继电器的状态检测系统和方法与流程

1.本发明涉及继电器技术领域，尤其涉及一种继电器的状态检测系统和一种继电器的状态检测方法。


背景技术：

2.继电器是轨道交通中大量使用的常规设备，具有使用量大、应用可靠性要求高的特点。当继电器出现故障时，轻则影响轨道交通的运行效率，重则导致列车运行事故。传统继电器监测方法是依赖人工经验，这种方式可靠性差，运维效率低，难以进行规模化推广。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种继电器的状态检测系统，在保证原信号控制系统正常工作的前提下，采用非浸入式的隔离检测方式，采集继电器周围的磁感应强度以获取继电器的变化信号，并基于继电器工作状态录波处理，确定继电器的工作状态变化趋势，提高了继电器状态在线监测效率，保障信号控制系统的可靠运转。
4.本发明的第二个目的在于提出一种继电器的状态检测方法。
5.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种继电器的状态检测系统，包括：信号采集单元，用于采集所述继电器周围的磁感应强度，以获取所述继电器在开关动作时的变化信号；信号处理单元，用于对所述变化信号进行处理，以输出数字波形信号；主控单元，用于对所述数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据所述录波波形确定所述继电器的工作状态变化趋势。
6.根据本发明实施例的继电器的状态检测系统，通过信号采集单元采集继电器周围的磁感应强度，以获取继电器在开关动作时的变化信号，并通过信号处理单元对变化信号进行处理，以输出数字波形信号，主控单元对数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据录波波形确定所述继电器的工作状态变化趋势。由此，该系统能够在保证原信号控制系统正常工作的前提下，采用非浸入式的隔离检测方式，采集继电器周围的磁感应强度以获取继电器的变化信号，并基于继电器工作状态录波处理，确定继电器的工作状态变化趋势，提高了继电器状态在线监测效率，保障信号控制系统的可靠运转。
7.另外，根据本发明上述实施例的继电器的状态检测系统，还可以具有如下的附加技术特征：根据本发明的一个实施例，所述主控单元包括：数据接收模块，用于接收所述信号处理单元发送的数字波形信号；录波模块，用于对所述数字波形信号进行录波处理，获得所述录波波形；控制模块，用于获取预设参考波形，并对所述录波波形和所述预设参考波形进行比较，以确定所述继电器的工作状态变化趋势。
8.根据本发明的一个实施例，所述控制模块，还用于：将当前周期的录波波形与上一周期的录波波形按照时间窗做比较，以获得波形变化，并将所述波形变化与所述预设参考
波形进行比较，以确定所述继电器的工作状态变化趋势。
9.据本发明的一个实施例，所述控制模块，还用于：将所述继电器的工作变化趋势与故障参考波形进行比较，以确定所述继电器的故障类型。
10.根据本发明的一个实施例，所述继电器的状态检测系统还包括：时钟单元，用于在所述录波模块对所述数字波形信号进行录波处理时，对所述数字波形信号按照预设方式打上实时时间戳。
11.根据本发明的一个实施例，所述信号处理单元包括：滤波模块，用于对所述变化信号进行滤波处理；放大模块，用于对滤波处理后的变化信号进行放大处理；ad采样模块，用于对放大处理后的变化信号进行ad采样，获得所述数字波形信号。
12.根据本发明的一个实施例，所述信号处理单元包括：pwm信号处理模块，用于在所述变化信号为pwm波时，对所述pwm波进行采样，获得所述数字波形信号。
13.根据本发明的一个实施例，所述信号采集单元包括电磁传感器，所述信号采集单元通过所述电磁传感器对所述继电器周围的磁场进行检测，获取所述继电器在开关动作时周围的磁感应强度变化情况，并根据所述继电器在开关动作时周围的磁感应强度变化情况获取所述变化信号。
14.根据本发明的一个实施例，所述主控单元还用于根据所述录波波形确定所述继电器是否开关动作，并获取所述继电器的开关动作次数，以及在所述继电器的开关动作次数达到预设次数时根据所述录波波形预估所述继电器是否存在异常。
15.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种继电器的状态检测方法，包括以下步骤：采集所述继电器周围的磁感应强度，以获取所述继电器在开关动作时的变化信号；对所述变化信号进行处理，以输出数字波形信号；对所述数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据所述录波波形确定所述继电器的工作状态变化趋势。
16.根据本发明实施例的继电器的状态检测方法，采集继电器周围的磁感应强度，以获取继电器在开关动作时的变化信号；对变化信号进行处理，以输出数字波形信号；对数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据录波波形确定继电器的工作状态变化趋势。由此，该方法能够在保证原信号控制系统正常工作的前提下，采用非浸入式的隔离检测方式，采集继电器周围的磁感应强度以获取继电器的变化信号，并基于继电器工作状态录波处理，确定继电器的工作状态变化趋势，提高了继电器状态在线监测效率，保障信号控制系统的可靠运转。
17.另外，根据本发明上述实施例的继电器的状态检测方法，还可以具有如下的附加技术特征：根据本发明的一个实施例，所述继电器的状态检测方法还包括：根据所述录波波形确定所述继电器是否开关动作，并获取所述继电器的开关动作次数，以及在所述继电器的开关动作次数达到预设次数时根据所述录波波形预估所述继电器是否存在异常。
18.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.图1为根据本发明实施例的继电器的状态检测系统的方框示意图；
图2为根据本发明一个实施例的继电器的状态检测系统中继电器断开时电流变化曲线图；图3为根据本发明一个实施例的继电器的状态检测系统中继电器断开时电流变化曲线图图4为根据本发明一个实施例的继电器的状态检测系统的信号处理单元的方框示意图；图5为根据本发明一个实施例的继电器的状态检测系统的主控单元的方框示意图；图6为根据本发明一个具体实施例的继电器的状态检测系统的方框示意图；图7为根据本发明实施例的继电器的状态检测方法的流程图。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.下面参考附图描述本发明实施例提出的继电器的状态检测系统和继电器的状态检测方法。
22.图1为本发明实施例的继电器的状态检测系统的方框示意图。
23.如图1所示，本发明实施例的继电器的状态检测系统，可包括：信号采集单元10、信号处理单元20和主控单元30。
24.其中，信号采集单元10用于采集继电器周围的磁感应强度，以获取继电器在开关动作时的变化信号。信号处理单元20用于对变化信号进行处理，以输出数字波形信号。主控单元30用于对数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据录波波形确定继电器的工作状态变化趋势。
25.根据本发明的一个实施例，信号采集单元10包括电磁传感器，信号采集单元10通过电磁传感器对继电器周围的磁场进行检测，获取继电器在开关动作时周围的磁感应强度变化情况，并根据继电器在开关动作时周围的磁感应强度变化情况获取变化信号。
26.具体而言，基于电磁传感器的工作原理，对继电器线圈周围进行磁场检测，当继电器吸合和断开时，根据线圈周围电流不能突变的原理，线圈中的电流会有如图2、图3所示的变化曲线，磁感应强度与电流呈线性关系，线圈所产生的磁感应强度也会产生同样的波形，通过检测继电器周围的磁感应强度的变化，可以检测出继电器的动作特性。具体地，继电器的状态检测系统通过信号采集单元10采集继电器周围的磁感应强度，通过对磁感应强度的变化过程分析，获取继电器的开关动作时的变化信号，检测出继电器的动作特性。本实施例中，信号采集单元10采用电磁传感器对继电器的电磁场的变化进行检测，不需要接入原有继电器工作电路中，也不与原有继电器工作电路中有任何的连接，实现了继电器的自动检测，可靠性较好，且运维效率高，降低了运维成本。
27.在实际应用过程中，工作人员只需将电磁传感器放置于继电器产生的电磁场内，以便于电磁传感器获取其周围的磁感应强度的情况，进一步根据继电器在开关动作时周围的磁感应强度的改变获取变化信号。信号处理单元20对采集到的变化信号先进行前端处
理，将变化信号进行转换，得到需要的数字波形信号。主控单元30对数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据录波波形确定继电器的工作状态变化趋势，例如，可通过将录波波形与继电器的标准波形（继电器正常工作下的初始波形）进行比较，按照继电器闭合和断开的波形中电流的转折点来比较，如，图2中的b点，在转换为数字波形信号后，在相同时间下，比较录波波形与标准波形对应的数字信号，如果相同，则认为继电器的工作状态为正常状态，如果不同，则认为继电器有损坏的变化趋势；或者，在相同的数值信号下，比较录波波形与标准波形对应的时间，如果相同，则认为继电器的工作状态为正常工作，如果不同，则认为继电器有损坏的变化趋势。
28.需要说明的是，上述信号采集单元10采用电磁传感器对继电器周围的电磁场变化进行检测仅为一种具体实现方式的描述。
29.根据本发明的一个实施例，主控单元30还用于根据录波波形确定继电器是否开关动作，并获取继电器的开关动作次数，以及在继电器的开关动作次数达到预设次数时根据录波波形预估继电器是否存在异常。其中，预设次数可根据实际情况进行标定，例如，可根据继电器本身的使用寿命决定。
30.具体而言，在获取到继电器的录波波形后，先根据录波波形判断继电器在当前周期内是否有开关动作（整个过程有闭合也有断开），然后获取当前周期内的开关动作次数，当开关动作次数达到对应的预设次数时，说明继电器可能存在故障，此时再结合录波波形来预估继电器是否存在异常，例如，正常情况下，一个周期内的开关次数为10次，而获取的当前周期内的开关动作次数达到甚至超过10次，此时可以进一步根据录波波形来判断继电器是否存在异常。
31.另外，预设次数也可以为继电器累计开关动作对应的判断标准，获取当前周期内的开关动作次数，并获取存储器中存储的继电器的开关动作次数，根据继电器实际的开关动作次数累计之和，并结合录波波形来预估继电器是否存在异常。
32.根据本发明的一个实施例，信号处理单元20可包括：滤波模块21，用于对变化信号进行滤波处理；放大模块22，用于对滤波处理后的变化信号进行放大处理；ad采样模块23，用于对放大处理后的变化信号进行ad采样，获得数字波形信号。其中，a为analog signals 模拟信号，d为digital signals 数字信号。
33.根据本发明的另一个实施例，信号处理单元20包括：pwm（pulse width modulation，脉冲宽度调制）信号处理模块24，用于在变化信号为pwm波时，对pwm波进行采样，获得数字波形信号。
34.具体而言，信号采集单元20根据电磁传感器的芯片型号的不同，变化信号有两种输出形式，一种是输出与磁感应强度小大成线性关系的模拟电压信号，另一种是随磁场大小输出频率脉宽不同的pwm波，且pwm波的脉宽与磁感应强度呈线性关系。当信号采集单元10输出的变化信号为模拟电压信号时，如图3所示，信号处理单元20首先通过滤波模块21对变化信号进行滤波处理，并通过放大模块22对滤波处理后的变化信号进行放大处理，然后通过ad采样模块23对放大处理后的变化信号进行ad采样，将模拟信号转换为数字信号，以获得数字波形信号。而当信号采集单元10输出的变化信号为pwm波时，信号处理单元20采用pwm信号处理模块24对变化信号进行采样，从而获得数字波形信号。根据信号采集单元10中采用的电磁传感器的芯片类型，确定信号处理单元20的信号处理方式，以得到数字波形信
号。
35.根据本发明的一个实施例，主控单元30包括：数据接收模块31，用于接收信号处理单元20发送的数字波形信号；录波模块32，用于对数字波形信号进行录波处理，获得录波波形；控制模块33，用于获取预设参考波形，并对录波波形和预设参考波形进行比较，以确定继电器的工作状态变化趋势。其中，预设参考波形可以为继电器正常工作状态下的波形。
36.此外，根据本发明的一个实施例，如图5所示，上述的继电器的状态检测系统还可包括：时钟单元40，用于在录波模块32对数字波形信号进行录波处理时，对数字波形信号按照预设方式打上实时时间戳。
37.具体而言，信号处理单元20将接收到的模拟电压信号或pwm波形式的变化信号进行处理获得数字波形信号，图5中，主控单元30的数据接收模块31接收信号处理单元20发送的数字波形信号，并通过录波模块32对数据接收模块31在接收到数字波形信号后，从时钟单元40中获取实时时钟，并将数据按照预设的格式对数字波形信号打上实时时间戳，以获取录波波形。控制模块33通过对录波波形和预设参考波形进行比较，确定继电器的工作状态变化趋势，上述预设参考波形可包括继电器吸起参考波形、放下参考波形以及特定周期工作中的继电器运行参考波形。
38.根据本发明的一个实施例，控制模块33还用于：将当前周期的录波波形与上一周期的录波波形按照时间窗做比较，以获得波形变化，并将波形变化与预设参考波形进行比较，以确定继电器的工作状态变化趋势。
39.具体而言，为了提高确定继电器的工作状态变化趋势的精度，还可以先将当前周期的录波波形与上一周期的录波波形按照时间窗进行比较，例如，在继电器吸合过程中的t1
‑
t2时间段，或者在继电器闭合过程中的t3
‑
t4时间段，又或者同时比较继电器的吸合过程和闭合过程中的某个时间段。从而可以获取获得波形变化（波形变化可以为当前周期和上一周期内的平均波形，或者取同一时间点的最大值构成的波形，或者是取同一时间点最小值构成的波形），将波形变化与预设参考波形进行比较，可以确定继电器的工作状态变化趋势。
40.在本发明的另一个实施例中，还可以将当前周期的录波波形与上一周期的录波波形分别与预设参考波形进行比较，通过对比相邻周期内的波形变化，可以确定继电器的工作状态的变化趋势。
41.此外，在本发明的一个实施例中，控制模块33还用于：将继电器的工作变化趋势与故障参考波形进行比较，以确定继电器的故障类型。其中，故障参考波形预先存储在控制模块33中，故障参考波形包括多个，每个故障参考波形代表一种继电器的故障类型。
42.具体而言，为进一步确定继电器的故障类型，根据上述方式获得的继电器的工作变化趋势，然后再与故障参考波形进行逐一比较，判断得到最接近的故障参考波形，获得继电器相应的故障类型。需要说明的是，故障参考波形与继电器的工作变化趋势应保证获取方式的一致性。例如，故障参考波形通过故障周期内的平均波形进行判断，则相应的继电器的工作变化趋势也应通过平均波形获取，然后将继电器的工作变化趋势与故障参考波形进行比较，得到最接近的故障参考波形，该故障参考波形相应的故障类型即为继电器当前所属的故障类型。另外，此处确定的继电器的故障类型，是指在继电器的工作状态变化趋势的前提下，继电器将会出现的故障类型，并非是继电器当前工作状态下的故障类型。
43.可以理解的是，主控单元30还可以包括波形参考模块，该波形参考模块用于存储了预设参考波形和故障参考波形。在获取录波波形后，控制模块33调用波形参考模块中的波形与录波波形进行比较。
44.根据本发明的一个实施例，参照图6，上述的继电器的状态检测系统还可以包括：预警单元50、显示单元60、存储单元70和通信单元80，其中，预警单元50用于根据继电器的工作状态的变化趋势进行预警；显示单元60用于显示预警信息、录波波形和预设参考波形；存储单元70用于存储录波波形；通信单元80用于实现数据传输，即本地数据与存储单元70中存储的数据进行数据传输，可采用以太网或者无线通信方式实现数据通信。
45.具体地，当确定继电器的工作状态有损坏的趋势，并确定继电器的故障类型时，控制模块33发出控制信号给预警单元50，以提前进行预警，便于维护人员能够根据故障类型进行维修，提高系统的可靠性，同时通过显示模块60对预警信息（工作状态变化趋势和故障类型）进行显示。
46.综上，该系统通过采集继电器周围的磁感应强度以获取继电器的变化信号，采用非浸入式的隔离检测方式，有效避免检测系统对继电器原有工作电路的影响，保证继电器回路的安全性，并进一步通过信号处理单元、主控单元、时钟单元、通信单元、存储单元、预警单元、参考模型单元、显示单元相配合，基于继电器工作状态录波，分析继电器的接触状态，并对继电器接触状态功能异常迹象作出及时预警，全面提高继电器在线监测效率，保障轨道交通信号控制系统的可靠运转。此外，该继电器的状态检测系统的构建还需要电源单元，电源单元为系统中各模块及元器件提供所需要的电源，以保证系统的正常运行。
47.综上所述，根据本发明实施例的继电器的状态检测系统，通过信号采集单元采集继电器周围的磁感应强度，以获取继电器在开关动作时的变化信号，并通过信号处理单元对变化信号进行处理，以输出数字波形信号，主控单元对数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据录波波形确定所述继电器的工作状态变化趋势。由此，该系统能够在保证原信号控制系统正常工作的前提下，采用非浸入式的隔离检测方式，采集继电器周围的磁感应强度以获取继电器的变化信号，并基于继电器工作状态录波处理，确定继电器的工作状态变化趋势，提高了继电器状态在线监测效率，保障信号控制系统的可靠运转。
48.对应上述实施例，本发明还提出了一种继电器的状态检测方法。
49.图7为根据本发明实施例的继电器的状态检测方法的流程图。
50.如图7所示，本发明实施例的继电器的状态检测方法，包括以下步骤：s1，采集继电器周围的磁感应强度，以获取继电器在开关动作时的变化信号。
51.s2，对变化信号进行处理，以输出数字波形信号。
52.s3，对数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据录波波形确定继电器的工作状态变化趋势。
53.根据本发明的一个实施例，上述的继电器的状态检测方法还包括：根据录波波形确定所述继电器是否开关动作，并获取继电器的开关动作次数，以及在继电器的开关动作次数达到预设次数时根据录波波形预估继电器是否存在异常。
54.需要说明的是，本发明实施例的继电器的状态检测方法中未披露的细节，请参照本发明实施例的继电器的状态检测系统中所披露的细节，具体这里不再赘述。
55.根据本发明实施例的继电器的状态检测方法，采集继电器周围的磁感应强度，以
获取继电器在开关动作时的变化信号；对变化信号进行处理，以输出数字波形信号；对数字波形信号进行录波处理，以获得录波波形，并根据录波波形确定继电器的工作状态变化趋势。由此，该方法能够在保证原信号控制系统正常工作的前提下，采用非浸入式的隔离检测方式，采集继电器周围的磁感应强度以获取继电器的变化信号，并基于继电器工作状态录波处理，确定继电器的工作状态变化趋势，提高了继电器状态在线监测效率，保障信号控制系统的可靠运转。
56.需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
57.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
59.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
60.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
61.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。