专利名称：一种开关通断状态隔离检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的开关通断状态隔离检测装置及方法，适用于需要对开关通断状态进行检测的一般情况，属于开关量信号的无源隔离检测技术领域。
背景技术：
开关信号是一种静态状态下的信号，与模拟信号不同的是，开关信号的信号变化不连续，只有O、I两种状态，是一种跳跃型的信号，故又称之为脉冲信号，但其具有较好的抗干扰能力，所以广泛应用于现代电子技术信号处理中。在一般的工业现场中，距离较远的电气设备、仪表、控制系统等之间进行的信号传输往往存在着各类干扰，造成系统的不稳定甚至是误操作。因此，在实际的测控系统应用中，针对开关信号的状态检测，为了避免现场的干扰信号串入到系统中来，需要将开关通断信号与电源进行隔离。目前常用的信号隔离技术主要分为磁隔离与光隔离两大类，具体的应用总的来讲可以大致分为两种情况:一、开关量信号采用光隔离；二、模拟量信号采用磁隔离。
光隔离在信号隔离上的应用已经比较成熟，常由光耦器件及其外围电路组成。光耦合器能够实现信号的单向传输，抗干扰能力强，工作稳定，传输效率高，适用于数字信号的隔离，但其主要缺点在于功耗比较大，且不能实现无源隔离。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服现有的开关信号隔离检测技术的不足，消除对电源的依赖性，在无源情况下实现对开关通断状态的隔离检测。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种开关通断状态隔离检测装置，包括信号发生器、适配电阻、单相变压器、交流电压表、待检测开关，其中，所述信号发生器用于提供正弦交流信号源，该正弦交流信号源经适配电阻输出给单相变压器；所述交流电压表并联于单相变压器的一次侧，并且与所述单相变压器的一次侧共接地；所述单相变压器的二次侧与待测开关并联连接，待测开关的两端与外围电路连接。作为本发明的一种开关通断状态隔离检测装置的进一步优选方案，所述信号发生器提供一振幅、频率固定的正弦交流信号。作为本发明的一种开关通断状态隔离检测装置的进一步优选方案，所述适配电阻用于调整信号发生器输出给单相变压器的电压，其电阻值大小根据变压器参数进行适配选择。本发明还提出一种开关通断状态隔离检测装置的检测方法，利用单相变压器空载及短路时的电磁效应，将开关通断信号的状态变化转化为单相变压器空载及短路时的典型电路情况，采用交流电压表监测单相变压器一次侧两端的电压大小，间接检测出待测开关的通断状态，实现开关通断状态的隔离检测。
进一步的，一种开关通断状态隔离检测装置的检测方法，所述采用交流电压表监测单相变压器一次侧两端的电压大小，间接检测出待测开关的通断状态具体表现为:
当待测开关断开时，单相变压器的二次侧空载，信号发生器输入的电压全部用于单相变压器的一次侧的功率消耗，单相变压器的一次侧两端电压为分压后的电压值；
当待测开关闭合时，单相变压器的二次侧短路，由于单相变压器的短路阻抗非常小，故而交流电压表所测得单相变压器的一次侧两端电压值有明显减小；
从观察交流电压表的示数变化即可知此时待测开关是处于断开或者闭合状态。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
本发明利用开关通断信号的信号特性，通过电路等效来实现其信号的隔离检测，系统功耗低且脱离光耦器件的束缚。同时在解决原有问题的基础上实现无源隔离，减小干扰，提高了系统的可靠性，充分满足现场实际测量的需要。
图1是本发明的原理框图。图中标号:1:信号发生器；2:适配电阻；3:单相变压器；4:待检测开关；5:交流电压表；6:公共地。图2是本发明的当开关断开时的电路等效图。图3是本发明的当开关断开时的电路简化图。图4是本发明的当开关闭合时`的电路等效图。图5是本发明的当开关闭合时的电路简化图。图6是本发明的当开关断开及闭合时变压器一次侧两端的理想电压变化图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，本发明的开关通断状态隔离检测电路组成包括:信号发生器1、适配电阻
2、单相变压器3、待测开关4、交流电压表5。其中:
信号发生器1，为系统提供正弦交流信号源。适配电阻2，选用适合电路的电阻值，主要用于限制信号源输出给单相变压器的电压，既保证单相变压器3的正常工作又不致使变压器中电流过大，损坏变压器。单相变压器3，是系统的核心，利用其空载和短路时的电磁效应，实现开关状态检测。待测开关4,与相关外围电路连接。交流电压表5，主要用于测量单相变压器3 —次侧的两端电压值，与单相变压器3一次侧接公共地6。具体实施时，当待测开关4处于断开状态时，把具有电磁效应的变压器用一个等效电路来代替，如图2所示。变压器二次侧断路，变压器处于空载状态，此时一次侧中的电
流h即为激磁电流4，变压器无功
率输出，所以交流信号源输出给变压器的电压全部用于变压器内部消耗，又一次侧漏阻抗,电感石 <<拽,所以一次侧漏阻抗Z1 =可忽略不计，电路简化为如图3
所示，因此交流电压表所测得的电压值为激磁阻抗4=&+兄《与适配电阻R分压后的值。当开关处于闭合状态时，同样将变压器用一个等效电路代替，如图4所示，变压器二次侧短路，变压器处于短路状态，交流信号源输出给变压器的电压用于克服变压器内部的漏阻抗压降，变压器内的主磁通很小，因此激磁阻抗4可忽略不计，电路
简化为如图5所不，其中电阻& = 1^i +- ，电感4 = +^-2，又变压器此时的短路阻抗
4 =非常小，而短路电流为额定值，所以交流电压表所测得的短路电压与之前测
得的电压相比，有明显的压降差。因此，根据不同开关状态下电压表所测得的不同电压值就可检测出对应的开关状态，所测电压在理想 情况下的波形如图6所示。
权利要求
1.一种开关通断状态隔离检测装置，其特征在于:包括信号发生器(I)、适配电阻(2)、单相变压器(3)、交流电压表(5)、待检测开关(4)，其中，所述信号发生器(I)用于提供正弦交流信号源，该正弦交流信号源经适配电阻(2)输出给单相变压器(3);所述交流电压表(5)并联于单相变压器(3)的一次侧，并且与所述单相变压器(3)的一次侧共接地；所述单相变压器(3)的二次侧与待测开关(4)并联连接，待测开关(4)的两端与外围电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种开关通断状态隔离检测装置，其特征在于:所述信号发生器(I)提供一振幅、频率固定的正弦交流信号。
3.根据权利要求1所述的一种开关通断状态隔离检测装置，其特征在于:所述适配电阻(2)用于调整信号发生器(I)输出给单相变压器(3)的电压，其电阻值大小根据变压器参数进行适配选择。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种开关通断状态隔离检测装置的检测方法，其特征在于: 利用单相变压器(3)空载及短路时的电磁效应，将开关通断信号的状态变化转化为单相变压器(3)空载及短路时的典型电路情况，采用交流电压表(5)监测单相变压器(3)—次侧两端的电压大小，间接检测出待测开关(4)的通断状态，实现开关通断状态的隔离检测。
5.根据权利要求4所述的一种开关通断状态隔离检测装置的检测方法，其特征在于:所述采用交流电压表(5)监测单相变压器(3) —次侧两端的电压大小，间接检测出待测开关(4)的通断状态具体表现为: 当待测开关(4)断开时，单相变压器(3)的二次侧空载，信号发生器(I)输入的电压全部用于单相变压器(3)的一次侧的功率消耗，单相变压器(3)的一次侧两端电压为分压后的电压值； 当待测开关(4)闭合时，单相变压器(3)的二次侧短路，由于单相变压器(3)的短路阻抗非常小，故而交流电压表(5)所测得单相变压器(3)的一次侧两端电压值有明显减小； 从观察交流电压表(5)的示数变化即可知此时待测开关(4)是处于断开或者闭合状态。
全文摘要
本发明公开了一种开关通断状态隔离检测装置及方法，包括信号发生器(1)、适配电阻(2)、单相变压器(3)、交流电压表(5)、待检测开关(4)，其中信号发生器(1)将正弦交流信号源经适配电阻(2)输出给单相变压器(3)的一次侧；单相变压器(3)的二次侧与待测开关(4)并联连接。本发明的检测方法将开关信号的状态变化转化为单相变压器空载及短路时的典型电路情况，利用交流电压表(5)监测单相变压器(3)一次侧两端的电压大小变化，即可检测出待测开关的状态。本发明利用开关信号的信号特性，通过电路等效来实现其信号的隔离检测，系统功耗低且脱离光耦器件的束缚，可靠性得到提高，适用于一般的开关通断状态隔离检测的现场需求。
文档编号G01R31/327GK103235256SQ20131011716
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月7日 优先权日2013年4月7日
发明者周金陵, 顾倩, 周林燕, 王晓惠, 褚泽帆, 王东, 卢苗, 汪兴岳 申请人:河海大学