CN113625043B - 一种有源和无源融合检测的馈电状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有源和无源融合检测的馈电状态检测方法，属于电子技术领域。将IN1、IN2两端作为输入信号，均为1500V以下的交流电压的有源信号，或为只有通/断状态的无源触点信号；运放A1和A2型号相同，光耦U1、U2、U3型号相同，MCU为单片机，双向瞬态抑制二极管TVS1～TVS4型号相同，分别保护直流电源VDC和运放A1、A2。本发明提出通过检测矿用馈电开关辅助触点的通断状态间接检测煤矿井下动力设备是否有电的无源检测方法的同时，在一台传感器内同时融合了有源检测方法和无源检测方法，使一台传感器能适用于煤矿井下全部电压等级。

Description

一种有源和无源融合检测的馈电状态检测方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种有源和无源融合检测的馈电状态检测方法。

背景技术

当煤矿井下瓦斯浓度超过规定值或停风时，关联区域的动力设备必须立即停电。这是煤矿瓦斯监控***的基本功能，因此检测煤矿井下动力设备的馈电状态成为必要。

煤矿井下动力设备的电源往往通过隔爆型馈电开关提供，即馈电开关输出端有电或无电可以代表对应的动力设备有电或无电。同理，控制馈电开关闭合或关断即可控制动力设备上电或断电。某一区域的动力设备的馈电开关一般也集中布置与与该区域临近的配电硐室内，通过检测馈电开关输出端有电或无电的方法具有配线少和便于操作等优势，是目前煤矿井下普遍采用的方式。

关于馈电状态检测，现在普遍采用的是检测馈电开关输出端电压的方式(有源检测方式)和馈电开关辅助触点的通断状态的方式(无源检测方式)。其中有源检测方式一般适用于1140V及以下电压等级如660V、380V、127V等。无源检测方法则用于3300V及以上电压等级如6KV、10KV等。这是因为高压电器存在诸多安全防护规定，不方便采用低成本方案直接测量电压，转而检测高压馈电开关的辅助触点的通断状态，间接判定馈电开关是否已对动力设备供电。

经查询，关于煤矿井下馈电状态检测方面的现有专利技术只有关于有源检测方法的少数几个专利，没有关于无源检测方法的专利技术。很显然，现有技术将有源检测和无源检测两种方法割裂开来，在两个不同的传感器上分别实现，这给实际应用带来了一定程度的困扰。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有源和无源融合检测的馈电状态检测方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种有源和无源融合检测的馈电状态检测方法，将IN1、IN2两端作为输入信号，均为1500V以下的交流电压的有源信号，或为只有通/断状态的无源触点信号；

电阻R2＝R4＝R5＝R7＝R10＝R12；

电阻R1＝R3、R6＝R11、R8＜R13；

电阻R9＝R14为比R1阻值更小的电阻；

运放A1和A2型号相同，光耦U1、U2、U3型号相同，MCU为单片机，双向瞬态抑制二极管TVS1～TVS4型号相同，分别保护直流电源VDC和运放A1、A2；

选择接入有源电压信号时，光耦U1被单片机MCU控制为导通状态，即±12V电源电压在进入检测电路前被短接，被测信号进入检测电路；该检测电路将被测信号通过分压电阻(R5、R6)进行降压处理后进入运算放大器构成差分放大电路，同时通过电阻R8形成负反馈，增大差模增益，减少共模干扰；当IN1、IN2两端有电压且高于100V时，运放A1输出高电平，光耦U2导通，送入单片机MCU的有源检测信号为低电平；当IN1、IN2两端无电压或电压低于50V时，运放A1输出低电平，光耦U2截止，送入单片机MCU的有源检测信号为高电平；

选择接入无源触点信号时，光耦U1被单片机MCU控制为截止状态，即±12V电源电压进入检测电路；+12V通过电阻R1、R2、R10和R11组成的分压电路接入运放A2的+参考端，-12V接入运放A2的-参考端；当IN1、IN2两端断开时，运放A2输出高电平，光耦U3导通，送入单片机MCU的有源检测信号为低电平；当IN1、IN2两端接通时，由于运放A2的+、-参考端被短接，压差为零，运放A2输出低电平，光耦U3截止，送入单片机MCU的有源检测信号为高电平。

可选的，所述电路中电阻R2、R4、R5、R7、R10和R12，均为兆欧级电阻；

电阻R1、R3、R6、R11、R8和R13，均为千欧级电阻；

电阻R9和R14为千欧级电阻。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提出通过检测矿用馈电开关辅助触点的通断状态间接检测煤矿井下动力设备是否有电的无源检测方法的同时，在一台传感器内同时融合了有源检测方法和无源检测方法，使一台传感器能适用于煤矿井下全部电压等级。

(2)在本发明中，面对煤矿井下从低压到高压的多种电压等级，无需选择不同的馈电传感器，使馈电状态传感器选型简便；由于型号单一，备品备件库存量也会显著降低。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为有源和无源融合检测的馈电状态检测方法原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示。IN1、IN2两端为输入信号，该信号可以是1500V以下的交流电压(有源信号)，也可以是只有通/断状态的无源触点信号。电路中电阻R2＝R4＝R5＝R7＝R10＝R12且阻值很大为兆欧级；电阻R1＝R3、R6＝R11、R8＜R13且阻值较小为千欧级；R9＝R14为阻值更小的千欧级电阻。运放A1和A2型号相同，光耦U1、U2、U3型号相同，MCU为单片机，双向瞬态抑制二极管TVS1～TVS4型号相同，它们分别保护直流电源VDC和运放A1、A2。

选择接入有源电压信号时，光耦U1被单片机MCU控制为导通状态，即±12V电源电压在进入检测电路前被短接，被测信号进入检测电路。该检测电路将被测信号通过分压电阻(R5、R6)进行降压处理后进入运算放大器构成差分放大电路，同时通过电阻R8形成负反馈，增大差模增益，减少共模干扰。当IN1、IN2两端有电压且较高(高于100V)时，运放A1输出高电平，光耦U2导通，送入单片机MCU的有源检测信号为低电平；当IN1、IN2两端无电压或电压较低(低于50V)时，运放A1输出低电平，光耦U2截止，送入单片机MCU的有源检测信号为高电平。

选择接入无源触点信号时，光耦U1被单片机MCU控制为截止状态，即±12V电源电压进入检测电路。+12V通过电阻R1、R2、R10和R11组成的分压电路接入运放A2的+参考端，-12V接入运放A2的-参考端。当IN1、IN2两端断开时，运放A2输出高电平，光耦U3导通，送入单片机MCU的有源检测信号为低电平；当IN1、IN2两端接通时，由于运放A2的+、-参考端被短接，压差为零，运放A2输出低电平，光耦U3截止，送入单片机MCU的有源检测信号为高电平。

如图1所示，其实无论IN1、IN2两端是有源电压信号还是无源触点信号，A1和A2两条检测回路都处于工作状态，只是因为R8＜R13，两个检测回路的放大倍数不一样，即A1检测回路为低放大倍数而A2检测回路为高放大倍数，使两个回路在分别接入有源信号和无源信号时输出不同的高低电平信号。具体工作状态见表1。

表1融合检测回路工作状态表

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种有源和无源融合检测的馈电状态检测方法，其特征在于：将IN1、IN2两端作为输入信号，均为1500V以下的交流电压的有源信号，或为只有通/断状态的无源触点信号；

运放A1和A2型号相同，光耦U1、U2、U3型号相同，MCU为单片机，双向瞬态抑制二极管TVS1~TVS4型号相同，分别保护直流电源VDC和运放A1、A2；

选择接入有源电压信号时，光耦U1被单片机MCU控制为导通状态，即±12V电源电压在进入检测电路前被短接，被测信号进入检测电路；该检测电路将被测信号通过分压电阻R5和R6进行降压处理后进入运算放大器构成差分放大电路，同时通过电阻R8形成负反馈，增大差模增益，减少共模干扰；当IN1、IN2两端有电压且高于100V时，运放A1输出高电平，光耦U2导通，送入单片机MCU的有源检测信号为低电平；当IN1、IN2两端无电压或电压低于50V时，运放A1输出低电平，光耦U2截止，送入单片机MCU的有源检测信号为高电平；

选择接入无源触点信号时，光耦U1被单片机MCU控制为截止状态，即±12V电源电压进入检测电路；+12V通过电阻R1、R2、R10和R11组成的分压电路接入运放A2的+参考端，-12V接入运放A2的-参考端；当IN1、IN2两端断开时，运放A2输出高电平，光耦U3导通，送入单片机MCU的有源检测信号为低电平；当IN1、IN2两端接通时，由于运放A2的+、-参考端被短接，压差为零，运放A2输出低电平，光耦U3截止，送入单片机MCU的有源检测信号为高电平；

上述电路中电阻R2、R4、R5、R7、R10和R12，均为兆欧级电阻；

电阻R1、R3、R6、R11、R8和R13，均为千欧级电阻；

电阻R9和R14为千欧级电阻；

电阻R2=R4=R5=R7=R10=R12；

电阻R1=R3、R6=R11、R8＜R13；

电阻R9=R14＜R1；

IN1、IN2两端被测信号为有源电压信号时：

被测信号状态为高电压，有源检测信号U2输出为低电平，无源检测信号U3输出为低电平，馈电状态为有电；

被测信号状态为低电压，有源检测信号U2输出为高电平，无源检测信号U3输出为低电平，馈电状态为无电；

被测信号状态为零电压，有源检测信号U2输出为高电平，无源检测信号U3输出为高电平，馈电状态为无电；

IN1、IN2两端被测信号为无源触点信号时：

被测信号状态为接通，有源检测信号U2输出为高电平，无源检测信号U3输出为高电平，馈电状态为有电；

被测信号状态为断开，有源检测信号U2输出为高电平，无源检测信号U3输出为低电平，馈电状态为无电。