CN113624306B - 电磁水表传感器的故障检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电磁水表传感器的故障检测装置和方法，该装置包括恒压源、第一开关、第二开关、线圈绝缘检测电路、线圈老化检测电路和主控电路，主控电路用于控制第一开关和第二开关的切换，在绝缘检测模式下，主控电路根据第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈的绝缘性；在老化检测模式下，主控电路用于根据第二电压值计算出线圈的电阻值，并根据线圈的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈是否老化，实用性强，解决了在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，无法实现在不把传感器从管道上拆卸的前提下，对电磁水表传感器的故障进行检查的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电磁技术领域，特别是涉及一种电磁水表传感器的故障检测装置和方法。
背景技术
目前，由于电磁水表具有量程比宽、始动流量小以及使用寿命长等特点，因此，被广泛应用在水务领域，进行贸易结算。
一般电磁水表的生产厂家在出厂之前都会对整表进行标定，以保证测量精度符合测量要求，但当传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，传感器的重要参数会随着时间推移而发生改变，而最终导致传感器失灵，以使电磁水表不能正常工作，然而，对于该类问题，传统的方式是电磁水表返回原厂或专业机构进行检修，但此类方式增加了用户的成本以及生产损失，目前相关技术中在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，无法实现在不把传感器从管道上拆卸的前提下，对电磁水表传感器的故障进行检查的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种电磁水表传感器的故障检测装置和方法，以至少解决相关技术中在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，无法实现在不把传感器从管道上拆卸的前提下，对电磁水表传感器的故障进行检查的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种电磁水表传感器的故障检测装置，包括：
恒压源，与线圈连接；
第一开关和第二开关，用于切换至绝缘检测模式或老化检测模式；
线圈绝缘检测电路，用于在所述第一开关和所述第二开关切换至所述绝缘检测模式时，输出第一电压值；
线圈老化检测电路，用于在所述第一开关和所述第二开关切换至所述老化检测模式时，输出第二电压值；
主控电路，所述主控电路的绝缘检测端与所述线圈绝缘检测电路的输出端连接，所述主控电路的老化检测端与所述线圈老化检测电路的输出端连接，且所述主控电路用于控制所述第一开关和所述第二开关的切换，在所述绝缘检测模式下，所述恒压源与所述线圈断开连接，所述线圈绝缘检测电路的输入端与所述线圈连接，所述主控电路用于根据所述第一电压值与预设电压值的比较结果，判断所述线圈的绝缘性；在所述老化检测模式下，所述恒压源、所述线圈以及所述线圈老化检测电路组成串联回路，所述主控电路用于根据所述第二电压值计算出所述线圈的电阻值，并根据所述线圈的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断所述线圈是否老化。
在其中一些实施例中，所述线圈绝缘检测电路包括第一电源输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及电压跟随器，所述第一电阻的第一端、所述第一开关的输入端和所述第二电阻的第一端互联，所述第二电阻的第二端与所述第一电源输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述电压跟随器的正相输入端连接，所述电压跟随器的反相输入端、所述电压跟随器的输出端和所述第三电阻的第一端互联，所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第一端相连接作为所述线圈绝缘检测电路的输出端，所述第四电阻的第二端接地。
在其中一些实施例中，所述线圈老化检测电路包括与所述线圈以及所述恒压源组成串联回路的第五电阻、并联在所述第五电阻两端的正相放大电路以及与所述正相放大电路相连接的第一滤波电路；
所述正相放大电路，用于对采集的所述第五电阻两端的电压进行放大，并输出放大后的电压信号；
所述第一滤波电路，用于对所述放大后的电压信号滤除高频电压信号以得到所述第二电压值。
在其中一些实施例中，在所述的装置还包括存储模块的情况下，所述主控电路还用于控制第一开关和第二开关切换至线圈磁通量检测模式，所述主控电路在切换至所述线圈磁通量检测模式并计算出所述线圈磁通量的值，并根据所述线圈磁通量的值与预设线圈磁通量的比较结果，判断所述线圈的健康程度。
在其中一些实施例中，所述的所述主控电路在切换至所述线圈磁通量检测模式并计算出所述线圈磁通量的值的步骤包括：
获取所述线圈的电阻值；
在所述线圈电流上升到恒定电流的预设百分比时，将所述线圈老化检测电路输出的离散信号存储至所述存储模块，并计算出所述离散信号的时间间隔对应的时间；
根据所述对应的时间计算出电感对应的渡越时间；
根据所述电感对应的渡越时间以及所述线圈的电阻值计算出所述线圈对应的等效电感值；
根据所述线圈对应的等效电感值以及所述恒定电流计算出所述线圈磁通量。
在其中一些实施例中，所述装置还包括：
电极阻抗检测电路，包括用于切换阻抗检测模式的第三开关；
所述电极阻抗检测电路与所述主控电路连接，且所述主控电路还用于控制所述第三开关切换至所述阻抗检测模式，在所述第三开关切换至所述阻抗检测模式时，所述主控电路用于根据所述电极阻抗检测电路输入的电压值与输出的电压值计算出所述线圈的两电极之间的阻抗值。
在其中一些实施例中，所述电极阻抗检测电路还包括数模转换电路和反向放大电路；
所述数模转换电路，所述数模转换电路的输入端与所述主控电路连接，所述数模转换电路的输出端与所述第三开关的输入端连接，所述第三开关的输出端与所述线圈的第一电极连接，所述第三开关的受控端与所述主控电路连接，所述数模转换电路用于对所述主控电路输出的阻抗检测信号进行数模转换处理，并输出处理后数字信号；
反向放大电路，与所述线圈的第二电极连接，用于对输入的所述数字信号进行反相放大处理，并输出反相放大后的数字信号；其中，输入的所述数字信号作为所述电极阻抗检测电路输入的电压值，所述反相放大后的数字信号作为所述电极阻抗检测电路输出的电压值。
在其中一些实施例中，所述反向放大电路包括第一反相放大器和第六电阻，所述第一反相放大器的反相输入端和所述第六电阻的第一端连接，所述第一反相放大器的正相输入端接地，所述第一反相放大器的输出端和所述第六电阻的第二端连接。
在其中一些实施例中，所述电极阻抗检测电路还包括：
整流器，与所述反向放大电路连接，用于对所述反相放大后的数字信号进行整流处理，并输出整流后的数字信号；
第二滤波电路，与所述整流器连接，用于对所述整流后的数字信号滤除高频电压信号以得到滤波后的数字信号；
电压调制电路，与所述第二滤波电路连接，用于对所述滤波后的数字信号进行信号调制处理，并输出信号调制后的电压信号；
模数转换电路，与所述电压调制电路连接，用于对所述信号调制后的电压信号进行模数转换处理，并输出处理后的模拟信号至所述主控电路。
第二方面，本申请实施例提供了一种电磁水表传感器的故障检测方法，包括：
在缘检测模式下，检测第一电压值，并根据所述第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈的绝缘性；
在老化检测模式下，检测第二电压值，根据所述第二电压值计算出所述线圈的电阻值，并根据所述线圈的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断所述线圈是否老化。
相比于相关技术，本实施例的技术方案中，采用恒压源连接到线圈上取代传统的恒流源，如此，提高安全性，此外，通过主控电路控制第一开关和第二开关切换至绝缘检测模式，在绝缘检测模式下，恒压源与线圈断开连接，线圈绝缘检测电路的输入端与线圈连接，线圈绝缘检测电路输出第一电压值，主控电路根据第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈的绝缘性；另外，还可以通过主控电路控制第一开关和第二开关切换至老化检测模式，在老化检测模式下，恒压源、线圈以及线圈老化检测电路组成串联回路，线圈老化检测电路输出第二电压值，主控电路根据第二电压值计算出线圈的电阻值，并根据线圈的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈是否老化，如此，实用性强；本实施例不仅帮助客户在不拆卸传感器前提下，检测传感器的重要参数是否发生变化或故障，例如，线圈的绝缘性和线圈是否老等，如此，方便为后期信号处理提供相应补偿，或者是在比较结果偏差大时，能够及时为客户提供更换传感器的信息，而且在生产过程中，也可以对电磁水表的传感器部分进行检测排除故障，解决了在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，无法实现在不把传感器从管道上拆卸的前提下，对电磁水表传感器的故障进行检查的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测装置的功能模块示意图；
图2是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测装置的第一电路示意图；
图3是根据本申请实施例的主控电路在切换至线圈磁通量检测模式并计算出线圈磁通量的值的步骤的流程示意图；
图4是根据本申请实施例的通过一个恒定电压的直流电源给线圈充电的示意图；
图5是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测装置的第二电路示意图；
图6是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测方法的一流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
目前，由于电磁水表具有量程比宽、始动流量小以及使用寿命长等特点，因此，被广泛应用在水务领域，进行贸易结算。电磁水表是基于法拉第电磁感应定律测量导电流体通过均匀磁场的体积流量。具体测量原理如下：在电磁水表的测量截面处，上下各安放一个励磁线圈，通过恒流源电路施加励磁电流，根据赫尔墨斯线圈原理，在两个线圈中间会产生一个相对均匀的磁场；当导电液体(自来水)通过磁场截面时，会在与磁场和流体运动方向两两垂直的电极位置上产生感应电动势，将产生的感应电动势以差模的形式获取并且放大，通过软件算法将流体的体积流量精确计算出来。
在实际工况中，由于绝大部分安装条件限制，电磁水表采用电池供电，由于电磁水表有低功耗使用要求，导致输出的励磁电流非常小，一般在10mA到25mA范围内。尤其是当流速较小时，传感器产生的感应电动势信号十分微弱，造成信噪比下降，测量精度变低，严重时甚至造成ADC饱和导致主控电路工作不正常。所以从原理可知，提高测量精度除了增加转换器测量电路和信号处理的能力外，传感器的输出信号质量更为关键。目前，一般电磁水表的生产厂家在出厂之前都会对整表进行标定，以保证测量精度符合测量要求，但当传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，传感器的重要参数会随着时间推移而发生改变，而最终导致传感器失灵，以使电磁水表不能正常工作，然而，对于该类问题，传统的方式是电磁水表返回原厂或专业机构进行检修，但此类方式增加了用户的成本以及生产损失，目前相关技术中在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，无法实现在不把传感器从管道上拆卸的前提下，对电磁水表传感器的故障进行检查的问题。
为了解决上述技术问题，本申请提出一种电磁水表传感器的故障检测装置，图1是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测装置的功能模块示意图，如图1所示，在本发明一实施例中，该电磁水表传感器的故障检测装置包括：
恒压源101，与线圈102连接；其中，恒压源101用于提供恒定的电压；图2是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测装置的第一电路示意图，参照图2，本实施例采用恒压源101连接到线圈102(本申请中线圈102均为传感器的线圈102)上取代传统的恒流源，如此，提高安全性；可选地，本实施例中，恒压源101采用PWM变换器或LLC变换器来实现，当然在一些其他实施例中，恒压源101还可以采用其他，此处不做具体限定。另外，在本实施例，线圈102包括线圈1和线圈2。
第一开关103和第二开关104，用于切换至绝缘检测模式或老化检测模式；其中，第一开关103和第二开关104还可以采用MOS管、三极管、IGBT或光耦中任意一种或多种组合来实现，此处不做具体限定；
线圈绝缘检测电路105，用于在第一开关103和第二开关104切换至绝缘检测模式时，输出第一电压值；其中，线圈绝缘检测电路105可采用绝缘检测芯片或其他来实现，此处不做具体限定；
线圈老化检测电路106，用于在第一开关103和第二开关104切换至老化检测模式时，输出第二电压值；其中，线圈绝缘检测电路105可采用老化检测芯片或其他来实现，此处不做具体限定；
主控电路107，主控电路107的绝缘检测端VF2与线圈绝缘检测电路105的输出端连接，主控电路107的老化检测端VF1与线圈老化检测电路106的输出端连接，且主控电路107用于控制第一开关103和第二开关104的切换，在绝缘检测模式下，恒压源101与线圈102断开连接，线圈绝缘检测电路105的输入端与线圈102连接，主控电路107用于根据第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈102的绝缘性；在老化检测模式下，恒压源101、线圈102以及线圈老化检测电路106组成串联回路，主控电路107用于根据第二电压值计算出线圈102的电阻值，并根据线圈102的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈102是否老化。另外，预设电压值与预设线圈阻值根据用户需求设置，此处不做具体限定；需要说明的是，主控电路107可以采用单片机、DSP(Digital Signal Processing，即数字信号处理器)或FPGA(Field Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)等微处理器来实现，在一些其他实施例中，还可以采用可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller，即可编程控制器)来实现，在此不做具体限制。易于理解的是，本领域的技术人员能够通过在主控电路107中集成一些硬件电路和软件程序或算法，不需要拆装整表的情况下可以自动控制第一开关103和第二开关104的切换至绝缘检测模式或老化检测模式或其他检测模式，如此，帮助客户在不拆卸传感器前提下，判断传感器是否发生故障，如此，方便为后期信号处理提供相应补偿，或者是在比较结果偏差大时，能够及时为客户提供更换传感器；
需要说明的是，本实施例中，主控电路107的执行顺序为，先控制第一开关103和第二开关104的切换至绝缘检测模式，然后在控制第一开关103和第二开关104的切换至老化检测模式，其中，在绝缘检测模式下，主控电路107控制第一开关103(第一开关103为模拟单刀双至开关SW2)切换到与线圈绝缘检测电路105相连接，控制第二开关104开路，以使恒压源101与线圈102断开连接，线圈绝缘检测电路105的输入端与线圈102连接，本领域技术人员易于理解的是，如果由于密封不良导致线圈102受潮等影响，从而造成线圈102对地短路，则线圈绝缘检测电路105输出的第一电压值为毫伏到微伏级电压信号，反之，如果线圈102绝缘性良好，输出电压为伏级，如此，在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，也无需把传感器从管道上拆卸，主控电路107根据第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈102的绝缘性，可以快速的帮助用户判断传感器中线圈102的绝缘性；在老化检测模式下，主控电路107控制第一开关103切换到与恒压源101相连接，控制第二开关104导通，恒压源101、线圈102以及线圈老化检测电路106组成串联回路，本领域技术人员通过主控电路107根据第二电压值计算出线圈102的电阻值，并根据线圈102的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈102是否老化，如此，在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，也无需把传感器从管道上拆卸，可以快速的帮助用户判断传感器中线圈102是否老化；当然在一些其他实施例中，还可以通过其他电路来检测传感器上的其他参数是否发生变化或故障，此处不做具体限定；
本实施例的技术方案中，采用恒压源101连接到线圈102上取代传统的恒流源，如此，提高安全性，此外，通过主控电路107控制第一开关103和第二开关104切换至绝缘检测模式，在绝缘检测模式下，恒压源101与线圈102断开连接，线圈绝缘检测电路105的输入端与线圈102连接，线圈绝缘检测电路105输出第一电压值，主控电路107根据第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈102的绝缘性；另外，还可以通过主控电路107控制第一开关103和第二开关104切换至老化检测模式，在老化检测模式下，恒压源101、线圈102以及线圈老化检测电路106组成串联回路，线圈老化检测电路106输出第二电压值，主控电路107根据第二电压值计算出线圈102的电阻值，并根据线圈102的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈102是否老化，如此，实用性强；本实施例不仅帮助客户在不拆卸传感器前提下，检测传感器的重要参数是否发生变化或故障，例如，线圈102的绝缘性和线圈102是否老等，如此，方便为后期信号处理提供相应补偿，或者是在比较结果偏差大时，能够及时为客户提供更换传感器的信息，而且在生产过程中，也可以对电磁水表的传感器部分进行检测排除故障，解决了在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，无法实现在不把传感器从管道上拆卸的前提下，对电磁水表传感器的故障进行检查的问题。
在一实施例中，参照图2，线圈绝缘检测电路105包括第一电源输入端、第一电阻R9、第二电阻R8、第三电阻R10、第四电阻R11以及电压跟随器U3，第一电阻R9的第一端、第一开关103的输入端和第二电阻R8的第一端互联，第二电阻R8的第二端与第一电源输入端连接，第一电阻R9的第二端与电压跟随器U3的正相输入端连接，电压跟随器U3的反相输入端、电压跟随器U3的输出端和第三电阻R10的第一端互联，第三电阻R10的第二端和第四电阻R11的第一端相连接作为线圈绝缘检测电路105的输出端，第四电阻R11的第二端接地GND。在本实施例中，第一电源输入端输入的电压为3.3V，第一开关103采用模拟单刀双至开关SW2来实现，第二开关104采用模拟开关SW1来实现，通过主控电路107控制第二开关104开路，第一开关103，即模拟单刀双至开关SW2切换到连接第一电阻R9，同时，将第一电源输入端的3.3V电压信号从第二电阻R8注入，形成第一电阻R9与线圈102电阻的分压电路。如果线圈102由于密封不良导致线圈102受潮等影响，从而造成线圈102对地短路，则输出第一电压值为毫伏到微伏级电压信号。如果线圈102绝缘性良好，输出第一电压值为伏级。通过对主控电路107的绝缘检测端VF2输出的第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈102的绝缘性，如此，实用性强。
在一实施例中，参照图2，线圈老化检测电路106包括与线圈102以及恒压源101组成串联回路的第五电阻R1、并联在第五电阻R1两端的正相放大电路201以及与正相放大电路201相连接的第一滤波电路；
正相放大电路201，用于对采集的第五电阻R1两端的电压进行放大，并输出放大后的电压信号；可选地，本实施例中，正相放大电路201包括电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和放大器U1；
第一滤波电路202，用于对放大后的电压信号滤除高频电压信号以得到第二电压值；可选地，本实施例中，第一滤波电路202包括电阻R7、放大器U2、电容C1和电容C2；
另外，在线圈102的绝缘性检测后，主控电路107控制第一开关103和第二开关104切换至老化检测模式，在老化检测模式下，恒压源101、线圈102以及线圈老化检测电路106组成串联回路，主控电路107用于根据第二电压值计算出线圈102的电阻值，并根据线圈102的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈102是否老化的具体步骤如下：
在老化模式下，第一开关103切换到与恒压源101相连接，第二开关104导通，对第五电阻R1两端的原始电压信号进行放大滤波，由于第五电阻R1与线圈102电阻是串联关系，通过恒压源101的电压值减去(VF1/增益)得到线圈102的电压，又由于R1电阻已知，得到线圈102电流I。根据欧姆定律，通过公式[恒压源电压-(VF1/增益)]/I可计算出线圈102电阻，其中，老化检测端VF1输出的第二电压值已知、恒压源101电源为已知固定值、增益为已知固定值，将该测量到的线圈102电阻值与预设线圈阻值相比，判定线圈102是否有老化的问题，如此，实用性强。
为了提高安全性，在一实施例中，在的装置还包括存储模块(图中未示出)的情况下，主控电路107还用于控制第一开关103和第二开关104切换至线圈102磁通量检测模式，主控电路107在切换至线圈102磁通量检测模式并计算出线圈102磁通量的值，并根据线圈102磁通量的值与预设线圈磁通量的比较结果，判断线圈102的健康程度；其中，存储模块采用存储芯片或其他来实现，此处不做具体限定；
图3是根据本申请实施例的主控电路107在切换至线圈102磁通量检测模式并计算出线圈102磁通量的值的步骤的流程示意图，如图3所示，在一实施例中，主控电路在切换至线圈磁通量检测模式并计算出线圈磁通量的值的步骤包括：
步骤S301，获取线圈102的电阻值；
步骤S302，在线圈102电流上升到恒定电流的预设百分比时，将线圈老化检测电路106输出的离散信号存储至存储模块，并计算出离散信号的时间间隔对应的时间；其中，存储模块为主控电路107(单片机)的寄存器，如此，方便存储；其中，预设百分比根据用户需求设定，此处不做具体限定；
步骤S303，根据对应的时间计算出电感对应的渡越时间；
步骤S304，根据电感对应的渡越时间以及线圈102的电阻值计算出线圈102对应的等效电感值；
步骤S305，根据线圈102对应的等效电感值以及恒定电流计算出线圈102磁通量。
综上，为了方便理解，对步骤S301至步骤S305做如下说明，在切换到老化模式后便可获取线圈102电阻，然后，主控电路107控制第一开关103和第二开关104切换至线圈102磁通量检测模式以使第二开关104开路，单片机将老化检测端VF1的原始信号从模拟开关SW1导通到开路，所有离散信号存储到寄存器内，进入到对线圈102电感值以及磁通量求取过程，图4是根据本申请实施例的通过一个恒定电压的直流电源给线圈102充电的示意图，如果通过一个恒定电压的直流电源给线圈102充电，充电电流曲线是一条上升指数曲线如图4所示，当线圈102电流I上升到稳定值I的95％(恒定电流的预设百分比为95％)，从离散信号的时间间隔上可以计算出所对应的时间t1，则电感对应的渡越时间τ通过公式计算；另外，根据公式/>其中，R为线圈102电阻，τ为电感对应的渡越时间，求出线圈102对应的等效电感值L，由于L和I已知，再根据线圈102磁通量公式Φ＝L.I，求得线圈102上的磁通量大小，然后，主控电路107自动根据线圈102磁通量的值与预设线圈磁通量的比较结果，判断线圈102的健康程度，如此，实用性强。
图5是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测装置的第二电路示意图，如图5所示，在对线圈102的绝缘性和线圈102是否老化检测之后，为了更好的检测传感器的故障，在另一实施例中，装置还包括：
电极阻抗检测电路500，包括用于切换阻抗检测模式的第三开关SW3；
电极阻抗检测电路500与主控电路107连接，且主控电路107还用于控制第三开关SW3切换至阻抗检测模式，在第三开关SW3切换至阻抗检测模式时，主控电路107用于根据电极阻抗检测电路500输入的电压值与输出的电压值计算出线圈102的两电极之间的阻抗值。如此，根据两电极之间的阻抗值判断电极是否因为腐蚀老化导致电阻上升，从而造成信号变差，不仅帮助客户在不拆卸传感器前提下，检测传感器的电极是否发生变化或故障，而且也方便产线对电磁水表的传感器的电极进行检测及排除故障。
在一实施例中，参照图5，电极阻抗检测电路500还包括数模转换电路DAC和反向放大电路510；
数模转换电路DAC，数模转换电路DAC的输入端与主控电路107连接，数模转换电路DAC的输出端与第三开关SW3的输入端连接，第三开关SW3的输出端与线圈102的第一电极e1连接，第三开关SW3的受控端与主控电路107连接，数模转换电路DAC用于对主控电路107输出的阻抗检测信号进行数模转换处理，并输出处理后数字信号；其中，为了减少体积，本实施例中，数模转换电路DAC采用数模转换芯片来实现，当然在一些其他实施例中，还可以采用模数转换器或其他来实现，此处不做具体限定；
反向放大电路510，与线圈102的第二电极e2连接，用于对输入的数字信号进行反相放大处理，并输出反相放大后的数字信号；其中，输入的数字信号作为电极阻抗检测电路500输入的电压值，反相放大后的数字信号作为电极阻抗检测电路500输出的电压值。其中，为了减少体积，本实施例中，反向放大电路510采用反向放大来实现，当然在一些其他实施例中，反向放大电路510还可以采用其他来实现，此处不做具体限定；
在一可选实施例中，反向放大电路510包括第一反相放大器U4和第六电阻R11，第一反相放大器U4的反相输入端和第六电阻R11的第一端连接，第一反相放大器U4的正相输入端接地，第一反相放大器U4的输出端和第六电阻R11的第二端连接。
在一些实施例中，电极阻抗检测电路500还包括：
整流器520，与反向放大电路510连接，用于对反相放大后的数字信号进行整流处理，并输出整流后的数字信号；
第二滤波电路530，与整流器520连接，用于对整流后的数字信号滤除高频电压信号以得到滤波后的数字信号；
电压调制电路540，与第二滤波电路530连接，用于对滤波后的数字信号进行信号调制处理，并输出信号调制后的电压信号；
模数转换电路ADC，与电压调制电路540连接，用于对信号调制后的电压信号进行模数转换处理，并输出处理后的模拟信号至主控电路107。其中，本实施例中，模数转换电路ADC采用模数转换芯片来实现；
参照图5，在一实施例中，具体地，第二滤波电路530包括第二电源输入端、第三电源输入端、正相放大器U5、电阻R12、电阻R13、电容C3和电容C4；电压调制电路540包括正相放大器U6、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18，其中，第二电源输入端输入的电压为+3.3V，第三电源输入端输入的电压为-3.3V。
在一实施例中，参照图5，主控电路107(即单片机)通过数模转换芯片输出频率为50Hz，峰峰值为3.3V的正弦激励信号进入到电极e1，如此，降低电极的化学反应，在经过管体(包括e1和e2的阻抗及管体内水的阻抗)输入U4，R11组成的一个反相放大电路，通过U4输出的信号经过整流器520，再经过0点电压调制电路540，送入到模数转换器ADC的信号为直流电压信号，其中，测量电极阻抗的基本理论为：设管体内介质内阻为Rf，电极阻抗Re1，e2，激励信号为Uin，经过反向放大电路510输出信号设为Uout，在R11、Rf、Uin、Uout、Re1，e2已知的情况下，根据公式可以计算出电极阻抗Re1，e2，另外，若介质电阻Rf是水，阻值在1k欧姆到10k欧姆，若介质电阻Rf使用导线连接可以忽略不计，如此通过该算法可以分析出电极是否因为腐蚀老化导致电阻上升，从而造成信号变差。
图6是根据本申请实施例的电磁水表传感器的故障检测方法的一流程示意图，如图6所示，本申请还提供了一种电磁水表传感器的故障检测方法，可以应用在上述的电磁水表传感器的故障检测的装置上，该方法包括：
步骤S601，在缘检测模式下，检测第一电压值，并根据第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈102的绝缘性；
步骤S602，在老化检测模式下，检测第二电压值，根据第二电压值计算出线圈102的电阻值，并根据线圈102的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈102是否老化。
通过上述步骤S601至步骤S602，通过主控电路107控制第一开关103和第二开关104切换至绝缘检测模式，在绝缘检测模式下，恒压源101与线圈102断开连接，线圈绝缘检测电路105的输入端与线圈102连接，线圈绝缘检测电路105输出第一电压值，主控电路107根据第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈102的绝缘性；另外，还可以通过主控电路107控制第一开关103和第二开关104切换至老化检测模式，在老化检测模式下，恒压源101、线圈102以及线圈老化检测电路106组成串联回路，线圈老化检测电路106输出第二电压值，主控电路107根据第二电压值计算出线圈102的电阻值，并根据线圈102的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断线圈102是否老化，如此，实用性强；本实施例不仅帮助客户在不拆卸传感器前提下，检测传感器的重要参数是否发生变化或故障，例如，线圈102的绝缘性和线圈102是否老等，如此，方便为后期信号处理提供相应补偿，或者是在比较结果偏差大时，能够及时为客户提供更换传感器的信息，而且在生产过程中，也可以对电磁水表的传感器部分进行检测排除故障，解决了在传感器长期安装在实际工况下，尤其是在恶劣的条件下，无法实现在不把传感器从管道上拆卸的前提下，对电磁水表传感器的故障进行检查的问题。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电磁水表传感器的故障检测装置，其特征在于，包括：
恒压源，与线圈连接；
第一开关和第二开关，用于切换至绝缘检测模式或老化检测模式；
线圈绝缘检测电路，用于在所述第一开关和所述第二开关切换至所述绝缘检测模式时，输出第一电压值；所述线圈绝缘检测电路包括第一电源输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及电压跟随器，所述第一电阻的第一端、所述第一开关的输入端和所述第二电阻的第一端互联，所述第二电阻的第二端与所述第一电源输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述电压跟随器的正相输入端连接，所述电压跟随器的反相输入端、所述电压跟随器的输出端和所述第三电阻的第一端互联，所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第一端相连接作为所述线圈绝缘检测电路的输出端，所述第四电阻的第二端接地；
线圈老化检测电路，用于在所述第一开关和所述第二开关切换至所述老化检测模式时，输出第二电压值；所述线圈老化检测电路包括与所述线圈以及所述恒压源组成串联回路的第五电阻、并联在所述第五电阻两端的正相放大电路以及与所述正相放大电路相连接的第一滤波电路；
主控电路，所述主控电路的绝缘检测端与所述线圈绝缘检测电路的输出端连接，所述主控电路的老化检测端与所述线圈老化检测电路的输出端连接，且所述主控电路用于控制所述第一开关和所述第二开关的切换，在所述绝缘检测模式下，所述恒压源与所述线圈断开连接，所述线圈绝缘检测电路的输入端与所述线圈连接，所述主控电路用于根据所述第一电压值与预设电压值的比较结果，判断所述线圈的绝缘性；在所述老化检测模式下，所述恒压源、所述线圈以及所述线圈老化检测电路组成串联回路，所述主控电路用于根据所述第二电压值计算出所述线圈的电阻值，并根据所述线圈的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断所述线圈是否老化。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线圈绝缘检测电路包括第一电源输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及电压跟随器，所述第一电阻的第一端、所述第一开关的输入端和所述第二电阻的第一端互联，所述第二电阻的第二端与所述第一电源输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述电压跟随器的正相输入端连接，所述电压跟随器的反相输入端、所述电压跟随器的输出端和所述第三电阻的第一端互联，所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第一端相连接作为所述线圈绝缘检测电路的输出端，所述第四电阻的第二端接地。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线圈老化检测电路包括与所述线圈以及所述恒压源组成串联回路的第五电阻、并联在所述第五电阻两端的正相放大电路以及与所述正相放大电路相连接的第一滤波电路；
所述正相放大电路，用于对采集的所述第五电阻两端的电压进行放大，并输出放大后的电压信号；
所述第一滤波电路，用于对所述放大后的电压信号滤除高频电压信号以得到所述第二电压值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述的装置还包括存储模块的情况下，所述主控电路还用于控制第一开关和第二开关切换至线圈磁通量检测模式，所述主控电路在切换至所述线圈磁通量检测模式并计算出所述线圈磁通量的值，并根据所述线圈磁通量的值与预设线圈磁通量的比较结果，判断所述线圈的健康程度。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的所述主控电路在切换至所述线圈磁通量检测模式并计算出所述线圈磁通量的值的步骤包括：
获取所述线圈的电阻值；
在所述线圈电流上升到恒定电流的预设百分比时，将所述线圈老化检测电路输出的离散信号存储至所述存储模块，并计算出所述离散信号的时间间隔对应的时间；
根据所述对应的时间计算出电感对应的渡越时间；
根据所述电感对应的渡越时间以及所述线圈的电阻值计算出所述线圈对应的等效电感值；
根据所述线圈对应的等效电感值以及所述恒定电流计算出所述线圈磁通量。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
电极阻抗检测电路，包括用于切换阻抗检测模式的第三开关；
所述电极阻抗检测电路与所述主控电路连接，且所述主控电路还用于控制所述第三开关切换至所述阻抗检测模式，在所述第三开关切换至所述阻抗检测模式时，所述主控电路用于根据所述电极阻抗检测电路输入的电压值与输出的电压值计算出所述线圈的两电极之间的阻抗值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电极阻抗检测电路还包括数模转换电路和反向放大电路；
所述数模转换电路，所述数模转换电路的输入端与所述主控电路连接，所述数模转换电路的输出端与所述第三开关的输入端连接，所述第三开关的输出端与所述线圈的第一电极连接，所述第三开关的受控端与所述主控电路连接，所述数模转换电路用于对所述主控电路输出的阻抗检测信号进行数模转换处理，并输出处理后数字信号；
反向放大电路，与所述线圈的第二电极连接，用于对输入的所述数字信号进行反相放大处理，并输出反相放大后的数字信号；其中，输入的所述数字信号作为所述电极阻抗检测电路输入的电压值，所述反相放大后的数字信号作为所述电极阻抗检测电路输出的电压值。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述反向放大电路包括第一反相放大器和第六电阻，所述第一反相放大器的反相输入端和所述第六电阻的第一端连接，所述第一反相放大器的正相输入端接地，所述第一反相放大器的输出端和所述第六电阻的第二端连接。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电极阻抗检测电路还包括：
整流器，与所述反向放大电路连接，用于对所述反相放大后的数字信号进行整流处理，并输出整流后的数字信号；
第二滤波电路，与所述整流器连接，用于对所述整流后的数字信号滤除高频电压信号以得到滤波后的数字信号；
电压调制电路，与所述第二滤波电路连接，用于对所述滤波后的数字信号进行信号调制处理，并输出信号调制后的电压信号；
模数转换电路，与所述电压调制电路连接，用于对所述信号调制后的电压信号进行模数转换处理，并输出处理后的模拟信号至所述主控电路。
10.一种电磁水表传感器的故障检测方法，其特征在于，所述方法的执行应用权利要求1的装置，所述方法包括：
在绝缘检测模式下，检测第一电压值，并根据所述第一电压值与预设电压值的比较结果，判断线圈的绝缘性，其中，所述检测第一电压值包括恒压源与线圈断开连接，线圈绝缘检测电路的输入端与线圈连接，线圈绝缘检测电路输出第一电压值；
在老化检测模式下，检测第二电压值，根据所述第二电压值计算出所述线圈的电阻值，并根据所述线圈的电阻值与预设线圈阻值的比较结果，判断所述线圈是否老化；其中，检测第二电压值包括恒压源、线圈以及线圈老化检测电路组成串联回路，线圈老化检测电路输出第二电压值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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