CN110542647B - 一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路及方法，该电路包括：环境敏感元件、MCU控制模块、供电模块、通讯模块和数据处理系统；其中，MCU控制模块设置有检测接口，检测接口用于连接环境敏感元件，供电模块与MCU控制模块电连接，MCU控制模块通过通讯模块与数据处理系统通信连接；供电模块用于为MCU控制模块供电，MCU控制模块用于当环境敏感元件处于待测环境中时，在预设检测周期内对检测接口两端的电压值进行检测，并通过检测到的电压值换算成环境敏感元件的输出电流，实现对环境腐蚀性特性的监测，本发明的方案具有可快速探测环境腐蚀性特性，并可实现连续监测的特点。

Description

一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路及方法

技术领域

本发明涉及环境腐蚀性特性监测技术领域，特别是指一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路及方法。

背景技术

电子电器在服役过程中不可避免地要遭受环境的腐蚀侵害；据统计，金属元器件腐蚀导致电子设备失效案例占比约75％，目前并无有效手段实现对电子电器服役环境的实时监控。另一方面，随着我国全球化进程迅猛发展，电子电器服役环境遍布全球，因此电子电器一旦安装后，其服役状况和服役寿命就处于未知状态，金属元器件腐蚀导致产品失效产生的间接损失巨大。因此，开发一种对电子电器服役环境腐蚀性特性的实时监测技术，实现对电子电器服役寿命的监测和预警，对避免电子电器意外失效造成的经济损失具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路及方法，实现对电子电器服役寿命的监测和预警，从而有效避免电子电器意外失效所造成的重大经济损失。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路，所述探测电路包括：环境敏感元件、MCU控制模块，以及供电模块；

其中，所述MCU控制模块设置有检测接口，所述环境敏感元件与所述检测接口电连接，所述供电模块与所述MCU控制模块电连接；

所述供电模块用于为所述MCU控制模块供电，所述MCU控制模块用于当所述环境敏感元件处于待测环境中时，在预设检测周期内对所述检测接口两端的电压值进行检测，并将检测到的电压值换算成所述环境敏感元件的输出电流值，从而根据所述环境敏感元件的输出电流值，确定待测环境的腐蚀性特性。

可选地，所述探测电路还包括：通讯模块和数据处理系统；

其中，所述MCU控制模块通过所述通讯模块与所述数据处理系统通信连接，所述MCU控制模块通过所述通讯模块将换算出的所述环境敏感元件的输出电流值发送给所述数据处理系统进行分析处理。

进一步地，所述环境敏感元件包括：多个正极金属层、多个负极金属层、正极导线、负极导线，以及电绝缘层；

其中，所述多个正极金属层通过所述正极导线串联，用于与所述检测接口的正极连接；所述多个负极金属层通过所述负极导线串联，用于与所述检测接口的负极连接；所述多个正极金属层、多个负极金属层、正极导线，以及负极导线均固定在所述电绝缘层上。

进一步地，所述MCU控制模块包括控制器和检测电路；

所述检测电路包括：检测接口、放电场效应管、检测控制场效应管、第一下拉电阻、第二下拉电阻、稳压二极管、保护TVS管，以及检测电容组；

其中，所述环境敏感元件通过所述检测接口与所述检测电路电连接，所述检测接口并联所述稳压二极管，所述检测接口的负极接地；所述检测电容组包括多个并联的电容，所述电容的正极与所述检测接口的正极电连接，所述电容的负极与所述检测控制场效应管的源极相连，所述检测控制场效应管的栅极通过所述第二下拉电阻与地相连；所述检测接口的正极还与所述放电场效应管的源极相连，所述放电场效应管的栅极通过所述第一下拉电阻及所述保护TVS管与地相连；所述第一下拉电阻与所述保护TVS管并联；

所述控制器用于控制所述放电场效应管及所述检测控制场效应管的栅极的电位高低；并当所述环境敏感元件处于待测环境中时，在预设检测周期内对所述检测接口两端的电压值进行检测，并通过检测到的电压值换算出所述环境敏感元件的输出电流值。

优选地，所述检测电容组中电容的数量为5个。

可选地，所述电子电器环境腐蚀性特性探测电路采用嵌入式系统嵌入被测电子电器，与所述被测电子电器整合组成监测系统。

可选地，所述通讯模块通过嵌入式系统与所述被测电子电器使用相同的通信通道；所述供电模块从所述被测电子电器取电。

可选地，所述供电模块采用一次性电池、可充电电池或太阳能电池中的任意一种供电。

可选地，所述通讯模块采用LoRa、ZigBee、GPRS或RFID中任意一种无线传输方式。

相应地，本发明还提供一种采用上述电子电器环境腐蚀性特性探测电路探测电子电器环境腐蚀性特性的方法，所述方法包括：

将所述环境敏感元件通过所述检测接口与所述检测电路相连后，将所述环境敏感元件置于待测环境中；

通过所述控制器拉高所述检测控制场效应管的栅极电位，同时拉低所述放电场效应管的栅极电位，通过所述环境敏感元件对所述检测电容组中的电容进行充电，同时所述控制器开始计时，当时间达到一个预设检测周期时，所述控制器检测所述检测接口两端的电压，测量一个预设控制周期内所述环境敏感元件的放电能力变化情况；

所述控制器拉低所述检测控制场效应管的栅极电位，并再次检测所述检测接口两端的电压，测量所述环境敏感元件两端电压；

完成测量后，所述控制器拉高所述放电场效应管和检测控制场效应管的栅极电位，给所述检测电容组放电；之后，重复上述过程，进行下次检测；

所述控制器通过检测到的检测接口两端的电压值换算出所述环境敏感元件的输出电流值，从而根据换算的电流值确定所述待测环境的腐蚀性；其中，电流值越大表明待测环境腐蚀性越强，电流值越小表明待测环境腐蚀性越弱。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明的电子电器环境腐蚀性特性探测电路可以快速探测电子电器服役环境的腐蚀性特性，可用于电子电器服役环境腐蚀性特性连续监测；具有可快速探测环境腐蚀性特性，并可实施连续监测的特点。并且本发明的电子电器环境腐蚀性特性探测电路既可以采用标准的嵌入式系统，与被监测电子电器整合组成监测系统，又可以设计成专用的测试仪器，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的电子电器环境腐蚀性特性探测电路的结构示意图；

图2为本发明的环境敏感元件的结构示意图；

图3为本发明的检测电路的结构示意图；

图4为采用本发明的电子电器环境腐蚀性特性探测电路获取的环境特性探测曲线图。

[主要元件符号说明]

U1、环境敏感元件；U2、MCU控制模块；P1、检测接口；1、正极金属层；

2、负极金属层；3、正极导线；4、负极导线；5、电绝缘层。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

第一实施例

请参阅图1至图3，本实施例提供一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路，如图1所示，其包括：环境敏感元件U1、MCU控制模块U2、供电模块、通讯模块，以及数据处理系统；

其中，所述MCU控制模块U2设置有检测接口P1，所述检测接口P1用于连接环境敏感元件U1，所述供电模块与所述MCU控制模块U2电连接，所述MCU控制模块U2通过所述通讯模块与所述数据处理系统通信连接；

所述供电模块用于为所述MCU控制模块U2供电，所述MCU控制模块U2用于当所述环境敏感元件U1处于待测环境中时，在预设检测周期内对所述检测接口P1两端的电压值进行检测，并通过检测到的电压值换算出所述环境敏感元件U1的输出电流值，从而确定所述待测环境的腐蚀性特性；所述数据处理系统用于实现连续监测，对所述MCU控制模块U2换算出的所述环境敏感元件U1的输出电流值进行分析处理，如绘制电流曲线、分析趋势、数据建模等。

进一步地，上述环境敏感元件U1的结构如图2所示，其包括：多个正极金属层1、多个负极金属层2、正极导线3、负极导线4，以及电绝缘层5；

其中，正极金属层1是指铜或银等标准电极电位较正的金属，多个正极金属层1通过正极导线3串联，用于与检测接口P1的正极连接；负极金属层2是指锌或锡等标准电极电位较负的金属，多个负极金属层2通过负极导线4串联，用于与检测接口P1的负极连接；多个正极金属层1、多个负极金属层2、正极导线3，以及负极导线4可通过粘接剂固定在电绝缘层5上；当然可以理解的是，此处也可以通过任何其它固定工艺将多个正极金属层1、多个负极金属层2、正极导线3，以及负极导线4固定在电绝缘层5上，本实施例并不对此处的元件固定工艺作具体限定。

进一步地，上述MCU控制模块U2包括控制器和检测电路；该检测电路的结构如图3所示，其包括：检测接口P1、放电场效应管Q1、检测控制场效应管Q2、第一下拉电阻R1、第二下拉电阻R2、稳压二极管D1、保护TVS管D2，以及检测电容组；

其中，环境敏感元件U1通过检测接口P1与检测电路电连接，检测接口P1并联稳压二极管D1，进行限压与防反接保护；检测接口P1的负极接地；检测电容组包括多个并联的电容，电容的正极与检测接口P1的正极电连接，电容的负极与检测控制场效应管Q2的源极相连，检测控制场效应管Q2的栅极通过第二下拉电阻R2与地相连；检测接口P1的正极还与放电场效应管Q1的源极相连，放电场效应管Q1的栅极通过第一下拉电阻R1及保护TVS管D2与地相连；第一下拉电阻R1与保护TVS管D2并联；

控制器用于控制检测电路中放电场效应管Q1及检测控制场效应管Q2的栅极的电位高低；并当环境敏感元件U1处于待测环境中时，在预设检测周期内对检测接口P1两端的电压值进行检测，并通过检测到的电压值换算出环境敏感元件U1的输出电流值。

上述检测电容组中电容的数量和检测精度相关，电容数量越多，检测精度越高；优选地，本实施例中的电容数量为5个；也即，如图3所示的检测电容组包括电容C1、C2、C3、C4、C5；当然可以理解的是，本实施例并不对检测电容组中电容的数量作具体限定。

本实施例的电子电器环境腐蚀性特性探测电路可采用标准的嵌入式系统嵌入被测电子电器，与被测电子电器整合组成监测系统，也可以设计成专用的测试仪器。而且当与被测电子电器整合组成监测系统时，上述供电模块可从被测电子电器取电，上述通讯模块可通过嵌入式系统与被测电子电器使用相同的通信通道；当然可以理解的是，上述供电模块也可以采用一次性电池、可充电电池或太阳能电池等电池供电，上述通讯模块也可以采用LoRa、ZigBee、GPRS或RFID等无线传输方式；本实施例并不限定供电模块的具体供电方式，也不限定通讯模块的具体通讯方式。

具体地，利用本实施例的电子电器环境腐蚀性特性探测电路实现环境腐蚀特性探测的原理如下：

将环境敏感元件U1通过检测接口P1与检测电路相连后，将环境敏感元件U1置于具有一定腐蚀性的大气环境中；然后通过控制器拉高检测控制场效应管Q2的栅极电位，同时拉低放电场效应管Q1的栅极电位，通过环境敏感元件U1对检测电容组中的电容C1、C2、C3、C4、C5进行充电，同时控制器开始计时，当时间达到一个预设检测周期时，控制器测量检测接口P1两端的电压，测量一个预设控制周期内环境敏感元件U1的放电能力变化情况；

之后控制器拉低检测控制场效应管Q2的栅极电位，并再次测量检测接口P1两端的电压，测量环境敏感元件U1探头两端电压；完成测量后，控制器拉高放电场效应管Q1和检测控制场效应管Q2的栅极电位，给检测电容组放电；之后，重复上述过程，进行下次检测；

同时控制器通过检测到的检测接口P1两端的电压值换算出环境敏感元件U1的输出电流值，从而可根据换算的电流值确定待测环境的腐蚀性；其中，电流值越大表明待测环境腐蚀性越强，电流值越小表明待测环境腐蚀性越弱。

本实施例的电子电器环境腐蚀性特性探测电路可以快速探测电子电器服役环境的腐蚀性特性，可用于电子电器服役环境腐蚀性特性连续监测；具有可快速探测环境腐蚀性特性，并可实施连续监测的特点。并且本发明的电子电器环境腐蚀性特性探测电路既可以采用标准的嵌入式系统，与被监测电子电器整合组成监测系统，又可以设计成专用的测试仪器，具有良好的应用前景。

第二实施例

本实施例对上述第一实施例中制造的探测电路进行实地试验，其中，检测接口P1连接如图2所示的环境敏感元件U1；然后将其放置于青岛市海洋大气环境中，并依据上述第一实施例中的实现环境腐蚀特性探测的原理对所处的环境腐蚀特性进行探测，最终的环境腐蚀特性测试数据如图4所示，表明本发明的电子电器环境腐蚀性特性探测电路可非常灵敏的探测环境腐蚀性特性。

此外，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

还需说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (9)

1.一种电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述探测电路包括：环境敏感元件、MCU控制模块，以及供电模块；

其中，所述MCU控制模块设置有检测接口，所述环境敏感元件与所述检测接口电连接，所述供电模块与所述MCU控制模块电连接；

所述供电模块用于为所述MCU控制模块供电，所述MCU控制模块用于当所述环境敏感元件处于待测环境中时，在预设检测周期内对所述检测接口两端的电压值进行检测，并将检测到的电压值换算成所述环境敏感元件的输出电流值，从而根据所述环境敏感元件的输出电流值，确定待测环境的腐蚀性特性；

所述MCU控制模块包括控制器和检测电路；

所述检测电路包括：检测接口、放电场效应管、检测控制场效应管、第一下拉电阻、第二下拉电阻、稳压二极管、保护TVS管，以及检测电容组；

其中，所述环境敏感元件通过所述检测接口与所述检测电路电连接，所述检测接口并联所述稳压二极管，所述检测接口的负极接地；所述检测电容组包括多个并联的电容，所述电容的正极与所述检测接口的正极电连接，所述电容的负极与所述检测控制场效应管的源极相连，所述检测控制场效应管的栅极通过所述第二下拉电阻与地相连；所述检测接口的正极还与所述放电场效应管的源极相连，所述放电场效应管的栅极通过所述第一下拉电阻及所述保护TVS管与地相连；所述第一下拉电阻与所述保护TVS管并联；

所述控制器用于控制所述放电场效应管及所述检测控制场效应管的栅极的电位高低；并当所述环境敏感元件处于待测环境中时，在预设检测周期内对所述检测接口两端的电压值进行检测，并通过检测到的电压值换算出所述环境敏感元件的输出电流值。

2.如权利要求1所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述探测电路还包括：通讯模块和数据处理系统；

其中，所述MCU控制模块通过所述通讯模块与所述数据处理系统通信连接，所述MCU控制模块通过所述通讯模块将换算出的所述环境敏感元件的输出电流值发送给所述数据处理系统进行分析处理。

3.如权利要求1所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述环境敏感元件包括：多个正极金属层、多个负极金属层、正极导线、负极导线，以及电绝缘层；

其中，所述多个正极金属层通过所述正极导线串联，用于与所述检测接口的正极连接；所述多个负极金属层通过所述负极导线串联，用于与所述检测接口的负极连接；所述多个正极金属层、多个负极金属层、正极导线，以及负极导线均固定在所述电绝缘层上。

4.如权利要求1所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述检测电容组中电容的数量为5个。

5.如权利要求2所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述电子电器环境腐蚀性特性探测电路采用嵌入式系统嵌入被测电子电器，与所述被测电子电器整合组成监测系统。

6.如权利要求5所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述通讯模块通过嵌入式系统与所述被测电子电器使用相同的通信通道；所述供电模块从所述被测电子电器取电。

7.如权利要求1所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述供电模块采用一次性电池、可充电电池或太阳能电池中的任意一种供电。

8.如权利要求2所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路，其特征在于，所述通讯模块采用LoRa、ZigBee、GPRS或RFID中任意一种无线传输方式。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的电子电器环境腐蚀性特性探测电路探测电子电器环境腐蚀性特性的方法，其特征在于，所述方法包括：

将所述环境敏感元件通过所述检测接口与所述检测电路相连后，将所述环境敏感元件置于待测环境中；

通过所述控制器拉高所述检测控制场效应管的栅极电位，同时拉低所述放电场效应管的栅极电位，通过所述环境敏感元件对所述检测电容组中的电容进行充电，同时所述控制器开始计时，当时间达到一个预设检测周期时，所述控制器检测所述检测接口两端的电压，测量一个预设控制周期内所述环境敏感元件的放电能力变化情况；

所述控制器拉低所述检测控制场效应管的栅极电位，并再次检测所述检测接口两端的电压，测量所述环境敏感元件两端电压；

完成测量后，所述控制器拉高所述放电场效应管和检测控制场效应管的栅极电位，给所述检测电容组放电；之后，重复上述过程，进行下次检测；

所述控制器通过检测到的检测接口两端的电压值换算出所述环境敏感元件的输出电流值，从而根据换算的电流值确定所述待测环境的腐蚀性；其中，电流值越大表明待测环境腐蚀性越强，电流值越小表明待测环境腐蚀性越弱。

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