U1的引脚9输出高电平，模数转换芯片U1的引脚3输出一个2.4V的电压，经稳压管DZ1稳压后，给霍尔元件H1提供一个稳定的工作电压，根据通有电流的导线会产生的磁场，所产生的磁场强度和电流成正比,和距离成反比，其公式是：B＝KI/d，式中：B为磁场强度；K为已知系数；I为电流强度；d为到直导线的距离。霍尔效应原理：将通有电流的导体置于磁场中，且磁场垂直于电流的方向，则在导体中垂直于磁场和电流方向上产生一个横向电位差VH。利用霍尔元件即可对感应到的磁场强度进行测试，由于霍尔元件存在不等位电势，会对测量结果产生影响，所以需要对不等位电势进行补偿。调节VR1可使B＝0的时候，VH＝0，霍尔元件H1选用HW-108A时，当磁场强度B＝50mT时，霍尔的供电电压Vc＝1V时，霍尔元件的输出电压VH可高达320mV，可确保选择高灵敏度测量时较微弱的磁场强度也可正常测量。

如图2所示，所述按钮控制电路包括电源开关按钮K1和功能选择按钮K2，所述电源开关按钮K1和功能选择按钮K2分别连接所述模数转换芯片U1的一数字I/O接口。具体地，电源开关按钮K1一端接模数转换芯片U1的引脚6，另一端接地，该电源开关按钮按钮K1用于做电源及蜂鸣器告警声开关，长按2秒用于开启或关闭电源，短按一下用于开启或关闭蜂鸣器告警声及告警指标灯.功能选择按钮K2一端接模数转换芯片U1的引脚7，另一端与接地，用于高低灵敏度及交流电压或磁场测量功能选择。

所述测电笔电路还包括声光告警电路，所述电源供给电路为声光告警电路供电。如图4所示，所述声光告警电路包括按键灵敏度指示灯LED1、告警指示灯LED2、开机背光指示灯D2、交流电压强电信号背光指示灯D3、蜂鸣器BUZZ以及NPN三极管Q2，所述按键灵敏度指示灯LED1、开机背光指示灯D2和交流电压强电信号背光指示灯D3的一端均接地，另一端分别一一对应连接所述模数转换芯片U1的一数字I/O接口，所述告警指示灯LED2和所述蜂鸣器BUZZ串联后，一端连接所述电源供给电路，另一端连接所述NPN三极管Q2的集电极，所述NPN三极管Q2的基极连接所述模数转换芯片U1的另一数字I/O接口，所述NPN三极管Q2的发射极极接地。具体地，所述模数转换芯片U1的引脚15与电阻R9相连接，电阻R9的另一端与NPN三极管Q2的基极相连接，NPN三极管Q2的集电极分别与蜂鸣器BUZZ的一脚及告警指标灯LED2的阴极相连接，蜂鸣器BUZZ的另一脚与电阻R10相连接，电阻R10的另一脚与电源VDD(供电电池的正极)相连接，NPN三极管Q2的发射极接地，告警指示灯LED2的阳极与电阻R12相连接，电阻R12的另一脚与电源VDD相连接，模数转换芯片的引脚18与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与按键灵敏度指标灯LED1的阳极相连接，按键灵敏度指标灯LED1的阴极接地，模数转换芯片U1的引脚17与电阻R7的一端相连接，电阻R7的另一端与开机背光指标灯D2的阳极相连接，开机背光指示灯D2的阴极接地，所述开机背光指示灯D2一般选用绿色。模数转换芯片U1的引脚16与电阻R8的一端相连接，电阻R8的另一端与交流电压强电信号背光指示灯D3的阳极相连接，交流电压强电信号背光指示灯D3的阴极接地。交流电压强电信号背光指示灯D3一般选用红色。当测电笔测到交流电压时，红色告警信号灯LED2的闪烁速度会随着感应到的电压信号强度变快或变慢，蜂鸣器的嘀嘀提示音同步变快或变慢，当测电笔探测到静态磁场时则红色告警信号灯LED2长亮，蜂鸣器长鸣，探测到动态磁场时则红色告警信号灯LED2灯闪烁蜂鸣器间歇鸣叫，在进行电流测试时，可由此判断是直流成份还是交流成份，开机时绿色开机背光指示灯D2亮，当仪器感应到足够强的交流电压信号时，背光会由绿色变为红色，即交流电压强电信号背光指示灯D3亮，绿色开机背光指示灯D2灭。

所述测电笔电路还包括LED照明电路，所述电源供给电路为LED照明电路供电，所述LED照明电路包括一升压芯片IC1和照明灯LED3，所述升压芯片IC1的使能端连接所述模数转换芯片U1的一数字I/O接口，所述升压芯片IC1的输出端连接所述照明灯LED3后接地。具体地，如图5所示，模数转换芯片U1的引脚19分别与电阻R20及升压芯片IC1(电荷泵升压DC-DC转换器)的引脚3相连接，电阻R20的另一端接地，升压芯片IC1的引脚5与电源VDD相连接，升压芯片IC1的引脚2接地。升压芯片IC1的引脚4与电容C7的一端相连接，升压芯片IC1的引脚6与电容C7的另一端相连接，升压芯片IC1的引脚1输出3.3V的电压，分别与电容C6及电阻R11的一端相连接，电容C6的另一端接地，电阻R11的另一端与LED照明灯LED3的阳极相连接，照明灯LED3的阴极接地。

所述显示屏的显示符号如图6所示，选择低灵敏度测量时显示屏显示“LOW”符号，选择高灵敏度测量时显示屏显示“HiS”符号，选择交流电压测量时显示屏显示“AC”符号，当探测到的交流电压强度足够强的时候显示屏同时显示

实施例二

如图7所示，一种多功能数显式测电笔装置，包括笔壳和实施例一所述的多功能数显式测电笔电路，所述测电笔电路设置于所述笔壳1内，所述笔壳1包括笔头11和笔身12，所述笔身12包括操作区域121和握持区域122，所述操作区域121设有所述测电笔电路的显示屏3和按钮控制电路中的按钮4，所述笔头11的端部设有所述交流电压检测电路中的感应极片5。

本发明本发明一种多功能数显式测电笔电路及其装置，不仅能够检测交流信号强弱还能检测磁场强弱，采用声光告警且能够在显示屏上指示检测到的信号强弱，测试者能对所信号强度做出快速准确的判断，达到事半功倍的效果。同时本发明测电笔还具有有高低灵敏度可供选择，可覆盖较大的测量范围，满足不同场合的测试需要。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。