CN204613279U - 一种杂散电流综合检测装置 - Google Patents

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郭海峰
付利云
刘占通
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北京煜能电仪自动化技术有限公司
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Abstract

本实用新型涉及一种杂散电流综合检测装置,该装置包括:控制显示主机和远端检测电路;所述控制显示主机通过无线数据传输电路与所述远端检测电路相连,控制显示主机和远端检测电路相互配合检测轨道与接地网之间的电位差、极化电压、轨道纵向电阻、轨道过渡电阻,实现轨道杂散电流的检测。

Description

一种杂散电流综合检测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及测量仪器技术领域,特别涉及一种杂散电流综合检测装置。
背景技术
[0002] 城市轨道交通结构在施工完成后已定型,经过多年运营,若因发生杂散电流腐蚀而要对城市轨道交通主体结构进行翻修是一件非常困难的工程。鉴于地铁与轻轨的杂散电流腐蚀防护对城市发展与国民经济有重大意义,实现对杂散电流及其相关参数的检测,根据检测得到的参数采取相关的积极防护措施来预防杂散电流的危害,对城市轨道交通的安全、可靠运行来说非常重要。
[0003] 现有技术中的杂散电流监测装置因轨道交通直流牵引系统产生的杂散电流是动态变化的,杂散电流难以直接测量,一般都通过轨道电位、埋地金属的极化电位等参数间接反映杂散电流的腐蚀情况。
[0004] 在现有技术中,在对轨道过渡电阻或纵向电阻的测量通常使用电流源、指针式电压表以及连接线实现,过程中需人工对数据进行多次记录、运算,存在工作量大、人工读数精度差等问题。对轨道电位、极化电压两个参数通常使用安装位置固定的传感器进行监测,需要通过线缆构建数据通信网络,存在监测系统结构复杂,成本较高。另外,现有的杂散电流测量装置只能实现单一电参数的测量,不能全面的反映杂散电流腐蚀情况。
实用新型内容
[0005] 为解决现有技术的问题,本实用新型提出一种杂散电流综合检测装置,以解决现有技术中,在杂散电流检测时,存在的检测装置结构复杂,检测装置采集的数据精度较差,测量功能单一,数据分析不全面的问题。
[0006] 为实现上述目的,本实用新型提供了一种杂散电流综合检测装置,该装置包括:控制显示主机和远端检测电路;所述控制显示主机通过无线数据传输电路与所述远端检测电路相连,控制显示主机和远端检测电路相互配合检测轨道与接地网之间的电位差、极化电压、轨道纵向电阻、轨道过渡电阻,实现轨道杂散电流的检测。
[0007] 优选地,所述控制显示主机包括控制芯片、显示屏幕、按键电路、第一存储芯片、第一 USB接口转换芯片、第一数字隔离芯片、第二数字隔离芯片、第三数字隔离芯片、数模转换芯片、第一模数转换芯片、运算放大器、场效应管、多个电阻、多个接线端子、第一电感、第一电解电容、第一电容、第一差分运算放大器、第二差分运算放大器、达林顿晶体管驱动芯片、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和第一电平转换芯片;
[0008] 所述控制芯片的FSMC接口与所述显示屏幕的端口相连;所述控制芯片的PE4〜PE6端口、PR)〜PF5端口均与所述按键电路相连;所述控制芯片的SPI2接口与所述第一存储芯片、所述第一数字隔离芯片相连;所述控制芯片的USARTl接口与所述第一 USB接口转换芯片相连;所述第一数字隔离芯片的VOA端口、VOB端口、VOC端口均与所述数模转换芯片相连;
[0009] 所述数模转换芯片的VOUT端口、VFB端口与所述运算放大器的INl+正输入端相连;所述运算放大器的OUTl端口与所述场效应管的栅极相连;所述场效应管的漏极与第一电阻相连;所述第一电阻的另一端与电源地相连;第一电感、第一电解电容和第一电容构成恒定直流电源,所述运算放大器的IN2-负输入端经过第三电阻与电源地相连;实现对第一电阻上电压的米集和信号放大处理;
[0010] 所述运算放大器的0UT2输出端经过第四电阻连接到所述运算放大器的INl-负输入端;所述运算放大器的0UT2输出端经第五电阻分别与所述运算放大器的IN2-负输入端、第三电阻相连;所述运算放大器的0UT2输出端与所述第一模数转换芯片的AIN3管脚相连;所述运算放大器的IN2+输入端经过第二电阻分别与所述第一电阻、所述场效应管的漏极相连;所述控制芯片的SPIl接口经过所述第二数字隔离芯片与所述第一模数转换芯片相连;
[0011] 所述第一差分运算放大器的输出端经过第六电阻连接到所述第一模数转换芯片的AINl管脚;所述第二差分运算放大器的输出端经过第七电阻连接到所述第一模数转换芯片的AIN2管脚;所述控制芯片的SPIl接口经过第二数字隔离芯片获取所述第一模数转换芯片上AINl管脚输入的电压信号的AD转换值;所述控制芯片的PEO管脚、PEl管脚、PE2管脚、PE3管脚经过达林顿晶体管驱动芯片分别控制第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器;
[0012] 所述第三接线端子的管脚通过测试连接线与测试点相连;第一接线端子的第一管脚与恒定直流电源相连,所述第一接线端子的第二管脚与所述场效应管的源极相连;
[0013] 所述控制芯片的USART3接口经过所述第三数字隔离芯片与所述第一电平转换芯片的R0UT2接口、DIN2接口相连,所述第一电平转换芯片的D0UT2端口、RIN2端口通过第二接线端子与所述无线数据传输电路相连,实现向所述远端检测电路发送测试控制命令和接收所述远端检测电路采集到的电压信号值。
[0014] 优选地,所述远端检测电路包括:微控制器、第二存储芯片、第二 USB接口转换芯片、拨码开关、第二电平转换芯片、第二模数转换芯片、第三差分运算放大器、第四接线端子、第五接线端子、第四差分运算放大器、第四数字隔离芯片和第五数字隔离芯片;其中,
[0015] 所述微控制器的SPIl接口经所述第四数字隔离芯片与所述第二模数转换芯片相连,所述第三差分运算放大器的OUT端通过电阻与所述第二模数转换芯片的AIN2端口相连,所述第四差分运算放大器的OUT端通过另一电阻与所述第二模数转换芯片的AINl端口相连;所述微控制器的SPI2接口与所述第二存储芯片相连;所述微控制器的PC9端口、PC8端口、PC7端口、PC6端口分别经电阻与所述拨码开关相连,所述拨码开关的另一端与地直接相连;所述第四接线端子的管脚通过测试连接线与测试点相连;
[0016] 所述微控制器的UART2接口与所述第二 USB接口转换芯片相连,所述微控制器的UARTl接口分别与所述第五数字隔离芯片的VOA端口、VIB端口相连,所述第五数字隔离芯片的VIA端口与所述第二电平转换芯片的R0UT2端口相连,所述第五数字隔离芯片的VOB端口与所述第二电平转换芯片的DIN2端口相连;所述第二电平转换芯片的RIN2端口与第五接线端子的第二端口相连,所述第二电平转换芯片的D0UT2端口与第五接线端子的第一端口相连,所述第二电平转换芯片的RIN2端口、D0UT2端口通过第五接线端子与所述无线数据传输电路相连,实现向所述控制显示主机发送采集到的电压信号值。
[0017] 优选地,在轨道过渡电阻检测时,所述第三接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的第一测量点(C)相连,所述第三接线端子第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第三接线端子第二管脚的一端通过测试连接线与轨道的第一测量点(D)相连,第一测量点的轨道电压经过第八电阻、第十电阻进行分压后,经第二继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器的+IN输入端;
[0018] 所述第四接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的一对测量点(E、H)相连,所述第四接线端子的第一管脚的另一端与所述第三差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子的第二管脚的一端以及所述第四接线端子第三管脚的一端同时通过测试连接线与轨道的一对测量点(F、I)相连,所述第四接线端子的第二管脚的另一端经过电阻分压后与所述第三差分运算放大器的+IN输入端相连,所述第四接线端子第三管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子第四管脚的一端通过测试连接线与轨道的另一对测量点(G、J)相连,所述第四接线端子第四管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的+IN输入端相连;
[0019] 所述第一接线端子的输出端正极通过测试连接线与轨道的第二测量点(B)相连,所述第一接线端子的输出端负极通过测试连接线与接地网的第二测量点(A)相连。
[0020] 优选地,在轨道纵向电阻检测时,所述第三接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与轨道的第一测量点Φ’ )相连,所述第三接线端子第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器的-1N输入端相连;所述第三接线端子第二管脚的一端通过测试连接线与轨道的第五测量点(C’ )相连,第五测量点的轨道电压经过第一继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器的+IN输入端;所述第五测量点(C’ )通过测试连接线与轨道的第七测量点(E’ )直接相连;所述第三接线端子第四管脚的一端通过测试连接线与轨道的第四测量点(H’ )相连,所述第三接线端子第四管脚的另一端与所述第二差分运算放大器的-1N输入端相连;所述第三接线端子第三管脚的一端通过测试连接线与轨道的第三测量点(I’ )相连,第三测量点的轨道电压经过第三继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第二差分运算放大器的+IN输入端;所述第三测量点(I’ )通过测试连接线与轨道的第八测量点(J’ )直接相连;
[0021] 所述第一接线端子的输出端正极通过测试连接线与轨道的第二测量点(B’ )相连,所述第一接线端子的输出端负极通过测试连接线与轨道的第六测量点(A’ )相连。
[0022] 优选地,在极化电压、轨道与接地网之间的电位差检测时,所述第三接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的第一测量点(C)相连,所述第三接线端子第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第三接线端子第二管脚的一端通过测试连接线与轨道的第一测量点(D)相连,第一测量点的轨道电压经过第八电阻、第十电阻进行分压后,经第二继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器的+IN输入端;
[0023] 所述第四接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的一对测量点(E、H)相连,所述第四接线端子的第一管脚的另一端与所述第三差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子的第二管脚的一端以及所述第四接线端子第三管脚的一端同时通过测试连接线与接地网附近预埋的参比电极的第一接线柱(F’)、第二接线柱(I’ )上相连,所述第四接线端子的第二管脚的另一端经过电阻分压后与所述第三差分运算放大器的+IN输入端相连,所述第四接线端子第三管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子第四管脚的一端通过测试连接线与轨道的一对测量点(G、J)相连,所述第四接线端子第四管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的+IN输入端相连。
[0024] 优选地,所述按键电路为20个按键组成的4*5矩阵形式的键盘构成。
[0025] 上述技术方案具有如下有益效果:本实用新型提出的检测装置不需要人工干预测量和记录各测试点的数据,只需现场安装本检测装置,通过一个特定功能的启停按键实现应用控制,装置将自动完成预定参数的测量并将检测结果进行存储,提高了检测效率,能够直观的对杂散电流腐蚀状态进行评估。
附图说明
[0026] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,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的附图。
[0027] 图1为本实用新型提出一种杂散电流综合检测装置示意图;
[0028] 图2为本实用新型的检测装置测量极化电压的示意图;
[0029] 图3为本实用新型的检测装置测量轨道纵向电阻的示意图;
[0030] 图4为本实用新型的检测装置中控制显示主机的电路图;
[0031] 图5为本实用新型的检测装置中远端检测电路的电路图;
具体实施方式
[0032] 下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0033] 本技术方案的工作原理:本实用新型提供的杂散电流综合检测装置由控制显示主机和远端检测电路构成,控制显示主机与远端检测电路之间的数据信息交互使用基于GFSK调制方式的无线数据传输电路进行。使用时,控制显示主机与远端检测电路配合实现轨道过渡电阻和纵向电阻的测量;通过功能切换实现轨道电位和极化电压的测量。完成测量后,在控制显示主机上进行数据计算和分析处理,数据计算和分析处理为本领域的现有技术,不是本方案的实用新型点。本技术方案主要基于对检测装置电路结构的改变,实现轨道杂散电流的全参数测量,使得数据检测精度高,具有广泛的实用性。
[0034] 基于上述工作原理,本实用新型提出一种杂散电流综合检测装置示意图,如图1所示。该装置包括:控制显示主机和远端检测电路;所述控制显示主机通过无线数据传输电路与所述远端检测电路相连,实现轨道杂散电流的检测。
[0035] 控制显示主机的第一接线端子CONl的输出端正极连接到轨道B端点,控制显示主机的第一接线端子CONl的输出端负极连接到接地网A端点;对于轨道与地网之间的电压信号采集来说,控制显示主机I的一测量端口与钢轨D端点相连,另一测量端口与接地网C端点相连;远端检测电路2为可测量mV级电压信号的检测电路。远端检测电路测量时,远端检测电路2的第四接线端子的第一测量端口与接地网E端点相连,远端检测电路2的第四接线端子的第二测量端口以及第三测量端口同时与轨道F端点相连,远端检测电路2的第四接线端子的第四测量端口与轨道G端点相连;另一远端检测电路3同样为可测量mV级电压信号的检测电路,测量时,另一远端检测电路3的第四接线端子的第一测量端口与接地网H端点相连,另一远端检测电路3的第四接线端子的第二测量端口以及第三测量端口同时与轨道I端点相连,另一远端检测电路3的第四接线端子的第四测量端口与轨道J端点相连。配套的测试连接线用于连接主机装置与测试接点。为了完成轨道过渡电阻的检测,需要将控制显示主机与远端检测电路接入检测系统中。在机车停运时,将控制显示主机1、一远端测量电路2、另一远端测量电路3配套的测试连接线与测试接点连接好,如图1所示。控制显示主机输出一个恒定的电流源IAB,并自动采集获取轨道与接地网间电压值Um;同时通过无线数据传输电路向远端检测电路发送检测开始命令,并接收由远端检测电路回传的轨道与接地网间电压UEF、Uu和轨道上的电压差U Fe、Uu;此时,控制显示主机在完成U m、UEF、UHJ, Ufg, Uu五个电压信号数据测量后,进行检测数据的计算与分析,从而完成轨道过渡电阻的检测。
[0036] 为了完成极化电压的测量,在现场轨道过渡电阻检测的基础上只需要改变F端点、I端点的连接位置,同时测量点A、测量点B无需连接测试线缆。如图2所示,将F端点、I端点的测试线缆连接到接地网附近预埋的参比电极的接线柱F’、接线柱I’上;控制显示主机与远端检测主机的内部电路不发生变化。在机车运行时,检测装置不进行电流输出,控制显示主机与远端检测电路实时采集端口电压信号:控制显示主机自动采集获取轨道与接地网间电压值Um;同时通过无线数据传输电路接收由远端检测电路上传的轨道与接地网间电压UF’G、U1I和极化电压U EF,、Uu;控制显示主机所获取的电压信号值U m、UF’G、Ul j为当前时刻对应端点的轨道电位。控制显示主机相应时刻所测量的电压信号值队^、Uu即为极化电压值。
[0037] 为了实现轨道纵向电阻的精确测量,不需要使用远端检测单元辅助,由控制显示主机单独完成。如图3所示。控制显示主机输出一个恒定的电流源Iab,第一接线端子CONl输出端的正极连接到一侧轨道B’端点,第一接线端子CONl输出端的负极连接到轨道另一侧A’端点;使用配套的测试线缆将两根轨道短接,C’端点与E’端点相连接、I’端点与J’端点相连接;第三接线端子C0N3的一组电压信号测量接入点分别连接到C’端点与D’端点,另一组电压信号测量接入点分别连接到H’端点与I’端点。控制显示主机输出恒流源Ιαβ,并自动检测第三接线端子C0N3电压信号值分别为Uc’D’、Uiri,。
[0038] 如图4所示,本实用新型的检测装置中控制显示主机的电路图。控制显示主机包括控制芯片IC1、显示屏幕TFTIXD1、按键电路、第一存储芯片IC7、第一 USB接口转换芯片IC12、第一数字隔离芯片IC6、第二数字隔离芯片IC11、第三数字隔离芯片IC10、数模转换芯片IC3、第一模数转换芯片IC5、运算放大器IC2、场效应管NM0S1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、第一接线端子CONl、第二接线端子C0N2、第三接线端子C0N3、第一电感L1、第一电解电容E1、第一电容Cl、第一差分运算放大器IC8、第二差分运算放大器IC9、达林顿晶体管驱动芯片IC13、第一继电器SD1、第二继电器SD2、第三继电器SD3、第四继电器SD4和第一电平转换芯片IC4。
[0039] 所述控制芯片ICl的FSMC接口与所述显示屏幕TFTIXD1的端口相连;其用于进行人机界面的显示,实现装置的状态查看与数据显示。所述控制芯片ICl的PE4〜PE6端口、PFO〜PF5端口均与所述按键电路相连;按键电路包括20个按键SI〜S20,20个按键组成的4*5矩阵键盘相连构成。采用分辨率为800*480液晶屏显示所有检测数据,使用汉化菜单操作,通过矩阵键盘完成检测装置的零位校准、通讯站号、时间、操作密码和电流输出值等设定。
[0040] 所述控制芯片ICl的SPI2接口与所述第一存储芯片IC7、所述第一数字隔离芯片IC6相连;在现场检测中,其用于完成相关的系统装置的配置参数、当前的检测数据以及采集到的历史数据保存。
[0041] 所述控制芯片ICl的USARTl接口与所述第一 USB接口转换芯片IC12相连;在实际使用中,通过该转换接口可将检测装置连接至PC机,用于完成历史检测数据的导出和装置程序软件的更新升级。
[0042] 所述第一数字隔离芯片IC6的VOA端口、VOB端口、VOC端口均与所述数模转换芯片IC3相连。
[0043] 所述数模转换芯片IC3的VOUT端口、VFB端口与所述运算放大器IC2的INl+正输入端相连;所述运算放大器IC2的OUTl端口与所述场效应管NMOSl的栅极相连;所述场效应管NMOSl的漏极与第一电阻Rl相连;所述第一电阻Rl的另一端与电源地相连;第一电感L1、第一电解电容El和第一电容Cl构成恒定直流电源,所述运算放大器IC2的IN2-负输入端经过第三电阻R3与电源地相连;实现对第一电阻Rl上电压的采集和信号放大处理。
[0044] 所述运算放大器IC2的0UT2输出端经过第四电阻R4连接到所述运算放大器IC2的INl-负输入端;所述运算放大器IC2的0UT2输出端经第五电阻分别与所述运算放大器IC2的IN2-负输入端、第三电阻R3相连;所述运算放大器IC2的0UT2输出端与所述第一模数转换芯片IC5的AIN3管脚相连;所述运算放大器IC2的0UT2输出端7脚经过第四电阻R4连接到所述运算放大器IC2的INl-负输入端进行电压比较,用来判断外部电流是否为设定的电流,以此补偿外部负载的波动造成的电流不稳定,形成一个闭环控制的恒流源,从而实现了输出恒定电流源I的目的。同时,运算放大器IC2的0UT2输出端连接到第一模数转换芯片IC5的AIN3电压输入端,由控制芯片ICl对外部电流进行监测,通过改变数模转换芯片IC3的输出电压来达到对外部电流输出的进一步调节。
[0045] 所述运算放大器IC2的IN2+输入端经过第二电阻R2分别与所述第一电阻R1、所述场效应管NMOSl的漏极相连。
[0046] 所述控制芯片ICl的SPIl接口经过所述第二数字隔离芯片ICll与所述第一模数转换芯片IC5相连。
[0047] 所述第一差分运算放大器IC8的输出端经过第六电阻R6连接到所述第一模数转换芯片IC5的AINl管脚;所述第二差分运算放大器IC9的输出端经过第七电阻R6连接到所述第一模数转换芯片IC5的AIN2管脚;所述控制芯片ICl的SPIl接口经过第二数字隔离芯片ICll获取所述第一模数转换芯片IC5上AINl管脚输入的电压信号的AD转换值;所述控制芯片ICl的PEO管脚、PEl管脚、PE2管脚、PE3管脚经过达林顿晶体管驱动芯片IC13分别控制第一继电器SD1、第二继电器SD2、第三继电器SD3、第四继电器SD4。
[0048] 所述控制芯片ICl的USART3接口经过所述第三数字隔离芯片IClO与所述第一电平转换芯片IC4的R0UT2接口、DIN2接口相连,所述第一电平转换芯片IC4的D0UT2端口、RIN2端口通过第二接线端子C0N2与所述无线数据传输电路相连,实现向所述远端检测电路发送测试控制命令和接收所述远端检测电路采集到的电压信号值。
[0049] 所述第三接线端子CON3的管脚通过测试连接线与测试点相连;其中,
[0050] 在轨道过渡电阻检测时,所述第三接线端子CON3第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的第一测量点C相连,所述第三接线端子CON3第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器IC8的-1N输入端相连,所述第三接线端子CON3第二管脚的一端通过测试连接线与轨道第一测量点D相连,第一测量点的轨道电压经过第八电阻R8、第十电阻RlO进行分压后,经第二继电器SD2的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器IC8的+IN输入端;第一接线端子CONl的第一端口与恒定直流电源相连,所述第一接线端子CONl的第二端口与所述场效应管NMOSl的源极相连。
[0051] 所述第一接线端子CONl的输出端正极通过测试连接线与轨道第二测量点B相连,所述第一接线端子CONl的输出端负极通过测试连接线与接地网的第二测量点A相连。
[0052] 在轨道纵向电阻检测时,所述第三接线端子C0N3第一管脚的一端通过测试连接线与轨道第一测量点D’相连,所述第三接线端子C0N3第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器IC8的-1N输入端相连;所述第三接线端子C0N3第二管脚的一端通过测试连接线与轨道第二测量点C’相连,第二测量点的轨道电压经过第一继电器SDl的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器IC8的+IN输入端;所述第三接线端子C0N3第四管脚的一端通过测试连接线与轨道第四测量点H’相连,所述第三接线端子C0N3第四管脚的另一端与所述第二差分运算放大器IC9的-1N输入端相连;所述第三接线端子C0N3第三管脚的一端通过测试连接线与轨道第三测量点I’相连,第三测量点的轨道电压经过第三继电器SD3的第三管脚、第四管脚输入至所述第二差分运算放大器IC9的+IN输入端。
[0053] 第一接线端子CONl的第一管脚与恒定直流电源相连,所述第一接线端子CONl的第二管脚与所述场效应管的源极相连;所述第一接线端子CONl的输出端正极通过测试连接线与轨道第五测量点B’相连,所述第一接线端子CONl的输出端负极通过测试连接线与接地网的第六测量点A’相连。
[0054] 所述控制芯片ICl的SPIl接口经过第二数字隔离芯片ICll获取所述第一模数转换芯片IC5上AINl管脚输入的电压信号的AD转换值;所述控制芯片ICl的PE0、PE1、PE2、PE3管脚经过达林顿晶体管驱动芯片IC13分别控制第一继电器SDl、第二继电器SD2、第三继电器SD3、第四继电器SD4 ;第三接线端子C0N3的1、2脚为一组电压信号的测量接入点,其电压信号VIN1的输入负极与第一差分运算放大器IC8的负输入端-1N管脚相连;电压信号VIN1的输入正极为轨道上电压时,经过第一继电器SDl的3、4脚连接到第一差分运算放大器IC8的正输入端+IN管脚;若电压信号VIN1的输入正极为轨道与接地网间电压时,电压信号由第八电阻R8、第十电阻RlO进行分压后经过第二继电器SD2的3、4脚连接到第一差分运算放大器IC8的正输入端+IN管脚。第一差分运算放大器IC8的输出端管脚经过第六电阻R6连接到第一模数转换芯片IC5的AINl管脚。
[0055] 第三接线端子C0N3的3、4脚为另一组电压信号的测量接入点,其电压信号¥1队的输入负极与第二差分运算放大器IC9的负输入端-1N管脚相连;电压信号VIN2的输入正极为轨道上电压时,经过第三继电器SD3的3、4脚连接到第二差分运算放大器IC9的正输入端+IN管脚;若电压信号VIN2的输入正极为轨道与接地网间电压时,电压信号由第九电阻R9、第十一电阻Rll进行分压后经过第四继电器SD4的3、4脚连接到第二差分运算放大器IC9的正输入端+IN管脚。第二差分运算放大器IC9的输出端管脚经过第七电阻R7连接到第一模数转换芯片IC5的12脚AIN2。
[0056] 所述控制芯片ICl通过控制SPIl接口经过第二数字隔离芯片ICll读取第一模数转换芯片IC5上AIN1、AIN2输入电压信号的AD转换值。第一继电器SD1、第二继电器SD2、第三继电器SD3、第四继电器SD4的接入方式,由控制芯片ICl判断输入电压信号的大小,由控制芯片ICl的PE0、PE1、PE2、PE3管脚经过达林顿晶体管驱动芯片IC13的1、2、3、4脚分别控制第一继电器SDl的1、2管脚、第二继电器SD2的1、2管脚、第三继电器SD3的1、2管脚、第四继电器SD4的1、2管脚。从而自动实现第三接线端子CON3电压信号的采样和模拟量到数字量的转换,最终完成轨道与接地网间电压值Um或轨道上电压值Uhi的检测。其中,轨道上电压值的检测可用作纵向电阻测量需要的接口。
[0057] 如图5所示,为本实用新型的检测装置中远端检测电路的电路图。远端检测电路的电源由内置蓄电池提供,采用的微控制器IC40的SPI2接口与第二存储芯片IC47的1、2、
5、6脚分别相连,在现场检测中,第二存储芯片IC47用于完成当前的检测数据和采集到的历史数据存储。微控制器IC40的UART2接口分别与第二 USB接口转换芯片IC41的TXD端口、RXD端口相连,在实际使用中,通过第二 USB接口转换芯片IC41可将检测装置连接至PC机,用于完成历史检测数据的导出。微控制器IC40的PC6〜PC9管脚经过电阻R42〜R45与拨码开关S40的1、2、3、4脚相连,拨码开关S40的5、6、7、8管脚接地,在实际应用中,通过拨码开关S40的变换设定远端检测电路的设备地址。
[0058] 远端检测电路的电压信号VIN3、VIN4的测量通过第四接线端子C0N40实现,第四接线端子C0N40的其中一组电压信号VIN3S过电阻R46、电阻R47分压后分别连接到第三差分运算放大器IC44的-1N输入端、+IN输入端;第三差分运算放大器IC44的输出端OUT管脚连接到第二模数转换芯片IC43的信号输入端AIN2管脚,微控制器IC40的SPIl接口经过第四数字隔离芯片IC42读取第二模数转换芯片IC43上AIN2端口输入的电压信号的AD转换值。第四接线端子C0N40另一组电压信号VIN4直接接入第四差分放大器IC45的-1N输入端、+IN输入端,其后级电压信号采集流程与电压信号VIN3的采集相同。从而最终实现第四接入端子C0N40电压信号的采样和模拟量到数字量的转换。在本实施例中,采用两个完全相同的远端检测电路,在检测实例中其分别实现UEF、UH1、UFe、Uu电压信号的采集。
[0059] 微控制器芯片IC40的UARTl接口经过第五数字隔离芯片IC46与第二电平转换芯片IC48的R0UT2端口、DIN2端口相连,第二电平转换芯片IC48的D0UT2端口、RIN2端口通过第五接线端子C0N41与载频频率429〜437MHz的无线数据传输电路相连,实现串行数据与无线数据传输电路的数据交互。无线数据传输电路之间采用透明传输方式控制数据的接收与发送,最终实现接收控制显示主机测试控制命令和向控制显示主机发送远端检测电路获得的电压信号UEF、UHJ, Ufg, Uu等检测数据。
[0060] 综合检测装置采用彩色液晶LCD屏显示所有检测参数,包括:轨道过渡电阻、纵向电阻、轨道电位与极化电压。
[0061] 综合检测装置采用多种供电方式:可选交流AC220V供电;可选锂电池供电,控制显示主机与检测单元分别内置锂电池,容量约为20A,可以使综合检测装置长时间在户外进行工作,携带方便。
[0062] 杂散电流综合检测装置不需要人工干预测量和记录各测试点的数据,只需现场安装本检测装置,通过一个特定功能的启停按键实现应用控制,装置将自动完成预定参数的测量并将检测结果进行存储,提高了检测效率,能够直观的对杂散电流腐蚀状态进行评估。
[0063] 综合检测装置能够帮助检修人员巡检钢轨的轨绝缘状态,方便现场直接排除绝缘接地故障;依据检测装置的实现的检测数据,分析与预测区段的杂散电流的泄露情况,并给出综合的数据分析报告。
[0064] 以上所述的具体实施方式,对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已,并不用于限定本实用新型的保护范围,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种杂散电流综合检测装置,其特征在于,该装置包括:控制显示主机和远端检测电路;所述控制显示主机通过无线数据传输电路与所述远端检测电路相连,控制显示主机和远端检测电路相互配合检测轨道与接地网之间的电位差、极化电压、轨道纵向电阻、轨道过渡电阻,实现轨道杂散电流的检测。
2.如权利要求1所述的检测装置,其特征在于,所述控制显示主机包括控制芯片、显示屏幕、按键电路、第一存储芯片、第一 USB接口转换芯片、第一数字隔离芯片、第二数字隔离芯片、第三数字隔离芯片、数模转换芯片、第一模数转换芯片、运算放大器、场效应管、多个电阻、多个接线端子、第一电感、第一电解电容、第一电容、第一差分运算放大器、第二差分运算放大器、达林顿晶体管驱动芯片、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器和第一电平转换芯片; 所述控制芯片的FSMC接口与所述显示屏幕的端口相连;所述控制芯片的PE4〜PE6端口、PR)〜PF5端口均与所述按键电路相连;所述控制芯片的SPI2接口与所述第一存储芯片、所述第一数字隔离芯片相连;所述控制芯片的USARTl接口与所述第一 USB接口转换芯片相连;所述第一数字隔离芯片的VOA端口、VOB端口、VOC端口均与所述数模转换芯片相连; 所述数模转换芯片的VOUT端口、VFB端口与所述运算放大器的INl+正输入端相连;所述运算放大器的OUTl端口与所述场效应管的栅极相连;所述场效应管的漏极与第一电阻相连;所述第一电阻的另一端与电源地相连;第一电感、第一电解电容和第一电容构成恒定直流电源,所述运算放大器的IN2-负输入端经过第三电阻与电源地相连;实现对第一电阻上电压的采集和信号放大处理; 所述运算放大器的0UT2输出端经过第四电阻连接到所述运算放大器的INl-负输入端;所述运算放大器的0UT2输出端经第五电阻分别与所述运算放大器的IN2-负输入端、第三电阻相连;所述运算放大器的0UT2输出端与所述第一模数转换芯片的AIN3管脚相连;所述运算放大器的IN2+输入端经过第二电阻分别与所述第一电阻、所述场效应管的漏极相连;所述控制芯片的SPIl接口经过所述第二数字隔离芯片与所述第一模数转换芯片相连; 所述第一差分运算放大器的输出端经过第六电阻连接到所述第一模数转换芯片的AINl管脚;所述第二差分运算放大器的输出端经过第七电阻连接到所述第一模数转换芯片的AIN2管脚;所述控制芯片的SPIl接口经过第二数字隔离芯片获取所述第一模数转换芯片上AINl管脚输入的电压信号的AD转换值;所述控制芯片的PEO管脚、PEI管脚、PE2管脚、PE3管脚经过达林顿晶体管驱动芯片分别控制第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器; 第三接线端子的管脚通过测试连接线与测试点相连;第一接线端子的第一管脚与恒定直流电源相连,所述第一接线端子的第二管脚与所述场效应管的源极相连; 所述控制芯片的USART3接口经过所述第三数字隔离芯片与所述第一电平转换芯片的R0UT2接口、DIN2接口相连,所述第一电平转换芯片的D0UT2端口、RIN2端口通过第二接线端子与所述无线数据传输电路相连,实现向所述远端检测电路发送测试控制命令和接收所述远端检测电路采集到的电压信号值。
3.如权利要求2所述的检测装置,其特征在于,所述远端检测电路包括:微控制器、第二存储芯片、第二 USB接口转换芯片、拨码开关、第二电平转换芯片、第二模数转换芯片、第三差分运算放大器、第四接线端子、第五接线端子、第四差分运算放大器、第四数字隔离芯片和第五数字隔离芯片;其中, 所述微控制器的SPIl接口经所述第四数字隔离芯片与所述第二模数转换芯片相连,所述第三差分运算放大器的OUT端通过电阻与所述第二模数转换芯片的AIN2端口相连,所述第四差分运算放大器的OUT端通过另一电阻与所述第二模数转换芯片的AINl端口相连;所述微控制器的SPI2接口与所述第二存储芯片相连;所述微控制器的PC9端口、PC8端口、PC7端口、PC6端口分别经电阻与所述拨码开关相连,所述拨码开关的另一端与地直接相连;所述第四接线端子的管脚通过测试连接线与测试点相连; 所述微控制器的UART2接口与所述第二 USB接口转换芯片相连,所述微控制器的UARTl接口分别与所述第五数字隔离芯片的VOA端口、VIB端口相连,所述第五数字隔离芯片的VIA端口与所述第二电平转换芯片的R0UT2端口相连,所述第五数字隔离芯片的VOB端口与所述第二电平转换芯片的DIN2端口相连;所述第二电平转换芯片的RIN2端口与第五接线端子的第二端口相连,所述第二电平转换芯片的D0UT2端口与第五接线端子的第一端口相连,所述第二电平转换芯片的RIN2端口、D0UT2端口通过第五接线端子与所述无线数据传输电路相连,实现向所述控制显示主机发送采集到的电压信号值。
4.如权利要求3所述的检测装置,其特征在于,在轨道过渡电阻检测时,所述第三接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的第一测量点(C)相连,所述第三接线端子第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第三接线端子第二管脚的一端通过测试连接线与轨道的第一测量点(D)相连,第一测量点的轨道电压经过第八电阻、第十电阻进行分压后,经第二继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器的+IN输入端; 所述第四接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的一对测量点(E、H)相连,所述第四接线端子的第一管脚的另一端与所述第三差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子的第二管脚的一端以及所述第四接线端子第三管脚的一端同时通过测试连接线与轨道的一对测量点(F、I)相连,所述第四接线端子的第二管脚的另一端经过电阻分压后与所述第三差分运算放大器的+IN输入端相连,所述第四接线端子第三管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子第四管脚的一端通过测试连接线与轨道的另一对测量点(G、J)相连,所述第四接线端子第四管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的+IN输入端相连; 所述第一接线端子的输出端正极通过测试连接线与轨道的第二测量点(B)相连,所述第一接线端子的输出端负极通过测试连接线与接地网的第二测量点(A)相连。
5.如权利要求2所述的检测装置,其特征在于,在轨道纵向电阻检测时,所述第三接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与轨道的第一测量点(D’ )相连,所述第三接线端子第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器的-1N输入端相连;所述第三接线端子第二管脚的一端通过测试连接线与轨道的第五测量点(C’ )相连,第五测量点的轨道电压经过第一继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器的+IN输入端;所述第五测量点(C’)通过测试连接线与轨道的第七测量点(E’)直接相连;所述第三接线端子第四管脚的一端通过测试连接线与轨道的第四测量点(H’ )相连,所述第三接线端子第四管脚的另一端与所述第二差分运算放大器的-1N输入端相连;所述第三接线端子第三管脚的一端通过测试连接线与轨道的第三测量点(I’ )相连,第三测量点的轨道电压经过第三继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第二差分运算放大器的+IN输入端;所述第三测量点(I’ )通过测试连接线与轨道的第八测量点(J’ )直接相连; 所述第一接线端子的输出端正极通过测试连接线与轨道的第二测量点(B’ )相连,所述第一接线端子的输出端负极通过测试连接线与轨道的第六测量点(A’ )相连。
6.如权利要求3所述的检测装置,其特征在于,在极化电压、轨道与接地网之间的电位差检测时,所述第三接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的第一测量点(C)相连,所述第三接线端子第一管脚的另一端与所述第一差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第三接线端子第二管脚的一端通过测试连接线与轨道的第一测量点(D)相连,第一测量点的轨道电压经过第八电阻、第十电阻进行分压后,经第二继电器的第三管脚、第四管脚输入至所述第一差分运算放大器的+IN输入端; 所述第四接线端子第一管脚的一端通过测试连接线与接地网的一对测量点(E、H)相连,所述第四接线端子的第一管脚的另一端与所述第三差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子的第二管脚的一端以及所述第四接线端子第三管脚的一端同时通过测试连接线与接地网附近预埋的参比电极的第一接线柱(F’)、第二接线柱(I’ )上相连,所述第四接线端子的第二管脚的另一端经过电阻分压后与所述第三差分运算放大器的+IN输入端相连,所述第四接线端子第三管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的-1N输入端相连,所述第四接线端子第四管脚的一端通过测试连接线与轨道的一对测量点(G、J)相连,所述第四接线端子第四管脚的另一端与所述第四差分运算放大器的+IN输入端相连。
7.如权利要求2所述的检测装置,其特征在于,所述按键电路为20个按键组成的4*5矩阵形式的键盘构成。
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