專利名稱：一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置及方法，適用于需要對開關(guān)通斷狀態(tài)進(jìn)行檢測的一般情況，屬于開關(guān)量信號的無源隔離檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開關(guān)信號是一種靜態(tài)狀態(tài)下的信號，與模擬信號不同的是，開關(guān)信號的信號變化不連續(xù)，只有O、I兩種狀態(tài)，是一種跳躍型的信號，故又稱之為脈沖信號，但其具有較好的抗干擾能力，所以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子技術(shù)信號處理中。在一般的工業(yè)現(xiàn)場中，距離較遠(yuǎn)的電氣設(shè)備、儀表、控制系統(tǒng)等之間進(jìn)行的信號傳輸往往存在著各類干擾，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至是誤操作。因此，在實際的測控系統(tǒng)應(yīng)用中，針對開關(guān)信號的狀態(tài)檢測，為了避免現(xiàn)場的干擾信號串入到系統(tǒng)中來，需要將開關(guān)通斷信號與電源進(jìn)行隔離。目前常用的信號隔離技術(shù)主要分為磁隔離與光隔離兩大類，具體的應(yīng)用總的來講可以大致分為兩種情況:一、開關(guān)量信號采用光隔離；二、模擬量信號采用磁隔離。

光隔離在信號隔離上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，常由光耦器件及其外圍電路組成。光耦合器能夠?qū)崿F(xiàn)信號的單向傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，傳輸效率高，適用于數(shù)字信號的隔離，但其主要缺點(diǎn)在于功耗比較大，且不能實現(xiàn)無源隔離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有的開關(guān)信號隔離檢測技術(shù)的不足，消除對電源的依賴性，在無源情況下實現(xiàn)對開關(guān)通斷狀態(tài)的隔離檢測。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置，包括信號發(fā)生器、適配電阻、單相變壓器、交流電壓表、待檢測開關(guān)，其中，所述信號發(fā)生器用于提供正弦交流信號源，該正弦交流信號源經(jīng)適配電阻輸出給單相變壓器；所述交流電壓表并聯(lián)于單相變壓器的一次側(cè)，并且與所述單相變壓器的一次側(cè)共接地；所述單相變壓器的二次側(cè)與待測開關(guān)并聯(lián)連接，待測開關(guān)的兩端與外圍電路連接。作為本發(fā)明的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述信號發(fā)生器提供一振幅、頻率固定的正弦交流信號。作為本發(fā)明的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述適配電阻用于調(diào)整信號發(fā)生器輸出給單相變壓器的電壓，其電阻值大小根據(jù)變壓器參數(shù)進(jìn)行適配選擇。本發(fā)明還提出一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置的檢測方法，利用單相變壓器空載及短路時的電磁效應(yīng)，將開關(guān)通斷信號的狀態(tài)變化轉(zhuǎn)化為單相變壓器空載及短路時的典型電路情況，采用交流電壓表監(jiān)測單相變壓器一次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測出待測開關(guān)的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)開關(guān)通斷狀態(tài)的隔離檢測。
進(jìn)一步的，一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置的檢測方法，所述采用交流電壓表監(jiān)測單相變壓器一次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測出待測開關(guān)的通斷狀態(tài)具體表現(xiàn)為:
當(dāng)待測開關(guān)斷開時，單相變壓器的二次側(cè)空載，信號發(fā)生器輸入的電壓全部用于單相變壓器的一次側(cè)的功率消耗，單相變壓器的一次側(cè)兩端電壓為分壓后的電壓值；
當(dāng)待測開關(guān)閉合時，單相變壓器的二次側(cè)短路，由于單相變壓器的短路阻抗非常小，故而交流電壓表所測得單相變壓器的一次側(cè)兩端電壓值有明顯減??；
從觀察交流電壓表的示數(shù)變化即可知此時待測開關(guān)是處于斷開或者閉合狀態(tài)。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明利用開關(guān)通斷信號的信號特性，通過電路等效來實現(xiàn)其信號的隔離檢測，系統(tǒng)功耗低且脫離光耦器件的束縛。同時在解決原有問題的基礎(chǔ)上實現(xiàn)無源隔離，減小干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性，充分滿足現(xiàn)場實際測量的需要。


圖1是本發(fā)明的原理框圖。圖中標(biāo)號:1:信號發(fā)生器；2:適配電阻；3:單相變壓器；4:待檢測開關(guān)；5:交流電壓表；6:公共地。圖2是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)斷開時的電路等效圖。圖3是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)斷開時的電路簡化圖。圖4是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)閉合時`的電路等效圖。圖5是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)閉合時的電路簡化圖。圖6是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)斷開及閉合時變壓器一次側(cè)兩端的理想電壓變化圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，本發(fā)明的開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測電路組成包括:信號發(fā)生器1、適配電阻
2、單相變壓器3、待測開關(guān)4、交流電壓表5。其中:
信號發(fā)生器1，為系統(tǒng)提供正弦交流信號源。適配電阻2，選用適合電路的電阻值，主要用于限制信號源輸出給單相變壓器的電壓，既保證單相變壓器3的正常工作又不致使變壓器中電流過大，損壞變壓器。單相變壓器3，是系統(tǒng)的核心，利用其空載和短路時的電磁效應(yīng)，實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)檢測。待測開關(guān)4,與相關(guān)外圍電路連接。交流電壓表5，主要用于測量單相變壓器3 —次側(cè)的兩端電壓值，與單相變壓器3一次側(cè)接公共地6。具體實施時，當(dāng)待測開關(guān)4處于斷開狀態(tài)時，把具有電磁效應(yīng)的變壓器用一個等效電路來代替，如圖2所示。變壓器二次側(cè)斷路，變壓器處于空載狀態(tài)，此時一次側(cè)中的電
流h即為激磁電流4，變壓器無功
率輸出，所以交流信號源輸出給變壓器的電壓全部用于變壓器內(nèi)部消耗，又一次側(cè)漏阻抗,電感石 <<拽,所以一次側(cè)漏阻抗Z1 =可忽略不計，電路簡化為如圖3
所示，因此交流電壓表所測得的電壓值為激磁阻抗4=&+兄《與適配電阻R分壓后的值。當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，同樣將變壓器用一個等效電路代替，如圖4所示，變壓器二次側(cè)短路，變壓器處于短路狀態(tài)，交流信號源輸出給變壓器的電壓用于克服變壓器內(nèi)部的漏阻抗壓降，變壓器內(nèi)的主磁通很小，因此激磁阻抗4可忽略不計，電路
簡化為如圖5所不，其中電阻& = 1^i +- ，電感4 = +^-2，又變壓器此時的短路阻抗
4 =非常小，而短路電流為額定值，所以交流電壓表所測得的短路電壓與之前測
得的電壓相比，有明顯的壓降差。因此，根據(jù)不同開關(guān)狀態(tài)下電壓表所測得的不同電壓值就可檢測出對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，所測電壓在理想 情況下的波形如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置，其特征在于:包括信號發(fā)生器(I)、適配電阻(2)、單相變壓器(3)、交流電壓表(5)、待檢測開關(guān)(4)，其中，所述信號發(fā)生器(I)用于提供正弦交流信號源，該正弦交流信號源經(jīng)適配電阻(2)輸出給單相變壓器(3);所述交流電壓表(5)并聯(lián)于單相變壓器(3)的一次側(cè)，并且與所述單相變壓器(3)的一次側(cè)共接地；所述單相變壓器(3)的二次側(cè)與待測開關(guān)(4)并聯(lián)連接，待測開關(guān)(4)的兩端與外圍電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置，其特征在于:所述信號發(fā)生器(I)提供一振幅、頻率固定的正弦交流信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置，其特征在于:所述適配電阻(2)用于調(diào)整信號發(fā)生器(I)輸出給單相變壓器(3)的電壓，其電阻值大小根據(jù)變壓器參數(shù)進(jìn)行適配選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置的檢測方法，其特征在于: 利用單相變壓器(3)空載及短路時的電磁效應(yīng)，將開關(guān)通斷信號的狀態(tài)變化轉(zhuǎn)化為單相變壓器(3)空載及短路時的典型電路情況，采用交流電壓表(5)監(jiān)測單相變壓器(3)—次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測出待測開關(guān)(4)的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)開關(guān)通斷狀態(tài)的隔離檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置的檢測方法，其特征在于:所述采用交流電壓表(5)監(jiān)測單相變壓器(3) —次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測出待測開關(guān)(4)的通斷狀態(tài)具體表現(xiàn)為: 當(dāng)待測開關(guān)(4)斷開時，單相變壓器(3)的二次側(cè)空載，信號發(fā)生器(I)輸入的電壓全部用于單相變壓器(3)的一次側(cè)的功率消耗，單相變壓器(3)的一次側(cè)兩端電壓為分壓后的電壓值； 當(dāng)待測開關(guān)(4)閉合時，單相變壓器(3)的二次側(cè)短路，由于單相變壓器(3)的短路阻抗非常小，故而交流電壓表(5)所測得單相變壓器(3)的一次側(cè)兩端電壓值有明顯減小； 從觀察交流電壓表(5)的示數(shù)變化即可知此時待測開關(guān)(4)是處于斷開或者閉合狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測裝置及方法，包括信號發(fā)生器(1)、適配電阻(2)、單相變壓器(3)、交流電壓表(5)、待檢測開關(guān)(4)，其中信號發(fā)生器(1)將正弦交流信號源經(jīng)適配電阻(2)輸出給單相變壓器(3)的一次側(cè)；單相變壓器(3)的二次側(cè)與待測開關(guān)(4)并聯(lián)連接。本發(fā)明的檢測方法將開關(guān)信號的狀態(tài)變化轉(zhuǎn)化為單相變壓器空載及短路時的典型電路情況，利用交流電壓表(5)監(jiān)測單相變壓器(3)一次側(cè)兩端的電壓大小變化，即可檢測出待測開關(guān)的狀態(tài)。本發(fā)明利用開關(guān)信號的信號特性，通過電路等效來實現(xiàn)其信號的隔離檢測，系統(tǒng)功耗低且脫離光耦器件的束縛，可靠性得到提高，適用于一般的開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測的現(xiàn)場需求。
文檔編號G01R31/327GK103235256SQ20131011716
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者周金陵, 顧倩, 周林燕, 王曉惠, 褚澤帆, 王東, 盧苗, 汪興岳 申請人:河海大學(xué)