報警電流值可設的雙色故障指示器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種報警電流值可設的雙色故障指示器，包括報警電流設定開關和按信號傳遞方向依次電連接的電流感應元件、信號調理電路、處理單元和光信號發生電路，處理單元包括：A/D轉換器，用于對信號調理電路輸出的電壓信號進行數字化；比較器，用于對所述電壓信號進行比較，判斷其是否超出設定的喚醒閾值，如超出喚醒閾值，觸發喚醒CPU；CPU，用于控制A/D轉換器工作，對A/D轉換器的數字化結果進行計算，如判斷為故障則發出故障指示控制信號，該控制信號觸發光信號發生電路發出光信號進行報警指示。本發明具有高精度、低功耗、報警電流值可多檔位精確設定、多輸出模式的LED指示特點，用戶可根據線路負荷電流水平實現靈活設置。
【專利說明】報警電流值可設的雙色故障指示器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電氣故障指示器，特別涉及一種報警電流值可設定的故障指示器。
【背景技術】
[0002]電氣系統中通常采用故障指示器對系統配電網線路中發生的短路、接地、斷路等電氣故障進行檢測并給出報警指示，一般是通過電流傳感器檢測線路的電流值，當被檢測線路的電流值在非正常范圍時即發出報警指示。如圖1所示，現有技術下的電流傳感器多是模擬量電流傳感器，報警閾值在模擬觸發電路中設置，該閾值與接入電路中的電阻阻值相對應，通常采用電位器充當電阻同時實現阻值可調，從而改變報警閾值，但這種調節很難把握調節后電位器接入電路的電阻阻值是否是真正想要設定的值，致使報警閾值調節準確度和精度都比較低，容易導致該報警的情況下沒有報警以及不該報警時誤報警。
【發明內容】
[0003]為了克服現有技術的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種報警電流值可設的雙色故障指示器，該故障指示器的報警電流值具有多種檔位，且每個檔位可以精確定位，用戶可根據線路負荷電流水平實現靈活設置。
[0004]本發明的技術方案是:一種報警電流值可設的雙色故障指示器，包括:電流感應元件，用于感應被測線路上的電流，即獲取被測電流信號；信號調理電路，用于將所述被測電流信號轉換成幅值為正的電壓信號；處理單元，用于對調理后的電壓信號進行比較，判斷是否超過設定的喚醒閾值，如超過喚醒閾值，則對所述電壓信號進行采樣和計算，然后進行故障判斷，如果判斷為故障，則發出故障指示控制信號；光信號發生電路，用于當接收到所述故障指示控制信號時發出光信號；報警電流設定開關，用于以編碼方式進行報警電流值的設定，所述喚醒閾值的大小取決于所述報警電流值的大小；
其中，所述處理單元包括:A/D轉換器，用于對所述電壓信號進行數字化；比較器，用于對所述電壓信號進行比較，判斷其是否超出設定的所述喚醒閾值，如超出所述喚醒閾值，觸發喚醒CPU ;CPU，用于控制所述A/D轉換器工作，對所述A/D轉換器的數字化結果進行計算，判斷是否為故障，是則發出所述故障指示控制信號。
[0005]所述處理單元的優選工作方式為:當所述比較器喚醒所述CPU，所述比較器對所述電壓信號的比較停止，所述CPU控制所述A/D轉換器對所述電壓信號進行采樣，并進行采樣波形有效值的計算，在預設時間段內當判斷所述電壓信號的采樣波形的有效值不超過報警閾值，則所述CPU進入休眠狀態，所述比較器再次啟動對所述電壓信號的比較；在預設時間段內一旦判斷所述電壓信號的采樣波形的有效值超過所述報警閾值，則所述CPU發出所述故障指示控制信號，所述報警閾值的大小取決于所述報警電流值的大小。
[0006]所述光信號發生電路可以經光纖、面板單元與指示燈連接，所述面板單元可以包括按信號傳遞方向依次電連接的光信號檢測電路、中央處理單元和LED驅動電路，所述指示燈可包括兩組顏色不同的LED指示燈，該兩組LED指示燈對應于所述LED驅動電路的相互獨立的兩路輸出。
[0007]所述面板單元還可以設有繼電器驅動電路，所述繼電器驅動電路的輸入端連接所述中央處理單元。
[0008]所述面板單元還可以包括輸入單元和輸入檢測電路，所述輸入單元的輸出連接所述輸入檢測電路，所述輸入檢測電路的輸出接入所述中央處理單元，所述輸入單元可包括自檢輸入單元和/或復位輸入單元，所述輸入單元的輸入裝置可以為按鍵和/或遠程輸入端子。
[0009]對前述任意一種所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，所述中央處理單元判斷出線路故障時，向所述LED驅動電路發出使其中一組LED指示燈點亮的控制信號；所述中央處理單元判斷出面板處于自檢狀態時，向所述LED驅動電路發出使另一組LED指示燈點亮的控制信號。
[0010]對前述任意一種所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，所述報警電流設定開關優選采用撥碼開關。
[0011]對前述任意一種所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，所述喚醒閾值低于所述報警閾值，優選為所述報警閾值的90-99%。
[0012]對前述任意一種所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，所述信號調理電路優選包括采樣電阻、直流分壓電阻網絡和同相放大器電路，所述直流分壓電阻網絡包括由第一電阻、第二電阻和第三電阻連接而成的T形支路，所述T形支路的三個對外接點按照各自所屬分支路上的電阻的順序分別命名為第一接點、第二接點和第三接點，所述第一接點連接直流電源的正極端，所述第二接點接地，所述第三接點連接所述同相放大器電路的同相輸入端，所述采樣電阻的一端接地、另一端連接所述同相放大器電路的同相輸入端，所述電流感應元件的兩輸出端分別連接所述采樣電阻的兩端。
[0013]所述信號調理電路還可以包括隔離電阻，所述隔離電阻設置在所述采樣電阻與所述同相放大器電路的同相輸入端之間的連接線路上。
[0014]本發明的有益效果為:由于采用報警電流設定開關，特別是撥碼開關，實現了報警電流值的多檔位設定，由此，用戶可根據線路負荷電流水平對報警電流值進行靈活設置；由于設置了兩種不同輸出模式的LED指示功能，極大地方便了相關人員進行自檢模式和報警模式的區分；由于采用基于數字處理的處理單元，并結合相配套的信號調理電路，組成了數字式的電流傳感器，相比于傳統的基于模擬電路實現的傳感器，不僅報警電流可以靈活設置，調試過程更加簡單、可靠，而且由于采樣顯著提高了檢測精度，因此使對故障電流的判斷精度得到顯著提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是現有技術下電流傳感器的原理框圖；
圖2是本發明的電流傳感器的原理框圖；
圖3是本發明的故障指示器的原理框圖；
圖4是本發明的信號調理電路的電路原理圖。【具體實施方式】
[0016]本發明公開了一種報警電流值可設的雙色故障指示器，參見圖2，包括:電流感應元件，用于感應被測線路上的電流，將之轉換成小幅值的電流信號，即獲取被測電流信號；信號調理電路，用于將所述被測電流信號轉換成幅值為正的電壓信號；處理單元，用于對調理后的電壓信號進行比較，判斷是否超過設定的喚醒閾值，如超過喚醒閾值，則對所述電壓信號進行采樣和計算，然后進行故障判斷，如果判斷為故障，則發出故障指示控制信號；光信號發生電路，用于產生一定脈寬的可見光輸出，以實現報警指示，所述光信號發生電路的觸發信號是所述故障指示控制信號；報警電流設定開關，用于以編碼方式進行報警電流值的設定，優選采用撥碼開關。所述喚醒閾值的大小取決于所述報警電流值的大小。所述電流感應元件、信號調理電路、處理單元、光信號發生電路和報警電流設定開關組成了數字式的電流傳感器，也相當于一個故障指示器，報警電流設定開關固定在該電流傳感器的外殼上。該電流傳感器檢測電力線路的電流，當電流超過設定的報警門檻條件后，產生光信號作為報警指示。
[0017]其中，所述處理單元包括:A/D轉換器，用于對所述電壓信號進行數字化；比較器，用于對所述電壓信號進行比較，判斷其是否超出設定的所述喚醒閾值，如超出所述喚醒閾值，觸發喚醒CPU ;CPU，用于控制所述A/D轉換器工作，對所述A/D轉換器的數字化結果進行計算，判斷被測線路是否存在故障，是則發出所述故障指示控制信號。所述CPU還用于將所述報警電流設定開關的輸出轉換成所述喚醒閾值和報警閾值。所述處理單元既可以是具有較高集成度的單一芯片，也可以是多個各自獨立的不同功能芯片的電路連接組合。
[0018]所述處理單元的優選工作方式為:常態下，所述比較器對調理后的所述電壓信號進行比較，一旦判斷所述電壓信號超過喚醒閾值，所述比較器喚醒所述CPU，所述比較器對所述電壓信號的比較停止，所述CPU控制所述A/D轉換器對所述電壓信號進行微秒級采樣，作為顯著提高檢測和報警精度的基礎，CPU對采樣結果進行計算(如可計算瞬時值，也可計算一段時間內的均值)，計算結果簡稱為計算值，作為優選方式，對采樣結果進行的計算是計算采樣波形的有效值，相應地，所述計算值則可稱為采樣波形的有效值。在預設時間段內當判斷所述計算值不超過報警閾值，則所述CPU進入休眠狀態，所述比較器再次啟動對所述電壓信號的比較；在預設時間段內一旦判斷所述計算值超過所述報警閾值，則所述CPU發出所述故障指示控制信號。所述報警閾值的大小取決于所述報警電流值的大小。
[0019]用戶根據預先設置好的報警電流值與編碼之間的對應關系，通過所述報警電流設定開關設置與所選定的報警電流值相對應的編碼，由于對于已存在的電流傳感器，其電路的物理結構和相應參數(如變流器的變比、同相放大器電路的放大倍數等)已經確定，因此，報警閾值與報警電流值之間存在確定的、且通過計算已知的對應關系，也即設定某一編碼即可對應某個報警閾值，并且，為了實現所述比較器對所述CPU的提前喚醒，本發明將所述喚醒閾值設置成低于所述報警閾值，優選為所述報警閾值的90-99%。喚醒后再轉由CPU控制A/D轉換器進行采樣，由CPU完成計算和判斷，由于A/D轉換器的精度遠遠高于比較器，因此相比于采用比較器進行故障判斷的傳統電流傳感器來說，判斷精度得到極大幅度的提高，同時由于CPU被喚醒后才進行高精度的采樣、比較，因此還能滿足低功耗要求。
[0020]如圖4所示，所述信號調理電路包括采樣電阻R3、直流分壓電阻網絡和同相放大器電路(包括運放U1、反饋電阻R1、輸入電阻R6、單電源Vcc)，所述直流分壓電阻網絡包括由第一電阻R4、第二電阻R8和第三電阻R7連接而成的T形支路，所述T形支路的三個對外接點按照各自所屬分支路上的電阻的順序分別命名為第一接點、第二接點和第三接點，所述第一接點連接直流電源Vcc的正極端,所述第二接點接地,所述第三接點連接所述同相放大器電路的同相輸入端，所述采樣電阻的一端接地、另一端連接所述同相放大器電路的同相輸入端。所述電流感應元件的兩輸出端分別連接所述采樣電阻的兩端(對應圖4中所述信號調理電路的兩個輸入端IN+、IN-)。所述采樣電阻用于電流采樣，將電流交流信號轉換成電壓交流信號；所述同相放大器電路用于調節輸出給處理單元的電壓信號的幅值；通過電阻網絡和運放將采樣電壓進行線性變換和直流分量疊加，使之成為幅值為正的信號，以便處理單元處理。所述信號調理電路還可以包括隔離電阻R5，所述隔離電阻設置在所述采樣電阻與所述同相放大器電路的同相輸入端之間的連接線路上，R5阻值較大，用于防止沖擊損壞運放。所述同相放大器電路的輸出VSAMP即為所述電壓信號。
[0021]本發明采用上述數字式電流傳感器，相比于現有技術下采用整流橋和采樣電容方案的電流傳感器，由于避開了受溫度影響的不可控的整流橋壓降，進一步提高了檢測精度。
[0022]如圖3所示，所述報警電流值可設的雙色故障指示器還可以包括面板單元和一盞或若干盞指示燈，所述光信號發生電路可以經由光纖、面板單元與指示燈連接，所述面板單元可以包括按信號傳遞方向依次電連接的光信號檢測電路、中央處理單元和LED驅動電路。當采用若干盞所述指示燈時，優選采用兩組顏色不同的LED指示燈，該兩組LED指示燈分別對應連接于所述LED驅動電路的相互獨立的兩路輸出。所述面板單元還可以設有繼電器驅動電路，所述繼電器驅動電路的輸入端連接所述中央處理單元。所述面板單元還可以包括輸入單元和輸入檢測電路，所述輸入單元的輸出連接所述輸入檢測電路，所述輸入檢測電路的輸出接入所述中央處理單元，所述輸入單元可包括自檢輸入單元和/或復位輸入單元，所述輸入單元的輸入裝置可以為按鍵和/或遠程輸入端子，輸入檢測電路檢測面板的按鍵動作和/或遠程輸入端子的遠方輸入信號，并將信號傳送至中央處理單元，實現故障指示器的自檢或復位功能。
[0023]所述光信號發生電路的可見光輸出通過光纖傳輸到面板單元的光信號檢測電路，光信號檢測電路對輸入的光信號進行光電轉換成電壓信號后輸入至中央處理單兀。由前文可知，當電流傳感器的所述處理單元判斷所述計算值超過所述報警閾值時，其CPU將控制所述光信號發生電路發出光信號報警，而該光信號經所述光纖傳輸到面板單元，又被所述光信號檢測電路檢測到并轉換成電壓信號后輸入至中央處理單元，因此，當所述中央處理單元接收到來自所述光信號檢測電路的具有一定幅值的電壓信號時，意味著被檢測線路發生了故障(即相當于所述中央處理單元判斷出線路故障)，則所述中央處理單元向所述LED驅動電路發出使其中一組LED指示燈點亮的控制信號，同時也可根據程序設定向所述繼電器驅動電路發出控制繼電器動作的控制信號，繼電器驅動電路接收來自中央處理單元的控制信號，執行相應的置位或復位動作；當所述中央處理單元判斷出面板處于自檢狀態時，向所述LED驅動電路發出使另一組LED指示燈點亮的控制信號，每一組LED指示燈可以是一盞或多盞，何時進入自檢狀態可以由用戶通過自檢輸入單元輸入來控制，也可以由預設程序進行自動控制。
[0024]本實施例中，兩組LED指示燈可以是紅色組LED指示燈和綠色組LED指示燈，當所述中央處理單元判斷出線路故障時，所述LED驅動電路向紅色組LED指示燈發出點亮指示信號；當所述中央處理單元判斷出面板單元處于自檢狀態時，LED驅動電路向綠色組LED指示燈發出點亮指示信號。
【權利要求】
1.一種報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于包括: 電流感應元件，用于感應被測線路上的電流，即獲取被測電流信號； 信號調理電路，用于將所述被測電流信號轉換成幅值為正的電壓信號； 處理單元，用于對調理后的電壓信號進行比較，判斷是否超過設定的喚醒閾值，如超過喚醒閾值，則對所述電壓信號進行采樣和計算，然后進行故障判斷，如果判斷為故障，則發出故障指示控制信號； 光信號發生電路，用于當接收到所述故障指示控制信號時發出光信號； 報警電流設定開關，用于以編碼方式進行報警電流值的設定，所述喚醒閾值的大小取決于所述報警電流值的大小； 其中，所述處理單元包括: A/D轉換器，用于對所述電壓信號進行數字化； 比較器，用于對所述電壓信號進行比較，判斷其是否超出設定的所述喚醒閾值，如超出所述喚醒閾值，觸發喚醒CPU ； CPU，用于控制所述A/D轉換器工作，對所述A/D轉換器的數字化結果進行計算，判斷是否為故障，是則發出所述故障指示控制信號。
2.如權利要求1所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述處理單元的工作方式為:當所述比較器喚醒所述CPU，所述比較器對所述電壓信號的比較停止，所述CPU控制所述A/D轉換器對所述電壓信號進行采樣，并進行采樣波形有效值的計算，在預設時間段內當判斷所述電壓信號的采樣波形的有效值不超過報警閾值，則所述CPU進入休眠狀態，所述比較器再次啟動對所述電壓信號的比較；在預設時間段內一旦判斷所述電壓信號的采樣波形的有效值超過所述報警閾值，則所述CPU發出所述故障指示控制信號，所述報警閾值的大小取決于所述報警電流值的大小。
3.如權利要求2所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述光信號發生電路經光纖、面板單元與指示燈連接，所述面板單元包括按信號傳遞方向依次電連接的光信號檢測電路、中央處理單元和LED驅動電路，所述指示燈包括兩組顏色不同的LED指示燈，該兩組LED指示燈對應于所述LED驅動電路的相互獨立的兩路輸出。
4.如權利要求3所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述面板單元還設有繼電器驅動電路，所述繼電器驅動電路的輸入端連接所述中央處理單元。
5.如權利要求4所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述面板單元還包括輸入單元和輸入檢測電路，所述輸入單元的輸出連接所述輸入檢測電路，所述輸入檢測電路的輸出接入所述中央處理單元，所述輸入單元包括自檢輸入單元和/或復位輸入單元，所述輸入單元的輸入裝置為按鍵和/或遠程輸入端子。
6.如權利要求3、4或5所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述中央處理單元判斷出線路故障時，向所述LED驅動電路發出使其中一組LED指示燈點亮的控制信號；所述中央處理單元判斷出面板處于自檢狀態時，向所述LED驅動電路發出使另一組LED指示燈點亮的控制信號。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述報警電流設定開關采用撥碼開關。
8.如權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述喚醒閾值低于所述報警閾值。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述信號調理電路包括采樣電阻、直流分壓電阻網絡和同相放大器電路，所述直流分壓電阻網絡包括由第一電阻、第二電阻和第三電阻連接而成的T形支路，所述T形支路的三個對外接點按照各自所屬分支路上的電阻的順序分別命名為第一接點、第二接點和第三接點，所述第一接點連接直流電源的正極端，所述第二接點接地，所述第三接點連接所述同相放大器電路的同相輸入端，所述采樣電阻的一端接地、另一端連接所述同相放大器電路的同相輸入端，所述電流感應元件的兩輸出端分別連接所述采樣電阻的兩端。
10.如權利要求9所述的報警電流值可設的雙色故障指示器，其特征在于所述信號調理電路還包括隔離電阻，所述隔離電阻設置在所述采樣電阻與所述同相放大器電路的同相輸入端之間的連接線路上。
【文檔編號】G01R31/02GK103713238SQ201410013660
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】武建輝, 高世佳, 陳未遠, 劉顯峰 申請人:北京恒源利通電力技術有限公司