专利名称：一种电平型信号断线故障的检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电平型信号的故障检测技术，尤其涉及一种电平型信号断线故障的检 测装置。
背景技术：
对于输出信号为电平型信号的工业控制系统中，有时会因控制系统内部发生断线 等故障，导致电平型信号的输出不正常，例如低于预定的电压值等。为此，需要对电平型信 号进行断线检测。电平型信号的断线检测是各类检测系统的重要安全指标，在工业控制系 统中，断线检测是最基本也是最重要的技术指标，在自动化行业和其他检测系统中，对电平 型信号和触点传感器的配电电压信号的断线检测比较普遍。目前对电平型信号的检测主要采用AD采样和使用集成电路等技术。AD采样技术 采集速度较慢，而且成本偏高，不适合大范围推广使用。为了降低成本，现有技术中采用集 成比较器电路的电平型信号检测电路，但是比较器的处理速度也很慢，而且在临近比较值 比较时容易产生振荡，检测结果的可靠性低。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电平型信号的断线故障检测装置，该装置 检测速度快，而且可靠性高。为实现上述目的，本发明提供一种电平型信号断线故障的检测装置，包括被测电 平型信号通过顺向二极管D1、分压电阻R1、限流电阻R3连接到所述NPN型三极管的基极 上，所述分压电阻Rl和限流电阻R3之间设置采样参考点，所述采样参考点通过分压电阻 R2接地，所述采样参考点还通过抗干扰电容Cl接地，所述NPN型三极管的基极通过补偿电 阻R4接地，所述NPN型三极管的发射极接地，所述NPN型三极管的集电极通过电阻R5连接 外接电源，所述NPN型三极管的集电极作为检测输出端，还包括判断单元，用于接收从所述 NPN型三极管的集电极端输出的电压信号，判断所述NPN型三极管集电极端电压信号是否 大于预设的第一阈值，如果大于，则输出电平型信号发生断线故障的结果。优选地，所述电平型信号的断线检测装置的采样参考点处电平幅值是根据实际情 况自行设定的。优选地，所述电平型信号的断线检测装置的第一阈值可根据实际情况自行设定， 但必须大于NPN型三级管集电极_发射极饱和曲线电压Vce的最大值。优选地，所述顺向二极管的正向导通电压是根据选择的二极管的技术指标进行确 定的。优选地，正常时所述待测电平型信号幅值设定为5V，断线时所述电平型信号幅值 设定为小于2. 5V ；所述第一阈值设定为0. 8V。优选地，正常时所述待测电平型信号幅值设定为12V，断线时所述电平型信号幅值 设定为小于9V ；所述第一阈值设定为0. 8V。
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优选地，正常时所述待测电平型信号幅值设定为24V，断线时所述电平型信号幅值 设定为小于15V ；所述第一阈值设定为0. 8V。优选地，正常时所述待测电平型信号幅值设定为48V，断线时所述电平型信号幅值 设定为小于30V ；所述第一阈值设定为0. 8V。优选地，正常时所述待测电平型信号幅值设定为110V，断线时所述电平型信号幅 值设定为小于70V ；所述第一阈值设定为0. 8V。本发明实施例提供的断线故障检测装置相对于现有技术中采用A/D采样和集成 比较器电路的方案，结构相对简单，而且采用的如二极管、电阻等常规元器件的可靠性和灵 敏度都很高，这就使得本发明实施例提供的断线故障检测装置在检测速度和可靠性方面相 对于现有技术都得到了极大的改善。另外，与现有技术中断线检测装置都采用结构复杂、成 本昂贵的器件相比，本发明实施例中的断线检测装置由成本较低的常规器件组成，降低了 整个装置的成本。


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简单的介绍，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的前提下，还可以根据 这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的一种电平型信号的断线检测装置的示意图；图2是采用电平型信号直接作为输入的接线配置电路与本发明实施例提供的电 平型信号断线检测装置的连接示意图；图3是采用触点型传感器的配电信号作为电平型信号输入的接线配置电路与本 发明实施例提供的电平型信号的断线检测装置的连接示意图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供一种电平型信号的断线检测装置，当被检测的电路电压低于一 定幅值时，即认为被检测电平型信号断路，可以根据被测电平型信号跌落幅度来判断被测 电路的通断情况。本发明检测电路可以应用于各种以电平型信号为输入信号的系统中，也 可应用于各种以触点型传感器为输入信号的系统中。在前一种系统中，可检测待测电平型 信号低于第一幅值时即认为电平型信号断线，在后一种系统中，可检测触点型传感器配电 信号电压值低于一定幅值时即认为触点型传感器配电断线。图1示出了本发明实施例提供的电平型信号断线故障检测装置的示意图。在图1 中，点A为输入待测电平型信号的采样参考点，该采样参考点设置在分压电阻Rl和限流电 阻R3之间。该检测装置具体包括一 NPN型三极管Q1，该NPN型三极管Ql的基极通过限流 电阻R3连接至采样参考点，采样参考点通过分压电阻R2接地，采样参考点还通过抗干扰电容Cl接地。NPN型三极管Ql的发射极接地。NPN型三极管Ql的基极通过补偿电阻R4接 地，NPN型三极管Ql的发射极接地，NPN型三极管Ql的集电极通过电阻R5连接外接电源； 另外，NPN型三极管Ql的集电极作为检测输出端，另外，本实施例中的故障检测装置还包括 判断单元101，该判断单元101用于接收从NPN型三极管Ql的集电极端输出的电压信号，判 断NPN型三极管Ql的集电极端电压信号是否大于预设的第一阈值，如果大于，则输出电平 型信号发生断线故障的结果。另外，为了防止被检测电平型信号反接时损坏被检测电路，在采样参考点与被检 测电路之间还串联设置顺向二极管Dl和分压电阻R1，其中顺向二极管Dl的输入端为二极 管的阳极，也是被检测的电平型信号的输入端，顺向二极管Dl的输出端为二极管的阴极， 顺向二极管Dl的输出端连接分压电阻Rl的一端，分压电阻Rl的另一端连接采样参考点。根据被检测的电平型信号的来源不同，即被检测电路的类型不同，将采用不同的 接线配置电路。图2示出了采用电平型信号直接作为输入的接线配置电路与本发明实施例 提供的电平型信号断线检测装置的连接示意图。图3示出了采用触点型传感器的配电信号 作为电平型信号输入情况下接线配置电路与本发明实施例提供的电平型信号的断线检测 装置的连接示意图。在实际应用中，根据被检测电路的实际情况，可以对本实施例中的电平型信号断 线故障检测装置的电路参数进行设计和选择，包括各个电阻的阻值、电容的电容值、二极管 和三极管的具体性能参数。以下详细说明本发明实施例的检测装置对电平型信号的断线故障检测的原理。请同时参见图2和图3，在被检测电路正常工作时，图2和图3中的三极管Ql处于 饱和状态，此时，即NPN型三极管Ql的集电极和基极之间正偏，基极和发射极之间也正偏， 此时作为断线检测装置的检测输出端(即NPN型三极管Ql的集电极)输出的电压为Vce(即 三极管集电极_发射极饱和曲线电压)，V。E —般很小，约为0. IV 0. 3V，输出结果可以看 成是低电平。当发生断线故障时，NPN型三极管Ql处于截止状态，此时作为断线检测装置 的检测输出端输出的电压为V-I。M*R5，其中I (即三极管集电极-基极关断电流)约为0， V为断线检测装置中的外接电源的电压，可以认为是高电平。在图2和图3中虚线框表示的为接线配置电路。对于以电平型信号直接作为输入 的情况，采用图2中所示的接线配置电路，此时V1为电平型信号，配置电阻R，为方便描述， 其阻值也表示为R。对于以触点型传感器配电信号为输入信号的情况，接线配置电路采用 图3中虚线框内表示的结构，其中V1为触点型传感器的配电电平信号，R为配置电阻，配置 电阻R与触点型传感器并联。当触点型传感器为无源触点型传感器时，V1为另外配电的电 平信号；当触点型传感器为有源触点型传感器时，V1为有源触点型传感器自带的配电电平 信号。以下说明对图2和图3中的电平型信号断线故障检测装置中的各个器件参数的设 计过程。根据实际选取顺向二极管Dl和NPN型三极管Ql，则顺向二极管Dl的正向压降VD、 NPN型三极管Ql的直流增益Hfe、三极管Ql的集电极最大电流1。_、三极管Ql基极_发射 极开启电压Vbe，三极管Ql集电极-发射极饱和曲线电压Vce、三极管Ql发射极-基极关断 电流Iem、三极管集电极-基极关断电流I·均为已知且可查询。电平型信号幅值为V1，断
5线检测装置额定电流为I，采集点A的电压为VA，三极管Ql的基极电压为Vb，三极管基极电 流为Ib，三极管Ql集电极电压为V。，三极管Ql集电极电流为I。。对于断线检测装置，则有
权利要求
一种电平型信号断线故障的检测装置，其特征在于，被测电平型信号通过顺向二极管D1、分压电阻R1、限流电阻R3连接到所述NPN型三极管的基极上，所述分压电阻R1和限流电阻R3之间设置采样参考点，所述采样参考点通过分压电阻R2接地，所述采样参考点还通过抗干扰电容C1接地，所述NPN型三极管的基极通过补偿电阻R4接地，所述NPN型三极管的发射极接地，所述NPN型三极管的集电极通过电阻R5连接外接电源，所述NPN型三极管的集电极作为检测输出端，还包括判断单元，用于接收从所述NPN型三极管的集电极端输出的电压信号，判断所述NPN型三极管集电极端电压信号是否大于预设的第一阈值，如果大于，则输出电平型信号发生断线故障的结果。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电平型信号的断线检测装置的采样 参考点处电平幅值是根据实际情况自行设定的。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电平型信号的断线检测装置的第一 阈值可根据实际情况自行设定，并且大于NPN型三级管集电极_发射极饱和曲线电压Vce的 最大值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述顺向二极管的正向导通电压是根据 选择的二极管的技术指标进行确定的。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，正常时所述待测电平型信号幅值设定为 5V，断线时所述电平型信号幅值设定为小于2. 5V ；所述第一阈值设定为0. 8V。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，正常时所述待测电平型信号幅值设定为 12V，断线时所述电平型信号幅值设定为小于9V ；所述第一阈值设定为0. 8V。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，正常时所述待测电平型信号幅值设定为 24V，断线时所述电平型信号幅值设定为小于15V ；所述第一阈值设定为0. 8V。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，正常时所述待测电平型信号幅值设定为 48V,断线时所述电平型信号幅值设定为小于30V ；所述第一阈值设定为0. 8V。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，正常时所述待测电平型信号幅值设定为 110V，断线时所述电平型信号幅值设定为小于70V ；所述第一阈值设定为0. 8V。
全文摘要
本发明提供一种电平型信号断线故障的检测装置，包括被测电平型信号通过顺向二极管D1、分压电阻R1、限流电阻R3连接到所述NPN型三极管的基极上，分压电阻R1和限流电阻R3之间设置采样参考点，采样参考点通过分压电阻R2接地，所述采样参考点还通过抗干扰电容C1接地，NPN型三极管的基极通过补偿电阻R4接地，NPN型三极管的发射极接地，所述NPN型三极管的集电极通过电阻R5连接外接电源，NPN型三极管的集电极作为检测输出端，还包括判断单元，用于接收从NPN型三极管的集电极端输出的电压信号，判断NPN型三极管集电极端电压信号是否大于预设的第一阈值，如果大于，则输出电平型信号发生断线故障的结果。
文档编号G01R31/02GK101949988SQ20101026388
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者杨汶佼, 胡斌 申请人:浙江中控技术股份有限公司