CN215580335U - 一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，包括：自恢复过流过压保护电路、自恢复欠压保护电路、自恢复通信保护电路；自恢复过流过压保护电路包括依顺次电连接的二极放电管、三极放电管、自恢复保险丝，还包括串联的瞬态抑制二极管；自恢复欠压保护电路包括依顺次电连接的自恢复保险丝、电阻、瞬态抑制二极管、电容和开关稳压器；自恢复通信保护电路包括依顺次电连接的光耦隔离器、自动收发器、电容、自恢复保险丝、三极放电管、二极放电管，还包括串联的电阻和串联的瞬态抑制二极管。本实用新型可以解决当边坡形变监测设备出现故障后，无法尽快恢复或部分恢复到正常工作状态，对边坡形变监测造成影响的技术问题。

Description

一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路

技术领域

本实用新型涉及边坡监测技术领域，具体涉及一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路。

背景技术

目前，边坡监测系统主要是在野外环境中工作，昼夜温差较大，对监测系统供电稳定性较差，同时因一般布设在偏远地区故通信质量较差。由于在边坡监测系统的运行环境恶劣，所以边坡形变监测设备可能受到各种自然环境的影响及干扰，导致边坡形变监测设备出现故障、工作异常。一旦边坡形变监测设备出现故障，就需要及时修复，否则会影响对边坡的实时监测，可能错失对地质灾害的预警时机。

但是，由于边坡监测系统一般是设置于偏远地区，当在边坡形变监测设备出现故障后，维修人员一般不容易很快达到现场进行维修处理。而对于一部分比较简单的故障，安装故障自恢复的设计思路，边坡形变监测设备应该通过故障自恢复的方式，尽快恢复或部分恢复到正常工作状态，缩短故障出现后对边坡形变监测的影响时间。

所以，目前需要一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，以解决当边坡形变监测设备出现故障后，无法尽快恢复或部分恢复到正常工作状态，对边坡形变监测造成影响的技术问题。

本实用新型采用的技术方案是，一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，包括：自恢复过流过压保护电路、自恢复欠压保护电路、自恢复通信保护电路；

自恢复过流过压保护电路包括依顺次电连接的二极放电管GDT1、三极放电管GDT2、自恢复保险丝F1，还包括串联的瞬态抑制二极管D2、D3、D4；

自恢复欠压保护电路包括依顺次电连接的自恢复保险丝F11、电阻R2、瞬态抑制二极管D22、电容C3、C5、C6、C7和开关稳压器U1；

自恢复通信保护电路包括依顺次电连接的光耦隔离器U2、自动收发器U3、电容C4、自恢复保险丝F2、F3，三极放电管GDT3、二极放电管GDT4，还包括串联的电阻R11、R12、R13和串联的瞬态抑制二极管D7、D8、D9。

进一步的，自恢复过流过压保护电路中：

二极放电管GDT1的1脚与三极放电管GDT2的3脚电连接，2脚接地；

三极放电管GDT2的1脚、2脚接地，3脚接入二极放电管GDT1的1脚和自恢复保险丝F1之间；

自恢复保险丝F1的一端接三极放电管GDT2的3脚，另一端接正12V电压；

瞬态抑制二极管D2的正极接地、负极接瞬态抑制二极管D3的负极；瞬态抑制二极管D3的正极与瞬态抑制二极管D4的负极电连接，瞬态抑制二极管D4的正极接地。由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：有效的增强了电源输入级的保护能力，同时具备自恢复功能；在不稳定干扰下可以及时切断供电回路，防止故障蔓延；并且电源中的过流保护功能具备延时自恢复的特点，故障消失后自动恢复输出。

进一步的，自恢复欠压保护电路中：

自恢复保险丝F11的一端接正12V电压，另一端接电阻R2；

瞬态抑制二极管D22的正极接入电阻R2、电容C3之间，负极接地；

电容C3、C5、C6、C7并联与地和开关稳压器U1的电压输入引脚之间。

进一步的，自恢复欠压保护电路的输出为3.8V/2.5A。由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：可以检测线路欠压状态，当欠压发生时，可及时切断后级所有供电电压，有效的保护电池避免过放。当电压恢复正常后可自行恢复后级供电。

进一步的，自恢复通信保护电路中：

还包括电阻R3、R4、R7，光耦隔离器U2的1脚与电阻R3电连接；

电阻R4的一端接+3.3V电压，另一端接光耦隔离器U2的8脚；

自动收发器U3的1脚与光耦隔离器U2的2脚电连接，自动收发器U3的4脚与光耦隔离器U2的6脚电连接；

电容C4一端接RS485接口的5V针脚，另一端接电阻R11；

电阻R11、R12、R13串联于RS485接口的5V针脚和接地脚之间；

瞬态抑制二极管D7的一端接地，另一端与自恢复保险丝F2电连接；

瞬态抑制二极管D8的接入瞬态抑制二极管D7与瞬态抑制二极管D9之间；

瞬态抑制二极管D9一端接地，另一端与自恢复保险丝F3电连接。由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：可以实现防雷、防静电、防浪涌功能，使用电路可以有效的保护监测系统免受雷电及浪涌对设备的损坏，同时具备自恢复功能。

进一步的，自恢复保险丝F1为3A/24V，自恢复保险丝F11为5A/24V，自恢复保险丝F2、F3型号为0.12A/24V；

二极放电管GDT1、GDT4为气体放电管2R075-4S；

三极放电管GDT2、GDT3为陶瓷放电管3R075A-5S；

瞬态抑制二极管D2、D3、D4为SMAJ40A；所述瞬态抑制二极管D7、D8、D9为SMBJ5.0CA。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型实施例的故障自恢复电路的原理框图；

图2为本实用新型实施例的自恢复过流过压保护电路的电路图；

图3为本实用新型实施例的自恢复欠压保护电路的电路图；

图4为本实用新型实施例的自恢复通信保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例

本实施例提供的一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，如图1所示，包括：自恢复过流过压保护电路、自恢复欠压保护电路、自恢复通信保护电路，以下分别加以说明：

(1)自恢复过流过压保护电路

如图2所示，自恢复过流过压保护电路包括依顺次电连击的二极放电管GDT1、三极放电管GDT2、自恢复保险丝F1，还包括串联的瞬态抑制二极管D2、D3、D4。

二极放电管GDT1的1脚与三极放电管GDT2的3脚电连接，2脚接地。二极放电管是一种开关型保护器件，当两极间电压足够大时，极间间隙将被放电击穿，二极放电管由原来的绝缘状态转化为导电状态。导电状态下两极间维持的电压很低，一般在20～50V，因此可以起到保护后级电路的效果。在具体的实施方式中，二极放电管可选用气体放电管2R075-4S。

三极放电管GDT2的1脚、2脚接地，3脚接入二极放电管GDT1的1脚和自恢复保险丝F1之间。三极放电管用陶瓷密闭封装，内部由两个或多个带间隙的金属电极，充以惰性气体氩气，氖气构成，当加到两电极端的电压达到使三极放电管内的气体击穿时，三极放电管开始放电，由高阻抗变成低阻抗，使浪涌电压迅速短路至接近零电压，并将过电流释放入地，从而对后续电路起到保护作用。在具体的实施方式中，三极放电管可选用陶瓷放电管3R075A-5S。

自恢复保险丝F1的一端接三极放电管GDT2的3脚，另一端接+12V电压。自恢复保险丝是一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，掺加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。传统保险丝过流保护，仅能保护一次，烧断了需更换，而自恢复保险丝具有过流过热保护，自动恢复双重功能。因此采用该器件具备保护和自恢复的双重功能。在具体的实施方式中，自恢复保险丝F1可选用3A/24V。

瞬态抑制二极管D2的正极接地、负极接瞬态抑制二极管D3的负极；瞬态抑制二极管D3的正极与瞬态抑制二极管D4的负极电连接，瞬态抑制二极管D4的正极接地。瞬态抑制二极管是一种二极管形式的高效能保护器件。当瞬态抑制二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。因此该设计能有效降低静电、浪涌电流等不稳定电源引起的后级电路烧毁。在具体的实施方式中，瞬态抑制二极管D2、D3、D4可选用SMAJ40A。

图2中的PE需可靠连接至大地。

通过上述设计，有效的增强了电源输入级的保护能力，同时具备自恢复功能；在不稳定干扰下可以及时切断供电回路，防止故障蔓延；并且电源中的过流保护功能具备延时自恢复的特点，故障消失后自动恢复输出。

(2)自恢复欠压保护电路

在野外监测环境中，边坡形变监测设备通常采用太阳能供电，当光照严重不足时，电压会持续下降，为了保护电池电压满足工作电压需要，以及实现后续电池自恢复，在本实施例中，通过自恢复欠压保护电路来实现。

如图3所示，自恢复欠压保护电路包括依顺次电连接的自恢复保险丝F11、电阻R2、瞬态抑制二极管D22、电容C3、C5、C6、C7和开关稳压器U1。

自恢复保险丝F11的一端接+12V电压，另一端接电阻R2；在具体的实施方式中，自恢复保险丝F11可选用5A/24V。

瞬态抑制二极管D22的正极接入电阻R2、电容C3之间，负极接地。在具体的实施方式中，瞬态抑制二极管D22可选用SMAJ40A。

电容C3、C5、C6、C7并联与地和开关稳压器U1的电压输入引脚之间。在具体的实施方式中，电容C3可选用470uF，电容C5、C6、C7可选用10uF。开关稳压器U1可选用L5973D，整个电路的输出为3.8V/2.5A。

自恢复欠压保护电路可以检测线路欠压状态，当欠压发生时，可及时切断后级所有供电电压，有效的保护电池避免过放。当电压恢复正常后可自行恢复后级供电。

(3)通信保护自恢复电路

由于边坡监测系统通常是布设于野外环境，各监测设备之间分布较远，监测设备与监测设备之间通过通信模块相连，所以数据通信是边坡监测系统中不可缺少的部分。而在实际的使用中，各监测设备之间的电势差、浪涌情况比较严重，特别在有雷电的恶劣天气情况下。在现有的监测运营过程中，曾多次出现过因设备间通信接口引起的故障，故障原因绝大部分是因为接口保护和自恢复处理不到位引起的。

如图4所示，自恢复通信保护电路包括依顺次电连接的光耦隔离器U2、自动收发器U3、电容C4、自恢复保险丝F2、F3，三极放电管GDT3、二极放电管GDT4，还包括串联的电阻R11、R12、R13和串联的瞬态抑制二极管D7、D8、D9，以及电阻R3、R4、R7。

光耦隔离器U2与自动收发器U3电连接，在具体的实施方式中，光耦隔离器U2可选用TLP521-2，光耦隔离器U2的1脚与电阻R3电连接，电阻R3可选用1K。电阻R4的一端接+3.3V电压，另一端接光耦隔离器U2的8脚。

自动收发器U3可选用MAX13487EESA+，自动收发器U3的1脚与光耦隔离器U2的2脚电连接，自动收发器U3的4脚与光耦隔离器U2的6脚电连接。电阻R7的一端接入自动收发器U3的4脚与光耦隔离器U2的6脚之间，另一端接地，电阻R7可选用5.1K。

电容C4一端接RS485接口的5V针脚，另一端接电阻R11，在具体的实施方式中，电容C4可选用104。电阻R11、R12、R13串联于RS485接口的5V针脚和接地脚之间，在具体的实施方式中，电阻R11、R12、R13可选用3.3K。

在具体的实施方式中，瞬态抑制二极管D7、D8、D9可选用SMBJ5.0CA(AE)。瞬态抑制二极管D7的一端接地，另一端与自恢复保险丝F2电连接。瞬态抑制二极管D8的接入瞬态抑制二极管D7与瞬态抑制二极管D9之间，瞬态抑制二极管D9一端接地，另一端与自恢复保险丝F3电连接。在具体的实施方式中，自恢复保险丝F2、F3可选用0.12A/24V。

在具体的实施方式中，三极放电管GDT3可选用陶瓷放电管3R075A-5S，二极放电管GDT4可选用气体放电管2R075-4S。三极放电管GDT3的1脚、2脚接地，3脚与二极放电管GDT4的1脚电连接。二极放电管GDT4的1脚与三极放电管GDT3的3脚电连接，2脚接地。

图4中的PE需可靠连接至大地。

通信保护自恢复电路可以实现防雷、防静电、防浪涌功能，使用电路可以有效的保护监测系统免受雷电及浪涌对设备的损坏，同时具备自恢复功能。通信保护自恢复电路可承受10/1000μs，4KV雷击测试，满足IEC6100-4-5，ITU-TK20/K及国标GB9043的雷击浪涌抗扰度测试标准。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，其特征在于，包括：自恢复过流过压保护电路、自恢复欠压保护电路、自恢复通信保护电路；

所述自恢复过流过压保护电路包括依顺次电连接的二极放电管GDT1、三极放电管GDT2、自恢复保险丝F1，还包括串联的瞬态抑制二极管D2、D3、D4；

所述自恢复欠压保护电路包括依顺次电连接的自恢复保险丝F11、电阻R2、瞬态抑制二极管D22、电容C3、C5、C6、C7和开关稳压器U1；

所述自恢复通信保护电路包括依顺次电连接的光耦隔离器U2、自动收发器U3、电容C4、自恢复保险丝F2、F3，三极放电管GDT3、二极放电管GDT4，还包括串联的电阻R11、R12、R13和串联的瞬态抑制二极管D7、D8、D9。

2.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，其特征在于，所述自恢复过流过压保护电路中：

二极放电管GDT1的1脚与三极放电管GDT2的3脚电连接，2脚接地；

三极放电管GDT2的1脚、2脚接地，3脚接入二极放电管GDT1的1脚和自恢复保险丝F1之间；

自恢复保险丝F1的一端接三极放电管GDT2的3脚，另一端接正12V电压；

瞬态抑制二极管D2的正极接地、负极接瞬态抑制二极管D3的负极；瞬态抑制二极管D3的正极与瞬态抑制二极管D4的负极电连接，瞬态抑制二极管D4的正极接地。

3.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，其特征在于，所述自恢复欠压保护电路中：

自恢复保险丝F11的一端接正12V电压，另一端接电阻R2；

瞬态抑制二极管D22的正极接入电阻R2、电容C3之间，负极接地；

电容C3、C5、C6、C7并联与地和开关稳压器U1的电压输入引脚之间。

4.根据权利要求3所述的用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，其特征在于，所述自恢复欠压保护电路的输出为3.8V/2.5A。

5.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，其特征在于，所述自恢复通信保护电路中：

还包括电阻R3、R4、R7，光耦隔离器U2的1脚与电阻R3电连接；

电阻R4的一端接+3.3V电压，另一端接光耦隔离器U2的8脚；

自动收发器U3的1脚与光耦隔离器U2的2脚电连接，自动收发器U3的4脚与光耦隔离器U2的6脚电连接；

电容C4一端接RS485接口的5V针脚，另一端接电阻R11；

电阻R11、R12、R13串联于RS485接口的5V针脚和接地脚之间；

瞬态抑制二极管D7的一端接地，另一端与自恢复保险丝F2电连接；

瞬态抑制二极管D8的接入瞬态抑制二极管D7与瞬态抑制二极管D9之间；

瞬态抑制二极管D9一端接地，另一端与自恢复保险丝F3电连接。

6.根据权利要求1所述的用于边坡形变监测设备的故障自恢复电路，其特征在于：

所述自恢复保险丝F1为3A/24V，所述自恢复保险丝F11为5A/24V，所述自恢复保险丝F2、F3型号为0.12A/24V；

所述二极放电管GDT1、GDT4为气体放电管2R075-4S；

所述三极放电管GDT2、GDT3为陶瓷放电管3R075A-5S；

所述瞬态抑制二极管D2、D3、D4为SMAJ40A；所述瞬态抑制二极管D7、D8、D9为SMBJ5.0CA。

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