CN108919360A - 一种基于电容检测的输送管道人体探测装置 - Google Patents

一种基于电容检测的输送管道人体探测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，具体涉及输送管道人体探测技术领域。该基于电容检测的输送管道人体探测装置，包括绝缘管和金属屏蔽罩，绝缘管内设有探测电极，金属屏蔽罩内设有检测电路，探测电极与检测电路通过连接线缆连接，检测电路包括依次连接的信号转换电路、决策判断电路、I/O数字输出和485通信电路；该探测装置工作过程中，探测电极将人体电容信号转换为电流信号，电流信号经信号转换电路放大整理转换为电压信号，电压经决策判断电路判断后输出给决策判断电路，决策判断电路对判断电路输出做处理得到人员有无的结果，I/O数字输出和485通信电路将判断结果输出。

Description

一种基于电容检测的输送管道人体探测装置
技术领域
本发明涉及输送管道人体探测技术领域，具体涉及一种基于电容检测的输送管道人体探测装置。
背景技术
工矿企业中，输送管道随处可见，受现场实际情况所限，大部分输送管道都有裸露部分，这些裸露部分普遍存在人员掉入的安全隐患，一旦工作人员掉落会危及生命安全，采用必要的技术手段检测有无工作人员掉入输送管道，当发现人员掉入时采取及时有效的措施保障工作人员生命安全是十分必要的。
现阶段对人体的探测主要是通过检测“声、光、电、磁、热”等物理量来实现的，这些物理量包括：人体的远红外线热辐射、人体对微波电磁波的反射、人体对光线红外光线的遮挡、人体对超声波的反射、人体移动或敲击物品所发出的声音等。已有应用的检测技术包括：声控式探测技术，超声波/微波式探测技术，主动红外探测技术及被动红外探测技术等。虽然这些技术都有一定的应用，受制于输送管道工矿的复杂性及特殊性，这些技术在输送管道上的使用效果较差，出现了大量误报、漏报甚至不报的情况。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种检测物质经过探测电极时电容量的变化来判断人员有无的基于电容检测的输送管道人体探测装置。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，包括绝缘管和金属屏蔽罩，所述绝缘管内设有探测电极，金属屏蔽罩内设有检测电路，探测电极与检测电路通过连接线缆连接，检测电路包括依次连接的信号转换电路、决策判断电路、I/O数字输出和485通信电路；
该探测装置工作过程中，探测电极将人体电容信号转换为电流信号，电流信号经信号转换电路放大整理转换为电压信号，电压经决策判断电路判断后输出给决策判断电路，决策判断电路对判断电路输出做处理得到人员有无的结果，I/O数字输出和485通信电路将判断结果输出。
优选地，所述探测电极呈杆状，两端通过电极安装件与绝缘管固定。
优选地，所述信号转换电路包括两级，其中一级包括运算放大器U1A，运算放大器U1A的输入端连接输入电阻R3、反馈电阻R1和反馈电容C1，输出端连接跟踪电路，跟踪电路包括电阻R2、电阻R4和运算放大器U1D；
另一级包括稳压芯片，稳压芯片输出稳定的2.5V参考电压，稳压芯片上连接实现参考电压分压的放大器U1C、放大器U1D、电阻R5、电阻R6和电阻R7，保证1.25V电压的稳定输出。
优选地，所述决策判断电路包括比较器LM339和单片机STM8S103F2/F3，比较器LM339实现转换电路输出电压与1.25V参考电压的比较，当转换电路输出的电压大于R11/(R8+R11)*2.5V时，输出电压为高电平，单片机STM8S103F2/F3通过判断高电平持续的时间判断输送管道内有无人员。
优选地，所述I/O数字输出和485通信电路包括芯片MAX485、三极管Q1、二极管LED0、二极管D2、二极管D3、二极管D4和继电器K1，实现决策判断电路是输出结果，当判断有人员在输送管道内时三极管Q1导通，二极管LED0点亮，继电器K1闭合，实现数字量的输出；同时485通信电路采用MDBUS协议输出判断结果，485通信电路通过MAX485芯片实现TTL电平到差分输出的转换，二极管D2、二极管D3和二极管D4实现降压，实现为单片机STM8S103F2/F3供电。
优选地，所述探测电极采用紫铜材质制成，金属屏蔽罩采用铝合金材料制成，绝缘管采用特氟龙材料制成。
本发明具有如下有益效果：
该基于电容检测的输送管道人体探测装置在静止状态下检测电极的对地电容保持不变，当有人通过检测电极周围时，检测电极的对地电容发生改变，通过检测电容量变化的特征来判断有无人员掉入传输管道，避免输送物质造成的影响，电路处理简单、实时性高；
该探测装置具有抗干扰能力强、不易于受到管道输送物质及物质状态影响、降低了误报、漏报及不报情况发生的概率的优点。
附图说明
图1为基于电容检测的输送管道人体探测装置结构框图；
图2为信号转换电路的结构示意图；
图3为决策判断电路的结构示意图；
图4为I/O数字输出和485通信电路的结构示意图；
图5为该装置的安装及连接示意图。
其中，1为探测电极，2为信号转换电路，3为决策判断电路，4为I/O数字输出和485通信电路，5为电极安装件，6为绝缘管，7为连接线缆，8为金属屏蔽罩。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1和图2所示，一种基于电容检测的输送管道人体探测装置采用被动式检测方法，(被动式检测方法检测装置不发射信号，单纯靠检测被测物体本身感应信号)，包括绝缘管6和金属屏蔽罩8，所述绝缘管6内设有探测电极1，金属屏蔽罩8内设有检测电路，探测电极1与检测电路通过连接线缆7连接，检测电路包括依次连接的信号转换电路2、决策判断电路3、I/O数字输出和485通信电路4；
该探测装置工作过程中，探测电极1将人体电容信号转换为电流信号，电流信号经信号转换电路放大整理转换为电压信号，电压经决策判断电路判断后输出给决策判断电路，决策判断电路对判断电路输出做处理得到人员有无的结果，I/O数字输出和485通信电路将判断结果输出。
探测电极呈杆状，两端通过电极安装件5与绝缘管6固定，探测电极1采用紫铜材质制成，金属屏蔽罩8采用铝合金材料制成，绝缘管6采用特氟龙材料制成。
如图3所示，信号转换电路2包括两级，其中一级包括运算放大器U1A，运算放大器U1A的输入端连接输入电阻R3、反馈电阻R1和反馈电容C1，该电路主要完成电流信号到电压信号的转换功能；第一级电路输出端连接跟踪电路，跟踪电路包括电阻R2、电阻R4和运算放大器U1D，主要完成信号跟踪功能。
另一级包括稳压芯片，稳压芯片输出稳定的2.5V参考电压，稳压芯片上连接实现参考电压分压的放大器U1C、放大器U1D、电阻R5、电阻R6和电阻R7，保证1.25V电压的稳定输出。
如图4所示，决策判断电路3包括比较器LM339和单片机STM8S103F2/F3，比较器LM339实现转换电路输出电压与1.25V参考电压的比较，当信号转换电路2输出的电压大于R11/(R8+R11)*2.5V时，输出电压为高电平，单片机STM8S103F2/F3通过判断高电平持续的时间判断输送管道内有无人员。
如图5所示，I/O数字输出和485通信电路4包括芯片MAX485、三极管Q1、二极管LED0、二极管D2、二极管D3、二极管D4和继电器K1，实现决策判断电路是输出结果，当判断有人员在输送管道内时三极管Q1导通，二极管LED0点亮，继电器K1闭合，实现数字量的输出；同时485通信电路采用MDBUS协议输出判断结果，485通信电路通过MAX485芯片实现TTL电平到差分输出的转换，二极管D2、二极管D3和二极管D4实现降压，实现为单片机STM8S103F2/F3供电，I/O数字输出和485通信电路可以灵活地与DCS以及其他仪器设备一起组成用户所需要的多种功能的自动检测系统。
采用被动式检测方法；检测方法尽量避免输送物质造成的影响；电路处理简单，实时性高。
电容法测量原理：在静止状态下检测电极的对地电容保持不变，当有人通过检测电极周围时，检测电极的对地电容发生改变，通过检测电容量变化的特征来判断有无人员掉入传输管道。
现实中工业现场输送管道应用的情况往往是一个混杂了输送物质的环境，输送物质同样会引起检测电极周围电容量的变化。
该基于电容检测的输送管道人体探测装置，针对测量原理及现场实际情况需要确定检测电极的形状特征及材质特性，并进行测量电极的动态及静态特征分析，通过分析不同形状、不同材质的电极动态静态特性最终确定采用探测电极。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，包括绝缘管和金属屏蔽罩，其特征在于，所述绝缘管内设有探测电极，金属屏蔽罩内设有检测电路，探测电极与检测电路通过连接线缆连接，检测电路包括依次连接的信号转换电路、决策判断电路、I/O数字输出和485通信电路；
该探测装置工作过程中，探测电极将人体电容信号转换为电流信号，电流信号经信号转换电路放大整理转换为电压信号，电压经决策判断电路判断后输出给决策判断电路，决策判断电路对判断电路输出做处理得到人员有无的结果，I/O数字输出和485通信电路将判断结果输出。
2.如权利要求1所述的一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，其特征在于，所述探测电极呈杆状，两端通过电极安装件与绝缘管固定。
3.如权利要求1所述的一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，其特征在于，所述信号转换电路包括两级，其中一级包括运算放大器U1A，运算放大器U1A的输入端连接输入电阻R3、反馈电阻R1和反馈电容C1，输出端连接跟踪电路，跟踪电路包括电阻R2、电阻R4和运算放大器U1D；
另一级包括稳压芯片，稳压芯片输出稳定的2.5V参考电压，稳压芯片上连接实现参考电压分压的放大器U1C、放大器U1D、电阻R5、电阻R6和电阻R7，保证1.25V电压的稳定输出。
4.如权利要求1所述的一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，其特征在于，所述决策判断电路包括比较器LM339和单片机STM8S103F2/F3，比较器LM339实现转换电路输出电压与1.25V参考电压的比较，当转换电路输出的电压大于R11/(R8+R11)*2.5V时，输出电压为高电平，单片机STM8S103F2/F3通过判断高电平持续的时间判断输送管道内有无人员。
5.如权利要求1所述的一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，其特征在于，所述I/O数字输出和485通信电路包括芯片MAX485、三极管Q1、二极管LED0、二极管D2、二极管D3、二极管D4和继电器K1，实现决策判断电路是输出结果，当判断有人员在输送管道内时三极管Q1导通，二极管LED0点亮，继电器K1闭合，实现数字量的输出；同时485通信电路采用MDBUS协议输出判断结果，485通信电路通过MAX485芯片实现TTL电平到差分输出的转换，二极管D2、二极管D3和二极管D4实现降压，实现为单片机STM8S103F2/F3供电。
6.如权利要求1所述的一种基于电容检测的输送管道人体探测装置，其特征在于，所述探测电极采用紫铜材质制成，金属屏蔽罩采用铝合金材料制成，绝缘管采用特氟龙材料制成。
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