CN112556943B

CN112556943B - 漏水定位检测装置

Info

Publication number: CN112556943B
Application number: CN202011458032.8A
Authority: CN
Inventors: 林强强; 张东阁; 苗世亮; 郑起佳; 李彧; 徐志书
Original assignee: Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Current assignee: Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: CN112556943A

Abstract

本发明提供一种漏水定位检测装置，第一漏水定位检测单元、第二漏水定位检测单元和信号处理器，通过敷设在被检测装置壳体的不同底面，检测被检测装置是否发生漏水以及漏水位置，本发明使用了惠斯登电桥法采集漏水感应绳的电压变化，能够发现极轻微的漏水，提高了检测的灵敏度。同时采用两路漏水感应检测装置，将采集的电压信号进行比较，避免非漏水因素导致的漏水误报警，提高的检测的可靠性。

Description

漏水定位检测装置

技术领域

本发明涉及电机控制驱动器漏水定位检测技术领域，尤其涉及一种漏水定位检测装置。

背景技术

海洋资源丰富，随着科学技术发展，各种水下探测器应运而生，水下探测器成本高昂，精密的电子设备一旦遇水就面临被短路损坏的风险，漏水定位检测技术能给挽救设备甚至生命预留出宝贵的时间。

漏水定位检测技术应用于海洋等水下探测器舱内，其作用为一旦水下探测器遇到局部渗水，漏水感应绳的阻值就会发生变化，漏水采集电路就会发生电压变化，DSP信号信号处理器会判断采集电压是否在正常范围内，一旦超出正常值，漏水报警信号就会通过通信总线上传到远程控制站的信息系统，及时撤回水下探测器。

感应绳采用螺旋式布线法，增加漏水报警的及时性和概率。双漏水感应绳分别布在壳体的双层空间中，采用对比算法，避免漏水误报。检测电路采用惠斯登电桥，提高检测的灵敏度。采用差分信号经过隔离后传给控制电路，避免采集电路对控制电路的干扰，增强了抗干扰性能。采集后模拟信号转变经过DSP数字滤波处理后，通过数字总线上传报警信号。

漏水检测的数据采集精度、灵敏度等原因直接影响漏水点巡查检测的速度，现有技术中单路漏水定位检测技术没有其他路数的电路做对比，漏报事故发生的概率较高，再有现有技术中的漏水感应绳传输距离不够远，抗干扰性差。

发明内容

本发明实施例提供一种漏水定位检测方法和漏水定位检测装置，该方法采集精度高，灵敏度高，利于快速寻找到漏水点，其次，采用两路漏水感应绳和采集电路，将两路漏水感应层分别放在水下探测器的外层和内层，对比外层的漏水报警信号与内层的漏水感应绳采集信号，防止非漏水因素导致的漏水报警发生，降低漏水事故误报概率，提高了检测的可靠性。

本发明第一方面提供一种漏水定位检测装置，包括：第一漏水定位检测单元、第二漏水定位检测单元和信号处理器，所述第一漏水定位检测单元位于被检测装置壳体的第一底面，用于对所述检测装置壳体的第一底面进行漏水定位检测；所述第二漏水定位检测单元位于所述被检测装置壳体的第二底面，用于对所述被检测装置壳体的第二底面进行漏水定位检测。

所述第一漏水定位检测单元包括：第一漏水感应绳、第一惠斯登电桥电路、第一信号隔离运放电路；所述第一漏水感应绳的输出端连接惠斯登电桥电路的输入端，所述第一惠斯登电桥的差分电压输出端连接所述第一信号隔离运放电路，所述第一信号隔离运放电路的输出信号连接至所述信号处理器，所述第一漏水感应绳，用于感应水下一个方向或者多个方向的其表面的水分变化；所述第一惠斯登电桥电路用于根据所述漏水感应绳感应的其表面水分变化输出差分电压，所述第一信号隔离运放电路用于放大所述第一惠斯登电桥电路输出的差分电压为第一电压。

所述第二漏水定位检测单元包括：第二漏水感应绳、第二惠斯登电桥电路、第二信号隔离运放电路；所述第二漏水感应绳的输出端连接惠斯登电桥电路的输入端，所述第二惠斯登电桥的差分电压输出端连接所述第二信号隔离运放电路，所述第二信号隔离运放电路的输出信号连接至所述信号处理器，所述第二漏水感应绳，用于感应水下一个方向或者多个方向的其表面的水分变化；所述第二惠斯登电桥电路用于根据所述漏水感应绳感应的其表面水分变化输出差分电压，所述第二信号隔离运放电路用于放大所述第二惠斯登电桥电路输出的差分电压为第二电压。

所述信号处理器用于接收所述第一电压模拟信号和所述第二电压模拟信号，比较所述第一电压模拟信号和所述第二电压模拟信号，根据比较结果输出数字电压信号并发送所述数字电压信号。

根据本发明的一个实施例，所述信号隔离运放电路包括第一仪表放大器、隔离运放器、第二仪表放大器，所述第一仪表放大器的输入端与所述惠斯登电桥电路的输出端电连接，所述第一仪表放大器的输出端与所述隔离运放器的输入端电连接，所述隔离运放器的输出端与所述信号处理器的输入端电连接；所述第一仪表放大器被配置为将惠斯登电桥电路的差分输出电压转变为第一阈值范围内的单端电压输出；所述隔离运放器被配置为抑制所述隔离运放器的前端干扰信号；所述第二仪表放大器被配置为将所述惠斯登电桥电路的差分输出电压转变为第二阈值范围内的单端电压输出。

根据本发明的一个实施例，所述第一仪表放大器的参考电压输入端和外部电源负极端、所述隔离运放器输入侧的接地端、所述惠更斯电桥电路接地端共一路地。所述所述隔离运放器输出侧的接地端、第二仪表放大器的参考电压输入端和外部电源负极端、DSP信号处理电路接地端共另一路地。

根据本发明的一个实施例，所述隔离运放器被配置为其输出端电压与其输入端电压的比值为1：1。

根据本发明的一个实施例，所述第一仪表放大器的外接调整电阻端不接外接调整电阻。

根据本发明的一个实施例，所述漏水感应绳以被检测对象的壳体不同底面呈螺旋紧密敷设。

根据本发明的一个实施例，所述隔离运放器的输出端与所述第二仪表放大器的输入端连接有匹配电阻，所述匹配电阻用于匹配所述隔离运放器的输出电压。

本发明提供的有益效果：第一，本发明使用了惠斯登电桥法采集漏水感应绳的电压变化，能够发现极轻微的漏水，提高了检测的灵敏度。第二，本发明有两路漏水感应绳和采集电路，第一路漏水感应绳放在水下探测器的外层，第二路漏水感应绳放在水下探测器的内层，当第一层出现漏水报警信号，会跟内层的漏水感应绳采集信号做对比，防止非漏水因素导致的漏水报警发生，提高的检测的可靠性。第三，本发明漏水感应绳独立电源供电，首先把惠斯登电桥的差分电压信号通过仪表放大器转变成单端电压信号，单端电压信号通过线性隔离运放输出差分电压，再通过仪表放大器转变成单端电压信号输入到信号处理器，漏水采集电路采用隔离、差分信号传输，漏水感应绳传输距离不受限制，抗干扰性较强。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明实施例公开的漏水定位检测装置结构方框图；

图2为本发明实施例公开的漏水定位检测装置电路原理图；

图3为本发明实施例公开的螺旋式漏水感应绳布局示意图；

图4为本发明实施例公开的惠斯登电桥采样电路原理图；

图5为本发明实施例公开的信号隔离运放电路原理图；

图6为本发明实施例公开的信号处理器原理图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的目的在于提供一种漏水定位检测装置，该装置具有检测灵敏度高、定位准确、可靠性高的特点。

漏水定位检测装置包括第一漏水定位检测单元、第二漏水定位检测单元和信号处理器，第一漏水定位检测单元位于水下探测器外层，用于对所述探测器外层进行漏水定位检测；第二漏水定位检测单元位于所述水下探测器的内层，用于对所述探测器内层进行漏水定位检测。

第一漏水定位检测单元和所述第二漏水定位检测单元，分别包括：漏水感应绳、惠斯登电桥电路、信号隔离运放电路；所述漏水感应绳采用螺旋式布局分布在水下探测器的底部，所述漏水感应绳的输出端连接惠斯登电桥电路的输入端，所述惠斯登电桥的差分电压输出端连接所述信号隔离运放电路，所述信号隔离运放电路的输出信号连接至所述信号处理器，所述漏水感应绳，用于感应水下一个方向或者多个方向的其表面的水分变化；所述惠斯登电桥电路用于根据所述漏水感应绳感应的其表面水分变化输出差分电压，所述信号隔离运放电路用于放大所述惠斯登电桥电路输出的差分电压为第一电压，所述信号处理器用于接收所述第一电压模拟信号，将所述第一电压转变为数字电压信号，发送所述数字电压信号。

如图1所示，螺旋式布局漏水感应绳101、冗余螺旋式布局漏水感应绳201、惠斯登电桥采样电路102、冗余惠斯登采集电路202、信号隔离运放电路103、冗余信号隔离运放电路203、DSP信号处理器104。如图2所示，漏水感应绳的两端接入惠斯登电桥采样电路的一路电桥两端，惠斯登电桥采样电路电桥因为漏水感应绳阻值变化产生的差分电压信号输出给仪表放大器，仪表放大器的输出端连接线性隔离运放，线性隔离运的输出端再次连接仪表放大器，仪表放大器的输出端连接至DSP芯片，DSP芯片把漏水报警信号上传给远程控制站。

所述漏水感应绳采用螺旋式布局分布在水下探测器的底部，这样只要任何一个方向或者局部漏水，漏水感应绳都能最大可能地吸附其表面，只要漏水感应绳表面的水分发生变化，其阻值就会随之改变。

如图2所示，惠斯登电桥有四个电阻组成，包括R1、R2、R3、R4。一种由4个电阻组成用来测量其中一个电阻阻值(其余3个电阻阻值已知)的装置。4个电阻组成一个方形。漏水感应绳与其中一个电阻并联，漏水感应绳的两端接入该并联电阻的两端。四个电阻R1、R2、R3、R4选择阻值一样的电阻，且阻值的大小与漏水感应绳的阻值相匹配。选择漏水感应绳一端和其相对电阻的一端作为电桥的输出端，即B、C两点。当漏水感应绳吸附到水分，其自身阻值就会变小，与水分的接触面积越大，其两端阻值亦越小，惠斯登电桥的输出电压U_BC就会越大。

漏水感应绳是一条检测液体泄漏的感应线缆，当泄漏发生时，感应线缆将信号送往控制器，经微处理器处理后，将泄漏位置通ModBus通信协议上传至中央控制中心，并同时报警。感应线缆由4根不同类型的导线组成，其中两根由导电聚合物加工而成，其单位长度电阻被精密加工并为定值。无泄漏时其中两根导线间电流值为正常，当感应线被泄漏物沾上，两根导电聚合物之间被短接，并使所测电流值发生变化，控制器根据欧姆定律，电阻与长度有关，通过测算，就能得到发生故障泄露点的位置。根据输出电压U_BC的值判断具体漏水位置。

如图2所示，信号隔离放大电路由第一级仪表放大器、线性隔离运放、第二级仪表放大器组成。由于惠斯登电桥输出为差分电压信号，通过仪表放大器转变成单端电压输入给线性隔离运放器。同时匹配差分输出电压至线性光耦隔离芯片输入范围内。线性隔离运放器能够隔离前端的采集电压，防止前端的输入电压异常损坏DSP信号处理器。线性隔离运放使用Σ-Δ技术能够有效抑制前端的干扰信号(外部带来干扰比如静电、电磁场干扰信号)，使采集电压更加精准。二级仪表放放大器能够放大采集差分电压至DSP芯片的AD模块临界单端输入电压内，放大后的采集电压使AD模块转换的数字电压更加精准。这里的仪表放大器可选择型号为AD623、INA321/322以及INA2321/2322，当然不仅仅局限于上述型号，可根据工程需要自行选择与工程要求匹配的仪表放大器。

内层漏水采集电路与外层漏水采集电路是一样的，区别就是漏水感应绳的所放位置不同。内外层的采集电路板都放置在内层壳体中，外层壳体的漏水感应绳通过安装线连接至壳体水密连接器，壳体内层的安装线再传给内外层的采集电路板。内层采集电路也同样传输漏水电压信号给DSP信号处理芯片，两层的漏水电压信号滤波、对比、判断分析后，最终判断出是否真实发生漏水故障。

DSP信号处理器是一款集成AD功能的数字式DSP芯片电路。采集的模拟电压通过AD功能模块转化成数字电压信号，对数字信号使用一阶滤波算法，有效消除干扰信号引起的波动。嵌入式编程设置有效的漏水电压的判据范围，当超出判据范围，视为发生漏水故障。本发明设置了两路漏水采集电路，分别为内、外层漏水采集电路，当某一层检测出漏水信号，会与另外一层做对比，防止出现误报漏水故障的问题。当外层检测出漏水，会比较内层的漏水电压，避免因湿度过大等非漏水原因引起漏水故障报警。当内层出现漏水信号，而外层没有检测出漏水信号，很可能说明只是采集信号被干扰引起的错报。

DSP信号处理器判断出真实发生漏水故障后，通过控制总线上传给远程控制站处理。

如图2所示，螺旋式漏水感应绳101输出端连接惠斯登电桥电路102的输入端，漏水感应绳可等效为惠斯登电桥中R0，后面可称为等效电阻R0。惠斯登电桥产生的差分电压输出至信号隔离运放电路103，隔离运放电路103包括第一级仪表放大器、光耦隔离运放器、第二级仪表放大器，第一级仪表放大器信号匹配放大后传输给光耦隔离运放器，隔离后的信号再次通过第二级仪表放大器，输出为DSP的AD模块的临界输入电压范围内。隔离运放后的信号最后传输给DSP信号处理器104，DSP芯片综合判断壳体内是否漏水。

如图3所示，螺旋式漏水感应绳以壳体圆点O为中心，螺旋向外布局，一直布线至壳体的边缘，这样任何位置的局部漏水，向四周散开后都会流入附近的漏水感应绳。漏水感应绳采用两传感线加聚合物载线杆结构，漏水感应绳吸附漏水后，两根传感线被短路，这时漏水感应绳的等效电阻就会降低，漏水点距离出线端A、B点的距离越短，等效电阻就会越小。漏水量的大小也影响等效电阻的大小，漏水越多，等效电阻越小。最终通过漏水电压大小能判断出漏水量的大小和位置。

如图4所示，惠斯登电桥采样电路由漏水感应绳的等效电阻R0和电阻R1、R2、R3、R4组成，惠斯登电桥的输出端为B、C点的电压差值U_BC,也既是漏水电压。当发生漏水时，等效电阻R0就会减小，漏水电压U_BC就会变大。电阻R1、R2、R3、R4的电阻值选择为1MΩ,正常情况下，等效电阻R0的阻值为16M，随着漏水的量的增加，等效电阻R0的阻值会降低到100K以内，由此产生始终为正的电压差U_BC。

如图5所示，漏水电压信号U_BC接入信号隔离运放103电路B、C点，第一级仪表放大器放大电阻Rg1为空，仪表放大器AD623默认Rg1为空的放大倍数为1，第一级仪表放大器把差分电压U_BC转化为单端电压。仪表放大器1的REF和VS-与隔离运放的GND1、惠斯登电桥GND共地，隔离运放的电压VDD1与仪表放大器1的VS+、惠斯登电桥的VCC共用电源VCC1。隔离运放的输出电压和输入电压比为1：1，隔离后端的隔离运放的电压VDD2与仪表放大器2的VS+共用VCC2,仪表放大器2的REF与隔离运放的GND1和VS-共地。仪表放大器2的放大电阻Rg2使漏水电压放大1.5倍。

如图6所示，内层漏水电压信号和外层漏水电压信号分别传输到DSP信号处理器104的AD1和AD2，AD功能模块会把漏水电压信号转换成数字信号，通过编程处理内外层漏水电压信号，首先对漏水电压信号进行一阶滤波处理，滤除干扰杂波。对采集到的漏水电压设置合理的漏水判据范围，一旦超出判据范围，再结合另一层的漏水电压信号综合判断是否漏水，综合判断确实出现漏水，通过控制总线上传漏水故障信号。

本发明提供的有益效果：第一，本发明使用了惠斯登电桥法采集漏水感应绳的电压变化，能够发现极轻微的漏水，提高了检测的灵敏度。第二，本发明有两路漏水感应绳和采集电路，第一路漏水感应绳放在水下探测器的外层，第二路漏水感应绳放在水下探测器的内层，当第一层出现漏水报警信号，会跟内层的漏水感应绳采集信号做对比，防止非漏水因素导致的漏水报警发生。第三，本发明漏水感应绳独立电源供电，首先把惠斯登电桥的差分电压信号通过仪表放大器转变成单端电压信号，单端电压信号通过线性隔离运放输出差分电压，再通过仪表放大器转变成单端电压信号输入到信号处理器，漏水采集电路采用隔离、差分信号传输，漏水感应绳传输距离不受限制，抗干扰性较强。

显然，上述具体实施案例仅仅是为了说明本方法应用所作的举例，而非对实施方式的限定，对于该领域的一般技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动，用以研究其他相关问题。因此，本发明的保护范围都应以权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims

1.漏水定位检测装置，其特征在于，所述装置包括：第一漏水定位检测单元、第二漏水定位检测单元和信号处理器，所述第一漏水定位检测单元位于被检测装置外层，用于对所述被检测装置的外层进行漏水定位检测；所述第二漏水定位检测单元位于所述被检测装置的内层，用于对所述被检测装置壳体的内层进行漏水定位检测；

所述第一漏水定位检测单元包括：第一漏水感应绳、第一惠斯登电桥电路、第一信号隔离运放电路；所述第一漏水感应绳的输出端连接惠斯登电桥电路的输入端，所述第一惠斯登电桥的差分电压输出端连接所述第一信号隔离运放电路，所述第一信号隔离运放电路的输出信号连接至所述信号处理器，所述第一漏水感应绳，用于感应水下一个方向或者多个方向的其表面的水分变化；所述第一惠斯登电桥电路用于根据所述漏水感应绳感应的其表面水分变化输出差分电压，所述第一信号隔离运放电路用于放大所述第一惠斯登电桥电路输出的差分电压为第一电压；

所述第二漏水定位检测单元包括：第二漏水感应绳、第二惠斯登电桥电路、第二信号隔离运放电路；所述第二漏水感应绳的输出端连接惠斯登电桥电路的输入端，所述第二惠斯登电桥的差分电压输出端连接所述第二信号隔离运放电路，所述第二信号隔离运放电路的输出信号连接至所述信号处理器，所述第二漏水感应绳，用于感应水下一个方向或者多个方向的其表面的水分变化；所述第二惠斯登电桥电路用于根据所述漏水感应绳感应的其表面水分变化输出差分电压，所述第二信号隔离运放电路用于放大所述第二惠斯登电桥电路输出的差分电压为第二电压；

所述信号处理器用于接收所述第一电压模拟信号和所述第二电压模拟信号，比较所述第一电压模拟信号和所述第二电压模拟信号，根据比较结果输出数字电压信号并发送所述数字电压信号，所述信号隔离运放电路包括第一仪表放大器、隔离运放器、第二仪表放大器，所述第一仪表放大器的输入端与所述惠斯登电桥电路的输出端电连接，所述第一仪表放大器的输出端与所述隔离运放器的输入端电连接，所述的隔离运放器输出端与所述第二仪表放大器的输入端电连接，所述隔离运放器的输出端与所述信号处理器的输入端电连接；所述第一仪表放大器被配置为将惠斯登电桥电路的差分输出电压转变为第一阈值范围内的单端电压输出；所述隔离运放器被配置为抑制所述隔离运放器的前端干扰信号和防止干扰电压尖峰影响隔离输出后的控制电路工作；所述第二仪表放大器被配置为将所述惠斯登电桥电路的差分输出电压转变为第二阈值范围内的单端电压输出。

2.根据权利要求1所述的漏水定位检测装置，其特征在于，所述第一仪表放大器的参考电压输入端和外部电源负极端、所述隔离运放器输入侧的接地端、所述惠斯登电桥电路接地端共一路地，所述隔离运放器输出侧的接地端、第二仪表放大器的参考电压输入端和外部电源负极端、DSP信号处理电路接地端共另一路地。

3.根据权利要求1所述的漏水定位检测装置，其特征在于，所述隔离运放器被配置为其输出端电压与其输入端电压的比值为1：1。

4.根据权利要求1所述的漏水定位检测装置，其特征在于，所述第一仪表放大器的外接调整电阻端不接外接调整电阻。

5.根据权利要求1所述的漏水定位检测装置，其特征在于，所述漏水感应绳以被检测装置的壳体不同底面呈螺旋紧密敷设。

6.根据权利要求1所述的漏水定位检测装置，其特征在于，所述隔离运放器的输出端与所述第二仪表放大器的输入端连接有匹配电阻，所述匹配电阻用于匹配所述隔离运放器的输出电压。