CN207793435U - 开关电路、同步中断器和管道保护系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种开关电路、同步中断器和管道保护系统，属于电子电气领域。所述开关电路包括用于与恒电位仪的输出端口相连的第一端口，以及用于与被保护管道及辅助阳极相连的第二端口，还包括：用于控制第一回路的通断的第一开关模块，第一回路是恒电位仪通过所述输出端口向被保护管道提供阴极保护电流的回路；用于控制第二回路的通断的第二开关模块，第二回路是恒电位仪通过所述输出端口向第一假负载模块提供负载电流的回路；第一开关模块和第二开关模块被配置为具有相互关联的工作状态，使得第一回路和第二回路中的一个断开时另一个导通。本公开有助于解决断电测试中恒电位仪工作状态异常的问题，能够提升管道保护系统的可靠性。

Description

开关电路、同步中断器和管道保护系统

技术领域

本公开涉及电子电气领域，特别涉及一种开关电路、同步中断器和管道保护系统。

背景技术

管道的金属外壁在自然环境中会发生电化学腐蚀，为了保护管道，可以通过向金属持续补充电子来让管道的腐蚀电位移向氧化性较低的电位，使得腐蚀过程的速率降低。相关技术中，恒电位仪被用来向管道补充电子并提供恒定的负电位。相比于其他保护方式而言，该方式具有容易调节、保护范围大、受环境影响小、成本低以及设备寿命长等优点。

管道保护工程中，为了得知管道的实际保护效果，需要定期在管道周围检测各项参数，以及时发现和解决保护失效的问题。对于其中的一些检测参数，需要暂时断开恒电位仪的输出来进行获取。然而，检测时的断电很容易引起恒电位仪的工作状态异常，一般表现为恒电位仪在恢复输出时进入自检状态或者出现状态紊乱等等。对于一些周期性自动进行检测的管道保护系统来说，很容易由此引发大范围的异常状况，严重影响管道的实际保护效果。

发明内容

本公开提供一种开关电路、同步中断器和管道保护系统，有助于解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题。

第一方面，本公开提供一种开关电路，用于管道保护系统，所述管道保护系统包括被保护管道、辅助阳极和用于通过输出端口向所述被保护管道提供阴极保护电流的恒电位仪，所述开关电路包括第一端口和第二端口，所述第一端口用于连接所述恒电位仪的输出端口，所述第二端口用于连接所述被保护管道和所述辅助阳极中的至少一个，所述开关电路还包括：

分别连接所述第一端口和所述第二端口的第一开关模块，所述第一开关模块用于控制第一回路的通断，所述第一回路是所述恒电位仪通过所述输出端口向所述被保护管道提供阴极保护电流的回路；

第一假负载模块，被配置为具有可调节的阻抗；

分别连接所述第一端口和所述第一假负载模块的第二开关模块，所述第二开关模块用于控制第二回路的通断，所述第二回路是所述恒电位仪通过所述输出端口向所述第一假负载模块提供负载电流的回路。

在一种可能的实现方式中，所述第一开关模块和所述第二开关模块被配置为具有相互关联的工作状态，使得所述第一回路和所述第二回路中的一个断开时另一个导通。

在一种可能的实现方式中，所述开关电路还包括：

所述开关电路还包括：

第三端口，用于连接所述恒电位仪的参比测量端口；

第四端口，用于连接参比电极的信号输出端口；

分别连接所述第三端口和所述第四端口的第三开关模块，所述第三开关模块用于控制第三回路的通断，所述第三回路是所述恒电位仪通过所述参比测量端口在所述参比电极的信号输出端口处采集检测信号的电流回路；

第二假负载模块，被配置为具有可调节的阻抗；

分别连接所述第三端口和所述第二假负载模块的第四开关模块，所述第四开关模块用于控制第四回路的通断，所述第四回路是所述恒电位仪通过所述参比测量端口在所述第二假负载处采集假检测信号的电流回路；

其中，所述第四开关模块和所述第三开关模块被配置为具有相互关联的工作状态，使得所述第三回路和所述第四回路中的一个断开时另一个导通。

在一种可能的实现方式中，所述第三端口和所述第四端口各自包括阳极端和阴极端，所述第二假负载模块具有正极端和负极端；

所述第三开关模块包括第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元分别连接所述第三端口的阳极端和所述第四端口的阳极端，所述第二开关单元分别连接所述第三端口的阴极端和所述第四端口的阴极端；

所述第四开关模块包括第三开关单元和第四开关单元，所述第三开关单元分别连接所述第三端口的阳极端和所述第二假负载模块的正极端，所述第四开关单元分别连接所述第三端口的阴极端和所述第二假负载模块的负极端。

在一种可能的实现方式中，所述第一端口包括用于与所述恒电位仪的输出端口的阴极相连的阴极端，所述第二端口包括用于与所述被保护管道相连的阴极端，所述第一开关模块分别连接所述第一端口的阴极端和所述第二端口的阴极端。

在一种可能的实现方式中，所述开关电路还包括用于连接第一开关控制信号的第五端口，以及用于连接第二开关控制信号的第六端口，所述第一开关控制信号与所述第二开关控制信号彼此反相；

所述第一开关模块和所述第二开关模块各自具有开关控制端，所述第一开关模块的开关控制端和所述第二开关模块的开关控制端分别连接所述第五端口和所述第六端口中的一个。

在一种可能的实现方式中，所述第一开关模块和所述第二开关模块各自具有开关控制端；所述第一开关模块和/或所述第二开关模块包括控制开关单元和至少一个功率开关单元，同一模块内的每个所述功率开关单元均经过第一节点与所述控制开关单元相连；其中，

所述控制开关单元被配置为在所对应的开关控制端处的电平为有效电平时将所连接的第一节点处的电平置为有效电平；

所述至少一个功率开关单元被配置为在所连接的第一节点处的电平为有效电平时导通所述第一回路或者所述第二回路。

在一种可能的实现方式中，所述控制开关单元包括第一晶体管，所述功率开关单元包括光耦合器和第二晶体管；其中，

所述第一晶体管的栅极连接所对应的开关控制端，所述第一晶体管的源极和漏极中的一个连接所对应的第一节点，另一个连接第一偏置电压线；

所述光耦合器的接收侧的两个端子分别连接第二偏置电压线和所对应的第一节点，所述光耦合器的发送侧的两个端子分别连接第三偏置电压线和所述第二晶体管的栅极；

所述第二晶体管的源极和漏极中的一个与所述第一端口相连，另一个与所述第二端口或者所述第一假负载模块相连。

第二方面，本公开还提供了一种同步中断器，所述同步中断器包括上述第一方面所述的任意一种开关电路。

第三方面，本公开还提供了一种管道保护系统，所述管道保护系统包括至少一个上述任意一种的同步中断器。

由上述技术方案可知，基于开关电路所具有的结构，本公开能够利用第一开关模块和第二开关模块的通断控制，来让恒电位仪在断电测试时将负载端切换至第一假负载模块所在的回路，从而在此期间内利用第一假负载模块维持恒电位仪的反馈系统的正常工作，避免恒电位仪因反馈系统状态异常而引起的工作状态异常，有助于解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，能够提升管道保护系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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。

图1是本公开一个实施例提供的一种管道保护系统的主体结构示意图；

图2是本公开一个实施例提供的开关电路的结构框图；

图3A至图3C是本公开一个实施例提供的第一开关模块的结构示意图；

图4是本公开一个实施例提供的一种管道保护系统的结构框图；

图5是本公开一个实施例提供的第二开关模块的电路结构图；

图6是本公开一个实施例提供的第一开关模块的电路结构图；

图7是本公开一个实施例提供的第一假负载模块的电路结构图；

图8是本公开一个实施例提供的第二假负载模块的电路结构图；

图9是本公开又一实施例提供的开关电路的结构框图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是本公开一个实施例提供的一种管道保护系统的主体结构示意图。参见图1，所述管道保护系统中，除了被保护管道101之外，还包括恒电位仪103、同步中断器105、辅助阳极107和参比电极109。

在一个示例中，被保护管道101在地下延伸数十或数百公里。沿着被保护管道101的延伸路径，每隔一段距离的地面上方设有一个腐蚀防护站，腐蚀防护站中配备有例如恒电位仪103的与管道保护有关的设备，通过伸入地下的线缆连接到被保护管道101、辅助阳极107和参比电极109等结构上，为相应范围内的被保护管道101提供保护。

在一个示例中，恒电位仪103通过由输出阳极和输出阴极组成的输出端口向所述被保护管道101输出阴极保护电流Ipt。该阴极保护电流Ipt从恒电位仪103的输出阳极出发，经由地上线路送入地下的辅助阳极107，并经由地下的电解质环境到达被保护管道101的导体表面，最后通过被保护管道101与恒电位仪103的输出阴极之间的线路回到恒电位仪103的输出端口，由此形成第一回路。可理解的是，第一回路中各个电路节点处的电位沿着电流方向逐渐下降，因此工作状态下辅助阳极107会处于遭受腐蚀的较高电位，而被保护管道101处于所预期的较低电位，起到所需要的管道保护效果。

在一个示例中，参比电极109设置在靠近被保护管道101的地下环境中，并与恒电位仪103的参比电极端相连。由此，恒电位仪103可以在零位接阴端的零电位的基础上将通过参比电极109采集到地下环境中靠近被保护管道101的位置处的环境电位，从而可以藉此获得输出阴极保护电流Ipt的参考数据。例如，没有输出阴极保护电流Ipt时，可以在零位接阴端的零电位的基础上通过参比电极109采集得到自然电位(没有外部电流影响下对大地的电位)的大小。而在输出阴极保护电流Ipt时，通过参比电极109采集得到的极化电位可以用于调整输出以达到所需要的保护状态。

在一个示例中，恒电位仪103的零位接阴端与处于地下环境的被保护管道101的导体表面相连，由此恒电位仪103可以通过零位接阴端口获得内部的零电位电压，并基于此将自身调整至适当的电路工作状态。

在一个示例中，同步中断器105设置在地上环境中每一个腐蚀防护站中的恒电位仪103的输出端口处，周期性地导通和断开第一回路。导通时段内，同步中断器105导通第一回路，使得阴极保护电流Ipt提供给被保护管道101，维持正常的管道保护作用。而在断开时段内，同步中断器105断开第一回路，使得阴极保护电流Ipt暂时停止提供给被保护管道101，从而可以在此阶段内进行相关的断电测试，获得表示管道保护系统是否正常工作的相关测试数据。

应理解的是，图1中的同步中断器105既连接恒电位仪103的输出阳极，也连接恒电位仪103输出阴极，但同步中断器105的设置方式可以不仅限于此。例如，同步中断器105可以仅连接输出阳极，进而通过控制输出阳极处的电流来导通和断开第一回路。再如，同步中断器105可以还与参比测量端口(参比电极端和零位接阴端组成的端口)相连，以在断开第一回路的同时断开参比测量端口的信号输入。

还应理解的是，无论同步中断器105如何设置在管道保护系统当中，其所具有的同步中断功能均有可能会对恒电位仪103的工作状态造成影响。在一个示例中，恒电位仪103在工作状态下监测输出端口的输出情况，包括监测输出阳极与输出阴极之间的输出电压和输出电流，以将输出端口的输出电压和输出电流连同参比测量端口的电信号一并作为负反馈信号，藉此实现输出状态的自动控制。而当同步中断器105强行切断第一回路时，恒电位仪103所得到的负反馈信号将会产生异常，这可能导致恒电位仪103内部向着预期工作状态不断进行调节而形成正反馈作用，并会在达到最大输出时触发恒电位仪103的自检保护。当同步中断器105返回到导通第一回路的工作状态时，恒电位仪103将会无法自动回复到正常的工作状态，或者需要经过很长时间的自检过程才能回到正常的工作状态。在实际应用中，出现上述问题的同步中断器105与恒电位仪103不能正常的相互配合工作，即彼此间不能相互兼容。

图2是本公开一个实施例提供的开关电路的结构框图。参见图2，开关电路200包括第一端口P1和第二端口P2，第一端口P1用于连接恒电位仪103的输出端口，第二端口P2用于连接被保护管道和辅助阳极中的至少一个。除此之外，开关电路200还包括第一开关模块201、第一假负载模块203和第二开关模块202。其中，第一开关模块201分别连接第一端口P1和第二端口P2，第二开关模块202分别连接第一端口P1和第一假负载模块203。

第一开关模块201和第二开关模块202分别用于控制第一回路的通断和第二回路的通断，其中第一回路是恒电位仪103通过输出端口向被保护管道提供阴极保护电流的回路，第二回路是恒电位仪103通过输出端口向第一假负载模块提供负载电流的回路。在配置上，第一假负载模块203被配置为具有可调节的阻抗，而第一开关模块201和第二开关模块202被配置为具有相互关联的工作状态，使得第一回路和第二回路中的一个断开时另一个导通。其中，第一假负载模块203可以通过例如可调电位器、电子负载、可变电阻器或其类似电路结构实现。

在一个示例中，第一开关模块201在外部信号的控制下切断第一回路以进行断电测试，与此同时第二开关模块202会基于与第一开关模块201之间的工作状态的相互关联而导通第二回路。从而，恒电位仪103的输出端口所连接的负载会从实际的管道负载转变为第一假负载模块203。通过预先的实验测定，或者实时的采集和更新，可以将第一假负载模块203在第二回路中的阻抗配置为与实际的管道负载的阻抗相一致的水平。由此，只要从第一回路断开到第二回路导通之间的时间足够短，就可以不对恒电位仪103在输出端口处的电信号造成显著影响，而使得恒电位仪103感知不到负载端的变化，并在断电测试开始到结束的过程中一直保持平稳的工作状态。

可以看出，基于开关电路所具有的结构，本实施例能够利用第一开关模块和第二开关模块的通断控制，来让恒电位仪在断电测试时将负载端切换至第一假负载模块所在的回路，从而在此期间内利用第一假负载模块维持恒电位仪的反馈系统的正常工作，避免恒电位仪因反馈系统状态异常而引起的工作状态异常，有助于解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，提升管道保护系统的可靠性。

在一个示例中，可以将本实施例的开关电路200应用到图1所示的同步中断器105当中，使得同步中断器105在断开第一回路的同时将恒电位仪103的输出端口改为连接第一假负载模块203。在预先已将第一假负载模块203配置为与第一回路的负载具有相同的阻抗，并且第一开关模块201和第二开关模块202具有足够理想的开关特性情况下，恒电位仪103的输出端口处的反馈信号可以在第一回路开始断开到第二回路重新导通的期间内始终维持在一个相对稳定的水平上，从而使得恒电位仪103的工作状态保持稳定，不会出现例如进入自检状态而无法正常工作等工作状态出现异常的问题。

相比于不具备第二开关模块和第一假负载模块的电路结构而言，本实施例的电路结构能解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，而使得同步中断器能兼容于各类不同规格和型号的恒电位仪。可以看出，本实施例的电路结构能使各自配置有不同类型的恒电位仪的腐蚀防护站实现所预期的断电测试，并且不会引发恒电位仪的工作异常，因而有助于解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，能够提升管道保护系统的可靠性。

图3A至图3C是本公开一个实施例提供的第一开关模块的结构示意图。参见图3A、图3B和图3C，其分别在图2所示的电路结构的基础上示出了三种控制第一回路通断的方式。如图3A所示，第一开关模块201可以同时连接第一端口P1的阳极端和阴极端，并包括第一开关单元T1和第二开关单元T2。其中，第一端口P1的阳极端是用于与恒电位仪的输出端口的阳极相连的一端，第一端口P1的阴极端是用于与恒电位仪的输出端口的阴极相连的一端。第一开关单元T1连接在第一端口P1的阳极端与第二端口P2的阳极端之间，从而可以控制恒电位仪的输出阳极与辅助阳极之间的通断。而第二开关单元T2连接在第一端口P1的阴极端与第二端口P2的阴极端之间，从而可以控制恒电位仪的输出阴极与被保护管道之间的通断。在第一开关单元T1与第二开关单元T2中的任意一个断开或者两者同时处于断开状态时，可使第一回路为断开状态；而在第一开关单元T1与第二开关单元T2同时处于导通状态时，可使第一回路为导通状态。

如图3B所示的第一开关模块201中，仅设置了第一开关单元T1而没有设置第二开关单元T2，因此第一开关单元T1可以单独控制第一回路的通断。此时，第一开关模块201连接在第一端口P1的阳极端与第二端口P2的阳极端之间，即通过控制恒电位仪的输出阳极与辅助阳极之间的通断，实现对第一回路的通断控制。如图3C所示的第一开关模块201中，仅设置了第二开关单元T2而没有设置第一开关单元T1，因此第一开关单元T2可以单独控制第一回路的通断。此时，第一开关模块201连接在第一端口P1的阴极端与第二端口P2的阴极端之间，即通过控制恒电位仪的输出阴极与被保护管道之间的通断，实现对第一回路的通断控制。可以看出，相比于图3A所示的第一开关模块201，图3B和图3C所示的第一开关模块201可以具有更简单的连接关系，因此更有利于简化管道保护系统内部的电路连接关系。而相比于图3B和图3C所示的第一开关模块201，图3A所示的第一开关模块201可以同时控制辅助电极是否接通恒电位仪以及被保护管道是否接通恒电位仪，有助于实现更灵活和稳定的通断控制。而相比于图3B所示的第一开关模块201，图3C所示的第一开关模块201能使第一回路处于断开状态时断开恒电位仪与被保护管道之间的连接，从而使得恒电位仪的输出不会影响被保护管道上的电位，提升断电测试的准确性。

在上述开关电路的一个示例中，所述第一端口包括用于与所述恒电位仪的输出端口的阴极相连的阴极端，所述第二端口包括用于与所述被保护管道相连的阴极端，所述第一开关模块分别连接所述第一端口的阴极端和所述第二端口的阴极端。由此，以图3A和图3C所示出的电路结构为例，本示例的开关电路能够使得第一回路处于断开状态时断开恒电位仪与被保护管道之间的连接，从而使得恒电位仪的输出不会影响被保护管道上的电位，提升断电测试的准确性。

应理解的是，虽然图3B中示出了第一端口P1的阴极端与第二端口P2的阴极端相连，图3C中示出了第一端口P1的阳极端与第二端口P2的阳极端相连，但在这两种情况下，第二端口P2可以仅具有阳极端中阴极端中的一个，而使开关电路仅与辅助电极和被保护管道中的一个相连。即，恒电位仪的输出阳极与辅助电极之间的连接并不一定需要经过开关电路或同步中断器，恒电位仪的输出阴极与被保护管道之间的连接也并不一定需要经过开关电路或同步中断器。还应理解的是，图3A至图3C分别是实现第一回路通断控制的一种示例，而对于例如第二回路的其他回路的通断控制，也可以参照上述示例按照类似方式实现，后文不再赘述。

需要说明的是，在图3A至图3B中以开关的电路符号表示的开关单元可以例如仅由一个开关元件构成，但可能实现的方式并不仅限于此(后文将给出其他实现方式示例)。其中，所述的开关元件可以例如是金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)、机械继电器、光耦继电器、可控硅(Silicon ControlledRectifier，SCR)、电力晶体管(Giant Transistor，GTR)、双极结型晶体管(BipolarJunction Transistor，BJT)或其他类似器件。

图4是本公开一个实施例提供管道保护系统的结构框图。参见图4，本实施例中的开关电路包括第一开关模块201、第二开关模块202、第一假负载模块203、第四开关模块204、第五开关模块205和第二假负载模块206。其中，基于上述第一开关模块201和第二开关模块202在工作状态上的关联性，图4中以一个单刀双掷开关的符号表示第一开关模块201和第二开关模块202。参见图4，从恒电位仪103的输出阳极出发，依次经过辅助阳极107、被保护管道101和第一开关模块201返回到恒电位仪103的输出阴极的闭合回路即上述第一回路；而从恒电位仪103的输出阳极出发，依次经过第一假负载模块203和第二开关模块202返回到恒电位仪103的输出阴极的闭合回路即上述第二回路。基于此，图4中表示第一开关模块201和第二开关模块202的单刀双掷开关可以表示出第一回路和第二回路中一个断开时另一个导通的关系。可理解的是，本实施例中辅助阳极107与恒电位仪103的输出阳极之间的连接可以不经过开关电路，开关电路也不需要与辅助阳极107直接相连。

参见图4，本实施例的开关电路以一个双刀双掷开关的符号表示第三开关模块204和第四开关模块205，其中第三开关模块204分别连接恒电位仪103的参比测量端口(由参比电极端和零位接阴端组成)和参比电极109的信号输出端口(即阳极端连接参比电极109、阴极端连接被保护管道101的端口，恒电位仪103所需要从参比电极109处采集的检测信号在该端口处生成)，第四开关模块205分别连接恒电位仪103的参比测量端口和第二假负载模块206。

在模块功能上，第三开关模块204用于控制第三回路的通断，该第三回路是恒电位仪通过所述参比测量端口103在参比电极109处采集检测信号的电流回路，在图4中具体为：从恒电位仪103的参比电极端出发，依次经过第三开关模块204的上半部分、参比电极109、被保护管道101和第三开关模块204的下半部分返回到恒电位仪103的零位接阴端的闭合回路。第四开关模块205用于控制第四回路的通断，该第四回路是恒电位仪103通过参比测量端口在所述第二假负载206处采集假检测信号的电流回路，在图4中具体为从恒电位仪103的参比电极端出发，依次经过第四开关模块205的上半部分、第二假负载模块206的正极端和负极端和第四开关模块205的下半部分返回到恒电位仪103的零位接阴端的闭合回路。在配置上，第二假负载模块206被配置为具有可调节的阻抗，而第三开关模块204和第四开关模块205被配置为具有相互关联的工作状态，使得第三回路和第四回路中的一个断开时另一个导通(该关系在图4中以表示第三开关模块204和第四开关模块205的双刀双掷开关表示出来)。图4中，以一个可变电阻器的符号表示第二假负载模块206具有可调节的阻抗的这一特性，其中可变电阻器的动触点作为第二假负载模块206的正极端，而两个静触点中的一个连接恒电位仪103的输出阳极，另一个作为第二假负载模块206的负极端。应理解的是，第二假负载模块206可以由可调电位器、电子负载、可变电阻器或其类似电路结构实现。

在一个示例中，第一开关模块201在外部信号的控制下切断第一回路以进行断电测试时，第三开关模块204在外部信号的控制下同时切断第三回路，而第四开关模块205会基于与第三开关模块204之间的工作状态的相互关联而导通第四回路。从而，恒电位仪103的参比测量端口所连接的负载会从实际的参比电极109的信号输出端口的阳极端与阴极端之间的负载转变为第二假负载模块206的正极端与负极端之间的负载。通过预先的实验测定，或者实时的采集和更新，可以将第二假负载模块206的正极端与负极端之间的阻抗配置为与实际的参比电极109的信号输出端口的阳极端与阴极端之间的阻抗相一致的水平。由此，对于恒电位仪103来说，在实际的参比电极109的信号输出端口处采集得到的检测信号与在第二假负载模块206的正极端与负极端之间采集得到的假检测信号是不可分辨的。从而只要从第三回路断开到第四回路导通之间的时间足够短，就可以不对恒电位仪103在参比测量端口处的电信号造成显著影响，而使得恒电位仪103感知不到参比测量端口处的负载的变化，并在断电测试开始到结束的过程中一直能够“正常”地采集检测信号，并一直保持平稳的工作状态，不会产生因采集到异常检测信号而导致的工作状态异常。

可以看出，基于本实施例中开关电路所具有的结构，本公开能够利用第一开关模块和第二开关模块的通断控制，来让恒电位仪在断电测试时将负载端切换至第一假负载模块所在的回路，还能够利用第三开关模块和第四开关模块的通断控制，来让恒电位仪在断电测试时采集到代替检测信号的假检测信号，从而在此期间内利用第一假负载模块和第二假负载模块维持恒电位仪的反馈系统的正常工作，避免恒电位仪因反馈系统状态异常而引起的工作状态异常，有助于解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，能够提升管道保护系统的可靠性。

图5是本公开一个实施例提供的第二开关模块的电路结构图。参见图5，第二开关模块202具有开关控制端TC，并包括控制开关单元401和四个功率开关单元402、403、404和405，每个功率开关单元均经过第一节点Q1与控制开关单元401相连。其中，控制开关单元401包括第一晶体管M1，每个功率开关单元均包括光耦合器F1和第二晶体管M2。第一晶体管M1的栅极连接开关控制端TC，源极连接提供信号公共端电位的第一偏置电压线，漏极连接第一节点Q1。每个功率开关单元中，光耦合器F1的接收侧的两个端子分别连接第二偏置电压线V1和第一节点Q1，光耦合器F1的发送侧的两个端子分别连接第三偏置电压线V3和第二晶体管M2的栅极，而第二晶体管M2的漏极连接第二开关模块202的第一开关连接端TA，源极连接第二开关模块202的第二开关连接端TB。在一个连接方式示例中，第二开关模块202的第一开关连接端TA通过第一端口P1的阴极端连接恒电位仪103的输出阴极，第二开关模块202的第二开关连接端TB连接第一假负载模块203的负极端，第二开关模块202的开关控制端TC连接用于控制第二回路导通还是断开的第二开关控制信号。需要说明的是，为方便理解各单元的功能，上述描述中忽略了图5中示出的电阻器R1、R2和R3，在实施本公开实施例的技术方案时，可以根据应用场景和需求设定各电阻器的电阻值，或增加/减少电阻器的设置。

以此为例，所述控制开关单元401能够实现在开关控制端TC处的电平为有效电平时将所连接的第一节点Q1处的电平置为有效电平的功能，而所述功率开关单元402、403、404和405能够实现在所连接的第一节点Q1处的电平为有效电平时导通第二回路的功能。需要说明的是，本文中的有效电平与无效电平分别指的是针对特定电路节点而言的两个不同的预先配置的电压范围(均以公共端电压为基准)。在一个示例中，所有电路节点的有效电平均为高电平。在又一示例中，所有电路节点的有效电平均低电平。在又一示例中，第一节点Q1的有效电平为高电平，而开关控制端TC的有效电平为低电平。当然，有效电平和无效电平的设置方式可以不仅限于以上示例。还需要说明的是，根据晶体管具体类型的不同，可以设置其源极和漏极分别所具有的连接关系，以与流过晶体管的电流的方向相匹配；在晶体管具有源极与漏极对称的结构时，源极和漏极可以视为不作特别区分的两个电极。在一个示例中，第一晶体管M1是一个NPN型晶体三极管，光耦合器F1是一个光耦合器件，第二晶体管M2是一个N型金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，从而第一节点Q1和开关控制端TC的有效电平均为高电平，第二偏置电压线V1和第三偏置电压线V2上也均为高电平的电压，同时第二晶体管M2可以承受第二回路中的高功率电流。应理解的是，还可以采用其他电路结构实现上述控制开关单元和/或功率开关单元的功能，例如采用多个串联的开关器件替换单个的开关器件，并可以不仅限于此。

图6是本公开一个实施例提供的第一开关模块的电路结构图。参见图6，第一开关模块201具有开关控制端TC，并包括控制开关单元501和四个功率开关单元502、503、504和505，每个功率开关单元均经过第一节点Q1与控制开关单元501相连。对照图5可以看出，本实施例中的控制开关单元501与图5所示的控制开关单元401具有相同的电路结构，而本实施例中的功率开关单元相比于图5所示的功率开关单元采用两个MOSFET来实现上述第二晶体管的功能。其中，晶体管M2和晶体管M3的栅极均连接光耦合器F1的发送侧的一个端子，而晶体管M2的漏极连接第一开关模块201的第一开关连接端TA，晶体管M2的源极连接晶体管M3的源极，晶体管M3的漏极连接第一开关模块201的第二开关连接端TB。基于上述结构上的变更，第二晶体管可以承受更高的功率，从而使得功率开关单元具有更高的可靠性。在一个连接方式示例中，第一开关模块201的第一开关连接端TA通过第一端口P1的阴极端连接恒电位仪103的输出阴极，第一开关模块201的第二开关连接端TB第二端口P2连接被保护管道101，第一开关模块201的开关控制端TC连接用于控制第一回路导通还是断开的第一开关控制信号。

在一个示例中，开关电路包括用于连接第一开关控制信号的第五端口，还包括一个输入端与第五端口相连、输出端与第二开关模块的开关控制端相连的反相器，由此第一开关模块通过第五端口连接第一开关控制信号，而第二开关模块的开关控制端则连接由反相器输出的与第一开关控制信号反相的第二开关控制信号，由此实现上述第一开关模块与第二开关模块的工作状态的相互关联。在又一示例中，开关电路包括用于连接第一开关控制信号的第五端口，第一开关模块的开关控制端与第二开关模块的开关控制端均与第五端口相连，并设置第一开关模块的开关控制端的有效电平与第二开关模块的开关控制端的有效电平相反，由此实现上述第一开关模块与第二开关模块的工作状态的相互关联。

图7是本公开一个实施例提供的第二假负载模块的电路结构图。参见图7，本实施例中的第二假负载模块包括：包括电阻R4和R5组成的分压采样电路，包括运算放大器OP1的反向跟随器U1、配有稳压管D1的电位器U2、包括电阻R6和电容C1的低通滤波电路，以及包括运算放大器OP2、电阻R7和电阻R8的同相比例运算电路U5。其中，电位器U2具有串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)，该串行外设接口包括串行时钟端SCK、使能端CS和数据输入端DIN。在电位器U2的正电源端VCC和负电源端VSS均连接工作电压，且串行时钟端SCK接收串行时钟信号SO、使能端CS接收使能信号CO时，电位器U2的W端到L端之间的电压与H端到L端的电压由数据信号DO决定，而电位器H端与L端之间的稳压管D1可以起到维持电压稳定的作用。在原理上，恒电位仪103的输出阳极处的电压经过电阻R4和R5的分压之后得到的采样电压输入到反向跟随器U1，而反向跟随器U1向H端输出采样电压的反相电压，从而电位器U2可以基于该反相电压在W端输出按照指定比例缩小后的电压，输出电压在经过低通滤波后经过同相比例放大器的比例运算后作为上述假检测信号输出到恒电位仪103的参比电极端。由此，恒电位仪103的参比电极端处的电压与恒电位仪103的输出阳极处的电压呈一定比例，且比例值可以由数据信号DO调节。而且，第二假负载模块206的正极与负极之间可以等效于一个电阻值可调的电阻，实现上述具有可调阻抗和提供假检测信号的功能。

图8是本公开一个实施例提供的第一假负载模块的电路结构图。参见图8，本实施例中的第一假负载模块包括：包括电阻R4和R5组成的分压采样电路；能承受高功率的晶体管M4，配有电容C2、C3和C4的霍尔电流传感器U4；配有电阻R9和R10以及可调电阻R01的放大电路U5；配有稳压管D2的电位器U6；包括电阻R11和电容C5的低通滤波电路；以及，包括运算放大器OP4的比较电路U7以及包括电阻R12、稳压管D3和电容C6的整流电路。在原理上，位于第二回路中恒电位仪103的输出阳极与输出阴极之间的晶体管可以相当于一个可调电阻，电阻的大小受晶体管M4的栅极电压控制。而霍尔电流传感器U4可以检测第二回路中的电流，所得到的电压信号被放大电路U5放大后再被电位器U6按照数据信号DO进行按照指定比例缩小，最后经过电阻R11和C5的低通滤波之后作为反馈信号输入到比较电路U7中与分压采样电路得到的电压进行比较，比较结果会影响晶体管M4的栅极电压。由于整个电路构成了负反馈系统，进入稳态后在比较电路U7进行比较的两个电压会被调节为相同的电压，因而会使得晶体管M4的源极与漏极之间呈现恒阻特性，即相当于第一回路中的第一假负载模块是一阻值恒定的电阻，其电阻值由可调电阻R01的阻值和数据信号DO共同决定。由此，实现了第一假负载模块的具有可调阻抗的功能。

图9是本公开又一实施例提供的开关电路的结构框图。应理解的是，图9中省略了上述第一开关模块、第二开关模块和第一假负载模块。参见图9，开关电路200包括第三端口P3和第四端口P4，第三端口P3用于连接恒电位仪103的输出端口，第四端口P4用于连接被保护管道和辅助阳极中的至少一个。除此之外，开关电路200还包括第三开关模块204、第二假负载模块205和第四开关模块206。其中，第三开关模块204分别连接第三端口P3和第四端口P4，第四开关模块205分别连接第三端口P3和第二假负载模块206。

参见图9，第三开关模块204和第四开关模块205分别用于控制第三回路的通断和第四回路的通断，其中第三回路是恒电位仪103通过参比测量端口在参比电极109的信号输出端口处采集检测信号的电流回路，第四回路是恒电位仪103通过参比测量端口在第二假负载模块206采集假检测信号的电流回路。在配置上，第二假负载模块205被配置为具有可调节的阻抗，而第三开关模块204和第四开关模块205被配置为具有相互关联的工作状态，使得第三回路和第四回路中的一个断开时另一个导通。其中，第二假负载模块205可以通过例如可调电位器、电子负载、可变电阻器或其类似电路结构实现。

在一个示例中，第三开关模块204在外部信号的控制下切断第三回路以进行断电测试，与此同时第四开关模块205会基于与第三开关模块204之间的工作状态的相互关联而导通第四回路。从而，恒电位仪103的参比测量端口所接收到的信号会从实际的检测信号转变为假检测信号。通过预先的实验测定，或者实时的采集和更新，可以通过调节第二假负载模块206在第四回路中的阻抗来使假检测信号与实际的检测信号基本一致。由此，只要从第三回路断开到第四回路导通之间的时间足够短，就可以不对恒电位仪103在参比测量端口处的电信号造成显著影响，而使得恒电位仪103感知不到接收信号的变化，并在断电测试开始到结束的过程中一直保持平稳的工作状态。

可以看出，基于开关电路所具有的结构，本实施例能够利用第三开关模块和第四开关模块的通断控制，来让恒电位仪在断电测试时采用假检测信号代替实际的检测信号提供给恒电位仪的参比测量端口，从而在此期间内利用第二假负载模块维持恒电位仪的反馈系统的正常工作，避免恒电位仪因反馈系统状态异常而引起的工作状态异常，有助于解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，提升管道保护系统的可靠性。

在一个示例中，可以将本实施例的开关电路200应用到同步中断器当中，使得同步中断器在断开第一回路和第三回路的同时将恒电位仪103的参比测量端口改为连接第二假负载模块206。在假检测信号与实际的检测信号足够接近，并且第三开关模块204和第四开关模块205具有足够理想的开关特性情况下，恒电位仪103的参比测量端口处的接收信号可以在第三回路开始断开到第四回路重新导通的期间内始终维持在一个相对稳定的水平上，从而使得恒电位仪103的工作状态保持稳定，不会出现例如进入自检状态而无法正常工作等工作状态出现异常的问题。

相比于不具备第四开关模块和第二假负载模块的电路结构而言，本实施例的电路结构能解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，而使得同步中断器能兼容于各类不同规格和型号的恒电位仪。可以看出，本实施例的电路结构能使各自配置有不同类型的恒电位仪的腐蚀防护站实现所预期的断电测试，并且不会引发恒电位仪的工作异常，因而有助于解决断电测试中恒电位仪的工作状态出现异常的问题，能够提升管道保护系统的可靠性。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关电路，用于管道保护系统，所述管道保护系统包括被保护管道、辅助阳极和用于通过输出端口向所述被保护管道提供阴极保护电流的恒电位仪，其特征在于，所述开关电路包括第一端口和第二端口，所述第一端口用于连接所述恒电位仪的输出端口，所述第二端口用于连接所述被保护管道和所述辅助阳极中的至少一个，所述开关电路还包括：

分别连接所述第一端口和所述第二端口的第一开关模块，所述第一开关模块用于控制第一回路的通断，所述第一回路是所述恒电位仪通过所述输出端口向所述被保护管道提供阴极保护电流的回路；

第一假负载模块，被配置为具有可调节的阻抗；

分别连接所述第一端口和所述第一假负载模块的第二开关模块，所述第二开关模块用于控制第二回路的通断，所述第二回路是所述恒电位仪通过所述输出端口向所述第一假负载模块提供负载电流的回路。

2.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述第一开关模块和所述第二开关模块被配置为具有相互关联的工作状态，使得所述第一回路和所述第二回路中的一个断开时另一个导通。

3.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述开关电路还包括：

所述开关电路还包括：

第三端口，用于连接所述恒电位仪的参比测量端口；

第四端口，用于连接参比电极的信号输出端口；

分别连接所述第三端口和所述第四端口的第三开关模块，所述第三开关模块用于控制第三回路的通断，所述第三回路是所述恒电位仪通过所述参比测量端口在所述参比电极的信号输出端口处采集检测信号的电流回路；

第二假负载模块，被配置为具有可调节的阻抗；

分别连接所述第三端口和所述第二假负载模块的第四开关模块，所述第四开关模块用于控制第四回路的通断，所述第四回路是所述恒电位仪通过所述参比测量端口在所述第二假负载处采集假检测信号的电流回路；

其中，所述第四开关模块和所述第三开关模块被配置为具有相互关联的工作状态，使得所述第三回路和所述第四回路中的一个断开时另一个导通。

4.根据权利要求3所述的开关电路，其特征在于，所述第三端口和所述第四端口各自包括阳极端和阴极端，所述第二假负载模块具有正极端和负极端；

所述第三开关模块包括第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元分别连接所述第三端口的阳极端和所述第四端口的阳极端，所述第二开关单元分别连接所述第三端口的阴极端和所述第四端口的阴极端；

所述第四开关模块包括第三开关单元和第四开关单元，所述第三开关单元分别连接所述第三端口的阳极端和所述第二假负载模块的正极端，所述第四开关单元分别连接所述第三端口的阴极端和所述第二假负载模块的负极端。

5.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述第一端口包括用于与所述恒电位仪的输出端口的阴极相连的阴极端，所述第二端口包括用于与所述被保护管道相连的阴极端，所述第一开关模块分别连接所述第一端口的阴极端和所述第二端口的阴极端。

6.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述开关电路还包括用于连接第一开关控制信号的第五端口，以及用于连接第二开关控制信号的第六端口，所述第一开关控制信号与所述第二开关控制信号彼此反相；

所述第一开关模块和所述第二开关模块各自具有开关控制端，所述第一开关模块的开关控制端和所述第二开关模块的开关控制端分别连接所述第五端口和所述第六端口中的一个。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关电路，其特征在于，所述第一开关模块和所述第二开关模块各自具有开关控制端；所述第一开关模块和/或所述第二开关模块包括控制开关单元和至少一个功率开关单元，同一模块内的每个所述功率开关单元均经过第一节点与所述控制开关单元相连；其中，

所述控制开关单元被配置为在所对应的开关控制端处的电平为有效电平时将所连接的第一节点处的电平置为有效电平；

所述至少一个功率开关单元被配置为在所连接的第一节点处的电平为有效电平时导通所述第一回路或者所述第二回路。

8.根据权利要求7所述的开关电路，其特征在于，所述控制开关单元包括第一晶体管，所述功率开关单元包括光耦合器和第二晶体管；其中，

所述第一晶体管的栅极连接所对应的开关控制端，所述第一晶体管的源极和漏极中的一个连接所对应的第一节点，另一个连接第一偏置电压线；

所述光耦合器的接收侧的两个端子分别连接第二偏置电压线和所对应的第一节点，所述光耦合器的发送侧的两个端子分别连接第三偏置电压线和所述第二晶体管的栅极；

所述第二晶体管的源极和漏极中的一个与所述第一端口相连，另一个与所述第二端口或者所述第一假负载模块相连。

9.一种同步中断器，其特征在于，所述同步中断器包括如权利要求1至8中任一项所述的开关电路。

10.一种管道保护系统，其特征在于，所述管道保护系统包括至少一个如权利要求9所述的同步中断器。