CN105548839A - 一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统及方法 - Google Patents

一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统及方法 Download PDF

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蔡笃思
陈俊
李俊
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张艾群
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing

Abstract

本发明公开了一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，包括电源模块、隔离模块、采集模块、处理模块、报警模块、开关模块和待测设备，电源模块、隔离模块、采集模块、处理模块和报警模块连接，开关模块与隔离模块、待测设备和处理模块连接，采集模块检测待测设备的绝缘性变化引起的电信号并发送给处理模块；处理模块将接收到的电信号转换成绝缘阻值并判断该阻值是否小于阈值，当该绝缘阻值小于阈值时，发出报警指令；当该绝缘阻值大于或等于阈值时，关闭开关并判断是否要检测下一路设备的绝缘阻值。本系统可在线多路实时检测水下待测设备的绝缘性，检测效率高。

Description

一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统及方法
技术领域
本发明涉及海洋设备检测领域，尤其涉及一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统及方法。
背景技术
对于大多数的海洋装备，由于舱体外壳直接与海水接触，因此舱体外壳与内部电路之间的绝缘性极其重要，一旦绝缘性下降，内部电路、舱体外壳、海水三者之间便构成了回路，容易导致金属外壳电化学腐蚀，甚至会造成短路，直接损坏设备。
因此对于海洋设备绝缘性的检测是极为重要的，造成绝缘性下降主要有三个方面的原因：一是设备漏水，主要由于密封不可靠引起的，尤其是在深海应用领域；二是设备安装不可靠，设备安装过程应保证内部电路与设备外壳之间保证足够的安全间距；三是设备内部泄漏电流增大，一旦泄漏电流增大或者由于设计不当形成的电击穿也会大大降低设备的绝缘性。
对于水下设备绝缘性的测量，传统的方法大多是采用离线测量法，在设备入水前，利用测量仪器对设备外壳与内部电极间的绝缘性进行测量，此方法有较大的局限性，因为有些设备只有一定的海水压力下或者一定的工作条件下，其绝缘性才会下降。同时，传统的测量方法均是单路监测，本发明利用电子开关阵列可以实现多路在线测量，大大提高了测量的效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，克服了传统的单路离线检测水下设备绝缘性存在的效率低问题。
本发明采用的技术手段如下：一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，包括电源模块、隔离模块、采集模块、处理模块、报警模块、开关模块和待测设备，电源模块、隔离模块、采集模块、处理模块和报警模块依次连接，开关模块分别与隔离模块、待测设备和处理模块连接，隔离模块用于将电源模块输出的电压转换成多路电压给采集模块供电；采集模块用于检测待测设备外壳与内部电路的绝缘性变化引起的电压信号并发送给处理模块；处理模块将接收到的电压信号转换成绝缘阻值并判断该绝缘阻值是否小于阈值，当该绝缘阻值小于阈值时，发出报警控制指令；当该绝缘阻值大于或等于阈值时，关闭该待测设备对应的开关并判断是否需要检测下一路设备的绝缘阻值，当不需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，检测结束；当需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，进入下一路待测设备的绝缘性检测；处理模块还控制开关模块的导通或断开。
优选地，采集模块包括采样电路、滤波电路、运算放大器，隔离放大芯片，当采样电路检测到压降，此压降经滤波电路，输入到运算放大器并同向比例放大，再将放大后的电压输入到隔离放大芯片，最后输出模拟电压，模拟电压再输入到处理模块。
优选地，隔离模块包括第一直流/直流转换器、第二直流/直流转换器和第三直流/直流转换器，第一直流/直流转换器为双路电源输出，用于给采集模块中的运算放大器和隔离放大芯片供电，第二直流/直流转换器为双路电源输出，用于给采集模块中的隔离放大芯片供电，第三直流/直流转换器一端输出的电压给采样电路供电，另一端为测试电源地。隔离模块用于隔离采集模块和外部待测设备。
优选地，采样电路的一端与隔离模块的第三直流/直流转换器连接，另一端为测试点，当测试点与待测设备外壳间的绝缘性下降时，隔离模块、开关模块、被测设备和采集模块构成回路。
优选地，处理模块包括MEG16单片机、RS232串口电路和外围滤波电路。
优选地，开关模块包括若干个MOSFET开关，每个MOSFET开关的源极分别与隔离模块的的测试电源地连接，漏极与待测设备外壳连接，栅极与处理模块的I/O总线连接，当MOSFET开关打开，隔离模块的测试电源地和待测设备外壳导通，当MOSFET开关关闭，隔离模块的测试电源地和待测设备外壳断开。
另一方面，本发明还提供了一种多路在线检测水下设备绝缘性的方法，包括以下步骤：
(1)发出开关控制信号；
(2)打开开关模块对应的MOSFET开关；
(3)检测待测设备的绝缘阻值；
(4)判断该绝缘阻值是否小于阈值，当该绝缘阻值小于阈值时，发出报警控制指令；当该绝缘阻值大于或等于阈值时，关闭对应的开关并判断是否需要检测下一路待测设备的绝缘阻值，当不需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，检测结束；当需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，重复以上检测步骤，直至检测结束。
采用本发明所提供的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，可在线多路实时检测待测设备与内部采集电路的绝缘性，检测效率高。
进一步地，采样模块与外部待测设备完全隔离，保证了系统的可靠性。
进一步地，本发明只需增加电子MOSFET开关，即可增加检测的路数。
附图说明
图1为本发明一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统的结构示意图；
图2为隔离模块2的示意图；
图3为采集模块3的电路图；
图4为开关模块6的电路图；
图5为本发明的一种多路在线检测水下设备绝缘性的工作流程图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的待测设备的绝缘阻值指的是待测设备的外壳与采样电路测试点之间的绝缘阻值。
实施例一：
请参考图1，本发明的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，包括电源模块1、隔离模块2、采集模块3、处理模块4、报警模块5、开关模块6和待测设备7，电源模块1、隔离模块2、采集模块3、处理模块4和报警模块5连接，开关模块6分别与隔离模块2和处理模块4连接。
其中，电源模块1为蓄电池，用于给系统供电。
如图2，隔离模块2包括第一直流/直流转换器、第二直流/直流转换器和第三直流/直流转换器，第一直流/直流转换器和第二直流/直流转换器均为TMA2412D、第三直流/直流转换器为TMA2412S。第一直流/直流转换器和第二直流/直流转换器均为双路电源输出，第三直流/直流转换器为单路测试电源输出，用于给采集模块的采样电路供电。电源模块1输入24V电压，经过隔离模块2，转换成三路电源输出，分别是第一直流/直流转换器输出的±12V_ISO用于给采集模块3中的运算放大器U1(OP07)和隔离放大芯片U2(ISO124)供电，第二直流/直流转换器输出的±12V_INT是用于采集模块3中的隔离放大芯片U2供电，第三直流/直流转换器一端输出的12VT_V+给采样电路供电，另一端为测试电源地PGND。
如图3，采集模块3包括采样电路、滤波电路、运算放大器，隔离放大芯片。采集模块3中的采样电路包括串联的电阻R1、R2、R3，采样电路一端与隔离模块2的第三直流/直流转换器连接，另一端为测试点TPOINT，若测试点TPOINT与被测舱体外壳间绝缘性下降，则隔离模块的12VT_V+、采样电路、测试点TPOINT、被测设备外壳、开关、测试电源地(PGND)构成了回路，回路中便有电流流过，在R2两端便产生了压降，此压降经R4、C1组成的滤波电路，输入到由U1(OP07)运算放大器组成的同向比例放大，再将放大后的电压输入到U2(ISO124)隔离放大芯片，最后输出模拟电压AVOUT，AVOUT再输入到处理模块4。
处理模块4包括MEG16单片机、RS232串口电路、外围滤波电路。处理模块4中MEG16单片机的ADC(模数转换器)端口输入模拟电压，MEG16将接收到的模拟电压转换成相对应的绝缘电阻值，可通过RS232串口将数据输出。另外，处理模块4可发出开关控制信号控制开关模块6的关闭和导通。
如图4，开关模块6为电子开关阵列，由多个MOSFET开关组成，开关模块6中的所有MOSFET电子开关的源极统一连接到测试电源地PGND即12VT_V-引脚，漏极分别与各个舱体外壳连接，栅极分别与处理模块4的I/O总线相连，通过处理模块4的MEG16单片机的I/O引脚来控制MOSFET开关的导通与断开，当检测某一路设备外壳时，其对应的MOSFET电子开关处于导通状态，其它设备外壳对应的电子开关均处于断开状态。开关模块与采集模块之间没有直接的电气连接，由测试电源(即12VT)，采样模块中的采样电路(即电阻R1、R2、R3)，MOSFET开关构成的检测回路，一旦测试点TPOINT与设备外壳间的绝缘性降低，回路中产生了电流，这样在R2两端便产生了电压，通过这个电压值可以计算出测试点TPOINT与设备外壳间的绝缘阻值。
报警模块5用于发出报警信号，一旦报警信号发出，处理模块4应立即回收设备，防止设备发生二次损坏。
待测设备7可为船舱、水下探测装置等多路设备。
参考图5，本发明的一种多路在线检测水下设备绝缘性的方法，包括以下步骤：
(1)发出开关控制信号；
(2)打开待测设备对应的开关；
(3)检测待测设备的绝缘阻值；
(4)判断该绝缘阻值是否小于阈值，当该绝缘阻值小于阈值时，发出报警控制指令；当该绝缘阻值大于或等于阈值时，关闭待测设备对应的开关并判断是否需要检测下一路设备的绝缘阻值，当不需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，检测结束；当需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，重复以上步骤，直至检测结束。
综上所述，采用本发明所提供的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，可在线多路实时检测待测设备与内部电路的绝缘性，检测效率高。
另外，采集模块的供电来源于隔离模块，其滤波放大后的电信号也是经过U2(ISO24)隔离放大芯片输出的，同时采集模块与开关模块并没有直接的电气连接，即采集模块与其它模块之间是相互隔离的，即使某一设备外壳绝缘性下降，及时报警处理，对其它设备也不会造成损坏。隔离模块可以很有效的将采样模块与其它电路隔离，即使待测设备绝缘性下降，也不会影响到系统的其它外部模块，大大保证了系统的可靠性。采样模块与外部设备是完全隔离的。
本发明外围接口简单，只需外接24v电源电压和RS232串口通讯就能将检测结果上传；
本发明只需增加电子MOSFET开关，可实现检测的路数；
本发明系统经过压力测试，可耐高压，可稳定应用于全海深。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，其特征在于：包括电源模块、隔离模块、采集模块、处理模块、报警模块、开关模块和待测设备，所述电源模块、隔离模块、采集模块、处理模块和报警模块依次连接，所述开关模块分别与隔离模块、待测设备和处理模块连接，所述隔离模块用于将电源模块输出的电压转换成多路电压给采集模块供电；所述采集模块用于检测待测设备外壳与内部电路的绝缘性变化引起的电压信号并发送给处理模块；所述处理模块将接收到的电压信号转换成绝缘阻值并判断该绝缘阻值是否小于阈值，当该绝缘阻值小于阈值时，发出报警控制指令；当该绝缘阻值大于或等于阈值时，关闭该待测设备对应的开关并判断是否需要检测下一路待测设备的绝缘阻值，当不需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，检测结束；当需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，进入下一路待测设备的绝缘阻值检测；所述处理模块还控制开关模块的导通或断开。
2.根据权利要求1所述的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，其特征在于：所述采集模块包括采样电路、滤波电路、运算放大器，隔离放大芯片，当采样电路检测到压降，此压降经滤波电路，输入到运算放大器并同向比例放大，再将放大后的电压输入到隔离放大芯片，最后输出模拟电压，模拟电压再输入到处理模块。
3.根据权利要求2所述的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，其特征在于：所述隔离模块包括第一直流/直流转换器、第二直流/直流转换器和第三直流/直流转换器，第一直流/直流转换器为双路电源输出，用于给采集模块中的运算放大器和隔离放大芯片供电，第二直流/直流转换器为双路电源输出，用于给采集模块中的隔离放大芯片供电，第三直流/直流转换器的一端输出电压给采样电路供电，另一端为测试电源地。
4.根据权利要求3所述的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，其特征在于：所述采样电路的一端与所述隔离模块的第三直流/直流转换器连接，另一端为测试点，当测试点与待测设备外壳间的绝缘性下降时，隔离模块、开关模块、被测设备和采集模块形成回路。
5.根据权利要求1所述的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，其特征在于：所述处理模块包括MEG16单片机、RS232串口电路和外围滤波电路。
6.根据权利要求1所述的一种多路在线检测水下设备绝缘性的系统，其特征在于：所述开关模块包括若干个MOSFET开关，每个MOSFET开关的源极分别与隔离模块的的测试电源地连接，漏极与待测设备外壳连接，栅极与处理模块的I/O总线连接，当MOSFET开关打开，隔离模块的测试电源地和待测设备外壳导通，当MOSFET开关关闭，隔离模块的测试电源地和待测设备外壳断开。
7.一种多路在线检测水下设备绝缘性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)发出开关控制信号；
(2)打开待测设备对应的开关；
(3)检测待测设备的绝缘阻值；
(4)判断该绝缘阻值是否小于阈值，当该绝缘阻值小于阈值时，发出报警控制指令；当该绝缘阻值大于或等于阈值时，关闭待测设备对应的开关并判断是否需要检测下一路待测设备的绝缘阻值，当不需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，检测结束；当需要检测下一路待测设备的绝缘阻值时，重复以上步骤，直至检测结束。
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