一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器制造技术

“一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器”，包括传感器自识别单元，传感器采样放大滤波单元，电源电路单元，电压过零信号采样处理单元，传感器参考稳压基准单元，CAN通信及保护单元，声光报警驱动单元和MCU微处理器，该探测器可以自动识别传感器的类型和传感器连接线的断路、短路状态，针对自识别后的剩余电流互感器式传感器或测温式传感器而设置不同增益的放大电路，同时设置了二阶有源滤波器、采用了传感器参考稳压基准电路和电压过零信号处理技术、信号隔离技术、CAN通信总线报警信号主动上传技术和高性能的MCU微处理器，配合有关软件算法，大大提高了探测器的测量精度和抗电磁干绕能力，缩短了报警信号上传时间，减少了探测器的误报，提高了探测器的工作稳定性。

A Sensor Adaptive Composite Electric Fire Monitoring Detector

\A sensor-adaptive composite electric fire monitoring detector\ includes sensor self-identification unit, sensor sampling amplification and filtering unit, power circuit unit, voltage zero-crossing signal sampling and processing unit, sensor reference voltage reference reference unit, CAN communication and protection unit, acousto-optic alarm driving unit and MCU microprocessor. The detector can automatically identify sensors. According to the type of sensor and the open and short circuit state of sensor connection line, different gain amplifier circuits are set up for the residual current transformer sensor or temperature sensor after self-identification. At the same time, the second-order active filter is set up, the reference voltage regulator circuit of sensor and the signal processing technology of voltage zero-crossing, signal isolation technology, CAN communication bus alarm signal is uploaded actively. Technology and high-performance MCU microprocessor, together with relevant software algorithms, greatly improve the measurement accuracy and anti-electromagnetic dry winding ability of the detector, shorten the alarm signal upload time, reduce the false alarm of the detector, and improve the working stability of the detector.

【技术实现步骤摘要】
一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器
本专利技术涉及一种电气火灾监控探测器，具体说涉及一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器。
技术介绍
近年来，我国电气火灾一直处于高发多发态势，据有关部门统计，2011年至2016年，我国共发生电气火灾52.4万起，占全国火灾总量的30%以上，电气火灾的防治已上升为国家战略，对电气火灾探测器的质量要求显得尤为重要。电气火灾监控探测器是我国现阶段重点推广的电气火灾预警主导产品，主要包括剩余电流监控探测报警和温度监控探测报警两大类。尽管电气火灾探测器在现场使用中得到了广泛的应用，但目前尚处于初级阶段，产品质量问题较多：一是探测器对采集信号测量不准，误差较大，同时电磁兼容抗扰度性能不足，故造成大量误报。目前剩余电流的测量方式大都采用周期最大峰值及整流平均值检测方法，此方法只适用于纯正弦波的应用，没有考虑到负载谐波电流产生的影响。剩余电流互感器平衡特性和冲击特性不佳而的产生的误报和容性负载正常泄漏电流产生的误报等也占相当大的比例。二是探测器设计安全系数低：电气火灾监控探测器一般设置在低压配电柜中，通常情况下监测的是220V或380V的低压配电回路，测温式探测器大多用于监测接线端子处温度，如果探测器的电源供电部分和测温传感器部分不进行有效的隔离很容易出现高压串入探测器的风险而影响整个系统的安全运行，同时通信和电源部分的不隔离也会产生上述问题。三是探测器智能化程度低：由于电气火灾监控探测器一般安装于配电柜内，同时监测配电线路的剩余电流和线缆温度，因此大部分配电柜同时需要配置两种不同类型的产品才能满足监测要求，这一方面将使系统变得复杂，故障率增加，同时也使成本上升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电磁兼容性能较好，测量精度、安全性能和智能化程度较高的一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器，为此，本专利技术采用如下技术方案：一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器，包括传感器自识别单元，传感器采样放大滤波单元，电源变换单元，电压过零信号采样处理单元，传感器参考稳压基准单元，CAN通信及保护单元，声光报警驱动单元和MCU微处理器；进一步设置，所述传感器自识别单元包括传感器断路、短路识别单元和传感器类型识别单元；所述传感器断路、短路识别单元包括传感器信号输入端子P1、传感器参考稳压基准单元、场效应管Q1、运算放大器U2和MCU微处理器，传感器采集到的信号经端子P1与稳压管TVS1、电阻R5两端并联输出，R5的一端接传感器参考稳压基准单元而得到稳定的直流参考基准电压，这有利于信号的准确测量，R5的另一端通过电阻R8接运算放大器U2的同相输入端，通过所述的运算放大器U2对输入信号进行放大滤波后经所述的MCU微处理器进行数模转换，同时MCU微处理器的I/O端口输出周期为40mS的3个脉冲方波信号控制场效应管Q1的通断，MCU微处理器在每个脉冲信号的高电平期间即Q1开通状态时采集数据，然后对采集到的数据进行分析处理并判断出是否有传感器连接线的断路和短路故障，如果Q1在开通状态下，半个采样周期内所有采样点数据之和的平均值小于给定的判定阈值且连续三个周期判定条件均有效，即可判断为传感器连接线断路，如果Q1在开通状态下，半个采样周期内所有采样点数据之和的平均值大于给定的判定阈值且连续的三个周期判定条件均有效，则可判断传感器为短路。进一步设置，所述传感器的类型识别单元包括传感器信号输入端子P1、场效应管Q1、采样放大滤波单元和MCU微处理器，当所述的MCU微处理器完成对各外设的初始化后，由其PTC5脚输出周期为20mS的3个脉冲方波信号驱动场效应管Q1的开通或关断，在这3个脉冲方波信号产生期间内MCU会定时采集并处理经放大滤波后的传感器输入信号V2的电压值，如果电气火灾探测器配接的是剩余电流互感器式传感器，V2值会在所述的控制信号为高电平期间按照电感的放电特性呈下降趋势，在所述的控制信号为低电平期间V2值会因电感的特性在直流偏执点处电压呈现上升的趋势，如果所配接的传感器为测温式传感器，则在测量周期内V2值呈现平稳的输出状态，MCU微处理器据此而自动识别传感器的类型。进一步设置，所述的采样放大滤波单元设置有运算放大器U2B和运算放大器U2A，通过所述的MCU微处理器分别调整剩余电流互感器式传感器或测温式传感器输入信号放大电路U2B的不同增益，如果自识别为测温式传感器，探测器的MCU微处理器可以根据需要自动将其增益调得较高，如果检测到的是互感器式传感器，则探测器的MCU微处理器自动将其增益调得较低，这样，既可以检测到传感器最大的输出信号，同时又使得输出信号的波形失真度小，因而提高了信号的检测精度。进一步设置，所述的采样放大滤波单元还包括二阶有源滤波器，所述的二阶有源滤波器包括运算放大器U2A、电阻R9、R10、电容C2、C6、C7，所述二阶有源滤波器输出接电阻R11，并通过R11、三端电容V1连接至MCU微处理器的ADC采样端，所述的二阶有源滤波器可减少11次以上的高次谐波对测量误差产生的影响，使探测器可以很好的适应具有变频类负载或变频类电源的应用场合。进一步设置，所述的传感器参考稳压基准单元包括电阻R19、由电容C23、C24、C25、C26、电感L2、L3组成的滤波电路，通过U1稳压后为运算放大器U1B和U1A和所述的MCU微处理器提供稳定的基准电压，以提高对信号的测量精度。进一步设置，所述的电压过零信号采样处理单元包括接线端子P2和电源变压器T1，所述的电源变压器T1的初级绕组与光耦U6的输入串联，光耦U6的输出连接到电压过零信号采样处理单元的输入端，通过比较器U1，电阻R1，R2，R3，R4和电容C1，实现对输入电压过零信号的整形放大以及信号的滞环控制后输出到所述MCU微处理器，所述MCU微处理器通过电源电压的周期信号来控制数模转换ADC的采样周期信号，从而达到采样信号的有效值测量周期与电源电压周期同步的目的，进一步提高了对信号的测量精度。进一步设置，所述的电源电路包括供电电源接线端子P2、隔离变压器T1和滤波电路，所述供电电源连接到隔离变压器T1的初级，T1的次级连接到整流桥U5然后通过滤波电容C21、三端滤波器CL1、滤波电容C19、C20滤波后，一路进入三端稳压器U4，由三端稳压器U4输出经滤波元件L1、C16、C17、C18再次滤波后分别给探测器各个功能单元供电，另一路通过VDD连接到MCU的ADC参考基准稳压电路，为MCU提供参考基准稳压电源；所述的通信及保护单元包括电磁隔离器U9，CAN通讯驱动器U10，DC/DC隔离稳压电源Ｕ8，共模电感LH1，浪涌抑制器件TVS3、TVS4、TVS5，快速恢复保险PTC１、PTC２，滤波电容C27～C36，所述电磁隔离器U9实现通讯信号的隔离，所述隔离稳压电源Ｕ8实现通信电路与供电电源之间的隔离，。进一步设置，所述的MCU微处理器采用NXP公司的ARM32位MKE06Z64微处理器，所述的MKE06Z64微处理器具有良好的EMC电磁兼容性能，较宽的温度适应范围，高精度的ADC，集成CAN控制器等多方面的优异性能，利用所述的平台在本专利技术中采用有效值测量方式计算剩余电流值，即在每个测量周期的20mS内完成64个采样点的数据采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器，包括传感器自识别单元，传感器采样放大滤波单元，电源电路单元，电压过零信号采样处理单元，传感器参考稳压基准单元，CAN通信及保护单元，声光报警驱动单元和MCU微处理器；其特征是：所述传感器自识别单元包括传感器连接线的断路、短路识别单元和传感器类型识别单元；所述的传感器连接线的断路、短路识别单元包括传感器信号输入端子P1、传感器参考稳压基准单元、场效应管Q1、运算放大器U2和MCU微处理器，传感器采集到的信号经端子P1与稳压管TVS1、电阻R5两端并联输出，R5的一端接所述的传感器参考稳压基准单元而得到稳定的直流参考基准电压，R5的另一端通过电阻R8接运算放大器U2，通过所述的运算放大器U2对输入信号进行放大、滤波处理后经所述的MCU微处理器进行数模转换，同时MCU微处理器输出周期为40mS的3个脉冲方波信号控制场效应管Q1的通断， MCU微处理器在每个脉冲信号的高电平期即Q1开通状态时采集数据，然后对采集到的数据进行分析处理并自动判断出是否有传感器连接线的断路和短路故障；所述传感器的类型识别单元包括传感器信号输入端子P1、场效应管Q1、采样放大滤波单元和MCU微处理器，当所述的MCU微处理器完成对各外设的初始化后，由其PTC5脚输出周期为20mS的3个脉冲方波信号驱动场效应管Q1的开通或关断，在这3个脉冲方波信号产生期间内MCU微处理器会定时采集并处理经放大滤波后的传感器输入信号V2的电压值，并根据剩余电流互感器式传感器或测温式传感器不同技术特征的V2电压值而自动判定传感器的类型。...

【技术特征摘要】
1.一种传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器，包括传感器自识别单元，传感器采样放大滤波单元，电源电路单元，电压过零信号采样处理单元，传感器参考稳压基准单元，CAN通信及保护单元，声光报警驱动单元和MCU微处理器；其特征是：所述传感器自识别单元包括传感器连接线的断路、短路识别单元和传感器类型识别单元；所述的传感器连接线的断路、短路识别单元包括传感器信号输入端子P1、传感器参考稳压基准单元、场效应管Q1、运算放大器U2和MCU微处理器，传感器采集到的信号经端子P1与稳压管TVS1、电阻R5两端并联输出，R5的一端接所述的传感器参考稳压基准单元而得到稳定的直流参考基准电压，R5的另一端通过电阻R8接运算放大器U2，通过所述的运算放大器U2对输入信号进行放大、滤波处理后经所述的MCU微处理器进行数模转换，同时MCU微处理器输出周期为40mS的3个脉冲方波信号控制场效应管Q1的通断，MCU微处理器在每个脉冲信号的高电平期即Q1开通状态时采集数据，然后对采集到的数据进行分析处理并自动判断出是否有传感器连接线的断路和短路故障；所述传感器的类型识别单元包括传感器信号输入端子P1、场效应管Q1、采样放大滤波单元和MCU微处理器，当所述的MCU微处理器完成对各外设的初始化后，由其PTC5脚输出周期为20mS的3个脉冲方波信号驱动场效应管Q1的开通或关断，在这3个脉冲方波信号产生期间内MCU微处理器会定时采集并处理经放大滤波后的传感器输入信号V2的电压值，并根据剩余电流互感器式传感器或测温式传感器不同技术特征的V2电压值而自动判定传感器的类型。2.根据权利要求1所述的传感器自适应型复合式电气火灾监控探测器，其特征是：所述的传感器采样放大滤波单元设置有运算放大器U2B和运算放大器U2A，通过所述的MCU微处理器分别调整剩余电流互感器式传感器或测温式传感器输入信号放大电路U2B的不同增益；所述的传感器采样放大滤波单元还包括二阶有源滤波器，所述的二阶有源滤波器包括运算放大器U2A，电阻R9、R10，电容C2、C6、C7，所述二阶有源滤波器输出接电阻R11，并通过R11、三端电容V1连接至MCU微处理器的ADC采样端。3.根据权利要求1所述的传感器自适应型复合式电气火灾监...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天福，
申请(专利权)人：北京明日电力电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11