CN215067226U - 一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置，包括微处理器和电源管理、显示、电压采样、电压信号滤波、电流采样、电流信号滤波等单元，第一检测接口通过限流电阻接电源管理单元，第二检测接口通过电流取样电阻接地，待测电容接在第一和第二检测接口之间与所述限流电阻、电流取样电阻和电源管理单元构成电容充电回路；电压采样单元通过第一和第二检测接口采样，电流采样单元通过电流取样电阻采样，微处理器根据采样并滤波的电压和电流信号计算漏电阻值、判断电容的极性。该装置通过恒压源对电容充电回路进行充电，根据电容正向充电漏电阻大，反向充电漏电阻小的特性来判断电容的极性，测试操作简单、维护方便，电容极性判断精确、可靠、适用范围广。

Description

一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种铁路轨道设备元件检测装置，尤其涉及一种铁路信号设备电容器件极性检测装置。

背景技术

我国铁路正处于高速发展，同样也伴随着对铁路安全、高效地运行要求越来越高，铁路信号设备在整个铁路运行中扮演着不可或缺的角色，铁路信号设备中使用大量的大容量电解电容，部分的电容引脚通过接口外接，从而导致检修车间的工作人员无法确定该电容的极性是否正确，如果电容极性焊接不正确，设备上电后可能会影响行车安全，严重的会造成铁路交通事故，造成国家经济损失和人员伤亡，为了确保铁路运行安全，设备在使用前均需要确保设备的电容接口的极性达到指定的标准。

现有技术存在如下不足：

目前铁路检修车间工作人员测量设备的电容极性普遍的方法是，将电容从设备上拆卸后根据电容的线路走线与电容引脚的连线判断极性；此方法存在的问题是：

（1）在铁路检修车间使用较为繁琐；

（2）同时会导致部分设备拆卸后质保失效；因此铁路电务段的检修车间迫切需要一种可以方便准确测试铁路相关设备电容极性的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能方便、准确的测量铁路信号设备的电容极性的装置，从而克服现有测量方法所存在的上述不足。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：

一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置，包括电源管理单元、显示单元、电压采样单元、电压信号滤波单元、电流采样单元、电流信号滤波单元、微处理器、限流电阻Ri、取样电阻Rs、第一检测接口和第二检测接口；

所述第一检测接口通过限流电阻Ri接电源管理单元，所述第二检测接口通过电流取样电阻Rs接地；使用时待测电容Ct的两端分别与第一检测接口和第二检测接口连接从而与所述限流电阻Ri、电流取样电阻Rs和电源管理单元构成电容充电回路；所述电压采样单元的输入端分别连接第一检测接口和第二检测接口，电压采样单元的输出端经电压信号滤波单元接微处理器；所述电流采样单元的输入端分别接于电流取样电阻Rs的两端，电流采样单元的输出端经电流信号滤波单元接微处理器；所述电源管理单元的第一输出端与限流电阻Ri连接为电容充电回路提供可控输出电压Vi，第二输出端接显示单元为其提供工作电源，第三输出端分别接电压采样单元、电压信号滤波单元、电流采样单元和电流信号滤波单元为其提供工作电源，电源管理单元控制端接微处理器的控制端；

所述电压采样单元用于采集被测电容两端的电压并输送给电压信号滤波单元；所述电压信号滤波单元用于将电压采样单元提供的电压信号进行滤波，然后输送给微处理器；

所述电流采样单元用于将电容充电回路的电流信号转换成电压信号后放大并输送给电流信号滤波单元；所述电流信号滤波单元用于将电流采样单元提供的信号进行滤波，然后输送给微处理器；所述微处理器的作用是根据经电压信号滤波单元送来的电压信号和电流信号滤波单元送来的电流信号，计算漏电阻值，并据此判断电容的极性；所述显示单元的作用是显示经微处理器计算的漏电阻值和判断电容极性的结果。

其进一步的技术方案是：所述电源管理单元为开关电源，电源管理单元的输出电压Vi受微处理器控制。

进一步：所述电流采样单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和运算放大器U2-A；电阻R1的一端接电流取样电阻Rs的上端（正向端），另一端接运算放大器U2-A的正向输入端，电阻R2的一端接电流取样电阻Rs的下端（地），另一端接运算放大器U2-A的负向输入端，运算放大器U2-A的输出端接电压信号滤波单元的输入端，运算放大器U2-A的负向输入端与运算放大器U2-A的输出端之间并接电阻R4和电容C2，所述电阻R3一端接运算放大器U2-A的正向输入端，另一端接地，电容C1并联在运算放大器U2-A的工作电源之间；

所述电流信号滤波单元包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5和运算放大器U2-B；所述电阻R5一端接运算放大器U2-A的输出端，另一端接运算放大器U2-B的负向输入端，电阻R6和电容C4并联接在运算放大器U2-B的负向输入端与输出端之间，电阻R7一端接运算放大器U2-B的输出端，另一端接电容C5和微处理器的输入端，电容C5的另一端接地；

所述电压采样单元包括电阻R8和电阻R9，电阻R8一端接第一检测接口，另一端接电阻R9和电压信号滤波单元输入端，电阻R9另一端接第二检测接口和电压信号滤波单元另一输入端；

所述电压信号滤波单元包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9和运算放大器U3-A；所述电阻R10和电容C6并联接分别接在电阻R9的两端，电阻R11一端接运算放大器U3-A的正向输入端，另一端接电阻R10上端（正向端），电阻R12一端接运算放大器U3-A的负向输入端，另一端接电阻R10下端（负向端），电阻R13接运算放大器U3-A的正向输入端另一端接地，电阻R14和电容C7并联接在运算放大器U3-A的负向输入端与输出端支间，电阻R15一端接运算放大器U3-A的输出端另一端接微处理器的输入端，电容C8并联在运算放大器U3-A的工作电源之间。

进一步：所述微处理器的芯片为ADC模数转换单片机，所述显示单元为数码管或液晶屏。

由于采用上述结构，与现有技术相比，本实用新型之一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置具有以下有益效果：

1.本实用新型采用简单的电容充电回路，通过恒压源对电容进行充电，读取电容充电回路的电流I和电容两端的压降V，根据R=计算出电容的漏电阻，再根据电容正向充电漏电阻大，反向充电漏电阻小的特性来判断电容的极性，测试时无需将被测电容从设备上拆卸，测试操作简单、效率高、维护方便，电容极性判断精确、可靠；

2.由于该装置电容充电回路的供电电压Vi可变，电容容量和耐压值较小的电解电容可以使用小Vi值测量，电容容量和耐压值较大的电解电容可以使用大Vi值测量，因而本装置可以测量市面上大部分的电解电容、适用范围广。

下面结合附图和实施例对本实用新型之一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1为一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置结构框图：

图2为电流采样单元和电流信号滤波单元电路图；

图3为电压采样单元和电压信号滤波单元电路图；

图中：

01—电源管理单元，02—显示单元，03—电压采样单元，04—电压信号滤波单元，05—微处理器，06—电流采样单元，07—电流信号滤波单元，08—按键，09—限流电阻Ri，10—待测电容Ct，11—取样电阻Rs，A—第一检测接口，B—第二检测接口。

具体实施方式

实施例一

一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置，包括电源管理单元01、显示单元02、电压采样单元03、电压信号滤波单元04、电流采样单元06、电流信号滤波单元07、微处理器05、限流电阻Ri、取样电阻Rs、第一检测接口A和第二检测接口A；

所述第一检测接口A通过限流电阻Ri接电源管理单元01，所述第二检测接口B通过电流取样电阻Rs接地；使用时待测电容Ct的两端分别与第一检测接口A和第二检测接口B连接从而与所述限流电阻Ri、电流取样电阻Rs和电源管理单元构成电容充电回路；

所述电压采样单元03的输入端分别连接第一检测接口A和第二检测接口B，电压采样单元的输出端经电压信号滤波单元04接微处理器05；所述电流采样单元06的输入端分别接于电流取样电阻Rs的两端，电流采样单元06的输出端经电流信号滤波单元07接微处理器05；所述电源管理单元01的第一输出端与限流电阻Ri连接为电容充电回路提供可控输出电压Vi，第二输出端接显示单元02为其提供工作电源，第三输出端分别接电压采样单元03、电压信号滤波单元04、电流采样单元06和电流信号滤波单元07为其提供工作电源，电源管理单元01的控制端接微处理器的控制端；

所述电压采样单元03用于采集被测电容两端的电压并输送给电压信号滤波单元04；

所述电压信号滤波单元04用于将电压采样单元提供的电压信号进行滤波，然后输送给微处理器05；所述电流采样单元06用于将电容充电回路的电流信号转换成电压信号后放大并输送给电流信号滤波单元07；所述电流信号滤波单元07用于将电流采样单元06提供的信号进行滤波，然后输送给微处理器05；所述微处理器05的作用是根据经电压信号滤波单元04送来的电压信号和电流信号滤波单元07送来的电流信号，计算漏电阻值，并据此判断电容的极性；所述显示单元02的作用是显示经微处理器05计算的漏电阻值和判断电容极性的结果。所述电源管理单元01为开关电源，电源管理单元01的输出电压Vi受微处理器05控制。待测电容容量大、耐压值大，则输出电压Vi值偏大，待测电容容量小、耐压值小，则输出电压Vi值偏小。

所述电流采样单元06包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和运算放大器U2-A；电阻R1的一端接电流取样电阻Rs的上端（正向端），另一端接运算放大器U2-A的正向输入端，电阻R2的一端接电流取样电阻Rs的下端（地），另一端接运算放大器U2-A的负向输入端，运算放大器U2-A的输出端接电压信号滤波单元的输入端，运算放大器U2-A的负向输入端与运算放大器U2-A的输出端之间并接电阻R4和电容C2，所述电阻R3一端接运算放大器U2-A的正向输入端，另一端接地，电容C1并联在运算放大器U2-A的工作电源之间；

所述电流信号滤波单元07包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5和运算放大器U2-B；所述电阻R5一端接运算放大器U2-A的输出端，另一端接运算放大器U2-B的负向输入端，电阻R6和电容C4并联接在运算放大器U2-B的负向输入端与输出端之间，电阻R7一端接运算放大器U2-B的输出端，另一端接电容C5和微处理器的输入端，电容C5的另一端接地；

所述电压采样单元03包括电阻R8和电阻R9，电阻R8一端接第一检测接口A，另一端接电阻R9和电压信号滤波单元04输入端，电阻R9另一端接第二检测接口B和电压信号滤波单元04另一输入端；

所述电压信号滤波单元04包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9和运算放大器U3-A；所述电阻R10和电容C6并联接分别接在电阻R9的两端，电阻R11一端接运算放大器U3-A的正向输入端，另一端接电阻R10上端（正向端），电阻R12一端接运算放大器U3-A的负向输入端，另一端接电阻R10下端（负向端），电阻R13接运算放大器U3-A的正向输入端另一端接地，电阻R14和电容C7并联接在运算放大器U3-A的负向输入端与输出端支间，电阻R15一端接运算放大器U3-A的输出端另一端接微处理器的输入端，电容C8并联在运算放大器U3-A的工作电源之间。

所述微处理器的芯片使用具有ADC模数转换功能的单片机，所述显示单元为数码管或液晶屏。

其测试步骤如下：

第一步，将待测电容Ct接入电容充电回路，其中待测电容Ct的1脚接第一检测接口A，2脚接第二检测接口A；记录此时电容的接法为X，电容充电回路电流顺序为：Vi→Ri→Ct→Rs→地；

（实际操作时通过接在第一检测接口A和第二检测接口A上的电笔进行测试）

第二步，按下按键08，微处理器05控制电源管理单元给电容充电回路充电；

第三步，微处理器根据经过电压信号滤波单元04过滤的信号，计算出待测电容Ct10两端的压降Vx；微处理器05根据经过电流信号滤波单元07过滤的信号，计算得到电容充电回路的电流值Ix；

第四步，微处理器05计算出该X接法的待测电容Ct的漏电阻Rx=Vx/Ix ；

第五步，点击按键08，微处理器控制电源管理单元停止给电容充电回路供电；

第六步，将微处理器引脚反向接在电容充电回路，即待测电容Ct的2脚接第一检测接口A，1脚接第二检测接口A；记录此时电容的接法为Y；

第七步，重复第二步、第三步、第四步、第五步，计算出Y接法待测电容Ct的漏电阻Ry=Vy/Iy ；

第八步，微处理器05对X接法和Y接法测得的漏电阻值Rx和漏电阻值Ry进行比较：

如果Rx>Ry,则X接法是正向接,Y接法是反向接，待测电容Ct的1脚为正极，2脚为负极，显示单元显示电容极性的测试结果；

如果Rx<Ry,那么X接法是反向接,Y接法是正向接，待测电容Ct的2脚为正极，1脚为负极，显示单元显示电容极性的测试结果；

第九步，如果Rx≈Ry，此时无法判断电容极性，通过按键08控制微处理器将电源管理单元输出的电压Vi调高或者调低，直至能测试出电容极性。

Claims (4)

1.一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置，其特征在于：包括电源管理单元（01）、显示单元（02）、电压采样单元（03）、电压信号滤波单元（04）、电流采样单元（06）、电流信号滤波单元（07）、微处理器（05）、限流电阻Ri、取样电阻Rs、第一检测接口（A）和第二检测接口（B）；

所述第一检测接口（A）通过限流电阻Ri接电源管理单元（01），所述第二检测接口（B）通过电流取样电阻Rs接地；使用时待测电容Ct的两端分别与第一检测接口（A）和第二检测接口（B）连接从而与所述限流电阻Ri、电流取样电阻Rs和电源管理单元构成电容充电回路；

所述电压采样单元（03）的输入端分别连接第一检测接口（A）和第二检测接口（B），电压采样单元的输出端经电压信号滤波单元（04）接微处理器（05）；

所述电流采样单元（06）的输入端分别接于电流取样电阻Rs的两端，电流采样单元（06）的输出端经电流信号滤波单元（07）接微处理器（05）；

所述电源管理单元（01）的第一输出端与限流电阻Ri连接为电容充电回路提供可控输出电压Vi，第二输出端接显示单元（02）为其提供工作电源，第三输出端分别接电压采样单元（03）、电压信号滤波单元（04）、电流采样单元（06）和电流信号滤波单元（07）为其提供工作电源，电源管理单元（01）的控制端接微处理器的控制端；

所述电压采样单元（03）用于采集被测电容两端的电压并输送给电压信号滤波单元（04）；

所述电压信号滤波单元（04）用于将电压采样单元提供的电压信号进行滤波，然后输送给微处理器（05）；

所述电流采样单元（06）用于将电容充电回路的电流信号转换成电压信号后放大并输送给电流信号滤波单元（07）；

所述电流信号滤波单元（07）用于将电流采样单元（06）提供的信号进行滤波，然后输送给微处理器（05）；

所述微处理器（05）的作用是根据经电压信号滤波单元（04）送来的电压信号和电流信号滤波单元（07）送来的电流信号，计算漏电阻值，并据此判断电容的极性；

所述显示单元（02）的作用是显示经微处理器（05）计算的漏电阻值和判断电容极性的结果。

2.如权利要求1所述的一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置，其特征在于：

所述电源管理单元（01）为开关电源，电源管理单元（01）的输出电压Vi受微处理器（05）控制。

3.如权利要求2所述的一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置，其特征在于：

所述电流采样单元（06）包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3和运算放大器U2-A；

电阻R1的一端接电流取样电阻Rs的上端，另一端接运算放大器U2-A的正向输入端，电阻R2的一端接电流取样电阻Rs的下端，另一端接运算放大器U2-A的负向输入端，运算放大器U2-A的输出端接电压信号滤波单元的输入端，运算放大器U2-A的负向输入端与运算放大器U2-A的输出端之间并接电阻R4和电容C2，所述电阻R3一端接运算放大器U2-A的正向输入端，另一端接地，电容C1并联在运算放大器U2-A的工作电源之间；

所述电流信号滤波单元（07）包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5和运算放大器U2-B；

所述电阻R5一端接运算放大器U2-A的输出端，另一端接运算放大器U2-B的负向输入端，电阻R6和电容C4并联接在运算放大器U2-B的负向输入端与输出端之间，电阻R7一端接运算放大器U2-B的输出端，另一端接电容C5和微处理器的输入端，电容C5的另一端接地；

所述电压采样单元（03）包括电阻R8和电阻R9，电阻R8一端接第一检测接口（A），另一端接电阻R9和电压信号滤波单元（04）输入端，电阻R9另一端接第二检测接口（B）和电压信号滤波单元（04）另一输入端；

所述电压信号滤波单元（04）包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9和运算放大器U3-A；

所述电阻R10和电容C6并联接分别接在电阻R9的两端，电阻R11一端接运算放大器U3-A的正向输入端，另一端接电阻R10上端，电阻R12一端接运算放大器U3-A的负向输入端，另一端接电阻R10下端，电阻R13接运算放大器U3-A的正向输入端另一端接地，电阻R14和电容C7并联接在运算放大器U3-A的负向输入端与输出端支间，电阻R15一端接运算放大器U3-A的输出端另一端接微处理器的输入端，电容C8并联在运算放大器U3-A的工作电源之间。

4.如权利要求2所述的一种用于铁路信号设备的电容极性检测装置，其特征在于：所述微处理器的芯片为ADC模数转换单片机，所述显示单元为数码管或液晶屏。

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