CN110687852A - 一种基于并联电路的梯式剪断销信号器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，解决了查找断点费时费力，串联式电路的新型剪断销方案的可延展性不强的问题。本发明包括剪断销、电阻、发光二极管、霍尔电流传感器采集模块(H)和直流电源(DC)等。本发明具有故障点定位清晰，缩短故障查找时间，延展性强，剪断销剪断后，不影响剪断销电路继续监测等优点。

Description

一种基于并联电路的梯式剪断销信号器

技术领域

本发明涉及水轮机监测设备，具体涉及一种基于并联电路的梯式剪断销信号器。

背景技术

剪断销信号器是用于水轮机导叶的剪断销断裂时的发信号元件，为剪断销信号装置提供信号报警，便于值班人员及时处理。一般装在剪断销的轴向中心孔内，采用陶瓷或脆型聚苯乙烯材料制成，通常为常闭式。当剪断销断裂时剪断销信号器随之断裂，使电路不通触发报警。

目前剪断销信号器都采串联电路，即将多个剪断销串联连接起来，当任何一只剪断销剪断后，整个电路处于断路状态。传统的串联式连接方案有以下缺点：

查找断点费时费力，如果没有指示，运行值班人员无法判断是剪断销剪断还是仅仅由于线路断开引起，如果是明显的剪断销剪断，那更换剪断销相对容易，如果是不明显的断开或仅仅是由于线路断开，则只能采用“二分法”查找断联点，但“二分法”查找费时费力，误报率高，在串联电路中任何一点断开都有可能发出信号。

基于串联式电路的新型剪断销方案有以下缺点：

可延展性不强，不同容量的机组的剪断销数目是不一样的，有信号指示的串联式电路中，指示灯发光电压和未剪断时的短路电流是一对矛盾，在实际研制中必须在两者之间选择一个平衡点，这就导致串联型电路没有较强的延展性。

查找误断点困难。新型串联式剪断销连接方案是面向于剪断销确实剪断而设计的，但是没有考虑到相邻剪断销连接点处发生脱落，这种情况同样不利于查找断点，“二分法”甚至可能在这些方案中失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：查找断点费时费力，串联式电路的新型剪断销方案，可延展性不强。本发明提供了解决上述问题的一种基于并联电路的梯式剪断销信号器。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，包括剪断销、电阻、发光二极管、霍尔电流传感器采集模块(H)和直流电源(DC)，剪断销、电阻和发光二极管通过串联方式构成一条串联支路，多条串联支路并联后与直流电源(DC)、霍尔电流传感器采集模块(H)构成一个回路。

进一步地，所述霍尔电流传感器采集模块测量所述回路的干路电流并通过固定变比转化为电压数据向后输出。

进一步地，还包括模拟量转化电路(AD)，所述模拟量转化电路接入所述霍尔电流传感器采集模块的输出端，所述模拟量转化电路AD变换所述霍尔电流传感器采集模块输出的电压值。

进一步地，还包括CPU信号处理电路，所述CPU信号处理电路接入所述模拟量转化电路的输出端，所述CPU信号处理电路判断所述模拟量转化电路的输出值，CPU判断电压降低则向后输出报警信号。

进一步地，还包括现地控制单元(LCU)，所述现地控制单元接入所述CPU信号处理电路的输出端，所述现地控制单元接收所述CPU信号处理电路输出的报警信号。

进一步地，还包括电压跟随器，所述电压跟随器接入霍尔电流传感器采集模块中的霍尔传感器后，所述电压跟随器用于提高数据采集的稳定性。

进一步地，剪断销信号器连接方案采用梯形连接方案。

进一步地，剪断销、电阻和发光二极管的串联电路作为并联电路的支路。直流电源采用12V的直流电源，LED采用发光电压为1.8V的发光二极管，电阻采用400欧姆的限流电阻。正常情况下，流经霍尔传感器的电流为25n mA(n为支路个数)，霍尔传感器以1V/A的变比将电流变为25n mV。每断一个剪断销干路电流则减少25mA，霍尔传感器的输出电压就减少25mV，经过AD变换后送入CPU，CPU判断电压降低则输入信号给LCU，LCU则进行报警。

进一步地，霍尔电流传感器采集模块为WCS2702高精度霍尔电流传感器模块，其输入电压为0～5V，线性度为1V/A，量程为0～2A，具有响应时间快、灵敏度好、电平切换稳定以及电流设置方便等特点，用在本设计中可以提高电流采样的速度和精度。在霍尔传感器后加一个电压跟随器，可以提高数据采集的稳定性。

进一步地，模拟量转化电路以ADS1015芯片为核心，具有高采样精度、高采样速度以及最高16倍的可编程增益放大器，同时还支持窗口报警功能。可以识别最低2mV的变化，所以对于最低25mV的变化具有足够的识别精度。窗口报警功能使得电压变换较大，即剪断销剪断过多后，不经过CPU处理直接向LCU发送报警信号。

进一步地，CPU信号处理电路中CPU采用较为简单的AT89C51单片机，CPU将对ADS1015进行在线编程和数据采集转化，然后将数据与前几次采集的数据比较，当采集的数据有超过设定域值的变化后，则及时地通过驱动继电器上送给LCU，完成报警功能。

本发明提出一种基于并联电路的梯式剪断销信号器。基于并联电路中各支路电压相等的特点，将剪断销、电阻和发光二极管的串联电路作为并联电路的一条支路，则每条电路中流流过的电流相等。由并联电路干路电流等于各支路电流之和的原理，当任何一个剪断销剪断后，其所在回路的电流为零，则干路电流减小。利用霍尔电流传感器即可测得干路电流的变化，霍尔传感器将其测得的电压经AD转化后即可上送给CPU。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明故障点定位清晰，缩短故障查找时间，当确为剪断销剪断时，剪断剪断销所在支路的发光二极管灭，其他支路的二极管不受影响；

本发明延展性强，无论多少个剪断销并联，都能够精准、快速地探测到信号，并很快找到故障点，可以多机组联用；

本发明剪断销剪断后，不影响剪断销电路继续监测，本剪断销信号器连接方案中采用梯形连接方案，即分别引出两条直流小母线，每个剪断销支路T接在直流小母线中，任何一个剪断销剪断后，只需要更换该支路的元件，不会影响其他支路的继续监测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的系统接线图。

图2为本发明的WCS2702高精度霍尔电流传感器模块图。

图3为本发明的模拟量转化电路图。

图4为本发明的以AT89C51为核心的信号处理模块图。

具体实施方式

在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，包括剪断销、电阻、发光二极管、霍尔电流传感器采集模块(H)和直流电源(DC)，剪断销、电阻和发光二极管通过串联方式构成一条串联支路，多条串联支路并联后与直流电源(DC)、霍尔电流传感器采集模块(H)构成一个回路。

优选的，所述霍尔电流传感器采集模块测量所述回路的干路电流并通过固定变比转化为电压数据向后输出。

优选的，还包括模拟量转化电路(AD)，所述模拟量转化电路接入所述霍尔电流传感器采集模块的输出端，所述模拟量转化电路AD变换所述霍尔电流传感器采集模块输出的电压值。

优选的，还包括CPU信号处理电路，所述CPU信号处理电路接入所述模拟量转化电路的输出端，所述CPU信号处理电路判断所述模拟量转化电路的输出值，CPU判断电压降低则向后输出报警信号。

优选的，还包括现地控制单元(LCU)，所述现地控制单元接入所述CPU信号处理电路的输出端，所述现地控制单元接收所述CPU信号处理电路输出的报警信号。

优选的，还包括电压跟随器，所述电压跟随器接入霍尔电流传感器采集模块中的霍尔传感器后，所述电压跟随器用于提高数据采集的稳定性。

优选的，剪断销信号器连接方案采用梯形连接方案。

优选的，如图1所示，剪断销、电阻和发光二极管的串联电路作为并联电路的支路。直流电源采用12V的直流电源，LED采用发光电压为1.8V的发光二极管，电阻采用400欧姆的限流电阻。正常情况下，流经霍尔传感器的电流为25n mA(n为支路个数)，霍尔传感器以1V/A的变比将电流变为25n mV。每断一个剪断销干路电流则减少25mA，霍尔传感器的输出电压就减少25mV，经过AD变换后送入CPU，CPU判断电压降低则输入信号给LCU，LCU则进行报警。

优选的，如图2所示，霍尔电流传感器采集模块为WCS2702高精度霍尔电流传感器模块，其输入电压为0～5V，线性度为1V/A，量程为0～2A，具有响应时间快、灵敏度好、电平切换稳定以及电流设置方便等特点，用在本设计中可以提高电流采样的速度和精度。在霍尔传感器后加一个电压跟随器，可以提高数据采集的稳定性。

优选的，如图3所示，模拟量转化电路以ADS1015芯片为核心，具有高采样精度、高采样速度以及最高16倍的可编程增益放大器，同时还支持窗口报警功能。可以识别最低2mV的变化，所以对于最低25mV的变化具有足够的识别精度。窗口报警功能使得电压变换较大，即剪断销剪断过多后，不经过CPU处理直接向LCU发送报警信号。

优选的，如图4所示，CPU信号处理电路中CPU采用较为简单的AT89C51单片机，CPU将对ADS1015进行在线编程和数据采集转化，然后将数据与前几次采集的数据比较，当采集的数据有超过设定域值的变化后，则及时地通过驱动继电器上送给LCU，完成报警功能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，其特征在于，包括剪断销、电阻、发光二极管、霍尔电流传感器采集模块(H)和直流电源(DC)，剪断销、电阻和发光二极管通过串联方式构成一条串联支路，多条串联支路并联后与直流电源(DC)、霍尔电流传感器采集模块(H)构成一个回路。

2.根据权利要求1所述的一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，其特征在于，所述霍尔电流传感器采集模块测量所述回路的干路电流并通过固定变比转化为电压数据向后输出。

3.根据权利要求2所述的一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，其特征在于，还包括模拟量转化电路(AD)，所述模拟量转化电路接入所述霍尔电流传感器采集模块的输出端，所述模拟量转化电路AD变换所述霍尔电流传感器采集模块输出的电压值。

4.根据权利要求3所述的一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，其特征在于，还包括CPU信号处理电路，所述CPU信号处理电路接入所述模拟量转化电路的输出端，所述CPU信号处理电路判断所述模拟量转化电路的输出值，CPU判断电压降低则向后输出报警信号。

5.根据权利要求4所述的一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，其特征在于，还包括现地控制单元(LCU)，所述现地控制单元接入所述CPU信号处理电路的输出端，所述现地控制单元接收所述CPU信号处理电路输出的报警信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于并联电路的梯式剪断销信号器，其特征在于，还包括电压跟随器，所述电压跟随器接入霍尔电流传感器采集模块中的霍尔传感器后，所述电压跟随器用于提高数据采集的稳定性。

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