CN103995158A - 一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，包括中央处理器模块、断线检测模块、信号发生模块、信号注入模块、信号检测模块、按键输入模块、运行与故障指示模块、存储模块、通讯模块和电源模块，所述的断线检测模块、信号发生模块、信号检测模块、按键输入模块、运行与故障指示模块、存储模块和通讯模块分别与中央处理模块连接，所述的信号注入模块分别连接信号发生模块和信号检测模块，所述的电源模块为其他各个模块提供电源。与现有技术相比，本发明可根据医疗隔离电源系统状况自适应调节故障定位信号参数，并且运行可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号发生器，尤其是涉及一种新型医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器。
背景技术
近年来，随着电子医疗设备的大量应用，医疗场所的电气安全问题越来越受到人们的重视，我国也相继出台了相关的标准和规范，要求在重要的医疗2类场所要采用隔离电源系统(即局部IT系统)供电，并配置绝缘监测装置来实时监测系统的绝缘状况。当系统发生绝缘故障时，为了及时发现并排查故障回路，有些隔离电源系统还装设绝缘故障定位系统。
信号发生器是绝缘故障定位系统中的主要装置之一，用于当隔离电源系统发生绝缘故障时，产生并向系统注入故障定位检测信号。目前市场上流行的医疗隔离电源系统绝缘故障定位用信号发生器，普遍存在技术陈旧，硬件平台落后，信号启动慢，信号的参数不能自适应调整等缺点。如果被监测的隔离电源系统对地泄露电容较大，流经故障定位传感器的检测信号过小而不被引起响应，就会影响故障定位的准确性，从而使装设的故障定位装置失去作用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可根据医疗隔离电源系统状况自适应调节故障定位信号参数的医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，用于故障定位检测信号的产生，该信号发生器与绝缘故障定位仪配合使用，共同实现绝缘故障定位，所述的信号发生器包括中央处理器模块、断线检测模块、信号发生模块、信号注入模块、信号检测模块、按键输入模块、运行与故障指示模块、存储模块、通讯模块和电源模块，所述的断线检测模块、信号发生模块、信号检测模块、按键输入模块、运行与故障指示模块、存储模块和通讯模块分别与中央处理模块连接，所述的信号注入模块分别连接信号发生模块和信号检测模块，所述的电源模块为其他各个模块提供电源；
当通讯模块接收到启动命令后启动，中央处理器模块控制信号发生模块产生故障定位检测信号，并通过信号注入模块将该故障定位检测信号注入到医疗隔离电源系统中，同时中央处理模块通过信号检测模块采样注入的故障定位检测信号，计算故障定位检测信号受医疗隔离电源系统的影响量，进行自适应控制，使信号发生模块输出的故障定位检测信号满足绝缘故障定位的要求。
中央处理器模块对故障定位检测信号进行自适应控制的具体过程为：
1)中央处理模块通过信号检测模块采集注入到医疗隔离电源系统内的故障定位检测信号的电流；
2)根据信号发生模块产生的故障定位检测信号的电压相位，计算出故障定位检测信号受医疗隔离电源系统影响所产生的相位差；
3)由该相位差和故障定位检测信号的电流得出医疗隔离电源系统内的故障定位检测信号的容性电流分量和阻性电流分量；
4)判断阻性电流分量的有效值是否大于绝缘故障定位仪的响应值，若为是，则满足绝缘故障定位的要求；若为否，则控制信号发生模块，使其产生的故障定位检测信号的电压增大，并返回步骤1)。
所述的运行与故障指示模块包括3路双色LED灯。
所述的通讯模块采用基于CANOpen协议的CAN通讯电路或者基于Modbus-RTU协议的RS485通讯电路。
中央处理器模块采用32位的处理器。
所述的电源模块的输出电压为5V或3.3V。
与现有技术相比，本发明采用了32位高性能的处理器芯片，该芯片的特点是主频高达72MHz，具有丰富的片内外设，可简化外围电路的设计，提高产品的可靠性，产品设计对产生的注入隔离电源系统的信号进行检测，并根据不同隔离电源系统对信号的影响情况及时调整信号的参数，从而能保证检测信号的有效性，提高了故障定位的准确度和可靠性，此外通过设置断线检测模块，可以随时监测接线状况，保证了系统运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，用于故障定位检测信号的产生，该信号发生器与绝缘故障定位仪配合使用，共同实现绝缘故障定位，包括用于控制其它模块的中央处理器模块1，用于给其它模块提供电源的电源模块2，用于检测与隔离电源系统接线状况的断线检测模块3，用于产生检测故障定位信号的信号发生模块4，用于向隔离电源系统注入信号的信号注入模块5，采集信号的信号检测模块6，手动启动信号发生的按键输入模块7，用于显示设备运行状况的运行与故障指示模块8，用于对外进行数据交换的通讯模块9，和对配置参数进行掉电保存的存储模块10。断线检测模块3、信号发生模块4、信号检测模块6、按键输入模块7、运行与故障指示模块8、存储模块10和通讯模块9分别与中央处理模块1连接，信号注入模块5分别连接信号发生模块4和信号检测模块6，电源模块2为其他各个模块提供5V或者3.3V的电源。通讯模块可以采用基于CANOpen协议的CAN通讯电路，也可以采用基于Modbus-RTU协议的RS485通讯电路。
中央处理器模块1是装置的核心，采用基于Cortex-M3内核的32位处理器芯片。该芯片主频高，片内外设丰富，简化了硬件设计。中央处理器模块1用于控制产生故障定位信号，并对产生的信号进行采样，根据采样结果自适应的调整控制量，以产生满足要求的故障定位检测信号。电源模块2将直流24V电压转化成5V和3.3V电压，为各模块提供合适的供电电源。信号发生模块4主要是在中央处理器模块的控制下，产生幅值和频率满足故障定位需求的信号，然后通过信号注入模块5，将信号注入到医疗隔离电源系统中。信号检测模块6对注入的故障定位检测信号进行采样，并调理成适当范围的电压信号，然后送入中央处理器模块1的ADC，由中央处理器模块1来计算所注入的信号受隔离电源系统对地泄露电容的影响后的阻性电流分量，并据此进行自适应控制调整输出，使信号发生模块4产生的信号满足故障定位的要求。
断线检测模块3用于实时检测信号发生器与隔离电源系统的接线状况，如果监测到接线断开，则立即通知中央处理器模块发出故障指示，该模块可有效保证故障定位系统运行的有效性和可靠性。按键输入模块7通过按键可以手动启动信号发生器来产生故障定位信号，此功能可以作为测试和调试用。运行和故障指示模块8包括了运行、通讯和故障指示3路双色LED灯，系统正常时，指示灯均为绿色，异常时，相应的指示灯变红。通讯模块9可实现该信号发生器与其它装置的数据交换。存储模块10用于存储系统的配置参数和校准参数，以及事件记录。
本发明的工作原理为：
当运行中的医疗隔离电源系统发生绝缘故障时，信号发生器通过通讯模块9接收到启动命令后启动，中央处理器模块1控制信号发生模块4产生故障定位检测信号，并通过信号注入模块5将信号注入到医疗隔离电源系统中。同时，中央处理器模块1通过信号检测模块6采样注入的信号，计算信号受隔离电源系统的影响量，并自适应的改变控制量，使信号发生模块4输出的信号满足绝缘故障定位要求。
中央处理器模块1中的整个自适应控制过程具体包括了一下几个步骤：
第一步，中央处理模块通过信号检测模块采集注入到医疗隔离电源系统内的故障定位检测信号的电流i＝Isin(α+φ)，其中I为电流的有效值。
第二步，根据信号发生模块产生的故障定位检测信号的电压u＝U sinα，计算出故障定位检测信号受医疗隔离电源系统影响所产生的相位差，即为φ。该相位差可以通过测量电流信号过零点的与电压信号过零点的时间差来计算，φ＝2π/(Δt/T)，其中，Δt为时间差，T为故障定位检测信号周期。
第三步，由于医疗隔离电源系统存在对地的泄露电容，因此故障定位检测信号的电流i＝Isin(α+φ)由容性电流分量iC＝ICsin(α+φ1)和阻性电流分量iR＝IRsin(α+φ2)两部分组成，其中IC和IR分别为容性电流分量和阻性电流分量的有效值。容性电流分量和阻性电流分量可以由该相位差和故障定位检测信号的电流得出。
由于容性电流分量的大小受医疗隔离电源系统的容量、分支数、负载等多个因素决定，不同的医疗隔离电源系统的容性电流分量也不一样，而绝缘故障定位仪检测的是阻性电流分量iR。如果阻性电流分量太小，小于绝缘故障定位仪的响应值，则绝缘故障定位仪无法检测到信号，就无法完成故障定位功能。因此阻性电流分量必须要大于绝缘故障定位仪的响应值。
第四步，判断阻性电流分量的有效值是否大于绝缘故障定位仪的响应值，若为是，则满足绝缘故障定位的要求；若为否，则通过中央处理器模块控制信号发生模块，使其产生的故障定位检测信号的电压增大，再返回第一步继续执行，使得医疗隔离电源系统内的故障定位检测信号的电流对应增大，来保证绝缘故障定位仪可以检测到该电流内的阻性电流分量，实现故障定位。
断线检测模块3实时检测信号发生器与医疗隔离电源系统的接线状况，当检测到断线故障时，则中央处理器模块1驱动运行与故障指示模块的故障红色指示灯，指示该故障，通知工作人员及时排查。中央处理器模块1可以通过通信模块9与其它装置进行数据交换，其它装置也可以根据需要该通讯模块向中央处理器模块发送启动或停止命令。配置参数被存储进存储模块8中，以保证了下次开机时系统的配置不会被改变。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，用于故障定位检测信号的产生，该信号发生器与绝缘故障定位仪配合使用，共同实现绝缘故障定位，其特征在于，所述的信号发生器包括中央处理器模块、断线检测模块、信号发生模块、信号注入模块、信号检测模块、按键输入模块、运行与故障指示模块、存储模块、通讯模块和电源模块，所述的断线检测模块、信号发生模块、信号检测模块、按键输入模块、运行与故障指示模块、存储模块和通讯模块分别与中央处理模块连接，所述的信号注入模块分别连接信号发生模块和信号检测模块，所述的电源模块为其他各个模块提供电源；
当通讯模块接收到启动命令后启动，中央处理器模块控制信号发生模块产生故障定位检测信号，并通过信号注入模块将该故障定位检测信号注入到医疗隔离电源系统中，同时中央处理模块通过信号检测模块采样注入的故障定位检测信号，计算故障定位检测信号受医疗隔离电源系统的影响量，进行自适应控制，使信号发生模块输出的故障定位检测信号满足绝缘故障定位的要求。
2.根据权利要求1所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，其特征在于，中央处理器模块对故障定位检测信号进行自适应控制的具体过程为：
1)中央处理模块通过信号检测模块采集注入到医疗隔离电源系统内的故障定位检测信号的电流；
2)根据信号发生模块产生的故障定位检测信号的电压相位，计算出故障定位检测信号受医疗隔离电源系统影响所产生的相位差；
3)由该相位差和故障定位检测信号的电流得出医疗隔离电源系统内的故障定位检测信号的容性电流分量和阻性电流分量；
4)判断阻性电流分量的有效值是否大于绝缘故障定位仪的响应值，若为是，则满足绝缘故障定位的要求；若为否，则控制信号发生模块，使其产生的故障定位检测信号的电压增大，并返回步骤1)。
3.根据权利要求1所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，其特征在于，所述的运行与故障指示模块包括3路双色LED灯。
4.根据权利要求1所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，其特征在于，所述的通讯模块采用基于CANOpen协议的CAN通讯电路或者基于Modbus-RTU协议的RS485通讯电路。
5.根据权利要求1所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，其特征在于，中央处理器模块采用32位的处理器。
6.根据权利要求1所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器，其特征在于，所述的电源模块的输出电压为5V或3.3V。
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