CN1178530C - 总配线架外线工频入侵检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种MDF外线工频入侵检测方法及装置，其特征在于：传感器为带玻镆合金芯的电流互感器，其感应线圈[11]输出经桥式整流电路和RC滤波电路处理后输出直流信号，该信号经运算放大器[L3：A ]和[L3：B]所构成的比较器和积分器放大和A/D转换后送入微处理机89C2051芯片[IC2 ]，芯片[IC2]通过软件计算出电流的平方与时间的积分值，并作为判断是否报警的依据，当积分值大于设定值时输出报警信号，报警信号经功率放大器驱动报警控制单元。本发明采用数字滤波技术与微处理器相结构，智能化水平高，抗干扰能力强，工作可靠，安装维护方便，特别是以与热量成正比的积分值来衡量工频入侵的危害，可以大大提高报警的准确性，避免了许多误报现象。

Description

总配线架外线工频入侵检测方法及装置

                          技术领域

本发明涉及一种检测方法及装置，具体涉及外界工频(比如220V或380V电压)入侵固定电话网总配线架(MDF)的一种检测方法及装置。该检测方法及装置能够及时觉察外界工频串入，并经过危害程度计算后作出适当处理，当危害程度值大于设定值时发出告警信号，反之继续跟踪检测。

                          背景技术

固定电话的工作依赖于固定电话网，随着固定电话用户不断增加，固定电话网的容量和范围迅速扩大，外线非常复杂。由于用户端的使用情况很难控制，一旦用户使用不当可能串入外界工频220V或380V电压，很容易使电话局机房遭到破坏。几年来我国几乎每年都有电话局机房被烧毁的事故发生，其原因都是外界工频220V或380V的入侵，造成MDF配线架发热过量，最终导致机房烧毁。基于这个原因中国专利于2002年4月24日公告授权了一件名称为《通信机房强电入侵告警装置》，专利号为01226041.X，公告号为CN2488241Y的实用新型专利。该专利是由探头、信号处理模块和输出隔离模块三个部分所组成，探头是采用一个灵敏度为30毫安的交流电流感应线圈构成，它套在通信机房配线架与大地的连接线上，信号处理模块与电流感应线圈两输出端相接，输出隔离模块则与信号处理模块并接，它提供一个与CPU、声光告警电路的接口。工作时通过电流感应线圈检测注入大地的电流，然后取样、放大并产生声光告警动作，由此判断机房配线架是否有强电入侵。这种装置能够及时、准确判断是否有过强电入侵，但最大的缺陷是：对入侵强电的危害程度无法作出定性判断，比如当遇到瞬间或短时工频串入时，虽然对机房安全未构成威胁，但告警动作早已发出。换句话说这样的检测告警不能从强电侵入时间和发热量危害程度上区别对待，不能根据具体情况通过计算MDF保安单元的发热量进行精确告警，智能化水平低，因此经常产生误报，人为制造紧张，长期使用很可能使安全管理人员丧失警惕性。为此，本发明从判断发热量的角度，提供一种抗干扰能力强，可靠性高，报警精确的MDF外线工频入侵检测报警方法及装置。

                          发明内容

为达到上述目的，本发明检测方法采用的技术方案是：一种总配线架外线工频入侵检测方法，利用电磁感应原理，采用电流互感器检测电缆中的工频串入信号，其特征在于：按照检测到的工频串入电流大小以及时间计算电流平方与时间的积分值，以与热量成正比的积分值作为判断是否报警的依据，然后与设定值进行比较决定是否报警。

为达到上述目的，本发明检测装置采用的技术方案是：一种总配线架外线工频入侵检测装置，包括工频串入信号传感器、信号放大器、A/D变换器、微处理器、报警信号放大器以及报警控制器，信号放大器包括两个运算放大器，第一个运算放大器构成比较器，第二个运算放大器与电容、电阻构成积分器；信号传感器的输出信号接比较器的同相输入端，积分器的输出端接比较器的反相输入端，微处理器的一个输出端口接积分器的反相输入端，积分器的同相输入端接地；比较器的输出经A/D变换器接微处理器的一个输入端口，微处理器通过软件求出电流值的平方与时间积分值，然后用该值与热量设定值进行比较，若该值大于或等于热量设定值时输出报警信号，该信号经报警信号放大器控制报警控制器。

上述技术方案的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述微处理器还有一个输出端口接比较器的同相输入端。

2、上述方案中，为了及时显示入侵工频的电流强度等级，所述微处理器设有一组输出端口分别输出入侵工频强度等级指示信号，该信号分别经发光二极、电阻接电源。电流强度等级的数值可以根据要求通过软件设定。

3、上述方案中，为了显示本发明的工作状态，所述微处理器可以设有一个输出端口输出工作状态指示信号，该信号经发光二极、电阻接电源。

4、上述方案中，所述工频串入信号传感器为电流互感器，该电流互感器由环形导磁铁芯和缠绕在铁芯上的感应线圈构成，线圈的两端接在桥式整流电路的输入端上，其输出端接RC滤波电路输入端，RC滤波电路输出信号。为了提高铁芯的导磁效果，环形导磁铁芯由两个半环形玻镆合金迭片拼合而成。

5、上述方案中，由于微处理器和运算放大器的工作电源为+5V，而电话局机房一般为+48V，因此需要通过一个变换器将+48V变成+5V以供集成电路使用。所述变换器可以采用现有技术。

本发明使用时将缠绕有感应线圈的环形导磁铁芯套在电缆上，电缆中有许多根电话线，其工作原理是：当外界工频电压220V或380V在用户端通信线路后，沿固定电话线路传至局方机房的总配线架，并经保安单元的放电管接地放电，此时感应线圈的两端激励出一个感生电动势，线圈中有感生电流，该感生电流经桥式整流电路后变为直流信号，并经RC滤波电路滤去杂波。经过处理后的电流信号加到比较器的同相输入端，同时，微处理器通过一个输出端口输出高电平至积分器的反相输入端，积分器的输出端产生参考信号输入比较器的反相输入端进行比较，当输入信号电压小于参考电压时，运放将处于负饱和状态，当输入信号电压大于参考电压时，运放立即翻转成正饱和状态，向微处理器的输入端口送入电流数据。该电流数据在微处理器内通过软件求出电流值的平方与时间积分值(I²t)，因此获得与热量成正比的数值，然后再用该值与热量设定值进行比较，最后确定是否需要输出报警信号，当该值大于热量设定值时输出报警信号，该信号经功率放大后推动继电器等执行元件发出报警信号，反之不输出报警信号，以此循环工作。

当本发明接入电源处于工作状态后，微处理器对应工作指示灯的输出端口为低电平和高电平之间交替变化，此时工作指示灯闪烁。

当本发明检测到工频信号后，微处理器通过软件程序在比较串入电流大小后选通对应电流强度等级的输出端口，并使之为低电平，此时该路的发光二极管工作。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明检测报警智能化水平高，工作可靠，安装维护方便，尤其是能够根据危害程度区别对待，排除各种性质的干扰，正确判断出强电入侵时的危害，特别适合于无人值守、集中维护与管理的通信机房。使用该装置既可以避免火灾事故发生，又可以减轻维护人员的劳动强度，提高线路运行质量和线路维护效率，加强MDF机房的集中管理，确保MDF运行安全。

2、本发明应用数字滤波技术抗干扰能力强，尤其是通过测量电流值后再计算出电流的平方与时间的积分值作为判断是否报警的依据，打破了以检测电流作为报警依据的传统习惯，克服了以往的技术偏见，避免了许多误报，进一步提高了报警准确性。

3、由于本发明报警值采用软件方式进行设定，因此能根据MDF保安单元所用的气体放电管和固体放电管产生的热量不同分别进行设定。

                         附图说明

附图1为本发明原理框图；

附图2为本发明实施例电路图；

附图3为本发明软件流程图；

附图4为本发明传感器结构示意图；

附图5为本发明传感器感应原理图；

附图6为本发明实施例主视图；

附图7为本发明实施例俯视图；

附图8为本发明实施例左视图；

附图9为本发明实施例右视图。

以上附图中：1、铁芯；3、电缆；4、螺栓；5、接线柱；6、机壳；7、传感器；8、指示灯。

                        具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：参见附图1～附图9所示，一种总配线架外线工频入侵检测装置，该装置由机壳6、探头、检测报警电路三部分组成，探头为一个工频串入信号传感器，检测报警电路由信号处理、信号放大器、A/D变换器、微处理器、报警信号放大器、报警控制器、状态显示电路、电源变换器等组成。

工频串入信号传感器为电流互感器，该电流互感器由环形导磁铁芯1和缠绕在铁芯1上的感应线圈I1构成。为了使用安装(即套装在被检测电缆上，见图5)环形导磁铁芯1由两个半环形通过螺栓4拼合而成，见图6，所述导磁铁芯1采用玻镆合金片叠加构成，铁芯1上绕有4000～5000圈感应线圈I1，铁芯1和线圈I1的外层用塑胶或绝缘材料包裹。

信号处理由桥式整流电路和RC滤波电路组成，线圈I1的两端接在桥式整流电路的输入端上，其输出端接RC滤波电路输入端，RC滤波电路输出信号。RC滤波电路由电阻R1、3296可调电位器W1和电容C4组成。

信号放大器包括两个运算放大器，第一个运算放大器L3：A构成比较器，第二个运算放大器L3：B与电容C1和电阻R10构成积分器；A/D变换器和微处理器采用89C2051芯片IC2。RC滤波电路输出信号的正极经电阻R2接比较器的同相输入端3脚，负极接地，积分器的输出端7脚接比较器的反相输入端2脚，比较器的输出端1脚经电阻R6接芯片IC2的输入端口P1.6，比较器的8脚接+5V电源，4脚接地。芯片IC2的输出端口P1.5经电阻R10接积分器的反相输入端6脚，积分器的同相输入端5脚经电阻R9接地，电容C1跨接在运算放大器L3：B的输出端7脚与反相输入端6脚之间，芯片IC2的输出端口P1.1经电阻R11接比较器的同相输入端。+5V电源与地之间串联有电容C2和电阻R4，芯片IC2的RST端口接在电容C2和电阻R4之间。+5V电源与地之间串联有电阻R5和电阻R7的分压电路，芯片IC2的端口P1.0接在电阻R5和电阻R7之间。芯片IC2的端口XTAL1和XTAL2接有晶振C3、电容C5和C6。芯片IC2的输出端口P1.7输出报警信号。工作时，电流互感器监测外线工频入侵信号，并将该信号送入比较器，当输入信号电压小于参考电压时，运放将处于负饱和状态；当输入信号电压大于参考电压时，运放立即翻转成正饱和状态，向微处理器的输入端口送入电流数据。该电流数据在微处理器内通过软件求出电流值的平方与时间积分值(I²t)，然后用该值与热量设定值进行比较，若该值大于或等于热量设定值时输出报警信号，该信号经报警信号放大器控制报警控制器。反之不输出报警信号，以此循环工作。

报警信号放大器由9012三极管DG5和9013三极管DG4构成，报警控制器由继电器J2构成，芯片IC2输出的报警信号经电阻R10接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端接报警继电器J2，通过继电器J2可以控制各种报警电路。

状态显示电路分为工作状态显示和电流强度显示两部分，芯片IC2输出端口14脚输出工作状态指示信号，该信号经LED发光二极D10、电阻R21接+5V电源。芯片IC2还有一组输出端口P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.7分别输出入侵工频强度等级指示信号，该信号分别经LED发光二极、电阻R12接+5V电源，五路信号分别表示100mA、150mA、200mA、250mA、300mA。

电源变换器由三极管BD2、稳压管DG3、电阻R13～R16、电容C7～C10、可调电位器W2组成，该变换器将+48V转变成+5V。

Claims (6)

1、一种总配线架外线工频入侵检测方法，利用电磁感应原理，采用电流互感器检测电缆中的工频串入信号，其特征在于：按照检测到的工频串入电流大小以及时间计算电流平方与时间的积分值，以与热量成正比的积分值作为判断是否报警的依据，然后与设定值进行比较决定是否报警。

2、一种总配线架外线工频入侵检测装置，包括工频串入信号传感器、信号放大器、A/D变换器、微处理器、报警信号放大器以及报警控制器，其特征在于：信号放大器包括两个运算放大器，第一个运算放大器构成比较器，第二个运算放大器与电容、电阻构成积分器；信号传感器的输出信号接比较器的同相输入端，积分器的输出端接比较器的反相输入端，微处理器的一个输出端口接积分器的反相输入端，积分器的同相输入端接地；比较器的输出经A/D变换器接微处理器的一个输入端口，微处理器通过软件求出电流值的平方与时间积分值，然后用该值与热量设定值进行比较，若该值大于或等于热量设定值时输出报警信号，该信号经报警信号放大器控制报警控制器。

3、根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述微处理器还有一个输出端口接比较器的同相输入端。

4、根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述微处理器还有一组输出端口分别输出入侵工频强度等级指示信号，该信号经发光二极、电阻接电源。

5、根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述微处理器还有一个输出端口输出工作状态指示信号，该信号经发光二极、电阻接电源。

6、根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述工频串入信号传感器为电流互感器，该电流互感器由环形导磁铁芯和缠绕在铁芯上的感应线圈构成，线圈的两端接在桥式整流电路的输入端上，其输出端接RC滤波电路输入端，RC滤波电路输出信号；环形导磁铁芯由两个半环形玻镆合金迭片拼合而成。

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