用于防爆电气设备的触摸按钮装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于防爆电气设备的触摸按钮装置，内部形成有容置空腔的隔爆外壳；触摸传感器，包括接地金属板、设置在所述接地金属板上的金属感应键，以及设置在接地金属板和金属感应键之间的绝缘介质层，所述接地金属板设置于所述隔爆外壳的内表面；以及与所述触摸屏传感器连接的控制电路板，设置于隔爆外壳内部，所述控制电路板的输出接口与防爆电气设备的控制系统电连接。本发明通过触摸传感器检测感应体的接近，使操作人员能够在隔爆外壳外面实现对隔爆壳内电气设备的控制。触摸按钮装置结构简单，性能可靠，不需要在隔爆外壳上开孔，从而提供一种结构简单且安全性能高的用于防爆电气设备的触摸按钮装置。
【专利说明】用于防爆电气设备的触摸按钮装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及防爆设备技术，尤其涉及一种用于防爆电气设备的触摸按钮装置。
【背景技术】
[0002]随着煤矿现代化矿井的建设，越来越多的电气设备被用于煤矿井下。而这些井下作业的电气设备必须具有防爆功能。为了控制这些防爆设备，现有技术是通过在隔爆外壳上安装机械按钮装置来实现。
[0003]图1为现有技术中用于防爆电气设备的按钮装置的结构示意图，如图所示，该按钮装置包括机械按钮12、按钮杆13以及铜套14，在电气设备的隔爆壳体11上开设通孔，按钮装置穿设在该通孔中，其中，按钮杆13—端位于隔爆壳体11的内部，并压于被操纵电气设备的按钮上(图中未标出电气设备)，按钮杆13的另一端位于隔爆外壳外部，并外套有机械按钮12。利用机械按钮12操纵按钮杆13来触发隔爆箱内电气设备上的按钮。
[0004]现有这种按钮装置的缺陷在于:结构复杂，体积大；按钮杆在长时间的使用后与铜套之间的间隙因磨损而变大，是造成具有防爆按钮电气设备失爆的重要原因，成为隔爆型设备潜在的安全隐患。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的上述问题，本发明提供一种用于防爆电气设备的触摸按钮装置，以解决现有技术中的上述不足。
[0006]本发明提供的一种用于防爆电气设备的触摸按钮装置，包括:
[0007]内部形成有容置空腔的隔爆外壳；
[0008]触摸传感器，包括接地金属板、设置在所述接地金属板上的金属感应键，以及设置在接地金属板和金属感应键之间的绝缘介质层，所述接地金属板设置于所述隔爆外壳的内表面，且所述金属感应键朝向所述隔爆外壳外侧；以及
[0009]与所述触摸屏传感器连接的控制电路板，设置于隔爆外壳内部，所述控制电路板的输出接口与防爆电气设备的控制系统电连接；
[0010]其中，与触摸传感器对应部位的隔爆外壳为非金属外壳。
[0011]上述的触摸按钮装置，所述控制电路板包括比较器，所述金属感应键与所述比较器的输入端电连接，所述比较器的输出端与所述输出接口电连接。
[0012]上述的触摸按钮装置，所述控制电路板包括至少两个所述比较器，至少两个输出接口以及一编码器，所述编码器具有与所述比较器数量相对应的输入端口以及至少两个输出端口 ；各所述比较器的输出端分别与所述编码器的各输入端口电连接，所述编码器的各输出端口分别与对应的所述输出接口电连接。
[0013]上述的触摸按钮装置，所述金属感应键嵌于所述接地金属板上，且所述金属感应键外围与所述安装孔之间设置有所述绝缘介质层。
[0014]上述的触摸按钮装置，所述金属感应键为圆形、方形或三角形。[0015]上述的触摸按钮装置，所述触摸传感器通过绝缘胶膜贴于隔爆外壳的非金属外壳内表面上。
[0016]上述的触摸按钮装置，所述非金属外壳为透明件。
[0017]上述的触摸按钮装置，所述透明件为钢化玻璃板。
[0018]上述的触摸按钮装置，所述钢化玻璃板通过压板紧压于隔爆外壳的内表面上。
[0019]本发明提供的用于防爆电气设备的触摸按钮装置，通过触摸传感器检测感应体的接近，使操作人员能够在隔爆外壳外实现对壳内电气设备的控制。触摸按钮装置结构简单，性能可靠，不需要在隔爆外壳上开孔，从而提供一种结构简单且安全性能高的用于防爆电气设备的按钮装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为现有技术中用于防爆电气设备的按钮装置的结构示意图；
[0022]图2为本发明所述用于防爆电气设备的触摸按钮装置实施例的结构示意图；
[0023]图3为本发明所述触摸传感器实施例的结构示意图；
[0024]图4为本发明所述触摸传感器和控制电路板的工作原理图。
[0025]图中:
[0026]11、隔爆壳体12、机械按钮 13、按钮杆 14、铜套
[0027]2、隔爆外壳3、钢化玻璃板 4、观察窗5、触摸传感器
[0028]51、金属感应键 52、接地金属板 53、绝缘介质层6、压板
[0029]7、控制电路板 8、电气设备9、比较器10、编码器
[0030]101、编码器输入端102、编码器输出端
【具体实施方式】
[0031]图2为包含本发明所述用于防爆电气设备的触摸按钮装置的结构示意图；图3为本发明所述触摸传感器实施例的结构示意图；如图2和图3所示，本实施例提供的一种用于防爆电气设备的触摸按钮装置，包括内部形成有容置空腔的隔爆外壳2;触摸传感器5，包括接地金属板52、设置在接地金属板52上的金属感应键51，以及设置在接地金属板52和金属感应键51之间的绝缘介质层53，接地金属板52设置于隔爆外壳2的内表面，且金属感应键51朝向钢化玻璃板3的外侧；以及控制电路板7，设置于隔爆外壳2内部，并与触摸传感器5电连接，所述控制电路板7的输出接口与防爆电气设备的控制系统电连接；将触摸传感器5输入的电信号与预设阈值进行比较，并在电信号达到预设阈值时发出用于控制电气设备8执行相应操作的控制信号；其中，与触摸传感器5对应部位的观察窗4为非金属外壳。
[0032]本实施例提供的触摸按钮装置，所述触摸传感器5包括接地金属板52以及金属感应键51。接地金属板52和金属感应键51均为导体，两者之间隔有一个均匀的电介质53。这样，接地金属板52和金属感应键51就形成了一个平行片电容器。工作状态下，触摸按钮装置处于上电状态，接地金属板52和金属感应键51均带电，两者间形成了一个等效电容；当人触发金属感应键51，即人将手指逐渐靠近金属感应键时，手指进入该等效电容的边缘电场，并作为导体使前述等效电容的导电表面积增加，从而导致该等效电容的电容增大。
[0033]控制电路板7连接金属感应键51实时监测其电容大小。具体而言，控制电路板7包括比较器，接地金属板52可以通过导线直接接地，金属感应键51则可以通过导线电连接至该比较器的一个输入端；当接地金属板52和金属感应键51之间形成的等效电容发生变化时，输入到上述比较器的所述输入端的电压也随之变化(由于接地金属板52接地，电压为零)。同时，比较器的另一输入端则输入大小为预设阈值的电压；当输入到所述输入端的电压低于另一输入段的预设阈值时，比较器的输出端一直输出低电平(或者高电平)，而随着手指的接近、其与金属感应键51之间的距离达到预设阈值时，输入到比较器的所述输入端的电压也达到该预设阈值，则使比较器的输出端由原有的低电平状态转为高电平(或者由原有的高电平状态转为低电平)，该高电平信号(或者低电平信号)并经控制电路板7的输出接口输出至电气设备的控制系统，触发该控制系统控制电气设备执行相应操作。
[0034]本实施例提供的用于防爆电气设备的触摸按钮装置，通过隔爆外壳将触摸传感器和隔爆外壳外界隔开，实现了触摸按钮的电气防爆，且无需在隔爆外壳上开孔，与现有技术中的用于防爆电气设备的按钮装置相比，安全性高，结构简单、体积更小，同时也避免了像机械式按钮那样，因长期使用磨损而造成的按钮杆与铜套之间的防爆间隙变大的弊病，有效地消除了设备的安全隐患。
[0035]在本发明一实施例中,非金属外壳优选为透明件，透明件的材质优选为钢化玻璃板3。钢化玻璃板3通过压板6紧压于隔爆外壳2的内表面，压板6本身通过螺钉与隔爆外壳2固定连接。金属感应键51和接地金属板52贴于防爆透明件的内表面，便于操作人员观察和操作。本实施例中优选使用绝缘胶膜将触摸触感器贴于钢化玻璃板3上，操作方便，且稳定可靠。
[0036]在本发明另一本实施例中，非金属外壳部件3为非透明件，在非透明件的外表面上、对应金属感应键51的位置设置标识，以便于操作人员准确触发金属感应键。
[0037]本实施例中，触摸传感器5在尺寸参数选择上，作为按键的金属感应键51直径可优选为10mm，即相当于一个成人指尖的平均大小；且为了契合人手指按下去的形状，金属感应键51可以为圆形、方形或三角形，抑或其他任意形状，但其形状的内切圆的直径应不小于一个成人指尖的平均值。
[0038]进一步地，上述金属感应键51的数量可以根据具体控制对象的功能来设置，例如可以为六个，每个用于触发电气设备执行不同功能；对应地，控制电路板7上可以具有至少六个输入端，其具体工作原理如下。
[0039]图4为本发明所述触摸传感器和控制电路板的工作原理图，如图4所示，控制电路板7上可以集成有比较器9、十六位输入-四位输出的二进制编码器10。该编码器10具有十六个编码器输入端口 101，四个编码器输出端口 102。每个比较器9的一个输入端连接一个金属感应键51，其另一输入端则输入大小为预设阈值的电压，6个比较器9的输出端分别连接编码器10十六个输入端口 101中的六个。编码器10的输出端口 102与电气设备的控制系统相接，控制系统根据编码器10的输出进行相应的控制。
[0040]当人的手指隔着IOmm厚的钢化玻璃板3接触或离开金属感应键51时，由接地金属板52和金属感应键51组成的等效电容的电压值发生变化，控制电路板7上的比较器9一直监测该电压信号，当该电压信号的变化大于比较器9的阈值时，比较器9就会输出一个高电平或低电平信号，该信号由编码器10的输入端口 101予以接收，编码器10根据各输入端口 101的输入信号状态分别通过四个输出端口 102输出与之对应的输出状态信号，例如，当第一个输入端口 101接收到高电平信号、其余输入端口 101均为低电平信号时，编码器10的四个输出端口 102可以分别输出高电平、高电平、低电平、低电平信号；控制系统通过上述四个输出接口接收该电平信号后，将高电平转换为“I”、低电平信号转换为0”，则上述四个输出端口 102输出的信号在控制系统中形成了一个二进制序列1100，并且根据接收到的二进制序列在控制系统内预设的二进制序列与相应操作的对应关系，控制系统确定相应操作并控制电气设备执行该操作。也就是说，编码器各输入端口 101中的任意一个电平发生改变，则各个输出端口 102的输出信号状态随之改变，且编码器10的四个输出端口 102就会产生与该输入信号状态唯一对应的电平输出状态信号，并将其输出给控制系统。控制系统将这些不同的输出状态信号转换为与之对应的二进制序列，进而供控制系统根据该二进制序列向控制防爆电气设备发出相应的控制指令。
[0041]这样，人操作触摸传感器5产生的电压变化信号最终转化为电气设备控制系统的二进制序列信号，并通过控制系统实现了对电器设备的最终控制。
[0042]其中，编码器的输入端口 101、输出端口 102数量可以根据具体电气设备的具体按键数量和需求确定；可以为8个输入端4个输出端，或者32个输入端8个输出端等等。
[0043]上述流程中，触摸传感器5的金属感应键51，通过在接地金属板52和金属感应键51的底层上走线，与控制电路板7的引脚相连接。
[0044]对于上述工作流程，需要着重强调的是，控制电路板的比较器、编码器均可由硬件组成的数字电路完成，可以使用但并不必然依赖软件程序。
[0045]各金属感应键51中心相隔20mm,即金属感应键51外圆之间的距离为10mm。金属感应键51和接地金属板52之间设置了一个均匀的隔离间隙，该间隙的尺寸是一个重要的设计参数。如果间隙设置得过小，则过多的电场能量将直接传递至地。而如果间隙设置得过大，则将无法控制能量穿越覆盖物的方式。本实施例中，在选择被穿透物钢化玻璃板3的尺寸为IOmm的情况下，该间隙取值优选为0.5mm。
[0046]显然的，在上述实施例的基础上，对于其他类型的控制电路板，本领域的技术人员结合本领域的公知常识即可做出准确的安装和控制。上述金属感应键51、接地金属板52、电介质53间隙以及钢化玻璃板3，在本实施例以外的其它尺寸选择上，结合本实施例，根据本领域的惯用技术手段和公知常识即可实验并计算得出。
[0047]另外，本发明中的隔爆外壳能够围成一个封闭式的无尘或低尘环境，因此本发明同样适用于一些对环境清洁度要求较高的设备，在无防爆要求的场景下，可将本发明中的钢化玻璃板3换成普通的透明玻璃，以节约成本。
[0048]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种用于防爆电气设备的触摸按钮装置，其特征在于，包括: 内部形成有容置空腔的隔爆外壳； 触摸传感器，包括接地金属板、设置在所述接地金属板上的金属感应键，以及设置在接地金属板和金属感应键之间的绝缘介质层，所述接地金属板设置于所述隔爆外壳的内表面，且所述金属感应键朝向所述隔爆外壳外侧；以及 与所述触摸屏传感器连接的控制电路板，设置于隔爆外壳内部，所述控制电路板的输出接口与防爆电气设备的控制系统电连接； 其中，与触摸传感器对应部位的隔爆外壳为非金属外壳。
2.根据权利要求1所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述控制电路板包括比较器，所述金属感应键与所述比较器的输入端电连接，所述比较器的输出端与所述输出接口电连接。
3.根据权利要求2所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述控制电路板包括至少两个所述比较器，至少两个输出接口以及一编码器，所述编码器具有与所述比较器数量相对应的输入端口以及至少两个输出端口 ；各所述比较器的输出端分别与所述编码器的各输入端口电连接，所述编码器的各输出端口分别与对应的所述输出接口电连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述金属感应键嵌于所述接地金属板上，且所述金属感应键与所述接地金属板之间设置有所述绝缘介质层。
5.根据权利要求4所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述金属感应键为圆形、方形或三角形。
6.根据权利要求1-3任一项所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述触摸传感器通过绝缘胶膜贴于所述非金属外壳的内表面上。
7.根据权利要求6所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述非金属外壳为透明件。
8.根据权利要求7所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述透明件为钢化玻璃板。
9.根据权利要求8所述的触摸按钮装置，其特征在于，所述钢化玻璃板通过压板紧压于隔爆外壳的内表面上。
【文档编号】H03K17/96GK104009746SQ201410123809
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】田柏林, 陈建民, 王文清, 刘小明, 陈耕, 任安祥, 李萍, 颜景刚, 牛小铁, 张春芝 申请人:北京市煤炭矿用机电设备技术开发公司, 北京工业职业技术学院