R3= 50:1，且电阻R3的阻值在几十Ω~几百Ω之间选取（本装置选取典型值 100 Ω );通过运放Al，可以使输出电压U1相对于反相输入端电压:有一定的电压增益，利 于下一步的电压比较。
[0037] (1)当海洋工程设备的专用电缆未连接被测设备时，信号线L和信号公共线LGND 之间是空气，即信号线L和信号公共线LGND是断开的，两线之间的等效电阻为无穷大，即Rx 为无穷大，Al反相输入端没有电流，根据公式II得出，运放Al的输出端电压U1与其反相输 入端电压仏相等即0.2v;
[0038] (2)当海洋工程设备的专用电缆连接被测设备后，信号线L和信号公共线LGND之 间就会在被测设备内的导线短接，两线之间等效电阻可近似为〇,即馬为〇,由公式II可得 出，运放Al的输出端电压U 1约为Ilv ;
[0039] (3)当海洋工程设备的专用电缆被切换后浸泡在海水中时，则专用电缆内的信号 线L和信号公共线LGND之间也被海水短接，根据海水导电特性的试验结果可知，在信号线L 和信号公共线LGND之间有0. 2V电压情况下，两线之间的海水呈现出几十ΚΩ级以上电阻 值，根据公式II得出，运放Al的输出端电压仏为0. 2v~I. Xv之间，并将该电压接入到比 较器A2的正相输入端
[0040] 第三步：该装置的第三个部分是比较器。通过分压电阻&和R6对直流24v分压， 为比较器A2提供一个基准电压。分压电阻RjPR 6的阻值在几百ΚΩ的数量级上选取，是 为了保证该装置运行时功率消耗极低，同时也不需要考虑装置散热的问题。根据第二步中 各种情况下运放Al的输出端电压U 1的范围，确定基准电压为LX~Ilv区间的中间值，本 装置选取的基准电压(64典型值7. 5v，即R5 = R6= 2. 2 :1。
[0041] 第四步：比较器A2正相输入端电压W与其反相输入端的基准电压?/:2:进行比较， 当正相输入端电压U2+大于反相输入端的基准电压l/丨时，比较器Α2输出高电平信号，即逻 辑为1 ;当正相输入端电压W小于反相输入端的基准电压W时，比较器Α2输出低电平信 号，即逻辑为0。实际测试结果表明，当信号线L和信号公共线LGND之间断开或者被海水短 接时，比较器Α2正相输入端电压电压值为0. 2~I. Xv之间，远远小于L/丨的7. 5ν基准 电压，比较器Α2输出低电平，即输出逻辑为0,可以判断海洋工程设备未与被测设备连接； 当信号线L和信号公共线LGND之间是导线短接时，比较器Α2正相输入端电压^电压为 llv，大于基准电压α2τ的7. 5ν，比较器Α2输出高电平，输出逻辑为1，可以判断海洋工程设 备与被测设备之间是可靠连接的。
[0042] 该新型信号采集电路具有很高的区分度，由上述第二步第（2)种情况可知，信号 线L和信号公共线LGND之间在被测设备内的导线短接时，比较器Al的输出电压仏是I lv， 与基准电压7. 5v很容易得出比较结果，而只要比较器Al的输出电压U1小于7. 5v，由公式 II得出Rx大于40 Ω，只要X区的等效电阻1^大于门限电阻值40 Ω，就能分辨出信号线L和 信号公共线LGND之间不是导线短接，而是海水或空气短接，这足以应付不同海区、不同温 度以及异常强导电能力的海洋中。
[0043] 为了进一步提高对信号线L和信号公共线LGND之间是海水或是导线短接判断的 精确度，可以进一步降低门限电阻值。例如将电阻R 4按照R4=R3等于100的比值选取，即R3 =100Ω，％= 10ΚΩ，外接直流电源仍为直流24v，设计R1 = R2= 110 :1，获得小电压典型值 仍为0. 2v，根据公式II :
[0044] (1)当海洋工程设备的专用电缆未连接被测设备时，信号线L和信号公共线LGND 之间是空气，则信号线L和信号公共线LGND是断开的，两线之间的等效电阻为无穷大，即Rx 为无穷大，Al反相输入端没有电流，根据公式II得出，运放Al的输出端电压U1与其反相输 入端电压％相等即〇. 2v ;
[0045] (2)当海洋工程设备的专用电缆连接被测设备后，信号线L和信号公共线LGND之 间就会在被测设备内的导线短接，两线之间等效电阻可近似为〇,即馬为〇,由公式II可得 出，运放Al的输出端电压U 1约为20v ;
[0046] (3)当海洋工程设备的专用电缆被切换后浸泡在海水中时，则专用电缆内的信号 线L和信号公共线LGND之间也被海水短接，根据海水导电特性的试验结果可知，在信号线L 和信号公共线LGND之间有0. 2V电压情况下，两线之间的海水呈现出几十ΚΩ级以上电阻 值，根据公式II得出，运放Al的输出端电压仏为0. 2v~2. Xv之间，并将该电压接入到比 较器A2的正相输入端W ;
[0047] 比较的基准电压将在2. Xv~20v之间取值，选取16v作为基准电压。
[0048] 只要信号线L和信号公共线LGND之间为海水短接时，使比较器Al的输出电压U1 小于基准电压16v，就能够和导线短接时运放Al的输出电压仏为20v大于基准电压16v的 情况区分开。由公式II得出R x大于27 Ω，即X区充满海水时，信号线L和信号公共线LGND 之间的等效电阻馬大于门限电阻值27 Ω，就能确定不是导线短接。
[0049] 提高判断精确度还可以通过加大装置的外接直流电源电压等方法，但是也要考虑 信号采集装置所处环境下是否能够提供较高的直流电源。同时门限电阻值也不可过小，被 测设备中的短接导线由于品质不同，会呈现出不同的电阻值，这也需要对被测设备生产单 位的信号短接导线的电阻值提出上限要求，即不能大于信号采集装置设计的门限电阻值。
[0050] 综上所述，本发明实施例提供的信号采集装置能够快速准确检测出信号线与信号 公共线之间是断开、导线短接或者是海水短接，从而准确、快速、可靠的判断设备互连状态， 使海洋工程设备的专用电缆被切断时快速做出反应。
[0051] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，所述装置包括分压器、放大器、和 比较器，所述分压器获得不大于0. 6伏的第一电压；该第一电压输入至所述放大器的同相 输入端，信号线通过第一电阻（R3)连接至所述放大器的反向输入端，第二电阻（R 4)的两端 分别连接所述放大器的反向输入端和所述放大器的输出端；所述放大器的输出端（U1)连接 所述比较器的同向输入端，第三电阻（R 5)与第四电阻（R6)对24伏电压进行分压得到第二 电压连接至所述比较器的反向输入端，根据比较器的输出确定所述信号线与信号公共线之 间的介质类型。2. 根据权利要求1所述的一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，当所述放 大器输出端电压小于所述第二电压时，确定所述信号线与信号公共线之间的介质为海水或 空气；当所述放大器输出端电压大于所述第二电压时，确定所述信号线与信号公共线之间 的介质为导线。3. 根据权利要求1所述的一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，所述分压 器为第五电阻（R1)和第六电阻（R 2)对24伏电压分压，所述第五电阻与所述第六电阻的比 值大于等于39。4. 根据权利要求2或3所述的一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，所述第 五电阻和所述第六电阻均为千欧母量级的电阻。5. 根据权利要求1所述的一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，所述第一 电阻的阻值为十欧母量级或者百欧母量级，所述第二电阻与所述第一电阻的比值大于50。6. 根据权利要求1所述的一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，所述第三 电阻和所述第四电阻的阻值为百千欧母量级，所述第三电阻与所述第四电阻比值为2. 2 : 1，此时装置运行时功耗低。7. 根据权利要求1所述的一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，所述第二 电压大于等于2伏且小于等于20伏。8. 根据权利要求7所述的一种海洋工程设备用信号检测装置，其特征在于，所述第二 电压等于16伏。
【专利摘要】本发明涉及一种海洋工程设备用信号检测装置，所述装置包括分压器、放大器、和比较器，所述分压器获得不大于0.6伏的第一电压；该第一电压输入至所述放大器的同相输入端，信号线通过第一电阻(R3)连接至所述放大器的反向输入端，第二电阻(R4)的两端分别连接所述放大器的反向输入端和所述放大器的输出端；所述放大器的输出端(U1)连接所述比较器的同向输入端，第三电阻(R5)与第四电阻(R6)对24伏电压进行分压得到第二电压连接至所述比较器的反向输入端，根据比较器的输出确定所述信号线与信号公共线之间的介质类型。本发明解决了现有海水短接和导线短接的误判问题，提高了海洋工程设备工作的安全性。
【IPC分类】G01R31/02
【公开号】CN105158626
【申请号】CN201510501027
【发明人】王伟, 郭宇, 林恒清
【申请人】中国船舶工业系统工程研究院
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月14日