CN114778942A - 一种基于矩阵切换的绝缘检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，包括上位控制机、绝缘检测单元、线路切换矩阵单元；上位控制机，用于编辑及下发检测任务，接收检测结果；所述绝缘检测单元用于输出额定电压，并对接入检测线路进行量化采集，上报检测结果，所述绝缘检测单元设置高压输出端、取样点、控制总线；线路切换矩阵单元完成控制信息解码、高压分配及将待测线路接入所述绝缘电阻检测单元的取样点，控制继电器矩阵对电连接的所述高压输出端进行高压分配，通过控制总线控制绝缘检测单元完成绝缘测试的功能；所述上位控制机通过GPIO接口电连接线路切换矩阵单元、通过CAN接口电连接绝缘电阻检测单元，可获得自动检测提高检测效率的有益效果。

Description

一种基于矩阵切换的绝缘检测装置

技术领域

本发明涉及绝缘电阻检测技术领域，尤其涉及一种基于矩阵切换的绝缘检测装置。

背景技术

在飞机中大量使用各种类型的电缆，其主要作用可分为短距离电能的输送和各种控制信号的传递。因为使用环境的苛刻，受烧蚀、腐蚀、潮湿、高低温、振动摩擦等因素的影响，电缆在使用过程中不可避免的会发生各种故障。绝缘检测装置作为一个重要的测试仪器，在航空、航天、军工等多个领域有着广泛应用。

现有技术中，人工对电缆性能进行检测中由于技术难度大、操作时间长、操作环境限制、计算繁杂、需要人工记录，检测精度和评定结论在很大程度上取决于检测人员的技术水平和工作经验等因素的影响，致使最终的检测结果缺乏客观性、及时性和准确性。

专利号“201710403902.3”名称“一种绝缘电阻检测系统”公布了通过电压采样电路将所采集的电压值通过所述微处理器实时地传输到所述上位机，及时地将设备对地绝缘性能下降的情况报告给上位机的技术，现有技术存在的问题是：

1)无法自动切换进行多路检测，特别是多线束的绝缘检测；

2)仅单路高压无法分配进行多路测试；

3)无法通过规划设计提高检测效率；

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提出了一种基于矩形切换的绝缘检测装置，以解决现有技术的不足。

本发明采用的技术方案是：

一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，包括上位控制机、绝缘检测单元、线路切换矩阵单元：

所述上位控制机，用于编辑及下发检测任务，接收检测结果；

所述绝缘检测单元，用于输出额定电压，并对接入待测线路进行量化采集，上报检测结果，所述绝缘检测单元设置高压输出端、取样点、控制总线；

所述线路切换矩阵单元，用于完成控制信息解码、高压分配，通过继电器矩阵将待测线路接入取样点，及控制继电器矩阵对电连接的所述高压输出端进行高压分配，并通过控制总线控制绝缘检测单元完成绝缘测试的功能；

所述上位控制机通过GPIO接口电连接线路切换矩阵单元，通过CAN接口电连接绝缘检测单元。

进一步地，所述线路切换矩阵单元包括解码板、高压分配板、一组第一继电器板、一组第二继电器板，所述解码板接收GPIO信号，所述GPIO信号经解码板解码后分别传输至所述高压分配板、第一继电器板、第二继电器板及绝缘检测单元的控制总线，所述绝缘检测单元的高压输出端经高压分配板选通后电连接一个第一继电器板，所述绝缘检测单元的取样点电连接一组第二继电器板。

进一步地，所述解码板包括第一继电器阵列、第一功率驱动电路、第一译码电路、第二译码电路，所述GPIO信号按功能分为第一输出、第二输出、第三输出、第四输出及使能输出，所述第一输出通过第一功率驱动电路分别控制第一继电器阵列电磁铁的一端，电磁铁的另一端电连接+5V，第一继电器阵列的常开端分别电连接对应的绝缘检测单元的控制总线，第二输出通过第一译码电路输出第一译码信号至高压分配板，第三输出通过第二译码电路输出第二译码信号至第二继电器板，第四输出电连接第一继电器板，所述使能输出通过非门控制第一功率驱动电路、第一译码电路、第二译码电路的使能端。

进一步地，所述第一功率驱动电路包括第一与门、第一功率控制芯片，所述第一与门设置为二输入与门组，每个二输入与门的一输入端分别电连接第一输出、另一输入端并联后做为第一功率驱动电路的使能端。

进一步地，所述高压分配板包括第二继电器阵列，第二功率驱动电路，所述高压分配板接收所述解码板的第一译码信号，并通过第二功率驱动电路分别电连接第二继电器阵列电磁铁的一端，第二继电器阵列电磁铁的另一端电连接+5V，第二继电器阵列的常开端分别电连接第一继电器板，第二继电器阵列的公共端并联后电连接绝缘检测单元的高压输出端。

进一步地，所述第二功率驱动电路包括非门组、二输入与门、功率驱动芯片，所述第一译码信号分别通过两路非门至二输入与门，所述二输入与门的输出至功率驱动芯片，所述功率驱动芯片的输出分别电连接第二继电器阵列的电磁铁的一端。

进一步地，所述第一继电器板包括译码电路组合、常开继电器阵列、功率驱动电路组合，所述第一继电器板接收第四输出，通过所述译码电路组合电连接对应的功率驱动电路组合，所述功率驱动电路组合分别电连接常开继电器阵列电磁铁的一端，常开继电器阵列电磁铁另一端电连接+5V，常开继电器阵列的常开端分别电连接测试接口，常开继电器阵列的公共端并联并电连接第二继电器阵列其中一个继电器的常开端。

进一步地，所述第二继电器板包括常闭继电器阵列，所述常闭继电器阵列的常闭端分别电连接测试接口，常闭继电器的公共端并联后电连接绝缘检测单元的取样点。

进一步地，所述第二继电器阵列中的继电器数目设置为4个，所述译码电路组合的译码器设置为2个，所述功率驱动电路组合的驱动器设置为4个，所述常开继电器阵列、常闭继电器阵列中的继电器数目为32个。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

1)采用分层继电器控制，可以最大达到128路的测量采集效果，有效的提高了检测效率，减少测量过程终端连接过程。

2)上位控制机采用GPIO控制矩阵切换单元，方便灵活，提高了上位控制机的灵活性。

3)将绝缘检测单元与矩阵切换单元集中在一起，提高了设备的集成度，减少外部接口。

4)采用一组常开继电器阵列、一组常闭继电器阵列，及译码电路，集成度高，以极少的控制端控制庞大的继电器阵列，一次自动完成多个线缆的测试，通过线路切换矩阵将原本只能进行一条线缆检测成倍数拓展，可自动执行系统的自动化检测流程，检测过程更加简单高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种基于矩阵切换的绝缘检测装置的示意图；

图2是本发明中解码板的线路图；

图3是本发明中高压分配板的线路图；

图4、图5是本发明中第一继电器板的线路图；

图6是绝缘检测原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1～6所示，本发明具体公开了一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，包括上位控制机、绝缘检测单元、线路切换矩阵单元；

所述上位控制机，用于编辑及下发检测任务，接收检测结果；

所述绝缘检测单元，用于输出额定电压，并对接入检测线路进行量化采集，上报检测结果，所述绝缘检测单元设置高压输出端、取样点、控制总线；

所述线路切换矩阵单元，用于完成控制信息解码、高压分配，通过继电器矩阵将待测线路接入取样点、及控制继电器矩阵对电连接的所述高压输出端进行高压分配，并通过控制总线控制绝缘检测单元完成绝缘测试的功能；

绝缘检测单元的输出额定电压：500V；测量范围：0.0MΩ～5GΩ；开路电压：DC500V+20％,-0％；额定电流；500KΩ负荷时1mA～1.2mA；短路电流：小于2.0mA；精确度：0.0MΩ～100MΩ:±(3％+5)100MΩ～5GΩ:±(5％+5)。

所述上位控制机分别通过GPIO电连接线路切换矩阵单元，进行采样控制，通过CAN接口电连接绝缘检测单元，进行采样结果收集，上位机采用通用计算机或笔记本电脑根据需要设计采样及控制软件。

优选地，所述线路切换矩阵单元包括解码板如图2、高压分配板如图3、一组第一继电器板(仅显示其中一个继电器板如图4、如图5)、一组第二继电器板(与第一继电器板相类似，未示出)，所述上位控制机通过GPIO接口电连接解码板，所述解码板接收GPIO信号，所示GPIO信号经解码板解码后分别传输至所述高压分配板、第一继电器板、第二继电器板及绝缘检测单元的控制总线，所述绝缘检测单元的高压输出端经高压分配板选通后电连接一个第一继电器板，所述绝缘检测单元的取样点电连接一组第二继电器板，这里通过高压分配板将绝缘检测单元的高压输出四选一输出到某一第一继电器板上。

优选地，图2所示所述解码板包括第一继电器(RL1、RL3、RL2、RL4)阵列、第一功率驱动电路、第一译码电路、第二译码电路，所述GPIO信号按功能分为第一输出、第二输出、第三输出、第四输出及使能输出，所述第一输出通过第一功率驱动电路分别控制第一继电器阵列(RL1、RL3、RL2、RL4)电磁铁的一端，电磁铁的另一端电连接+5V，第一继电器阵列(RL1、RL3、RL2、RL4)的常开端分别电连接对应的绝缘检测单元的控制总线(J12～J15)，用于控制绝缘检测单元，第二输出通过第一译码电路输出第一译码信号(J2、J3、J6、J7)至高压分配板，第三输出通过第二译码电路输出第二译码信号至第二继电器板(J8～J11)，第四输出电连接第一继电器板(J5)，所述使能输出通过非门U1:A控制第一功率驱动电路U4、第一译码电路U2、第二译码电路U3的使能端。

优选地，第一功率驱动电路包括第一与门(U5)、第一功率控制芯片(U4)，所述第一与门U5设置为二输入与门组，每个二输入与门中的一输入端分别电连接第一输出、另一输入端并联后做为第一功率驱动电路的使能端。

优选地，图3所示，所述高压分配板包括第二继电器阵列(RL1、RL3、RL2、RL4)、第二功率驱动电路，所述高压分配板接收所述解码板的第一译码信号(J2、J3、J6、J7)，并通过第二功率驱动电路分别电连接第二继电器阵列电磁铁的一端，第二继电器阵列电磁铁的另一端电连接+5V，本申请中，第一继电器板设置为4个，第二继电器阵列(RL1、RL3、RL2、RL4)的常开端(GY1、GY2、GY3、GY4)分别电连接第一继电器板，即分别电连接4个第一继电器板，第二继电器阵列的公共端并联后GY电连接绝缘检测单元的高压输出端，第二继电器阵列的常闭点电连接5V。

优选地，所述第二功率驱动电路包括非门组(U1)、二输入与门(U5)、功率驱动芯片(U4)，所述高压分配板接收所述译码板的第一译码信号(J2、J3、J6、J7)，第一译码信号通过两路非门至二输入与门，所述二输入与门的输出至功率驱动芯片，所述功率驱动芯片的输出分别电连接第二继电器阵列的电磁铁的一端。

优选地，图4、图5所述第一继电器板包括译码器电路组合(U1、U5)、常开继电器阵列(RL2、RL4、RL6、RL8、RL10、RL12、RL14、RL16……此处仅显示一部分，其他类同)，功率驱动电路组合(U3,此处仅显示一部分，其他类同)，所述第一继电器板接收第四输出(J1、J2)，通过所述译码电路组合(U1、U5)输出32路控制信号，电连接功率驱动电路组合(U3、U7)，所述功率驱动电路组合分别驱动32个继电器，这里仅显示了8路(J1)的继电器的控制过程，其他类同。所述功率驱动电路组合分别电连接常开继电器阵列(RL2、RL4、RL6、RL8、RL10、RL12、RL14、RL16)电磁铁的一端，常开继电器阵列电磁铁另一端电连接+5V，常开继电器阵列的常开端分别电连接测试接口(J1…)，常开继电器阵列的公共端GY并联并电连接图3中第二继电器阵列(RL1、RL3、RL2、RL4)其中一个继电器的常开端(J12或J13或J14或J15)，可以将高压通过控制常开继电器阵列输出到高压电缆，实现4*32＝128路的高压选择控制。

优选地，所述第二继电器板包括常闭继电器阵列，所述常闭继电器阵列的常闭端分别电连接测试接口，常闭继电器的公共端并联并电连接绝缘检测单元的取样点，常闭继电器的电磁铁的一端电连接解码板，另一端连接5V。

所述第二继电器阵列中的继电器数目设置为4个，所述译码电路组合的译码器设置为2个，所述功率驱动电路组合的驱动器设置为4个，所述常开继电器阵列(图5仅显示部分电路，其他部分与图5类似)、常闭继电器阵列中的继电器数目为32个。

本发明一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其工作原理在于：

解码板将绝缘检测单元的高压输出端通过高压分配板分配到其中一个第一继电器板上，进一步通过控制第一继电器板的继电器，将高压输出至选择的其中一个测试接口，待测绝缘电阻设置在测试接口，则高压流过待测的绝缘电阻，并通过第二继电器板接入测试点进行测试。

将绝缘电阻检测单元和一个线路切换矩阵单元集成为一套绝缘检测装置，上位机计算机与线路切换矩阵通过GPIO通讯。将绝缘电阻检测单元的高压输出连接至线路切换矩阵作为线路切换矩阵的选择输出，将待测线缆分别连接至线路切换矩阵拓展的输出口。

检测人员可通过上位机人机交互软件对绝缘检测装置进行操作和控制，完成绝缘检测和数据记录，本装置可实现对128个检测通道的控制，最多完成128条待测线缆的连续检测，人机交互软件可显示并存储检测数据。

绝缘电阻检测单元与线路切换矩阵连接，可将高压输出通道进行拓展，通过线路切换矩阵的断联实现被测件的切换，以便连续自动执行。

当需要检测时，连接好待测线缆，软件会读取导入的工艺表自动选择矩阵盒连接并将指令发送至绝缘电阻检测仪；此时软件界面显示检测结果；当检测完成后，自动转至下一条待测线缆。免去了人工拔插、切换待测线缆等流程，实现自动检测执行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，包括上位控制机，其特征在于：还包括绝缘检测单元、线路切换矩阵单元；

所述上位控制机，用于编辑及下发检测任务，接收检测结果；

所述绝缘检测单元，用于输出额定电压，并对接入待测线路进行量化采集，上报检测结果，所述绝缘检测单元设置高压输出端、取样点、控制总线；

所述线路切换矩阵单元，用于完成控制信息解码、高压分配，通过继电器矩阵将待测线路接入取样点、及控制继电器矩阵对电连接的所述高压输出端进行高压分配，并通过控制总线控制绝缘检测单元完成绝缘测试的功能；

所述上位控制机通过GPIO接口电连接线路切换矩阵单元、通过CAN接口电连接绝缘检测单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述线路切换矩阵单元包括解码板、高压分配板、一组第一继电器板、一组第二继电器板，所述解码板接收GPIO信号，所述GPIO信号经解码板解码后分别传输至所述高压分配板、第一继电器板、第二继电器板及绝缘检测单元的控制总线，所述绝缘检测单元的高压输出端经高压分配板选通后电连接通一个第一继电器板，所述绝缘检测单元的取样点电连接一组第二继电器板。

3.根据权利要求2所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述解码板包括第一继电器阵列、第一功率驱动电路、第一译码电路、第二译码电路，所述GPIO信号按功能分为第一输出、第二输出、第三输出、第四输出及使能输出，所述第一输出通过第一功率驱动电路分别控制第一继电器阵列电磁铁的一端，电磁铁的另一端电连接+5V，第一继电器阵列的常开端分别电连接对应的绝缘检测单元的控制总线，第二输出通过第一译码电路输出第一译码信号至高压分配板，第三输出通过第二译码电路输出第二译码信号至第二继电器板，第四输出电连接第一继电器板，所述使能输出通过非门控制第一功率驱动电路、第一译码电路、第二译码电路的使能端。

4.根据权利要求3所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述第一功率驱动电路包括第一与门、第一功率控制芯片，所述第一与门设置为二输入与门组，每个二输入与门的一输入端分别电连接第一输出、另一输入端并联后做为第一功率驱动电路的使能端。

5.根据权利要求4所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述高压分配板包括第二继电器阵列、第二功率驱动电路，所述高压分配板接收所述解码板的第一译码信号，并通过第二功率驱动电路分别电连接第二继电器阵列电磁铁的一端，第二继电器阵列电磁铁的另一端电连接+5V，第二继电器阵列的常开端分别电连接第一继电器板，第二继电器阵列的公共端并联后电连接绝缘检测单元的高压输出端。

6.根据权利要求5所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述第二功率驱动电路包括非门组、二输入与门、功率驱动芯片，所述第一译码信号分别通过两路非门至二输入与门，所述二输入与门的输出至功率驱动芯片，所述功率驱动芯片的输出分别电连接第二继电器阵列的电磁铁的一端。

7.根据权利要求6所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述第一继电器板包括译码电路组合、常开继电器阵列、功率驱动电路组合，所述第一继电器板接收第四输出，通过所述译码电路组合电连接对应的功率驱动电路组合，所述功率驱动电路组合分别电连接常开继电器阵列电磁铁的一端，常开继电器阵列电磁铁另一端电连接+5V，常开继电器阵列的常开端分别电连接测试接口，常开继电器阵列的公共端并联并电连接第二继电器阵列其中一个继电器的常开端。

8.根据权利要求7所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述第二继电器板包括常闭继电器阵列，所述常闭继电器阵列的常闭端分别电连接测试接口，常闭继电器的公共端并联后电连接绝缘检测单元的取样点。

9.根据权利要求8所述的一种基于矩阵切换的绝缘检测装置，其特征在于，所述第二继电器阵列中的继电器数目设置为4个，所述译码电路组合的译码器设置为2个，所述功率驱动电路组合的驱动器设置为4个，所述常开继电器阵列、常闭继电器阵列中的继电器数目为32个。

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