CN218727608U - 一种剩余电流检测装置及医疗系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种剩余电流检测装置，用于检测电源线的剩余电流，其特征在于，包括：电流感应线圈，具有磁芯，所述磁芯由所述电源线穿过；第一绕组，所述第一绕组绕制于所述磁芯；励磁电路，所述励磁电路的输出端和所述第一绕组连接，所述励磁电路产生励磁电信号，并传输给所述第一绕组；电流电压转换电路，所述电流电压转换电路的输入端和所述第一绕组连接，用于将所述剩余电流转换成电压信号；其中，所述电流电压转换电路包括滤波器，用于去除所述励磁电信号频率的信号。根据本公开，提供一种新型结构的剩余电流检测装置，有助于用电安全。

Description

一种剩余电流检测装置及医疗系统

技术领域

本公开涉及电学领域，具体地，本公开涉及一种剩余电流检测装置及医疗系统。

背景技术

设备的用电安全是业内关注的问题，漏电流的检测为安全用电提供了保障。

实用新型内容

有鉴于此，本公开提供一种剩余电流检测装置，以及一种医疗系统。

根据本公开的示例性实施例，一种剩余电流检测装置，用于检测电源线的剩余电流，包括：电流感应线圈，具有磁芯，所述磁芯由所述电源线穿过；第一绕组，所述第一绕组绕制于所述磁芯；励磁电路，所述励磁电路的输出端和所述第一绕组连接，所述励磁电路产生励磁电信号，并传输给所述第一绕组；电流电压转换电路，所述电流电压转换电路的输入端和所述第一绕组连接，用于将所述剩余电流转换成电压信号；其中，所述电流电压转换电路包括滤波器，用于去除所述励磁电信号频率的信号。

根据本公开的示例性实施例，所述剩余电流检测装置还包括：第二绕组，所述第二绕组绕制于所述磁芯；自检信号产生电路，其输出端和所述第二绕组连接，用于产生自检信号。

根据本公开的示例性实施例，其中所述电流电压转换电路包括：所述滤波器，所述滤波器是低通滤波器，输入端和所述第一绕组连接；整流电路，所述整流电路的输入端和所述滤波器的输出端连接，把交流信号转化为直流信号；放大电路，所述放大电路的输入端和所述整流电路的输出端连接，用于对所述整流电路输出的直流信号进行放大；模数转换电路，所述模数转换电路的输入端和所述放大电路的输出端连接，用于对所述放大电路输出的信号进行模数转换，并输出电压数字信号。

根据本公开的示例性实施例，所述自检信号产生电路包括：自检触发电路，用于产生自检触发信号；自检驱动电路，其输入端连接所述自检触发电路，接收所述自检触发电路的自检触发信号，并输出自检信号给所述第二绕组。

根据本公开的示例性实施例，所述剩余电流检测装置还包括控制处理器件，所述控制处理器件和所述励磁电路、所述电流电压转换电路和所述自检信号产生电路连接。

根据本公开的示例性实施例，所述剩余电流检测装置还包括报错输出电路，所述报错输出电路和所述控制处理器件连接。

根据本公开的示例性实施例，还包括看门狗电路、复位及状态显示电路和报警输出电路，所述看门狗电路、复位及状态显示电路和报警输出电路分别与所述控制处理器件连接。

根据本公开的示例性实施例，提供一种医疗系统，包括：前述任一所述的剩余电流检测装置；医疗设备，其中，所述医疗设备包括：系统主电源，所述电源线用于给所述系统主电源供电，所述系统主电源用于给医疗设备的各子部件供电；系统主电源控制开关，所述系统主电源控制开关的输入端连接所述系统主电源，输出端连接所述各子部件。

根据本公开的示例性实施例，其中所述医疗设备还包括系统控制板，所述系统控制板连接所述剩余电流检测装置。

根据本公开的示例性实施例，所述医疗设备包括交流/直流电源变换器，所述剩余电流检测装置包括电源滤波电路和电源产生电路，其中：所述交流/直流电源变换器的输入端连接所述系统主电源，输出端连接所述电源滤波电路；所述电源滤波电路输入端和所述交流/直流电源变换器连接，输出端和所述电源产生电路连接；所述电源产生电路的输入端和所述电源滤波电路连接，输出端用于给剩余电流检测装置的各需供电的部件供电。

根据本公开提供的剩余电流检测装置，可以对剩余电流进行检测，维护用电安全。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本公开一个示例性的结构图；

其中，附图标记如下：

1AD/DC	2电源滤波电路
		3低噪声电源产生电路	4电流传感器
5高精度励磁电路	6低通滤波电路
		7有源精密整流电路	8高精度放大电路
9高精度A/D转换电路	10MCU
		11自检驱动电路	12自检触发电路
13远程自检触发电路	14报错输出电路
		15看门狗电路	16复位及状态显示电路
17报警输出电路	18系统主电源
		19系统主电源控制开关	20其它子系统
21系统控制板
		A第一绕组	B第二绕组
100去系统主电源	200剩余电流检测装置
		300医疗设备

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，以下举实施例对本公开进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在一个示例性的实施例中，具体可参见图1，本公开的一种剩余电流检测装置200，用于检测去系统主电源100的电源线的剩余电流，剩余电流检测装置200包括：电流传感器4，其具有电流感应线圈，电流感应线圈具有磁芯，磁芯由去系统主电源100的电源线穿过；第一绕组A，第一绕组A绕制于磁芯；励磁电路，这里采用高精度励磁电路5，高精度励磁电路5的输出端和第一绕组A连接，高精度励磁电路5产生励磁电信号，并传输给第一绕组A；电流电压转换电路，电流电压转换电路的输入端和第一绕组A连接，用于将剩余电流转换成电压信号；其中，电流电压转换电路包括滤波器，这里是低通滤波电路6，用于去除励磁电信号频率的信号。第一绕组A的作用有二，一方面，高精度励磁电路5的输出端连接第一绕组A，对第一绕组A发送励磁信号，励磁信号通常为方波，频率可在数千赫兹。另一方面，第一绕组A连接电流电压转换电路，例如通过取样电阻将剩余电流转化成电压信号，并经过一系列处理形成电压信号，这个电压信号可以是模拟的，也可以是数字的，这取决于后续对电压信号的处理方式。在将剩余电流转化为电压的过程中，需要去除励磁电流造成的影响，故滤波器是必要的，例如：励磁电流使用4k赫兹，采用截至频率为 1k赫兹的低通滤波器，可以有效的去除励磁电流造成的影响。该实施例的原理是，在没有剩余电流时，剩余电流会是一个很低的值，而有剩余电流的时候，这个值会相对高。通过设置合理的阈值，就可以判断剩余电流的情况。

在一个示例性实施例中，仍然参见图1，剩余电流检测装置200还包括：第二绕组B，第二绕组B绕制于磁芯；自检信号产生电路，其输出端和第二绕组B连接，用于产生自检信号。检测剩余电流检测装置200是否工作在正常状态是本实施例所要解决的问题。使用自检信号产生电路产生一个自检信号，模拟剩余电流信号，自检信号通常是直流信号来模拟漏电流，将自检信号传送给第二绕组B，在第二绕组B中产生的相应的信号，此时第一绕组A就会检测到类似剩余电流的信号。自检在去系统主电源 100并没有工作时进行，即被检测的设备并没有工作的时候进行。在第二绕组B模拟足够大的漏电流信号情况下，如果从第一绕组A中检测到足够的剩余电流信号，则剩余电流检测装置200工作正常，如果没有检测出，则说明剩余电流检测装置200异常，需要检修或更换。

在一个示例性实施例中，继续参见图1，剩余电流检测装置200中的电流电压转换电路包括：低通滤波电路6，输入端和第一绕组A连接，用于将励磁信号造成的干扰去除；整流电路，这里是有源精密整流电路6，有源精密整流电路6的输入端和低通滤波电路6的输出端连接，把交流信号转化为直流信号；放大电路，这里是高精度放大电路8，高精度放大电路8的输入端和有源精密整流电路6的输出端连接，用于对有源精密整流电路6输出的直流信号进行放大；模数转换电路，这里是高精度A/D转换电路9，高精度A/D转换电路9的输入端和高精度放大电路8的输出端连接，用于对高精度放大电路8输出的信号进行模数转换，并输出电压数字信号。通过电流电压转换电路的各个部件，把剩余电流转换成电压数字信号，便于后续的进一步处理。

在一个示例性实施例中，继续参见图1，自检信号产生电路包括：自检触发电路12，用于产生自检触发信号；自检驱动电路11，其输入端连接自检触发电路12，接收自检触发电路12的自检触发信号，并输出自检信号给第二绕组B。通过自检信号产生电路的各部件，可以在去系统主电源100并没有工作时，即被检测的设备并没有工作的时候产生自检信号并传递给第二绕组B，从而获知剩余电流检测装置200是否正常工作。

在一个示例性实施例中，继续参见图1，剩余电流检测装置200还包括控制处理器件，这里是MCU10，MCU10和高精度励磁电路5、电流电压转换电路和自检信号产生电路连接。在这里，MCU10和电流电压转换电路中的高精度A/D转换电路9连接，用于接受电压数字信号，并进行处理。具体的，电压电流转换电路输出的电压数字信号如果超出了阈值，就会判定为有剩余电流产生。另一方面，MCU10和自检信号产生电路中的自检触发电路12连接，用于在去系统主电源100不工作时控制自检触发电路12产生自检触发信号，触发检测剩余电流检测装置200是否正常工作。

在一个示例性实施例中，继续参见图1，剩余电流检测装置200还包括报错输出电路14，报错输出电路14和MCU10连接。当检测到存在漏电流时，MCU10发给报错输出电路14一个报错信号，这样，报错输出电路14就可以对操作人员报错，和/或直接发送信号将设备的电源切断，或是将去系统主电源100切断。

在一个示例性实施例中，继续参考图1，还包括看门狗电路15、复位及状态显示电路16和报警输出电路17，看门狗电路15、复位及状态显示电路16和报警输出电路17分别与MCU10连接。其中，采用硬件看门狗电路15，进一步提供了系统的可靠性。复位及状态显示电路16可及时的复位并显示状态。当剩余电流检测装置200工作异常的情况下，即发出自检信号后并没有检测到剩余电流的情况下，MCU10向报警输出电路17发出信号，由报警输出电路17输出报警信息，提示剩余电流检测装置200 工作异常，需及时的进行检修或更换。

在一个示例性实施例中，继续参考图1，公开了一种医疗系统，包括：前述任一的剩余电流检测装置200；医疗设备300，其中，医疗设备300 包括：系统主电源18，去系统主电源100中的电源线用于给系统主电源 18供电，系统主电源18用于给医疗设备300的各其他子系统20供电；系统主电源控制开关19，系统系统主电源控制开关19的输入端连接系统主电源18，输出端连接医疗设备300的其他子系统20。在这里，报错输出电路14和系统主电源控制开关19连接，当检测到剩余电流时，MCU10 通知报错输出电路14，报错输出电路14会给系统主电源控制开关19一个信号，关闭系统主电源控制开关19，达到安全的目的。

在一个示例性实施例中，继续参考图1，其中医疗设备300还包括系统控制板21，系统控制板21连接剩余电流检测装置200。具体的，系统控制板21连接MCU10和报警输出电路17。MCU10可以和系统控制板 21沟通各种所需的信息，并且，当剩余电流检测装置不能正常工作时，报警输出电路17会将该信息送到系统控制板21，使得医疗设备知晓剩余电流检测功能异常，存在隐患。进一步的，剩余电流检测装置200还包括远程自检触发电路13，系统控制板21和远程自检触发电路13连接，用于通知剩余电流检测装置200进行自检。即剩余电流检测装置200本身和医疗设备300都可以触发剩余电流检测装置200进行自检。

在一个示例性实施例中，继续参考图1，医疗设备300包括交流/直流电源变换器，即AC/DC1，剩余电流检测装置200包括电源滤波电路2和电源产生电路，这里是低噪声电源产生电路3，其中：AC/DC1的输入端连接系统主电源18，输出端连接电源滤波电路2；电源滤波电路2输入端和AC/DC1连接，输出端和低噪声电源产生电路3连接；低噪声电源产生电路3的输入端和电源滤波电路2连接，输出端用于给剩余电流检测装置 200的各需供电的部件供电。通过这种方式，剩余电源检测装置并不需要独立的电源，医疗设备300的系统主电源18经过处理后即可以给剩余电流检测装置200的各部件供电。具体的，低噪声电源产生电路3会给高精度励磁电路5、有源精密整流电路7等供电，这里需要说明的是，图1仅是示例性的，所有剩余电流检测装置的需要供电的部件都是由低噪声电源产生电路3进行供电的。

在一个示例性实施例中，继续参考图1，医疗设备300可能是大型医疗诊断设备，会和操作者以及患者有紧密接触，安全性及可靠性要求高。医疗设备由多个子系统组成，如CT设备、由影像系统、图像重建系统、 X-光产生系统、患者支撑子系统、电源传输至系统等等。这些子系统都会用到电源，其电源线路的传输也相当复杂。由于使用过程中的不可预知性、自然灾害(水灾、火灾、地震)、以及维护的不恰当，都可能会造成系统剩余电流的产生，危害设备安全。在本实施例中，通过电流传感器、电路设计、软件设计和结构设计，实现了高精度、高可靠性、高安全性的漏电流监测。一旦剩余电流超标，可以及时地向电源控制系统输出报警或报错信号，并且触发保护电路，切断主电路输入，保护患者、操作者及设备。在本实施例中，还可以通过实时通讯将监控的信号传到系统，通过系统将实时的剩余电流值传输到服务器，从而实现故障预测功能。在本实施例中，采用了新型材料的电流传感器，并集成了低噪声的双向对称电源、高精度励磁电路、低通滤波电路、高精度有源整流电路、高精度AD采样、外置看门狗电路、远程通讯和自检功能、状态显示电路等等技术，同时采用一体化设计，实现了高精度、高可靠性、低成本的医疗设备漏电流检测及保护装置。

仍然参见图1，剩余电流检测装置200从医疗设备300的AC/DC 1取电，一般为直流24V供电，也可以支持宽电压范围输入。输入的电源经过电源滤波电路2后，输出给低噪声电源产生电路3。电源滤波电路2的作用，是为了避免剩余电流检测装置200外部电路，如大功率驱动装置，高压发生器等，对装置的干扰，为后续电路输入干净的电源。低噪声电源产生电路3包含MCU10及逻辑电路使用的单电源，一般为5V或者3.3V，也包含了为了高精度励磁电路5及有源精密整流电路7，高精度放大电路 8使用的对称的正负双电源。为了达到更高的频率响应范围和更高的精度，可以采用钴基纳米晶材料作为磁芯的新型电流传感器4，在电流传感器4 上绕有两个绕组即第一绕组A及第二绕组B。第一绕组A的作用是对磁芯进行励磁，并将通过线圈的主供电回路的剩余电流变成电压信号，传输到后续电路。绕组B的作用是模拟故障电流产生，从而测试整个电路功能是否正常。高精度励磁电路5，通过工作与线性放大区间的电流放大器进行供电，励磁电压波形为低畸变的方波。第一绕组A通过励磁后，会产生随着主回路剩余电流而变化的电压信号。此电压信号输入到低通滤波电路 6，滤除额外的高频信号，然后输出到有源精密整流电路7。有源精密整流电路7，实现了将输入的交流信号整流成的直流信号，即使很小的电流也可以被检测到，相对于传统的桥式整流电路等，不受二极管压降的影响。高精度放大电路8，将整流后的信号，放大到高精度A/D转换电路9所需要的合适的电压，最大程度地利用AD转换电路的采样范围。高精度A/D 转换电路9将采集到的信号转换成数字量，送入MCU10进行计算，并采用滤波算法，在满足精度的前提下，提高装置的响应速度。通过以上手段，保证了高精度。

继续参见图1，由于大型医疗设备的特殊要求，检测装置的软硬件都要达到相应的医疗标准(例如IEC60601)和行业标准。在MCU10上使用了软件看门狗电路，同时在MCU10外面还使用了硬件看门狗电路15，在软件跑飞的时候，可以及时复位装置。关于自检功能，在软硬件设计上采用了自检驱动电路11、自检触发电路12，在设备掉电的时候，通过MCU10 发出自检指令，自动检测设备的功能。具体的实现上，通过自检驱动电路 11驱动第二绕组B模拟报警和故障电流，然后通过第一绕组A及其后续电路检测设备的输入的采样值，是否和设定的模拟故障电流一致。如果一致，通过自检，反之报错。输出电路需要满足2个MOOP(MeanOf Operator Protection)的要求，体现在设计上要求满足相应的隔离的要求，报错输出电路14和报警输出电路17在设计上都采用了满足标准的继电器，并且在电路板布线的时候也满足隔离距离的要求。同时在设计上还考虑了复位及状态显示电路16，便于客户服务人员一目了然的获知装置的状态信息。通过以上手段，保障了高可靠性和安全性。

继续参见图1，关于远程自检功能，可以通过系统控制板21输出远程触发信号给到远程自检触发电路13，然后通过自检驱动电路11驱动第二绕组B，实现远程自检功能。MCU10的通讯端口，通过实时通讯协议 (RS232、CAN等)和系统控制板21进行通讯，可以对设备检测到的剩余电流系统控制板，从而上传服务器，在远程的服务部门可以主动得知设备是否有潜在的故障，可以提前预测问题，避免客户因此故障停机，造成医疗事故。此外，在本实施例中，将传感器和控制电路设计在一起，结构紧凑，避免了信号传输线带来的额外干扰，降低了成本。

根据本公开提出的方案，至少具有如下特点：

1)高精度；

2)高可靠性和安全性，满足大型医疗设备的安全要求；

3)完善的自检和远程通讯功能；

4)一体化设计。

在本公开中，使用的方位词如“上、下、左、右”，仅仅是图示示例性的相对方向，并不代表使用状态下重力方向。此外，本公开所使用的术语“第一”、“第二”等是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本公开相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

以上所述仅为本公开的较佳实施例而已，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)

1.一种剩余电流检测装置，用于检测电源线的剩余电流，其特征在于，包括：

电流感应线圈，具有磁芯，所述磁芯由所述电源线穿过；

第一绕组，所述第一绕组绕制于所述磁芯；

励磁电路，所述励磁电路的输出端和所述第一绕组连接，所述励磁电路产生励磁电信号，并传输给所述第一绕组；

电流电压转换电路，所述电流电压转换电路的输入端和所述第一绕组连接，用于将所述剩余电流转换成电压信号；

其中，所述电流电压转换电路包括滤波器，用于去除所述励磁电信号频率的信号。

2.根据权利要求1所述的剩余电流检测装置，所述剩余电流检测装置还包括：

第二绕组，所述第二绕组绕制于所述磁芯；

自检信号产生电路，其输出端和所述第二绕组连接，用于产生自检信号。

3.根据权利要求1所述的剩余电流检测装置，其中所述电流电压转换电路包括：

所述滤波器，所述滤波器是低通滤波器，输入端和所述第一绕组连接；

整流电路，所述整流电路的输入端和所述滤波器的输出端连接，把交流信号转化为直流信号；

放大电路，所述放大电路的输入端和所述整流电路的输出端连接，用于对所述整流电路输出的直流信号进行放大；

模数转换电路，所述模数转换电路的输入端和所述放大电路的输出端连接，用于对所述放大电路输出的信号进行模数转换，并输出电压数字信号。

4.根据权利要求2所述的剩余电流检测装置，所述自检信号产生电路包括：

自检触发电路，用于产生自检触发信号；

自检驱动电路，其输入端连接所述自检触发电路，接收所述自检触发电路的自检触发信号，并输出自检信号给所述第二绕组。

5.根据权利要求2所述的剩余电流检测装置，所述剩余电流检测装置还包括控制处理器件，所述控制处理器件和所述励磁电路、所述电流电压转换电路和所述自检信号产生电路连接。

6.根据权利要求5所述的剩余电流检测装置，所述剩余电流检测装置还包括报错输出电路，所述报错输出电路和所述控制处理器件连接。

7.根据权利要求5所述的剩余电流检测装置，还包括看门狗电路、复位及状态显示电路和报警输出电路，所述看门狗电路、复位及状态显示电路和报警输出电路分别与所述控制处理器件连接。

8.一种医疗系统，其特征在于，包括：

权利要求1-7任一项所述的剩余电流检测装置；

医疗设备，其中，所述医疗设备包括：

系统主电源，所述电源线用于给所述系统主电源供电，所述系统主电源用于给医疗设备的各子部件供电；

系统主电源控制开关，所述系统主电源控制开关的输入端连接所述系统主电源，输出端连接所述各子部件。

9.根据权利要求8所述的医疗系统，其中所述医疗设备还包括系统控制板，所述系统控制板连接所述剩余电流检测装置。

10.根据权利要求8所述的医疗系统，所述医疗设备包括交流/直流电源变换器，所述剩余电流检测装置包括电源滤波电路和电源产生电路，其中：

所述交流/直流电源变换器的输入端连接所述系统主电源，输出端连接所述电源滤波电路；

所述电源滤波电路输入端和所述交流/直流电源变换器连接，输出端和所述电源产生电路连接；

所述电源产生电路的输入端和所述电源滤波电路连接，输出端用于给剩余电流检测装置的各需供电的部件供电。

Images