CN116359786A - 一种机壳漏电流检测系统和工业通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业通信设备技术领域，提供了一种机壳漏电流检测系统和工业通信设备，该系统包括：工业通信设备、网页服务器和用户终端；工业通信设备集成有漏电流采样电路，工业通信设备用于通过漏电流采样电路进行信号实时采集及处理得到机壳漏电流数据，并通过预设传输接口上传至网页服务器；用户终端用于向网页服务器发送HTTP请求，以获取存储的机壳漏电流数据；网页服务器用于通过HTTP协议将机壳漏电流数据反馈至用户终端；用户终端还用于根据接收的机壳漏电流数据进行频谱图绘制及页面展示。该系统将漏电流采样电路集成于工业通信设备而不单独设置，同时结合网页服务器和用户终端，可以实现现场对机壳漏电流的实时检测及频谱图显示。

Description

一种机壳漏电流检测系统和工业通信设备

技术领域

本申请涉及工业通信设备技术领域，尤其涉及一种机壳漏电流检测系统和工业通信设备。

背景技术

在煤炭、轨道交通、电力等工业现场，通信设备长期在高湿热、积尘积灰的恶劣环境下工作，加上通信设备老化等各种干扰因素，其自身的绝缘性能将随着工作时间拉长而逐渐降低，通信设备外壳的泄漏电流对设备的干扰逐渐加强，破坏通信端口影响通信设备的正常工作。为避免长时间在这种环境下工作的通信设备损坏，需要经常对其进行各种保养维护，除尘、接地检查、安规检查等操作。

然而，在实际情况下，大部分工业通信设备只在出厂前进行安规检测时会对机壳的泄漏电流情况进行测试，之后就很少进行检测，这为后续的使用带来一些安全隐患，另一方面也需要人工利用专用的针对泄漏电流的检测仪器进行通信设备的现场检测，增加了人工运维成本等。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种机壳漏电流检测系统和工业通信设备。

第一方面，本申请实施例提供一种机壳漏电流检测系统，包括：工业通信设备、网页服务器和用户终端；

所述工业通信设备集成有漏电流采样电路，所述工业通信设备用于通过所述漏电流采样电路进行信号实时采集及处理得到机壳漏电流数据，并通过预设传输接口上传至所述网页服务器；

所述用户终端用于向所述网页服务器发送HTTP请求，以获取存储的所述机壳漏电流数据；

所述网页服务器用于通过HTTP协议将所述机壳漏电流数据反馈至所述用户终端；

所述用户终端还用于根据接收的所述机壳漏电流数据进行频谱图绘制及页面展示。

在一些实施例中，所述网页服务器内置有CGI程序，所述工业通信设备用于将所述机壳漏电流数据通过CGI接口上传至所述网页服务器，以使得所述网页服务器将接收的所述机壳漏电流数据转交给所述CGI程序进行存储操作。

在一些实施例中，所述网页服务器用于通过HTTP协议将所述机壳漏电流数据反馈至所述用户终端，包括：

所述网页服务器用于在接收到所述HTTP请求后，调用所述CGI程序，以使所述CGI程序提取出所述机壳漏电流数据并进行TCP/IP报文格式封装，以得到TCP/IP报文并发送至所述用户终端。

在一些实施例中，所述机壳漏电流数据包括所述机壳漏电流的频域信息，所述工业通信设备用于通过所述漏电流采样电路进行信号实时采集及处理得到机壳漏电流数据，包括：

所述工业通信设备用于在上电后，通过所述漏电流采样电路对所述工业通信设备的以太网端口和外壳之间进行电流信号的高频周期性采集，并进行快速傅里叶变换处理，以得到机壳漏电流的频域信息。

在一些实施例中，所述漏电流采样电路包括高精度电流传感器和DSP处理器；

所述高精度电流传感器通过差分信号分别连接所述工业通信设备的以太网端口和外壳，用于检测所述外壳和所述以太网端口之间的电流信号；

所述DSP处理器用于周期性读取所述电流信号以获取机壳漏电流的时域数据，并进行快速傅里叶变换以得到所述机壳漏电流的频域信息。

在一些实施例中，所述高精度电流传感器检测所述外壳和所述以太网端口之间的电流信号，包括：

所述电流传感器通过所述差分信号接收所述外壳和所述以太网端口之间的原始电信号，并对所述原始电信号进行低通滤波和全补偿处理，以得到所述电流信号；其中，所述全补偿包括温度补偿和应力补偿。

在一些实施例中，所述DSP处理器用于周期性读取所述电流信号以获取机壳漏电流的时域数据，并进行快速傅里叶变换以得到所述机壳漏电流的频域信息，包括：

所述DSP处理器用于按照预设采样频率对所述高精度电流传感器进行异步访问，以读取所述高精度电流传感器实时检测到的电流信号；

然后，按照预设计算周期将累积读取到的多个电流信号进行硬浮点运算，以得到一个批次的机壳漏电流数据；

进而，将同一批次的机壳漏电流数据进行快速傅里叶变换，并将转换后的复数结果进行取模运算，以得到机壳漏电流的频域信息。

在一些实施例中，所述预设采样频率为每秒256次。

在一些实施例中，所述预设计算周期为每2秒进行一次硬浮点运算。

第二方面，本申请实施例提供一种工业通信设备，所述工业通信设备包括主处理器和上述的漏电流采样电路；

所述漏电流采样电路用于进行机壳漏电流的信号实时采集及处理，以得到机壳漏电流数据；

所述主处理器用于控制通过预设传输接口将所述机壳漏电流数据上传至建立连接的网页服务器中，以供用户终端获取。

在一些实施例中，所述工业通信设备为工业以太网交换机或工业路由器。

本申请的实施例具有如下有益效果：

本申请提出一种机壳漏电流检测系统和工业通信设备，其中，该系统包括：工业通信设备、网页服务器和用户终端；具体地，工业通信设备集成有漏电流采样电路，工业通信设备用于通过漏电流采样电路进行信号实时采集及处理得到机壳漏电流数据，并通过预设传输接口上传至网页服务器；用户终端用于向网页服务器发送HTTP请求，以获取存储的机壳漏电流数据；网页服务器用于通过HTTP协议将机壳漏电流数据反馈至用户终端；用户终端还用于根据接收的机壳漏电流数据进行频谱图绘制及页面展示。该系统将漏电流采样电路集成于工业通信设备而不单独设置，同时结合网页服务器和用户终端，可以实现现场对机壳漏电流的实时检测及频谱图显示。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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示出了本申请实施例工业通信设备的一种结构示意图；

图2示出了本申请实施例工业通信设备的另一种流程图；

图3示出了本申请实施例漏电流采样电路的一种流程示意图；

图4示出了本申请实施例机壳漏电流检测系统的一种流程图；

图5示出了本申请实施例的一种频谱图显示界面示意图。

主要元件符号说明：

10-工业通信设备；11-设备外壳；12-主处理器；13-核心交换模块；14-以太网端口；15-漏电流采样电路；151-高精度电流传感器；152-DSP处理器；20-网页服务器；30-用户终端。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做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。

在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。此外，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。

除非另有限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

泄漏电流(leakage current)是指在没有故障和施加电压的情况下，电气中带相互绝缘的金属零件之间，或带电零件与接地零件之间，通过周围介质或绝缘表现形成的微小电流。泄漏电流是衡量设备绝缘性能好坏的重要标志之一，是产品安全性能的主要指标。

考虑到常期在恶劣的工业作业环境下的通信设备可能会出现泄漏电流的安全性问题，为此，本申请提出一种集成有漏电流采样功能的工业通信设备，即设备上电后，可以自动开启对自身机壳进行泄漏电流检测功能，一方面可以摒弃专用的泄漏电流检测仪器，另一方面，利用工业通信设备自身的通信功能，将实时检测的结果发送到用户终端，这样也不需要每次人工前往现场进行定期检测等操作，解决了在恶劣的工业作业环境下需定期对以太网设备进行额外的维护和检测等问题，同时能够节省运维单位在检测仪器上所耗费的资金和人力等。可以理解，本申请中的工业通信设备可以但不限于为，工业以太网交换机或工业路由器等。

图1示出了本申请实施例的工业通信设备10的一种结构示意图。下面结合一些具体的实施方式来对该工业通信设备10进行说明。

示范性地，该工业通信设备10包括以下主要组成部分：设备外壳11，以及设置在壳体内的控制板，其中，控制板中主要包括主处理器12、核心交换模块13、以太网端口14、以及新增的漏电流采样电路15等。其中，主处理器12作为该工业通信设备10的主控，用于控制核心交换模块13等其他功能模块完成工业通信任务；核心交换模块13和以太网端口14则主要用于实现报文的传输交换等；此外，控制板上还有电源模块等，用于为控制板中的相应器件供电。

其中，漏电流采样电路15主要用于进行机壳漏电流的信号实时采集及处理，以得到机壳漏电流数据。例如，当工业通信设备10在上电后，通过漏电流采样电路15对工业通信设备10的以太网端口14和外壳之间进行电流信号的高频周期性采集，并进行快速傅里叶变换处理，可以得到机壳漏电流的频域信息。

在获取到机壳漏电流数据后，主处理器12还将用于控制通过预设传输接口将机壳漏电流数据上传至已建立连接的网页服务器20中，以供用户终端30通过访问网页服务器20来获取所需的机壳漏电流数据，从而实现实时监测目的。可以理解，上述的机壳漏电流数据可以是时域上的漏电流数据，也可以指频域上的漏电流数据，具体可根据实际需求来相应处理得到。

在一种实施方式中，如图1所示，该漏电流采样电路15主要包括高精度电流传感器151和DSP处理器152，其中，高精度电流传感器151通过差分信号分别连接工业通信设备10的以太网端口14和设备外壳11，主要用于检测外壳地端(GND_FG)和以太网端口的保护地(RJ45_FG)之间的电流信号；进而，DSP处理器152用于周期性读取电流信号以获取机壳漏电流的时域数据，并进行快速傅里叶变换以得到机壳漏电流的频域信息。

具体地，在检测外壳和以太网端口14之间的电流信号时，高精度电流传感器151通过差分信号接收设备外壳11和以太网端口14之间的原始电信号，并对该原始电信号进行低通滤波和全补偿处理，从而得到最终的机壳漏电流信号。之后，处理后的电流信号则可通过总线发送到DSP处理器152进行后续处理。

其中，上述的全补偿处理包括温度补偿和应力补偿，例如，可采用集成有温度补偿和应力补偿的电流传感器模组，当然也可以采用分离器件构成，这里不作限定。可以理解，考虑到该工业通信设备10所处的环境因素对泄露电流的影响，通过进行温度补偿和应力补偿可以提高检测的准确性等。

进而，为进一步得到机壳漏电流的频域信息，如图2所示，DSP处理器152将执行如下步骤，包括：

S110，按照预设采样频率对高精度电流传感器151进行异步访问，以读取高精度电流传感器151实时检测到的电流信号。其中，这里的预设采样频率为高频采样，例如，可为每秒256次不等，具体可根据实际需求来设定。

S120，按照预设计算周期将累积读取到的多个电流信号进行硬浮点运算，以得到一个批次的机壳漏电流数据。考虑到每间隔一定时间就会采集到一定数量的电流值数据，这里将按照计算周期进行一次计算。例如，该预设计算周期为每2秒进行一次硬浮点运算，可以理解，在采样频率为256的情况下，每次可以累积获取到512个测量电流值。

S130，将同一批次的机壳漏电流数据进行快速傅里叶变换，并将转换后的复数结果进行取模运算，以得到机壳漏电流的频域信息。

最后，通过快速傅里叶变换(FFT)处理，将时域上的测量电流值进行频域转换，并将转换后的复数结果进行取模运算，则可以得到对应的频域信息。其中，该频域信息包括机壳漏电流的频率分布以及在对应频率下的漏电流峰值等参数。进一步地，DSP处理器152可以将该机壳漏电流的频域信息以数组的形式周期地上报给工业通信设备10的主处理器12，使得工业通信设备10能够发送至相应应用软件上进行绘制频谱图及实时显示，进而供用户进行在线查看等。

可以理解，本申请通过在工业通信设备10上集成机壳漏电流的实时检测，以便进一步上传到用户终端30进行实时监测等，一方面，通信设备无需断电停机检验或另外携带漏电流检测仪器对设备进行现场测试及维护，也无需人工对通信设备进行单独的定时巡检。

基于上述的工业通信设备10，本申请还提出一种机壳漏电流检测系统，以便用户通过用户终端30对该工业通信设备10的机壳漏电流进行实时监测等。

图3示出了本申请实施例的机壳漏电流检测系统的一种结构示意图。

示范性地，该机壳漏电流检测系统包括：工业通信设备10、网页服务器20和用户终端30；其中，该工业通信设备10集成有上述实施例中的漏电流采样电路15。可以理解，上述实施例中的关于工业通信设备10的可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。另外，用户终端30可以是一个，也可以是多个，均可以与网页服务器20进行通信，以获取工业通信设备10的机壳漏电流信息等。

如图4所示，该机壳漏电流检测系统的工作流程如下：

S210，工业通信设备10通过漏电流采样电路15进行信号实时采集及处理得到机壳漏电流数据，并通过预设传输接口上传至Web(网页)服务器。

示范性地，在工业通信设备10上电后，通过漏电流采样电路15对工业通信设备10的以太网端口14和外壳之间进行电流信号的高频周期性采集，并进行快速傅里叶变换处理，以得到机壳漏电流的频域信息。

其中，发送至网页服务器20的机壳漏电流数据可以包括机壳漏电流的频域信息，还可以包括时域数据，这里不作限定。

进而，Web服务器在接收到机壳漏电流数据后会将其进行存储。在一种实施方式中，网页服务器20内置有CGI程序，工业通信设备10用于将机壳漏电流数据通过CGI接口上传至网页服务器20，以使得网页服务器20将接收的机壳漏电流数据转交给CGI程序进行存储操作。

本实施例中，采用CGI(Common Gateway Interface，通用网关接口)机制来实现工业通信设备10与网页服务器20以及用户终端30的访问等，即通过网页服务器20作为中间传输介质，从而最小程度地减少对工业通信设备10及用户终端30的改动。其中，CGI接口是一个Web服务器主机提供信息服务的标准接口，通过CGI接口，Web服务器能够获取用户终端30提交的信息，进而转交给服务器端的CGI程序进行处理，最后返回结果给用户终端30。

S220，用户终端30向网页服务器20发送HTTP请求，以获取存储的机壳漏电流数据。其中，用户终端30与网页服务器20之间通过HTTP协议进行通信，具体地，其通过发出HTTP请求来获取上述存储的机壳漏电流数据。

S230，网页服务器20通过HTTP协议将机壳漏电流数据反馈至用户终端30。

示范性地，网页服务器20在接收到HTTP请求后，会调用上述CGI程序，以使CGI程序提取出之前存储的机壳漏电流数据，然后进行TCP/IP报文格式封装，以得到TCP/IP报文，最后将其发送至用户终端30。

S240，用户终端30根据接收的机壳漏电流数据进行频谱图绘制及页面展示。

用户终端30在获取到机壳漏电流数据后，可通过进一步处理，如以直观的频谱图方式等进行展示，从而实时显示出机壳的泄露电流状态。

在一种实施方式中，该频谱图的绘制过程，包括：将二维平面图中的X轴定义为机壳漏电流的采样频率，以及将Y轴定义为漏电流值，并根据机壳漏电流频域信息，描绘出漏电流值随采样频率变化而变化的分布图，如图5所示，以得到工业交换机的机壳漏电流的实时频谱图。

作为一种可选的方案，用户终端30上还可以进一步设置机壳漏电流配置、告警等其他功能，以满足用户不同的需求等。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机壳漏电流检测系统，其特征在于，包括：工业通信设备、网页服务器和用户终端；

所述工业通信设备集成有漏电流采样电路，所述工业通信设备用于通过所述漏电流采样电路进行信号实时采集及处理得到机壳漏电流数据，并通过预设传输接口上传至所述网页服务器；

所述用户终端用于向所述网页服务器发送HTTP请求，以获取存储的所述机壳漏电流数据；

所述网页服务器用于通过HTTP协议将所述机壳漏电流数据反馈至所述用户终端；

所述用户终端还用于根据接收的所述机壳漏电流数据进行频谱图绘制及页面展示。

2.根据权利要求1所述的机壳漏电流检测系统，其特征在于，所述网页服务器内置有CGI程序，所述工业通信设备用于将所述机壳漏电流数据通过CGI接口上传至所述网页服务器，以使得所述网页服务器将接收的所述机壳漏电流数据转交给所述CGI程序进行存储操作。

3.根据权利要求2所述的机壳漏电流检测系统，其特征在于，所述网页服务器用于通过HTTP协议将所述机壳漏电流数据反馈至所述用户终端，包括：

所述网页服务器用于在接收到所述HTTP请求后，调用所述CGI程序，以使所述CGI程序提取出所述机壳漏电流数据并进行TCP/IP报文格式封装，以得到TCP/IP报文并发送至所述用户终端。

4.根据权利要求1所述的机壳漏电流检测系统，其特征在于，所述机壳漏电流数据包括所述机壳漏电流的频域信息，所述工业通信设备用于通过所述漏电流采样电路进行信号实时采集及处理得到机壳漏电流数据，包括：

所述工业通信设备用于在上电后，通过所述漏电流采样电路对所述工业通信设备的以太网端口和外壳之间进行电流信号的高频周期性采集，并进行快速傅里叶变换处理，以得到机壳漏电流的频域信息。

5.根据权利要求4所述的机壳漏电流检测系统，其特征在于，所述漏电流采样电路包括高精度电流传感器和DSP处理器；

所述高精度电流传感器通过差分信号分别连接所述工业通信设备的以太网端口和外壳，用于检测所述外壳和所述以太网端口之间的电流信号；

所述DSP处理器用于周期性读取所述电流信号以获取机壳漏电流的时域数据，并进行快速傅里叶变换以得到所述机壳漏电流的频域信息。

6.根据权利要求5所述的机壳漏电流检测系统，其特征在于，所述高精度电流传感器检测所述外壳和所述以太网端口之间的电流信号，包括：

所述电流传感器通过所述差分信号接收所述外壳和所述以太网端口之间的原始电信号，并对所述原始电信号进行低通滤波和全补偿处理，以得到所述电流信号；其中，所述全补偿包括温度补偿和应力补偿。

7.根据权利要求5所述的机壳漏电流检测系统，其特征在于，所述DSP处理器用于周期性读取所述电流信号以获取机壳漏电流的时域数据，并进行快速傅里叶变换以得到所述机壳漏电流的频域信息，包括：

所述DSP处理器用于按照预设采样频率对所述高精度电流传感器进行异步访问，以读取所述高精度电流传感器实时检测到的电流信号；

然后，按照预设计算周期将累积读取到的多个电流信号进行硬浮点运算，以得到一个批次的机壳漏电流数据；

进而，将同一批次的机壳漏电流数据进行快速傅里叶变换，并将转换后的复数结果进行取模运算，以得到机壳漏电流的频域信息。

8.根据权利要求7所述的机壳漏电流检测系统，其特征在于，所述预设采样频率为每秒256次；

所述预设计算周期为每2秒进行一次硬浮点运算。

9.一种工业通信设备，其特征在于，所述工业通信设备包括主处理器、和权利要求1至8中任一项所述的漏电流采样电路；

所述漏电流采样电路用于进行机壳漏电流的信号实时采集及处理，以得到机壳漏电流数据；

所述主处理器用于控制通过预设传输接口将所述机壳漏电流数据上传至建立连接的网页服务器中，以供用户终端获取。

10.根据权利要求9所述的工业通信设备，其特征在于，所述工业通信设备为工业以太网交换机或工业路由器。

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