CN110307944A - 深海潜水器分布式智能漏水检测系统及方法 - Google Patents

深海潜水器分布式智能漏水检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深海潜水器分布式智能漏水检测系统及方法,涉及漏水检测技术领域,该系统包括分布式的漏水检测节点和操作显示装置;漏水检测节点包括至少一个漏水检测传感器、漏水检测电路、电源电路、处理器电路和串口通讯电路;漏水检测电路包括前级双通道光耦继电器、后级双通道光耦继电器、电压比较器和三极管开关电路;操作显示装置布置在载人舱内,包括电路板、盒体和面板;电路包括电源模块、处理器模块和串口通讯模块;面板包括状态指示灯和测试按钮。可以实现深海潜水器所有密封设备的分布式漏水检测,而且可以通过系统自检,确认线路连接的正确性和系统检测功能的正确性。

Description

深海潜水器分布式智能漏水检测系统及方法
技术领域
本发明涉及漏水检测技术领域,尤其是一种深海潜水器分布式智能漏水检测系统及方法。
背景技术
深海潜水器工作在深海高压环境下,人员以及电气设备等都要封装在耐压舱体内。耐压舱体承受巨大的海水压力,一旦耐压结构出现变形或泄露,海水将进入舱体内。深海潜水器出现漏水的状况具有很大的危害性,如果海水对电气线路造成短路,将损坏设备,高压线路的短路更会对整个潜水器的供电系统造成极大的危害,如果不能及时侦测载人舱室的泄漏并采取相应的补救措施,则会危害人员的人身安全,因此,漏水检测是深海潜水器保证安全的必要手段之一。
目前深海潜水器的漏水检测多采用电阻分压法,通过一个固定阻值的电阻在漏水检测的两点之间外加一个电源,通过检测两点之间电阻的分压值来判断漏水情况。图1示出了传统漏水检测系统的原理图,这种漏水检测方法在检测线路断开时,漏水状态无法得到及时检测,且系统和操作人员无法获取当前检测线路的连通状态,当需要验证漏水检测系统本身功能时,只能在每一个漏水检测点人为串联特定阻值的电阻,通过电阻分压的检测值判断漏水检测系统本身功能是否正常,这种方式不仅工作量大,而且很多漏水检测点都布置在舱体最低端或密封的耐压罐内,不便于操作。另外,深海潜水器的漏水检测多由控制系统集中检测,或通过单独的漏水检测传感器进行检测,系统繁杂,不同潜水器之间无法通用,而且深海潜水器的控制系统多为集中在载人舱或单独的耐压罐内,集中式的漏水检测要求多个检测点线路集中连接到载人舱或耐压罐,造成载人舱或耐压罐穿舱件多,给结构设计和线路设计提高难度。
发明内容
本发明针对上述问题及技术需求,提出了一种深海潜水器分布式智能漏水检测系统及方法。
本发明的技术方案如下:
第一方面,一种深海潜水器分布式智能漏水检测系统,包括:分布式的漏水检测节点和操作显示装置;所述分布式漏水检测节点包括至少一个漏水检测传感器、电源电路、漏水检测电路、处理器电路和串口通讯电路;所述漏水检测传感器在两个检测触点之间并联了电容,用于功能自检时的充电;
所述电源电路为系统提供工作所需电源;
所述漏水检测电路包括前级双通道光耦继电器、后级双通道光耦继电器、电压比较器和三极管开关电路;所述前级双通道光耦继电器用于漏水检测信号的正常接入及测试操作时的切换;所述电压比较器用于根据漏水检测传感器两个节点之间的阻值的分压值与所述电压比较器的负端参考电压的比较结果输出高电平或低电平,所述电压比较器的输出控制所述三极管开关电路的截止或导通,从而控制所述后级双通道光耦继电器的截止或导通;
所述处理器电路用于检测所述后级双通道光耦继电器输出端的高低电平,以确定漏水检测传感器端的漏水状态,高电平表示漏水,低电平表示无漏水;
所述串口通讯电路实现与操作显示装置的实时通讯;
所述操作显示装置布置在载人舱内,包括电路板、盒体和面板;电路板由电源模块、处理器模块和串口通讯模块组成;面板上包括状态指示灯和测试按钮。
所述电源模块为操作显示装置各部分提供电源;
所述处理器模块根据面板测试指令发送数据包给各分布式的漏水检测节点,并根据接收的串口通讯数据输出控制指令点亮或熄灭面板上的状态指示灯;
所述串口通讯模块实现与各分布式的漏水检测节点的数据通讯,用于发出指令和接收漏水检测状态。
其进一步的技术方案为:所述分布式的漏水检测节点的电源电路和操作显示装置的电源模块相同,系统输入电源为24V直流电源,经过隔离转换为5V直流电源,所述5V直流电源为检测节点提供外加电源,同时经过隔离模块转换为5V直流隔离电源,所述5V直流隔离电源转换为3.3V直流电源为所述处理器电路提供系统电源。
其进一步的技术方案为:所述分布式的漏水检测节点的处理器电路和操作显示装置的处理器模块相同,均包括基于32位Cortex-M3的STM32F103RBT6单片机。
其进一步的技术方案为:所述分布式的漏水检测节点的串口通讯电路和操作显示装置的串口通讯模块相同,均采用ADM2687E型RS-485收发器。
第二方面,一种深海潜水器分布式智能漏水检测方法,应用于第一方面所述的深海潜水器分布式智能漏水检测系统中,所述方法包括:在漏水检测传感器上并联一个电容,在系统启动或需要进行功能及线路自检时,将操作显示装置面板的自复位测试按钮按下,通过串口通讯模块发送测试指令到各分布式的漏水检测节点,各漏水检测节点的处理器电路控制前级双通道光耦继电器的1通道短暂断开再导通同时2通道短暂导通再断开;当1通道短暂断开再导通同时2通道短暂导通再断开时,漏水检测传感器的电容先放电到0V,再从0V开始充电,三极管短暂导通再截止,后级双通道光耦继电器的1通道短暂导通再断开,处理器检测到对应的漏水检测节点产生短暂的高电平输入;短暂的高电平输入通过串口通讯电路将信息发送给操作显示装置,操作显示装置控制相应状态指示灯短暂点亮;若线路断开,则电容无法充放电,处理器无法检测到短暂的高电平输入,以判断漏水检测功能及线路连接是否正常。
其进一步的技术方案为:所述方法还包括:
正常工作时,任一漏水检测节点的前级双通道光耦继电器的1通道导通,将辅助电源通过充电电阻连接到漏水检测传感器;通过电压比较器将漏水检测传感器两个节点之间的阻值的分压值与电压比较器的负端参考电压比较,根据比较结果输出高电平或低电平;根据电压比较器输出的高电平或低电平控制三极管截止或导通,以控制后级双通道光耦继电器的截止或导通;通过处理器电路检测后级双通道光耦继电器输出的电平状态确定漏水检测传感器处的漏水状态,低电平表示无漏水,高电平表示漏水发生,电平状态通过串口通讯电路将信息发送给操作显示装置,操作显示装置控制相应的状态指示灯的点亮或熄灭;当需要进行功能测试时,将操作显示装置面板上的自复位测试按钮按下,通过串口通讯模块发送测试指令到各分布式的漏水检测节点,各漏水检测节点的处理器电路输出第一控制信号,控制前级双通道光耦继电器的1通道断开和2通道导通,漏水检测传感器的电容正端和电源地导通放电;当电容电压低于电压比较器的负端电压时,电压比较器输出低电平,三极管导通,控制后级双通道光耦继电器的1通道导通,给处理器电路输入一个高电平报警信号,高电平报警信号发送给操作显示装置后,相应的状态指示灯被点亮;当测试按钮松开时,处理器电路输出第二控制信号,控制前级双通道光耦继电器的1通道导通和2通道断开,漏水检测传感器的电容开始充电,当充电电压高于电压比较器负端电压时,电压比较器输出高电平,三极管截止,后级双通道光耦继电器的1通道断开,报警信号消除,报警信号消除信号发送给操作显示装置后,相应的状态指示灯被熄灭。
本发明的有益技术效果是:
可以实现深海潜水器所有密封设备的分布式漏水检测,而且可以通过系统自检,确认线路连接的正确性和系统检测功能的正确性,不但可以避免集中检测线路多的缺点,而且可以提高系统检测的方便性。可以在深海潜水器运行一段时间或者船检等特定阶段,确认潜水器每个漏水检测节点的功能是否正常。避免了传统检测方法只能在检测节点人为串接特定阻值的电阻来模拟漏水信号导致耗时长以及节点建造完成后难以接近完成检测的问题,通过本申请提供的检测系统和方法,操作人员通过测试按钮,即可将潜水器所有漏水检测功能和线路的正确性进行测试,方便快捷。
附图说明
图1是一种传统漏水检测系统的原理图。
图2是本申请一个实施例提供的深海潜水器分布式智能漏水检测系统的框图。
图3是本申请一个实施例提供的漏水检测传感器的连接示意图。
图4是本申请一个实施例提供的电源电路的电路图。
图5是本申请一个实施例提供的漏水检测电路的电路图。
图6是本申请一个实施例提供的深海潜水器分布式智能漏水检测方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请实施例提供了一种深海潜水器分布式智能漏水检测系统,结合参考图2至图5,深海潜水器分布式智能漏水检测系统包括:分布式的漏水检测节点和操作显示装置。分布式漏水检测节点包括至少一个漏水检测传感器、电源电路、漏水检测电路、处理器电路和串口通讯电路。操作显示装置布置在载人舱内,包括电路板、盒体和面板,电路板由电源模块、处理器模块和串口通讯模块组成,面板上包括状态指示灯和测试按钮。电源模块为操作显示装置各部分提供电源,处理器模块根据面板测试指令发送数据包给各分布式的漏水检测节点,并根据接收的串口通讯数据输出控制指令点亮或熄灭面板上的状态指示灯,串口通讯模块实现与各分布式的漏水检测节点的数据通讯,用于发出指令和接收漏水检测状态。漏水检测节点上漏水检测传感器的数量可以根据需要进行设定。
示例性的,如图2所示,各个漏水检测节点(检测点)通过RS485总线将检测结果传输到操作显示装置进行显示。每次系统启动时,操作显示装置都发送一个测试命令给各个检测节点,检测节点进行功能自检,以验证功能和线路状态是否正常。在系统运行过程中,如果操作人员需要验证各个检测节点的功能状态,也可以通过外部测试按钮给操作显示装置一个测试指令,操作显示装置通过串口通讯模块将测试指令发送给各个检测节点,进行功能的测试验证。需要说明的是,面板上的测试按钮为自复位测试按钮,自复位测试按钮是不带锁定的按钮,操作人员松开,则按钮复位,复位时间取决于操作人员按下的时间。图2中的报警灯即状态指示灯,每个检测点分别对应一个报警灯。
如图3所示,漏水检测传感器在两个检测触点之间并联了电容,用于功能自检时的充电,以检测线路及功能的正确性。该电容与充电电阻组成RC充电电路,充电时间由电阻和电容共同决定。
电源电路为系统提供工作所需电源。示例性的,图4中示出了一种电源电路的电路图。
可选的,分布式的漏水检测节点的电源电路和操作显示装置的电源模块相同,系统输入电源为24V直流电源,经过隔离转换为5V直流电源,5V直流电源为检测节点提供外加电源,同时经过隔离模块转换为5V直流隔离电源,5V直流隔离电源转换为3.3V直流电源为处理器电路提供系统电源。这样保证漏水检测系统与外部供电系统隔离,同时还能保证与外部的漏水检测节点隔离,保证系统免受干扰。
漏水检测电路用于处理漏水检测传感器采集的信号,漏水检测电路包括前级双通道光耦继电器、后级双通道光耦继电器、电压比较器和三极管开关电路;前级双通道光耦继电器用于漏水检测信号的正常接入及测试操作时的切换;漏水检测传感器两个节点之间的阻值随着漏水量而变化,电压比较器用于根据漏水检测传感器两个节点之间的阻值的分压值与电压比较器的负端参考电压的比较结果输出高电平或低电平,电压比较器的输出控制三极管开关电路的截止或导通,从而控制后级双通道光耦继电器的截止或导通。示例性的,图5中示出了漏水检测电路的电路图。
处理器电路用于检测后级双通道光耦继电器输出端的高低电平,以确定漏水检测传感器端的漏水状态,高电平表示漏水,低电平表示无漏水。
可选的,分布式的漏水检测节点的处理器电路和操作显示装置的处理器模块均包括基于32位Cortex-M3的STM32F103RBT6单片机。该芯片具有丰富的外设,可实现低功能模式,能够实现在线编程和调试。
串口通讯电路用于,实现实时通讯。漏水检测节点中的各个检测节点均通过串口总线与操作显示装置连接,并实时通讯,将漏水报警信息传到操作显示装置显示。可选的,为了保证串口通讯的可靠性,避免外界干扰,分布式的漏水检测节点的串口通讯电路和操作显示装置的串口通讯模块相同,均采用ADM2687E型RS-485收发器,该芯片可实现5000V信号和电源隔离。
本申请实施例还提供了一种深海潜水器分布式智能漏水检测方法,应用于上述深海潜水器分布式智能漏水检测系统中,该方法包括:在漏水检测传感器上并联一个电容,在系统启动或需要进行功能及线路自检时,
将操作显示装置面板上的自复位测试按钮按下,通过串口通讯模块发送测试指令到各分布式的漏水检测节点,各漏水检测节点的处理器电路控制前级双通道光耦继电器的1通道短暂断开再导通同时2通道短暂导通在断开。当1通道短暂断开再导通同时2通道短暂导通再断开时,漏水检测传感器的电容先放电到0V,再从0V开始充电,三极管短暂导通再截止,后级双通道光耦继电器的1通道短暂导通再断开,给处理器电路输入一个高电平报警信号,处理器检测到对应的漏水检测节点产生短暂的高电平输入,短暂的高电平输入通过串口通讯电路将信息发送给操作显示装置,操作显示装置控制相应的状态指示灯短暂点亮;当测试按钮松开时,处理器电路控制前级双通道光耦继电器的1通道导通和2通道断开,漏水检测传感器的电容开始充电,当充电电压高于电压比较器负端电压时,电压比较器输出高电平,三极管截止,后级双通道光耦继电器的1通道断开,报警信号消除,报警信号消除的信号发送给操作显示装置后,相应的状态指示灯被熄灭。若线路断开,则电容无法充放电,处理器无法检测到短暂的高电平输入,以判断漏水检测功能及线路连接是否正常。
结合参考图6,检测模式下5V电源通过电阻R1和电阻R2以及开关的常闭触点加载到漏水检测传感器。在系统启动时,或者在需要进行功能及线路的自检时,将自复位开关打到TEST,当常闭触点短暂断开又闭合时,漏水检测传感器的电容从0V开始充电,三极管TR1短暂导通,点亮LED灯,当电容电压升高至三极管TR1的截止电压时,LED灯熄灭。如果有线路断开,则电容无法充电,LED灯不会被点亮,从而可以验证该漏水检测节点(漏水检测节点)的线路及漏水检测功能是否正常。不但可以进行漏水状态的检测,而且能够方便的验证自身功能的状态以及所有线路的连通状态,确保漏水检测结果的真实性。
可选的,该方法还可以包括:正常工作时,任一漏水检测节点的前级双通道光耦继电器的1通道导通,将辅助电源通过充电电阻连接到漏水检测传感器;通过电压比较器将漏水检测传感器两个节点之间的阻值的分压值与电压比较器的负端参考电压比较,根据比较结果输出高电平或低电平;根据电压比较器输出的高电平或低电平控制三极管截止或导通,以控制后级双通道光耦继电器的截止或导通;通过处理器电路检测后级双通道光耦继电器输出的电平状态确定漏水检测传感器处的漏水状态,低电平表示无漏水,高电平表示漏水发生;电平状态通过串口通讯电路将信息发送给操作显示装置,操作显示装置控制相应的状态指示灯的点亮或熄灭。
当需要进行功能测试时,短暂按下操作显示装置面板上的自复位测试按钮,给各漏水检测节点发送功能测试指令,各漏水检测节点的处理器电路输出第一控制信号,第一控制信号是一个短暂控制信号,控制前级双通道光耦继电器的1通道断开和2通道导通,漏水检测传感器的电容正端和电源地导通放电;当电容电压低于电压比较器的负端电压时,预定时间(对应第一控制信号的短暂时间)后,通过处理器电路输出第二控制信号,控制前级双通道光耦继电器的1通道导通和2通道断开,漏水检测传感器的电容开始充电,在充电电压低于电压比较器负端电压之前,电压比较器输出低电平,三极管导通,后级双通道光耦继电器的1通道导通,输出短暂的报警信号。当充电电压高于电压比较器负端电压时,电压比较器输出高电平,三极管截止,后级双通道光耦继电器的1通道断开,报警信号消除。如果漏水检测传感器与漏水检测电路之间有线路中断,则无法完成电容的充放电过程,通过这种操作可以判断漏水检测功能及连接线路的正确性。
以上所述的仅是本发明的优先实施方式,本发明不限于以上实施例。可以理解,本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化,均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种深海潜水器分布式智能漏水检测系统,其特征在于,包括:分布式的漏水检测节点和操作显示装置;所述漏水检测节点包括至少一个漏水检测传感器、电源电路、漏水检测电路、处理器电路和串口通讯电路;
所述漏水检测传感器在两个检测触点之间并联了电容,用于功能自检时的充电;
所述电源电路为系统提供工作所需电源;
所述漏水检测电路包括前级双通道光耦继电器、后级双通道光耦继电器、电压比较器和三极管开关电路;所述前级双通道光耦继电器用于漏水检测信号的正常接入及测试操作时的切换;所述电压比较器用于根据漏水检测传感器两个节点之间的阻值的分压值与所述电压比较器的负端参考电压的比较结果输出高电平或低电平,所述电压比较器的输出控制所述三极管开关电路的截止或导通,从而控制所述后级双通道光耦继电器的截止或导通;
所述处理器电路用于检测所述后级双通道光耦继电器输出端的高低电平,以确定漏水检测传感器端的漏水状态,高电平表示漏水,低电平表示无漏水;
所述串口通讯电路用于实现与所述操作显示装置的实时通讯;
所述操作显示装置布置在载人舱内,包括电路板、盒体和面板;所述电路板由电源模块、处理器模块和串口通讯模块组成;所述面板上包括状态指示灯和测试按钮;
所述电源模块为所述操作显示装置各部分提供电源;
所述处理器模块根据面板测试指令发送数据包给各分布式的漏水检测节点,并根据接收的串口通讯数据输出控制指令点亮或熄灭面板上的状态指示灯;
所述串口通讯模块实现与各分布式的漏水检测节点的数据通讯,用于发出指令和接收漏水检测状态。
2.根据权利要求1所述的深海潜水器分布式智能漏水检测系统,其特征在于,所述分布式的漏水检测节点的电源电路和所述操作显示装置的电源模块相同,系统输入电源为24V直流电源,经过隔离转换为5V直流电源,所述5V直流电源为检测节点提供外加电源,同时经过隔离模块转换为5V直流隔离电源,所述5V直流隔离电源转换为3.3V直流电源为所述处理器电路提供系统电源。
3.根据权利要求1所述的深海潜水器分布式智能漏水检测系统,其特征在于,所述分布式的漏水检测节点的处理器电路和所述操作显示装置的处理器模块均包括基于32位Cortex-M3的STM32F103RBT6单片机。
4.根据权利要求1所述的深海潜水器分布式智能漏水检测系统,其特征在于,所述分布式的漏水检测节点的串口通讯电路和所述操作显示装置的串口通讯模块相同,均采用ADM2687E型RS-485收发器。
5.一种深海潜水器分布式智能漏水检测方法,其特征在于,应用于权利要求1至4任一所述的深海潜水器分布式智能漏水检测系统中,所述方法包括:在漏水检测传感器上并联一个电容,在系统启动或需要进行功能及线路自检时,将操作显示装置面板的自复位测试按钮按下,操作显示状态通过串口通讯模块发送测试指令到各分布式的漏水检测节点;各漏水检测节点的处理器电路控制前级双通道光耦继电器的1通道短暂断开再导通同时2通道短暂导通再断开;当1通道短暂断开再导通同时2通道短暂导通再断开时,漏水检测传感器的电容先放电到0V,再从0V开始充电,三极管短暂导通再截止,后级双通道光耦继电器的1通道短暂导通再断开,处理器检测到对应的漏水检测节点产生短暂的高电平输入;短暂的高电平输入通过串口通讯电路将信息发送给操作显示装置,操作显示装置控制相应状态指示灯短暂点亮;若线路断开,则电容无法充放电,处理器无法检测到短暂的高电平输入,以判断漏水检测功能及线路连接是否正常。
6.根据权利要求5所述的深海潜水器分布式智能漏水检测方法,其特征在于,所述方法还包括:
正常工作时,任一漏水检测节点的前级双通道光耦继电器的1通道导通,将辅助电源通过充电电阻连接到漏水检测传感器;通过电压比较器将漏水检测传感器两个节点之间的阻值的分压值与电压比较器的负端参考电压比较,根据比较结果输出高电平或低电平;根据电压比较器输出的高电平或低电平控制三极管截止或导通,以控制后级双通道光耦继电器的截止或导通;通过处理器电路检测后级双通道光耦继电器输出的电平状态确定漏水检测传感器处的漏水状态,低电平表示无漏水,高电平表示漏水发生;电平状态通过串口通讯电路将信息发送给操作显示装置,操作显示装置控制相应的状态指示灯的点亮或熄灭;
当需要进行功能测试时,短暂按下操作显示装置面板上的自复位测试按钮,给各漏水检测节点发送功能测试指令,各漏水检测节点的处理器电路输出第一控制信号,控制前级双通道光耦继电器的1通道断开和2通道导通,漏水检测传感器的电容正端和电源地导通放电;当电容电压低于电压比较器的负端电压时,电压比较器输出低电平,三极管导通,控制后级双通道光耦继电器的1通道导通,给处理器电路输入一个高电平报警信号,高电平报警信号发送给操作显示装置后,相应的状态指示灯被点亮;当测试按钮松开时,处理器电路输出第二控制信号,控制前级双通道光耦继电器的1通道导通和2通道断开,漏水检测传感器的电容开始充电,当充电电压高于电压比较器负端电压时,电压比较器输出高电平,三极管截止,后级双通道光耦继电器的1通道断开,报警信号消除,报警信号消除信号发送给操作显示装置后,相应的状态指示灯被熄灭。
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