CN112003095A - 一种端子排 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种端子排，包括：绝缘本体、螺丝、电阻应变片、第一检测电路和主控芯片，绝缘本体的一表面上开设有若干包裹有金属框架的端口，端口的一侧壁的内表面上间隔设置有第一电极和第二电极，每一导线的一端插入每一端口内，且与第一电极和第二电极接触，绝缘本体中嵌设有若干电阻应变片，每一电阻应变片对着每一端口的一侧壁，且与端口的一侧壁隔有间距，每一螺丝的一端穿过绝缘本体，从每一端口的另一侧壁插入到每一端口内，螺丝可转动，使螺丝向导线移动，并紧密压接导线，每一电阻应变片均与第一检测电路电连接，第一检测电路与主控芯片电连接。该端子排可检测螺丝的紧固状态、导线的状态，以便排除故障。

Description

一种端子排

技术领域

本发明涉及接线元器件技术领域，尤其涉及一种端子排。

背景技术

端子排是开关柜和其它电气设备中的常用部件，端子排接线的可靠性问题对于开关柜执行正常的开关合分闸操作以及电气设备的正常运行关系重大，甚至直接影响到整个电力系统的安全运行。现有技术无法在保障较多端子接口的情况下，避免由于人为疏忽而造成的未拧紧或者环境影响下的导线的接触不良的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种端子排，以解决现有技术的端子排无法在保障较多端子接口的情况下，避免由于人为疏忽而造成的未拧紧或者环境影响下的导线的接触不良的问题。

本发明实施例公开了如下的技术方案：

一种端子排，用于插接导线，所述端子排包括：绝缘本体、螺丝、电阻应变片、第一检测电路和主控芯片，所述绝缘本体的一表面上开设有若干包裹有金属框架的端口，所述端口的一侧壁的内表面上间隔设置有第一电极和第二电极，每一所述导线的一端插入每一所述端口内，且与所述第一电极和所述第二电极接触，所述绝缘本体中嵌设有若干所述电阻应变片，每一所述电阻应变片对着每一所述端口的一侧壁，且与对着的所述端口的一侧壁隔有间距，每一所述螺丝的一端穿过所述绝缘本体，从每一所述端口的另一侧壁插入到每一所述端口内，其中，所述端口的另一侧壁与所述端口的一侧壁相对，所述螺丝与穿过的所述绝缘本体通过螺纹啮合，所述螺丝可转动，使所述螺丝向所述导线移动，并紧密压接所述导线，每一所述电阻应变片均与所述第一检测电路电连接，所述第一检测电路与所述主控芯片电连接。

进一步，所述第一检测电路包括：模拟多路选择器和比较器，每一所述电阻应变片与所述模拟多路选择器的输入端电连接，所述模拟多路选择器的输出端与所述比较器的输入端电连接，所述比较器的输出端与所述主控芯片电连接。

进一步：每一所述电阻应变片均设置在一基板上，所述基板嵌设在所述绝缘本体中。

进一步，所述端子排还包括：若干指示灯，每一所述指示灯安装在所述绝缘本体的外表面上，且对应每一所述端口，每一所述指示灯与所述主控芯片电连接。

进一步，所述端子排还包括：第二检测电路，每一所述端口对应的所述第一电极和所述第二电极与每一所述第二检测电路电连接。

进一步，所述端子排还包括：隔离电源、平板变压器和推免电路，所述隔离电源通过所述推免电路连接所述平板变压器的原边，所述推免电路电连接所述主控芯片，所述平板变压器的每层印制电路板与每一所述端口对应的所述第二检测电路电连接。

进一步，所述第二检测电路包括：光耦、电阻和二极管，所述第一电极电连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端电连接所述二极管的阴极，所述第二电极电连接所述光耦的输入端，每层所述印制电路板电连接每一所述第二检测电路的所述二极管的阳极和所述光耦的一输出端，所述光耦的另一输出端电连接所述主控芯片。

进一步：所述主控芯片为蓝牙芯片。

本发明实施例的端子排，可主动检测螺丝的紧固状态、导线的状态，从而可确定端子排接线是否故障，可通知运维人员，以便及时排除故障，可解决电力系统端子排接线可靠性问题，节省运维成本，提高运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的端子排的螺丝紧固状态的检测结构示意图；

图2是本发明实施例的端子排的导线连接状态的检测结构示意图；

图3本发明实施例的端子排的内部电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种端子排。该端子排用于插接导线，以便通过电性连接导通相应的电路。如图1～3所示，该端子排包括：绝缘本体1、螺丝2、电阻应变片3、第一检测电路4和主控芯片5。绝缘本体1的一表面上开设有若干包裹有金属框架6的端口7。端口7的一侧壁的内表面上间隔设置有第一电极8和第二电极9。每一导线10的一端插入每一端口7内，且与第一电极8和第二电极9接触。绝缘本体1中嵌设有若干电阻应变片3。电阻应变片3是一种广泛应用于机械设备金属表面进行应力测量的元件。它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。本发明实施例的电阻应变片3由Φ＝0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状(或用很薄的金属箔腐蚀成栅状)，且夹在两层绝缘薄片中(基底)制成的。由于电阻应变片3的最小敏感栅尺寸可以做到仅仅1-2mm，因此非常适合在端子排中应用。每一电阻应变片3对着每一端口7的一侧壁，且与端口7的一侧壁隔有间距，以保证绝缘距离。每一螺丝2的一端穿过绝缘本体1，从每一端口7的另一侧壁插入到每一端口7内。应当理解的是，端口7的另一侧壁与端口7的一侧壁相对。还应当理解的是，螺丝2的另一端是位于绝缘本体1外。例如，端口7的一侧壁为下侧壁，另一侧壁为上侧壁。螺丝2与穿过的绝缘本体1通过螺纹啮合，因此，一般情况下可使螺丝2保持紧固。螺丝2可转动，使螺丝2向导线10滑动，并紧密压接导线10。每一电阻应变片3均与第一检测电路4电连接。第一检测电路4与主控芯片5电连接。

通过上述的结构设计，该端子排可实时检测螺丝2的紧固状态，以便确定导线10的接线状态。正常情况下，拧紧螺丝2使螺丝2处于紧固状态，螺丝2压紧导线10，导线10不会松动，此时，螺丝2对金属框架6的作用力也是最大。螺丝2对金属框架6的作用力导致金属框架6产生形变(应当理解的是，该形变是非常轻微的形变)，进而导致绝缘本体1内部产生应力。该应力会使得电阻应变片3产生形变，进而导致其电阻发生变化。电阻应变片3的电阻的变化可通过第一检测电路4检测得到，并将检测结果发送到主控芯片5。随着螺丝2紧固程度的不同，最终导致的电阻应变片3的形变不同，因而产生的电阻变化不同。主控芯片5接收第一检测电路4的检测结果，若判断出检测的电阻的变化值大于预设阈值，则表明螺丝2松动，导致导线10接线不可靠，或者，导线10脱落，或者，导线10接触不良。应当理解的是，该预设阈值可根据经验预设。

优选的，每一电阻应变片3均设置在一基板11上。检测螺丝2的紧固状态的电阻应变片3与第一电极8和第二电极9之间是隔离的，因此所有的电阻应变片3可以在一个基板11上被连接在一起，不需要隔离。基板11嵌设在绝缘本体1中。基板11为平面基板。所有电阻应变片3的敏感栅以及输出引线都可在该基板11上被刻蚀出来。因此，它们作为一个整体感知层被集成到端口7的下方(根据端子排结构形式的不同，位置会有不同)，并与端口7保持足够的绝缘距离。敏感栅的图形和具体尺寸可根据应力计算和实验情况来确定。具体的，通过分析螺丝2的松紧程度造成的端子排的绝缘本体1塑料结构的应力分布和大小的变化，可确定电阻应变片3的最优安装位置和对应的表面栅条形状。

具体的，第一检测电路4包括：模拟多路选择器AMUX和比较器P。应当理解的是，模拟多路选择器AMUX和比较器P分别具有对其供电的电源(+5V)。每一电阻应变片3与模拟多路选择器AMUX的输入端电连接。模拟多路选择器AMUX的输出端与比较器P的输入端电连接。比较器P输出端与主控芯片5电连接。电阻应变片3的状态可通过比较器P被检测。为了减少比较器P的数量，可通过模拟多路转换器AMUX来实现对不同电阻应变片3的测量信号的通道切换，将电阻应变片3的电阻变换信号转换为模拟电压，发送到比较器P，以便判断螺丝2的紧固程度。具体的，主控芯片5可控制多路转换器AMUX切换测量信号的通道。

优选的，该端子排还包括：若干指示灯12。指示灯12可以是发光二极管LED。每一指示灯12安装在绝缘本体1的外表面上(例如绝缘本体1的上表面上)，且对应每一端口7(如图3所示，发光二极管LED1-LEDn，分别对应n个端口7)。每一指示灯12与主控芯片5电连接。主控芯片5将端子排的每一端口7的螺丝2的紧固状态通过端子排上安装的指示灯12来指示，以提醒运检人员。螺丝2处于紧固的状态下，指示灯12常亮。若一端口7的螺丝2松动，则主控芯片5控制对应的指示灯12熄灭。

优选的，该端子排还包括：第二检测电路13。每一端口7对应的第一电极8和第二电极9均与每一第二检测电路13电连接。当导线10位于端口7内，导线10会与第一电极8和第二电极9接触。第一电极8、第二电极9和导线10的金属部分构成一个三电极系统。若导线10处于正常状态，则导线10会导致第一电极8和第二电极9被短路。第二检测电路13将短路的信号发送到主控芯片5。主控芯片5可根据是否是短路信号而确定导线10是否正常。

上述对导线10的状态的检测方法需要给端口7提供测试电源。每个端口7之间需要进行电气隔离，因此就需要多通道的隔离输入电源。如图3所示，为了在一个非常小的空间内设计足够多的隔离电源，本发明实施例采用多绕组平板变压器技术。具体的，该端子排还包括：隔离电源、平板变压器14和推免电路15。本发明实施例的隔离电源为5V的隔离电源。隔离电源通过推免电路15连接平板变压器14的原边。推免电路15电连接主控芯片5。平板变压器14的每层印制电路板(PCB)与每一端口7对应的第二检测电路13电连接。其中，推免电路15是双MOSFET开关(图3中的Q1和Q2)以推免方式存在于电路中。平板变压器14的原边通过推挽电路15对隔离电源(+5V)进行高频斩波。平板变压器14依靠多层PCB实现多组副边绕组，它们通过公共的铁氧体磁芯与原边绕组产生耦合。由于第二检测电路13需要的功率很小，因此绕组的导线可以很细，从而有条件在紧凑的环境下实现多绕组输出。

具体的，第二检测电路13包括：光耦、电阻和二极管。如图2中所示，对于第n个第二检测电路13，其包括：光耦On、电阻Rn和二极管Dn。应当理解的是，每一第二检测电路13具有对光耦供电的电源(+5V)。第一电极电连接电阻的一端。电阻的另一端电连接二极管的阴极。第二电极电连接光耦的输入端。每层印制电路板电连接每一第二检测电路13的二极管的阳极和光耦的一输出端。光耦的另一输出端电连接主控芯片5。通过上述的设计，当导线10处于正常状态使第一电极8和第二电极9被短路时，第二检测电路13的光耦会发光，其状态被隔离发送给二次侧的主控芯片5。

优选的，主控芯片5为蓝牙芯片(例如，蓝牙SOC芯片，其内置CPU核，因此可以在完成蓝牙协议的同时，也能接收外部的I/O信号，实现对端子排状态的测量)，从而可采用蓝牙Mesh技术实现端子排的自组网和状态的传输。蓝牙Mesh网络，就是一个多对多的网络。每个设备节点都可以和别的节点自由通讯。在这种拓扑中，因为很多节点可以中继收到的消息，所以端对端的通信可以比原来单点之间的通讯距离要远很多。基于Mesh网络可以实现端子排的自组网，以及灵活的路由，可以确保接线状态的可靠传输，还可通过蓝牙Mesh网络实现与物联网的通讯，从而通过云服务将端子排的状态通知运维人员或者被运维管理。

上述端子排的芯片元件均可采用全国产化芯片来制造，它们均为常见元器件，应用都很广泛，且半导体器件的成本要远低于端子排的铜和绝缘材料以及制造成本，因此成本较低。

综上，本发明实施例的端子排，可主动检测螺丝的紧固状态、导线的状态，从而可确定端子排接线是否故障，可通知运维人员，以便及时排除故障，可解决电力系统端子排接线可靠性问题，节省运维成本，提高运行可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种端子排，用于插接导线，其特征在于，所述端子排包括：绝缘本体、螺丝、电阻应变片、第一检测电路和主控芯片，所述绝缘本体的一表面上开设有若干包裹有金属框架的端口，所述端口的一侧壁的内表面上间隔设置有第一电极和第二电极，每一所述导线的一端插入每一所述端口内，且与所述第一电极和所述第二电极接触，所述绝缘本体中嵌设有若干所述电阻应变片，每一所述电阻应变片对着每一所述端口的一侧壁，且与对着的所述端口的一侧壁隔有间距，每一所述螺丝的一端穿过所述绝缘本体，从每一所述端口的另一侧壁插入到每一所述端口内，其中，所述端口的另一侧壁与所述端口的一侧壁相对，所述螺丝与穿过的所述绝缘本体通过螺纹啮合，所述螺丝可转动，使所述螺丝向所述导线移动，并紧密压接所述导线，每一所述电阻应变片均与所述第一检测电路电连接，所述第一检测电路与所述主控芯片电连接。

2.根据权利要求1所述的端子排，其特征在于，所述第一检测电路包括：模拟多路选择器和比较器，每一所述电阻应变片与所述模拟多路选择器的输入端电连接，所述模拟多路选择器的输出端与所述比较器的输入端电连接，所述比较器的输出端与所述主控芯片电连接。

3.根据权利要求1所述的端子排，其特征在于：每一所述电阻应变片均设置在一基板上，所述基板嵌设在所述绝缘本体中。

4.根据权利要求1所述的端子排，其特征在于，还包括：若干指示灯，每一所述指示灯安装在所述绝缘本体的外表面上，且对应每一所述端口，每一所述指示灯与所述主控芯片电连接。

5.根据权利要求1所述的端子排，其特征在于，还包括：第二检测电路，每一所述端口对应的所述第一电极和所述第二电极与每一所述第二检测电路电连接。

6.根据权利要求5所述的端子排，其特征在于，还包括：隔离电源、平板变压器和推免电路，所述隔离电源通过所述推免电路连接所述平板变压器的原边，所述推免电路电连接所述主控芯片，所述平板变压器的每层印制电路板与每一所述端口对应的所述第二检测电路电连接。

7.根据权利要求6所述的端子排，其特征在于，所述第二检测电路包括：光耦、电阻和二极管，所述第一电极电连接所述电阻的一端，所述电阻的另一端电连接所述二极管的阴极，所述第二电极电连接所述光耦的输入端，每层所述印制电路板电连接每一所述第二检测电路的所述二极管的阳极和所述光耦的一输出端，所述光耦的另一输出端电连接所述主控芯片。

8.根据权利要求1所述的端子排，其特征在于：所述主控芯片为蓝牙芯片。

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