CN201984123U

CN201984123U - 医院隔离供电系统监测装置

Info

Publication number: CN201984123U
Application number: CN2011200306220U
Authority: CN
Inventors: 何平; 刘大永; 张宝金; 贾建成
Original assignee: Baoding Tianwei Xinyu Technology Development Co Ltd; Baoding Tianwei Group Co Ltd
Current assignee: Baoding Tianwei Xinyu Technology Development Co Ltd; Baoding Tianwei Group Co Ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2021-01-28

Abstract

一种医院隔离供电系统监测装置，它由矩形波发生器、耦合电路、绝缘信号采集电路、单片机和报警电路组成，所述耦合电路包括四个电阻，第一电阻和第二电阻的一端接矩形波发生器的输出端，另一端分别接隔离供电系统的两个电源线，第三电阻和第四电阻串联连接后接于直流电源负极与地之间，所述绝缘信号采集电路由第一运算放大器和AD转换芯片组成，第一运算放大器的输出端接AD转换芯片的一个输入端，所述AD转换芯片的输出端接单片机的输入端，另一输入端经第五电阻接矩形波发生器的输出端。本实用新型能实时、准确监测供电系统的绝缘电阻和工作状态，特别适用于医院的隔离供电系统。

Description

医院隔离供电系统监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于对医院的手术室、ICU、CCU病房等特殊场所隔离供电系统的绝缘故障和运行状况进行监测的装置，属检测技术领域。

背景技术

近年来，电子医疗设备发展迅速，其种类和数量越来越多。电子医疗设备在给患者提供服务的同时,也给患者带来了许多不可忽视的潜在威胁：

1.为了进行各种目的的测量、诊断或治疗，患者常常和各种电气电子设备连接在一起，皮肤的电阻可能被击穿，患者也常常因痛觉丧失而失去或降低防卫能力，尤其是患者在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器或管道直接插入病人体内，这时如果有10μA的漏电流直接流过患者的心脏，就会导致患者触电身亡，医学上称之为微电击。

2. 手术室或ICU、CCU病房等医院二类场所中的医疗设备大多用来维持患者的生命，因此不管出现任何情况，应保证电力供应的连续性，若这些医疗设备断电，就会给患者的生命造成威胁。

由于接地供电系统容易出现漏电流，为了保护患者的生命安全，目前医院的ICU、CCU、手术室等二类场所普遍采用不接地的电源系统供电，并利用绝缘监测装置实时监测隔离供电系统的对地绝缘故障。但现有的绝缘监测装置大多只适用于纯交流电路或者直流电路，而医院的隔离供电系统是含有直流分量的交流电路，因而监测到的绝缘电阻存在很大偏差，不能真实地反映电路绝缘的恶化程度，给患者的生命带来了安全隐患。此外，传统的绝缘监测装置功能单一，不能同时监测隔离供电系统的运行状态，不能及时发现供电系统的其它异常现象，因而无法保证供电的连续性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种能够实施有效监测的医院隔离供电系统监测装置。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种医院隔离供电系统监测装置，由依次连接的矩形波发生器、耦合电路、绝缘信号采集电路、单片机、和报警电路组成，所述耦合电路包括四个电阻，第一电阻和第二电阻的一端接矩形波发生器的输出端，另一端分别接隔离供电系统的两个电源线，第三电阻和第四电阻串联连接，第三电阻的另一端接绝缘监测装置的直流电源负极，第四电阻的另一端接地，所述绝缘信号采集电路由第一运算放大器、第一电容和AD转换芯片组成，第一运算放大器的两输入端中，一个经第三电阻接ANGD端，另一个经第四电阻接地，第一运算放大器的输出端接AD转换芯片的AIN2P输入端，第一电容并接在第三电阻上，所述AD转换芯片的输出端接单片机的输入端，AIN1P输入端经第五电阻接矩形波发生器的输出端。

上述医院隔离供电系统监测装置，构成中还包括温度检测电路，所述温度检测电路由三极管、稳压管、二极管、PTC温度传感器、电容和电阻组成，第六电阻和稳压管串联成稳压电路接于直流电源两端，稳压管阴极输出的电压信号接第一三极管的发射极，第一三极管的基极和集电极连接在一起后接第二三极管基极并经第七电阻接直流电源负极，第二三极管的发射极经第八电阻接直流电源正极，集电极经PTC温度传感器接直流电源负极并经由第九电阻和第二电容组成的阻容滤波器接AD转换芯片的AIN3P输入端，第一二极管和第二二极管反并联连接后接于第二三极管的集电极与直流电源负极之间。

上述医院隔离供电系统监测装置，构成中还包括电压电流检测电路，所述电压电流检测电路由电压互感器、电流互感器、电能计量芯片、二极管、电容和电阻组成，电压互感器的原边线圈经第十电阻接隔离供电系统电压，副边线圈经由第十一电阻和第三电容组成的阻容滤波器接电能计量芯片的V230端，第三二极管和第四二极管反并联连接后与第十二电阻一起并接于电压互感器的输出端；电流互感器接于隔离供电系统的电源线上，其输出端经由第十三电阻和第四电容组成的阻容滤波器接电能计量芯片的IIN+端，第五二极管和第六二极管反并联连接后与第十四电阻一起并接于电流互感器的输出端；所述电能计量芯片的输出端接单片机的输入端。

上述医院隔离供电系统监测装置，所述矩形波发生器由运算放大器、D/A转换芯片和电阻构成，第二运算放大器的同相输入端经第十五电阻接电源正极，输出端经第十六电阻接反相输入端并经第十七电阻接第三运算放大器的反相输入端，第三运算放大器的输出端经第十八电阻接反相输入端并经第五电阻接A/D转换芯片的AIN1P端，同相输入端经第十九电阻接电源负极并经第二十电阻接D/A转换芯片的输出端，D/A转换芯片的输入端接单片机的输出端。

上述医院隔离供电系统监测装置，所述报警电路由音频报警器、第三三极管、继电器、发光二极管和电阻构成，第三三极管与继电器的控制线圈串联连接，其基极经第二十一电阻接单片机的TUOKOU端，第二十二电阻是其上偏置电阻，所述继电器的常开触点控制音频报警器；所述发光二极管设置四个，分别对应电压、电流、温度和绝缘报警信号，每个发光二极管的正极经一个限流电阻接电源正极，四个发光二极管的负极分别接单片机的不同输出端。

本实用新型的耦合电路与被监测隔离供电系统的绝缘电阻构成矩形波发生器的串联负载，通过监测耦合电路中与绝缘电阻呈串联关系的电阻上的电压降就可以计算出隔离供电系统的绝缘电阻值，从而判断供电系统中是否存在绝缘故障。由于矩形波电压发生器所输出方波信号的峰峰值不受隔离供电系统中直流分量的影响，因而本装置的测量结果准确可靠。温度检测电路用于监测隔离变压器的工作温度，电压电流检测电路用于监测隔离变压器的负荷情况。当隔离供电系统出现绝缘故障，或者隔离变压器的工作温度、工作电压、电流值超标时，单片机控制报警电路发出相应的声光报警信号，提醒工作人员及时采取相应措施，消除漏电隐患并防止因隔离变压器烧毁而导致供电中断，保证患者的生命安全。

本实用新型能实时、准确监测供电系统的绝缘电阻和工作状态，特别适用于医院的隔离供电系统。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的检测原理图；

图2是本实用新型的电原理框图；

图3是电原理图。

图中各标号为：U1、单片机；U2、A/D转换芯片；U3、电能计量芯片；U4、D/A转换芯片；PT、电压互感器；CT、电流互感器；LED1～LED4、发光二极管；D1～D6、二极管；PTC、温度传感器；DW、稳压管；C1～C4、电容；SP、音频报警器；Rf1、Rf2、绝缘电阻；R1～R26、电阻；Q1～Q3、三极管；T、隔离变压器；F1～F3、运算放大器；JD、继电器。

具体实施方式

参看图1，医院使用隔离供电系统为医疗电气设备供电。在正常情况下，系统对地电阻Rf(包括Rf1和Rf2)趋于无穷大。但是由于线路老化、设备故障等原因，导致Rf减小，出现对地漏电流。如果Rf减小到一定程度，漏电流过大，就会影响隔离供电系统和电子医疗设备的正常运行，降低系统的防火安全性。

本实用新型的耦合电路由图1中的电阻R1～R4构成，由矩形波电压发生器产生的具有足够输出功率的矩形波电压，通过R1、R2叠加到被监测的电路上，R3为取样电阻，当系统对地绝缘电阻变化时，采样电阻R3上的电压也随着变化。

参见图3，隔离变压器T的次级回路通过A1，A2点与电压电流检测电路中的电压检测部分相连。其中A2点与PT原边线圈的一端相连，A1点通过电阻R10与PT原边线圈的另一端相连。R10将工频220V电压信号变成小电流信号，该电流信号由电压互感器PT进行隔离，隔离后的电流信号经R12后变换成电压信号。R11、C3组成低通滤波电路，用以滤除各种高频噪声。滤波后的电压信号进入电能计量芯片U3。该电能计量芯片具有AD转换功能和校准功能，可以精确地测量出电压值和电流值。电压信号经过U3处理后通过SPI数据总线发送给单片机U1。

隔离变压器T次级回路穿过电流互感器CT，电流互感器CT的副边线圈一端接地，另一端接二极管D5。D6和D5反向并联限幅。R14和D5并联，用于将电流互感器CT输出的电流信号变成电压信号。该信号经R13、C4组成的低通滤波电路滤波后传输给电能计量芯片U3，由U3处理后转变成数字信号，并通过SPI总线传输给单片机U1。

当隔离变压器的工作电压或工作电流超过设置的阈值时，单片机U1控制发光二极管LED1或LED2发出光报警信号。同时单片机U1向Q3基极发出低电平信号，控制继电器JD吸合，使音频报警器SP发出声报警信号。声光报警信号提醒医院工作人员对隔离供电系统进行检修。

F2、F3、D/A转换芯片U4及其周围元件组成矩形波发生器。首先，电压信号经过运放F2后，到达F3反相输入端。其次，由于隔离供电系统中可能存在直流分量，使监测到的绝缘电阻值发生偏差。故本实用新型通过单片机U1发出数字信号，经过D/A转换芯片U4后转换成模拟信号进入F3的同相输入端，使之产生额定幅度的矩形波信号。该信号通过R1、R2加在隔离变压器的次级回路。如果被监测电路发生对地绝缘故障，在A1或A2与大地间产生绝缘电阻Rf(包括Rf1和Rf2)，矩形波发生器将在被测回路上产生测试电流If(如图1所示)，该测试电流流经采样电阻R3，使之产生一定压降。F1实时监测采样电阻R3上的电压值，并将电压信号传送给AD转换芯片U2。U2将模拟信号转换为数字信号，发送给单片机U1。单片机U1通过测量采样电阻R3上的额定幅度方波峰峰值来计算其真实压降，从而消除电源系统中直流分量的影响。由电路的连接关系可以看出，被测电路的对地绝缘电阻Rf和采样电阻R3流过相同的电流。因此绝缘电阻Rf和R3上的电压值与其电阻值成比例关系。通过这种关系可计算出被测绝缘电阻的阻值。当阻值降到报警阈值以下时，单片机U1控制发光二极管LED3发出光报警信号。同时，单片机U1向Q3基极发出低电平信号，控制继电器JD吸合，使音频报警器SP发出声报警信号。声光报警信号提醒医院工作人员对隔离供电系统进行检修。

当被监测电路的对地绝缘电阻Rf为无穷大时，采样回路只有极其微弱的电容泄漏电流流过，采样电阻R3上的压降可以忽略不计。

隔离变压器T内置PTC温度传感器，稳压管DW和三极管Q1、Q2等元件组成恒流源电路，使三极管Q2的集电极输出恒定电流。当变压器温度发生变化时，PTC温度传感器的内阻也会随之变化，导致三极管Q2集电极的电压发生变化，该变化的电压信号经过由R9和C3组成的RC滤波电路滤波后传输给AD转换芯片U2，U2将转换后的数字信号发送给单片机U1。最后由单片机U1分析处理该信号。如果隔离变压器超过预设温度，单片机U1控制发光二极管LED4和音频报警器SP发出声光报警信号，提醒工作人员对隔离供电系统进行检修。

本实用新型不仅能实时监测被检测电路的真实对地绝缘电阻，而且报警设定值连续可调，能在绝缘水平达到破坏值之前及时指示电路的绝缘恶化程度。本实用新型还能监测变压器超温和过负荷故障，使人们能提前发现设备存在的问题，以便及时采取措施，排除隐患，避免发生人身设备事故。

Claims

1.一种医院隔离供电系统监测装置，其特征是，所述装置由依次连接的矩形波发生器、耦合电路、绝缘信号采集电路、单片机（U1）和报警电路组成；所述耦合电路包括四个电阻，第一电阻（R1）和第二电阻（R2）均接至矩形波发生器的输出端，另一端分别接隔离供电系统的两个电源线，第三电阻（R3）和第四电阻（R4）串联连接，第三电阻（R3）的另一端接绝缘监测装置的直流电源负极，第四电阻（R4）的另一端接地，所述绝缘信号采集电路由第一运算放大器（F1）、第一电容（C1）和AD转换芯片（U2）组成，第一运算放大器（F1）的两输入端中，一个经第三电阻（R3）接ANGD端，另一个经第四电阻接地，第一运算放大器的输出端接AD转换芯片（U2）的AIN2P输入端，第一电容（C1）并接在第三电阻（R3）上，所述AD转换芯片（U2）的输出端接单片机（U1）的输入端，AIN1P输入端经第五电阻（R5）接矩形波发生器的输出端。

2.根据权利要求1所述医院隔离供电系统监测装置，其特征是，构成中还包括温度检测电路，所述温度检测电路由三极管、稳压管（DW）、二极管、PTC温度传感器、电容和电阻组成，第六电阻（R6）和稳压管（DW）串联成稳压电路接于直流电源两端，稳压管（DW）阴极输出的电压信号接第一三极管（Q1）的发射极，第一三极管（Q1）的基极和集电极连接在一起后接第二三极管（Q2）基极并经第七电阻（R7）接直流电源负极，第二三极管（Q2）的发射极经第八电阻（R8）接直流电源正极，集电极经PTC温度传感器接直流电源负极并经由第九电阻（R9）和第二电容（C2）组成的阻容滤波器接AD转换芯片（U2）的AIN3P输入端，第一二极管（D1）和第二二极管（D2）反并联连接后接于第二三极管（Q2）的集电极与直流电源负极之间。

3.根据权利要求1或2所述医院隔离供电系统监测装置，其特征是，构成中还包括电压电流检测电路，所述电压电流检测电路由电压互感器（PT）、电流互感器（CT）、电能计量芯片（U3）、二极管、电容和电阻组成，电压互感器（PT）的原边线圈经第十电阻（R10）接隔离供电系统电压，副边线圈经由第十一电阻（R11）和第三电容（C3）组成的阻容滤波器接电能计量芯片（U3）的V230端，第三二极管（D3）和第四二极管（D4）反并联连接后与第十二电阻（R12）一起并接于电压互感器（PT）的输出端；电流互感器（CT）接于隔离供电系统的电源线上，其输出端经由第十三电阻（R13）和第四电容（C4）组成的阻容滤波器接电能计量芯片（U3）的IIN+端，第五二极管（D5）和第六二极管（D6）反并联连接后与第十四电阻（R14）一起并接于电流互感器（CT）的输出端；所述电能计量芯片（U3）的输出端接单片机（U1）的输入端。

4.根据权利要求3所述医院隔离供电系统监测装置，其特征是，所述矩形波发生器由运算放大器、D/A转换芯片（U4）和电阻构成，第二运算放大器（F2）的同相输入端经第十五电阻（R15）接电源正极，输出端经第十六电阻（R16）接反相输入端并经第十七电阻（R17）接第三运算放大器（F3）的反相输入端，第三运算放大器（F3）的输出端经第十八电阻（R18）接反相输入端并经第五电阻（R5）接A/D转换芯片（U2）的AIN1P端，同相输入端经第十九电阻（R19）接电源负极并经第二十电阻（R20）接D/A转换芯片（U4）的输出端，D/A转换芯片（U4）的输入端接单片机（U1）的输出端。

5.根据权利要求4所述医院隔离供电系统监测装置，其特征是，所述报警电路由音频报警器（SP）、第三三极管（Q3）、继电器（JD）、发光二极管和电阻构成，第三三极管（Q3）与继电器（JD）的控制线圈串联连接，其基极经第二十一电阻（R21）接单片机（U1）的TUOKOU端，第二十二电阻（R22）是其上偏置电阻，所述继电器（JD）的常开触点控制音频报警器（SP）；所述发光二极管设置四个，分别对应电压、电流、温度和绝缘报警信号，每个发光二极管的正极经一个限流电阻接电源正极，四个发光二极管的负极分别接单片机（U1）的不同输出端。