CN207488409U - 船舶控制电缆连通性检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种船舶控制电缆连通性检测装置，其解决了现有船用控制电缆短路、断路、接触不良等故障不能被快速准确判断出的技术问题，其包括控制模块、执行模块和电源模块，电源模块用于向控制模块和执行模块供电，控制模块设有ADC模块；执行模块包括运算放大器、采样电阻和三极管，运算放大器的反相输入端接电源，运算放大器的正相输入端通过采样电阻接地，运算放大器的输出端通过电阻与三极管的基极连接，三极管的集电极接电源，三极管的发射极与控制模块的ADC模块连接；本实用新型广泛用于电缆故障检测技术领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及电缆故障检测技术领域，具体而言，涉及一种船舶控制电缆连通性检测装置。
背景技术
现代船舶建造是先进理念、新技术、新工艺的综合体现。船舶电气设备是实现船舶自动化航行的关键，而船用控制电缆是连接各个电气设备的关键部分。在对控制电缆进行敷设、引入、切割以及压接端子、接头时，由于一些非主观因素有可能造成控制电缆的短路、断路、接触不良等故障，影响设备的安全运行。
常用船用控制电缆导体的横截面积标称值一般有0.5mm2、0.75mm2、1mm2、1.5mm2、2.5mm2等规格。在建船舶控制电缆经敷设加工后，需要阶段性进行连通性测试。如何快速准确判断出控制线缆的连通性故障隐患，提高系统工作稳定性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型就是为了解决现有船用控制电缆短路、断路、接触不良等故障不能被快速准确判断出的技术问题，提供了一种能够快速准确判断出故障的船舶控制电缆连通性检测装置。
本实用新型的技术方案是，包括控制模块、执行模块和电源模块，电源模块用于向控制模块和执行模块供电，控制模块设有ADC模块；执行模块包括运算放大器、采样电阻和三极管，运算放大器的反相输入端接电源，运算放大器的正相输入端通过采样电阻接地，运算放大器的输出端通过电阻与三极管的基极连接，三极管的集电极接电源，三极管的发射极与控制模块的ADC模块连接。
优选地，三极管的数量是两个，分别为第一三极管和第二三极管；运算放大器的输出端通过电阻与第二三极管的基极连接，第二三极管的发射极与第一三极管的基极连接，第二三极管的集电极和第一三极管的集电极连接在一起后接电源，第一三极管的发射极通过电阻与控制模块的ADC模块连接。
优选地，采样电阻的阻值为150Ω。
优选地，运算放大器的反相输入端通过可调电阻接电源。
优选地，第一三极管的发射极连接有二极管。
优选地，执行模块还包括光耦，第二三极管的集电极和第一三极管的集电极连接在一起后与光耦的阴极连接，光耦的阳极接电源，光耦的发射极接地，光耦的集电极通过电阻接电源。
优选地，船舶控制电缆连通性检测装置还包括显示模块和人机交互模块。
本实用新型的有益效果是，基于实际需求，结合单片机技术、精密恒流源技术及ADC检测技术的智能系统，通过事前检测排除隐患，提高船舶电气系统的工作稳定性，保证船舶航行安全。实现对在建船舶控制电缆现场检测，具有易用、可靠、灵活等优点。经现场试验并改进，能够很好地满足实际应用需求。
本实用新型进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。
附图说明
图1是电缆连通性检测装置的原理框图；
图2是控制模块的电路原理图；
图3是电源模块的电路原理图；
图4是执行模块的电路原理图；
图5是对执行模块的仿真电路示意图。
图中符号说明：
10.控制模块，20.执行模块，30.电源模块，40.接口模块，50.显示模块，60.人机交互模块，70.存储模块。
具体实施方式
以下参照附图，以具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，船舶控制电缆连通性检测装置包括控制模块10、执行模块20、电源模块30、接口模块40、显示模块50、人机交互模块60、存储模块70。执行模块20、电源模块30、接口模块40、显示模块50、人机交互模块60、存储模块70分别与控制模块10连接。
控制电缆经敷设及冷压加工后在一端按连续序号相邻两两短路，另一端依序连接至系统的接口模块40。测试前，使用人机交互模块60在控制模块10中输入被测电缆的长度、导体横截面积、芯数，控制模块10按理论值的1.05倍计算出被测电缆的等效电阻阈值。测试时，控制模块10启动执行模块20依次向被测电缆加载恒定电流，取样电压输出至控制模块10，经ADC转换计算得出等效电阻值，将其与阈值进行比较，结果输出于显示模块50上显示，如高于阀值则报警。
如图2所示，控制模块10采用STC15W4K单片机，该单片机以工作电压宽、运行速度快、可靠性高、功耗低见长；时钟源可以选择外部晶体或内部集成高精度R_C时钟；内置复位电路；具有8路高速10位精度AD转换端口。本系统工作电压5V；采用内部R_C时钟，时钟设置为22.1184MHz；10bitADC精度；Flash使用40KB。
如图3所示，综合考虑处理器、LCD显示、执行模块，电源模块30采用15DCV(3A)输入，输出5V和12V两路，5V电源提供给显示模块50、控制模块10及其它外围电路；12V电源主要提供给执行模块20。电源模块30具体采用LM2596系列开关电源芯片来实现。LM2596开关电源芯片属于降压型电源集成电路，外围元器件最少4个，在满足很好线性和负载调节性能的同时，输出驱动电流可达3A。该器件设计以150KHz的较高开关频率，保证了±4％范围内变化的稳定输出电压，以此满足较宽变化的输入电压和负载的应用环境。
如图4所示，执行模块20包括LM324N运算放大器U4A、第一电阻R1、可调电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一三极管Q1、第二三极管Q2、二极管D3、光耦U3。可调电阻R3的一端接地，另一端接12V电源。LM324N运算放大器U4A的反相输入端与可调电阻R3的调整端连接，LM324N运算放大器U4A的正相输入端通过第五电阻R5接地，LM324N运算放大器U4A的第11引脚接地，第4引脚接12V电源；LM324N运算放大器U4A的输出端通过第四电阻R4与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的发射极与第一三极管Q1的基极连接，第二三极管Q2的集电极和第一三极管Q1的集电极连接在一起后与光耦U3的阴极连接，第一三极管Q1的发射极通过第六电阻R6与STC15W4K单片机的第9引脚连接；光耦U3的阳极接12V电源，光耦U3的发射极接地，光耦U3的集电极通过第一电阻R1接电源VCC。二极管D3的阳极与第六电阻R6的一端连接，二极管D3的阴极接电源VCC。二极管D3可以使用肖特基IN4148二极管。
第五电阻R5作为采样电阻，采用精密电阻，阻值为150Ω，误差为±1％。调整可调电阻R3，使连接至LM324N运算放大器U4A的反相输入端电压值为1.2V。
LM324N运算放大器U4A通过相位补偿、温度补偿等措施使增益稳定可达100dB，单工作电源使用范围3V至30V，双电源使用范围从±1.5V至±15V，本系统采用12V。由于用于测试的恒流源电流较小，所以调整管使用小功率的2N5551复合管。
由运算放大器的“虚短”原理可计算恒流源输出电流IS：
图2中LINE1为被侧电缆接口，8mA电流加载到被测电缆和R5上的电压输出至STC15W4K单片机进行AD转换。因此，STC15W4K单片机经AD转换后的电阻值需要减去150Ω之后才是被测电缆的等效阻值。为提高被测电缆的等效电阻值精度，必须保证恒流源输出电流误差足够小。
如图5所示，使用Multisim13软件对执行模块电路进行仿真，图中用最大值为500的可调电位器R2代替被测电缆，按导体芯数*横截面积为2*1在20℃导体最大电阻值18.1Ω/km计，500Ω的电阻可以折合27km之多。同时，由于ADC精度采用10bit，也能够兼顾到短距离电缆的检测。因此，能满足一般船用电缆的长度要求。仿真时，线性调整R2值从0至500Ω，读取电流表XMM1的值始终为8.01mA，误差率为1.25‰，满足恒定电流的误差要求。
计算可知，从0至500Ω调整电位器R2时，输入至STC15W4K单片机ADC端口的电压值范围是1.2V至5.2V。实际中，为防止意外使电压过高，增加嵌位二极管D3。当被测电缆正常连接时光耦U3输出低电平；当电缆断路时，光耦U3输出高电平。
以上所述仅对本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。
Claims (7)
1.一种船舶控制电缆连通性检测装置，其特征在于，包括控制模块、执行模块和电源模块，电源模块用于向控制模块和执行模块供电，控制模块设有ADC模块；所述执行模块包括运算放大器、采样电阻和三极管，运算放大器的反相输入端接电源，运算放大器的正相输入端通过采样电阻接地，运算放大器的输出端通过电阻与三极管的基极连接，三极管的集电极接电源，三极管的发射极与控制模块的ADC模块连接。
2.根据权利要求1所述的船舶控制电缆连通性检测装置，其特征在于，所述三极管的数量是两个，分别为第一三极管和第二三极管；运算放大器的输出端通过电阻与第二三极管的基极连接，第二三极管的发射极与第一三极管的基极连接，第二三极管的集电极和第一三极管的集电极连接在一起后接电源，第一三极管的发射极通过电阻与控制模块的ADC模块连接。
3.根据权利要求2所述的船舶控制电缆连通性检测装置，其特征在于，所述采样电阻的阻值为150Ω。
4.根据权利要求2所述的船舶控制电缆连通性检测装置，其特征在于，所述运算放大器的反相输入端通过可调电阻接电源。
5.根据权利要求4所述的船舶控制电缆连通性检测装置，其特征在于，所述第一三极管的发射极连接有二极管。
6.根据权利要求4所述的船舶控制电缆连通性检测装置，其特征在于，所述执行模块还包括光耦，所述第二三极管的集电极和第一三极管的集电极连接在一起后与光耦的阴极连接，光耦的阳极接电源，光耦的发射极接地，光耦的集电极通过电阻接电源。
7.根据权利要求6所述的船舶控制电缆连通性检测装置，其特征在于，所述船舶控制电缆连通性检测装置还包括显示模块和人机交互模块。
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