專利名稱：抗干擾高靈敏沖擊繼電器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于電氣信號回路用沖擊繼電器的改進，是一種抗干擾高靈敏沖擊繼電器技術方案。沖擊繼電器在發(fā)、供、用電系統(tǒng)的電氣信號回路應用極其廣泛，它應用于重復動作的預告信號或事故信號回路。現有技術沖擊繼電器，例如阿城繼電器廠生產的ZC-23沖擊繼電器(如

圖1虛線框內)，其應用電路如圖1所示，其基本原理是利用串在直流信號回路的微分變流器BL，將回路中持續(xù)(矩形的)電流脈沖變成短暫的(尖頂的)電流(電壓)脈沖去起動靈敏元件GHJ，由靈敏元件再起動中間元件ZJ動作并自保持。其工作電流、電壓波形如圖2所示，當預告信號繼電器XJ1動作時，經過光字牌XD1直流電流為i1，此i1經微分變流器BL，在BL次級產生微分電壓u1，此電壓使靈敏元件GHJ短時動作，GHJ(1)(9)接通，中間元件ZJ動作其ZJ1(7)(15)接通使ZJ自保持于動作狀態(tài)，ZJ3(6)(14)接點接通使警鈴JL勵磁而發(fā)出聲響信號，值班人員聽到音響信號后可立即注視是哪個光字牌亮，然后按復歸按鈕FA使中間元件ZJ失電而返回。如果在XD1亮時又有一預告信號發(fā)生，例如XJ2又動作，這時BL變流器一次線圈在原來i1上又增加i2，BL次級又產生一微分電壓u2，這時GHJ又短時動，其工作過程同上。如XJ1返回i1消失，這時BL次級產生一負極性的微分電壓-△u1，由于D1反向并在GHJ線圈上，-△u1被D1短接因此GHJ不會動作。在沖擊繼電器中，中間元件ZJ并不是構成沖擊繼電器的必要元件，它完全可以用外加的中間元件達到自保持的目的，制造廠為方便用戶在沖擊繼電器內加裝了中間元件ZJ。按ZC-23說明書，最小沖擊動作電流不大于0.16A，最大穩(wěn)定電流為3.2A，這對于應用傳統(tǒng)的雙燈工作電流約230mA的白熾燈光字牌是可以的。當前已大量采用節(jié)能的發(fā)光二極管光字牌，其單只燈的電流約15mA，二只燈并聯(lián)后約30mA，已有技術沖擊繼電器沖擊動作電流最靈敏的約100mA，應用于發(fā)光二極管光字牌根本動作不了，它也可以增加微分變流器BL的一次線圈匝數而提高沖擊動作電流靈敏度，改到能使發(fā)光二極管光字牌可靠動作時，考慮一只燈再加電壓降80%仍能可靠動作，其最小沖擊動作電流應不大于12mA，當已有技術沖擊繼電器改到如此靈敏時，由于發(fā)電廠、變電所存在大量電和磁的干擾，實踐證明，它非常容易受干擾而誤動作。一段時間來，電力部門渴望能有一種經得起干擾而不誤動作，又能應用于發(fā)光二極管光字牌的高靈敏沖擊繼電器。
本發(fā)明的目的是提出了一種采用特種傳感器件和電子技術的抗干擾高靈敏沖擊繼電器，它的沖擊動作電流可以小于10mA，能經得起發(fā)電廠和變電所的大量強電、磁干擾而不誤動作。
本發(fā)明總的構思是，應用電子技術，采用特種傳感器件霍爾元件組成電流采樣元件，用突變脈沖檢出元件把電流增量產生的突變脈沖檢出來，用脈沖寬度鑒別元件把真正的信號脈沖鑒別出來，干擾不會誤動作，沖擊動作電流可以設計制作得很靈敏。
根據本發(fā)明總的構思，實現其目的的技術方案之一是，如圖3所示，由電流采樣元件1、突變脈沖檢出元件2、動作脈沖寬度鑒別元件3、輸出元件5、供電元件9組成，其中電流采樣元件1由電感線圈L及放置在電感線圈的磁路中的霍爾元件B構成，當供電電壓較低，適合電子電路工作時，供電元件9可以取消。
根據本發(fā)明總的構思，為了方便使用，改進后的第二個技術方案是，在第一技術方案的基礎上，如圖4所示，增加信號自保持及解除元件4。
根據本發(fā)明總的構思，為使沖擊繼電器能應用于延時預告信號回路，增加在脈沖消失后沖擊繼電器能自動復歸的功能，改進后的第三個技術方案是，在第一技術方案的基礎上，如圖5所示，增加復歸脈沖寬度鑒別元件6和信號自保持及解除元件4。
根據本發(fā)明總的構思，為了使沖擊繼電器應用于延時預告信號回路時更方便，增加在脈沖消失時沖擊繼電器能自動復歸，并自身帶有延時動作功能，改進后的第四個技術方案是，在第一技術方案的基礎上，如圖6所示，增加復歸脈沖寬度鑒別元件6、信號自保持及解除元件4、動作延時元件7。
根據本發(fā)明總的構思，為了方便使用，還可以在第一技術方案的基礎加以改進的第五個技術方案，如圖7所示，增加復歸脈沖寬度鑒別元件6、信號自保持及解除元件4、動作延時元件7、復歸延時元件8。
以下對技術方案中的各元件進行介紹電流采樣元件1的作用是把電流輸入變成電壓輸出，同時它還將電流輸入回路與電壓輸出回路在電氣方面隔離起來，從結構上提高抗干擾的能力。電流采樣元件1如圖10所示，由電感線圈L及放置在電感線圈磁路中的霍爾元件B構成?；魻栐菍Υ艌雒舾械脑湓砣鐖D8所示，放置在磁路中的霍爾片，其輸出電壓VH與外加電壓V+之比與磁通密度成正比。為了增加輸出電壓對磁通密度的靈敏度，一般加有集成放大器，圖8的原理圖就是一個例子。制造廠為方便使用者，往往將霍爾片與放大器等集成裝在一起組成霍爾傳感器如圖9所示。本發(fā)明所說的霍爾元件可以是霍爾片外加放大回路，也可以是霍爾片與放大回路集成組裝在一起的霍爾傳感器，在本說明書中，為了簡化敘述和表達，把霍爾元件簡化畫為圖10所示的一個三端器件B，圖中的L為電感線圈，B放在L的磁路中，電感L可以是空心線圈，為了增加靈敏度，L可以裝在磁性材料上，把霍爾元件放置在磁性材料的磁路中。電流采樣元件1的輸出電壓VO正比于輸入電流i，當輸入電流增加△i，輸出電壓＝VO+△V。
突變脈沖檢出元件2的作用是將反映電流量的電流采樣元件1的電壓輸出瞬間突變量檢出來，它只反映突變量不反映穩(wěn)態(tài)量，最簡單的方案如圖11所示，由電容C1、電阻R1組成的微分電路，當輸入的電壓為1正、2負時，輸入增加△U，輸出一正極性的微分電壓，輸入減少△U，輸出一負極性的微分電壓，其輸出電壓的衰減時間取決于時間常數t＝RC，這里可以方便的選取電容C或電阻R以達到設計要求的衰減時間。突變脈沖檢出元件2也可以如圖12由電容C1、C1′、電阻R1、R1′組成，它的二個支路時間常數取得不一樣，它的輸出應接差動放大器，圖13～15是可以選用的突變脈沖檢出元件方案，其他能把輸入電壓突變量檢出來的電路都可以作為突變脈沖檢出元件。
動作脈沖寬度鑒別元件3的作用是將突變脈沖檢出元件的輸出脈沖信號，進行幅值和脈沖寬度鑒別，以判斷是真正的動作信號還是干擾信號，選擇合適的突變脈沖檢出元件時間常數t和動作脈沖值和脈沖寬度，可以使真正的動作脈沖鑒別出來使沖擊繼電器動作，而干擾信號因脈沖寬度不夠而不會動作，這從電路功能上達到抗干擾的目的。動作脈沖寬度鑒別元件3由隔離、放大器，延時動作瞬時返回時間元件，電平比較器組成，它的電路方案可以如圖16，由跟隨器N1，隔離二極管V1，阻容充電回路R9、C2，參考電平分壓電阻R5、R6，運算放大器N2組成，N1是隔離元件，其余的器件組成一個延時動作瞬時返回時間元件，同時它還有電平比較器的功能，需大于R5、R6分壓電阻提供的參考電平才能動作，其動作延時取決于R9、C2的時間常數與R5、R6決定的參考電平。圖17是動作脈沖寬度鑒別元件的另一方案，它的輸入應接圖12所示的脈沖檢出元件，其輸入端子1、2對調后可分別對正微分電壓或負微分壓動作，對正微分電壓動作時可作為動作脈沖寬度鑒別元件，對負微分電壓動作時可作為返回脈沖寬度鑒別元件。圖18～21是脈沖寬度鑒別元件的另幾個方案，圖18、19中的N1作同相放大器時為動作脈沖寬度鑒別元件，N1作為反相放大器用時為返回脈沖寬度鑒別元件。圖20是動作脈沖寬度鑒別元件，圖21是返回脈沖寬度鑒別元件。圖22是延時動作瞬時返回時間元件，它可以用于脈沖寬度鑒別元件中的時間元件，也可以用于動作延時元件7，和復歸延時元件8。
信號自保持及解除元件4的作用是把動作脈沖寬度鑒別元件3的短時動作信號固定下來，直至輸入復歸信號時才返回，它的原理圖如圖23所示，當D3用或非門時，另一輸入可接復歸延時元件8的輸出。任何滿足圖23邏輯功能的電路均可做信號自保持及解除元件，圖24就是另一個例子。
輸出元件5的作用是把動作信號放大后去驅動預告信號警鈴或事故信號喇叭，圖25～28是幾個實施例，圖27中的K1是電子繼電器，圖28方案還兼信號自保持及解除元件4的功能，V5導通后維持導通，直至復歸端接負極才返回。
供電元件9的作用是把電源電壓降低到適合電子電路工作的電壓供給電子電路工作。圖29就是一個實施例，其他能提供電子電路工作電壓的電路均可使用。
復歸脈沖寬度鑒別元件6的作用是把脈沖電流減少引起的負微分電壓鑒別出來，使信號自保持及解除元件4復歸，以適應延時預告信號的需要，其實施電路在動作脈沖寬度鑒別元件中已有介紹。
動作延時元件7的作用是做延時預告信號的延時元件，可以省掉中央信號裝置中延時預告信號回路中的時間繼電器。
復歸延時元件8的作用是使沖擊繼電器動作后自動延時復歸，省掉人工復歸的麻煩。
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明方案作進一步介紹。
圖1是已有技術沖擊繼電器ZC-23及其應用電路。
圖2是沖擊繼電器動作波形分析圖。
圖3是本發(fā)明的基礎技術方案沖擊繼電器方框圖。
圖4是技術方案之二，自己帶信號自保持及解除元件的沖擊繼電器方框圖。
圖5是技術方案之三，電流脈沖出現能動作，流脈沖消失會返回的沖擊繼電器方框圖。
圖6是技術方案之四，應用于延時預告信號的，電流脈沖持續(xù)時間小于動作延時不動作，大于動作延時才動作的沖擊繼電器方框圖。
圖7是技術方案之五，應用于延時預告信號，并能自動復歸的沖擊繼電器方框圖。
圖8是霍爾元件原理圖。
圖9是霍爾傳感器原理圖。
圖10是電流采樣元件電路圖。
圖11是突變脈沖檢出元件電路圖和輸入、輸出波形圖。
圖12～15是突變脈沖檢出元件電路圖。
圖16～20是動作脈沖寬度鑒別元件。
圖21是返回脈沖寬度鑒別元件。
圖22是延時動作瞬時返回延時元件。
圖23、24是信號自保持及解除元件原理圖。
圖25～28是輸出元件電路圖。
圖29是供電元件電路圖。
圖30是實施例1沖擊繼電器電路圖。
圖31是實施例2沖擊繼電器電路圖。
圖32是實施例3沖擊繼電器電路圖。
圖33是實施例4沖擊繼電器電路圖。
實施例1如圖30所示，R1′、C1′回路時間常數大于R1、C1回路時間常數，二時間常數之差要大于R9、C2、V9等組成的延時動作時間，當L線圈突然通過或增加電流△i，霍爾元件輸出就增加△U，兩不同時間常數的微分電路輸出使差動放大器N1輸出由0態(tài)變?yōu)?態(tài)，C2經R9充電，當C2電壓大于V9穩(wěn)壓電壓及R5、R6分壓電壓之和后(V9也可以不要，這時R5右端應接+電源)，N2輸出由0態(tài)變?yōu)?態(tài)，或門D1也輸出1態(tài)，V5因有基極電流而導通使繼電器K動作，其接點K去使警鈴響。D1輸出的1態(tài)同時使與門D2輸出變?yōu)?態(tài)，使D1下端輸入變?yōu)?態(tài)，從而自保持于動作狀態(tài)。當將復歸端子接通時，反相器D3輸入由0態(tài)變1態(tài)，D3輸出變?yōu)?態(tài)，D2輸出變?yōu)?態(tài)，D1輸出變?yōu)?態(tài)，從而使沖擊繼電器返回。圖30中C1、R1和C1′、R1′電容與電阻可以同時上下對調位置，這時C1、R1的時間常數應大于C1′、R1′的時間常數?？梢栽贑1、R1輸出與C1′、R1′輸出各增加跟隨器，以提高繼電器的性能。
實施例2如圖31所示，它是以三極管為主做成的沖擊繼電器。
實施例3如圖32所示，N1是放大器，N2是電平比較器，V1、R9、C2、D1組成延時動作瞬時返回時間元件，R16、C5、V8、D3組成復歸延時元件，S1接通時，自動延時復歸，S1斷開時復歸延時元件不起作用。
實施例4如圖33所示，電感L、霍爾元件B組成電流采樣元件1。C1、R1是突變脈沖檢出元件2。N1、R2、R4、R3組成放大器，可以選擇R4、R2的比值來改變放大器的放大倍數，以達到設計要求的沖擊動作電流靈敏度。N2、R5、R6組成動作脈沖電平比較器，D1、R9、C2、V1組成延時動作瞬時返回時間元件，D3、R10、C3、V2組成延時動作瞬時返回時間元件。N1、R2、R3、R4、N2、R5、R6、D1、R9、C2、V1組成動作脈沖寬度鑒別元件3。N1、R2、R3、R4、N3、R7、R8、D3、R10、C3、V2組成復歸脈沖寬度鑒別元件6。D1、D2、D3、R14、R15組成信號自保持及解除元件4。D3、C5、R16、R17、V18、S1組成復歸延時元件8。S1接通自動延時復歸，S1斷開延時元件不起作用為手動復歸，R17是在S1斷開時使C5上端保持0態(tài)，使D3電路能正常工作。D4、C4、R11、V3、S2組成動作延時元件7，S2接通時需電流脈沖持續(xù)時間大于動作延時元件7的延時后沖擊繼電器才會動作，如S2斷開，沖擊繼電器為瞬時動作沖擊繼電器。V5、R12、K、V4組成輸出元件5。R13、V6、V7組成供電元件9。D1～D4是CMOS電路。
本發(fā)明沖擊繼電器由于采用電感線圈和霍爾元件組成電流采樣元件，它從結構上保證了電流回路與脈信號處理回路上的良好電隔離性能，提高了沖擊繼電器抗干擾的能力。由于霍爾元件的輸出電壓正比于電感線圈中的電流值，它不同于脈沖變流器次級只能輸出一暫態(tài)的微分電壓，而是一個穩(wěn)態(tài)的電壓，因此可以選擇我們所期望的突變脈沖檢出元件時間常數，對于干擾信號，經突變脈沖檢出元件后輸出的脈沖寬度不會大于干擾信號本身寬度，而真正的動作脈沖寬度我們可以選擇得任意寬。動作或復歸脈沖寬度鑒別元件具有隔離、放大、脈沖電平比較、延時動作瞬時返回時間元件功能，可以按躲過干擾信號的原則選取能夠使真正的沖擊脈沖電流動作的脈沖電平和寬度(動作延時)，這些功能從根本上保證了本發(fā)明沖擊繼電器的抗干擾能力的提高。可以選擇合適的放大倍數，達到人們期望的沖擊動作電流靈敏度。電感L可以選擇人們需要的大線徑，因此穩(wěn)態(tài)電流可以制作得很大，例如3.2A以適應大型發(fā)電廠和大型變電所應用。本發(fā)明技術方案解決了人們長期渴望解決的難題，提出了抗干擾能力強，高靈敏的沖擊繼電器技術方案，發(fā)明人制作的樣機經試驗證明，可以有把握地說，本發(fā)明沖擊繼電器沒有任何干擾信號會使其誤動作。它與已有技術沖擊繼電器相比較具有突出的實質性特點和顯著的進步。由于采用電子技術，因此可以方便的增加技術方案2～5的各種功能，實施例4就是一個完善的沖擊繼電器技術方案，它的技術指標和功能是任何已有技術沖擊繼電無法比擬的。本發(fā)明沖擊繼電器可以裝在單獨的外殼內，也可以與中央信號回路的其他元件一起裝在一個外殼或機箱內，組成成套中央信號裝置。
權利要求
1.一種抗干擾高靈敏沖擊繼電器(以下簡稱沖擊繼電器)，包括有外殼、供電元件(9)，其特征是，由電流采樣元件(1)、突變脈沖檢出元件(2)、動作脈沖寬度鑒別元件(3)、輸出元件(5)組成，其中電流采樣元件(1)由電感線圈及放置在電感線圈的磁路中的霍爾元件構成，當供電電壓較低，適合電子電路工作時，供電元件(9)可以取消。
2.權利要求1所述的沖擊繼電器，其特征是，還可以增加信號自保持及解除元件(4)。
3.權利要求1所述的沖擊繼電器，其特征是，還可以增加信號自保持及解除元件(4)、復歸脈沖寬度鑒別元件(6)。
4.權利要求1所述的沖擊繼電器，其特征是，還可以增加信號自保持及解除元件(4)、復歸脈沖寬度鑒別元件(6)、動作延時元件(7)。
5.權利要求1所述的沖擊繼電器，其特征是，還可以增加信號自保持及解除元件(4)、復歸脈沖寬度鑒別元件(6)、動作延時元件(7)、復歸延時元件(8)。
6.權利要求1～5所述的沖擊繼電器，其特征是，電流采樣元件(1)的電感線圈可以是空心的，也可以將電感線圈裝在磁性材料上，把霍爾元件放置在磁性材料的磁路中。
全文摘要
一種應用于電氣信號系統(tǒng)的抗干擾高靈敏沖擊繼電器，它采用特種傳感器件和電子技術，能經得起發(fā)電廠和變電所的強電、磁干擾不誤動作，沖擊動作電流可以靈敏到10mA，穩(wěn)態(tài)電流可以大到3.2A或更大，脈沖消失時能返回，適用于延時預告信號、瞬時預告信號和事故信號，同時還帶有延時預告信號所需的延時元件和自動延時返回功能，能適用于節(jié)能發(fā)光二極管光字牌和普通的白熾燈光字牌，具有已有技術沖擊繼電器無法比擬的技術指標和性能。
文檔編號G01R19/00GK1087430SQ93116420
公開日1994年6月1日 申請日期1993年9月9日 優(yōu)先權日1993年9月9日
發(fā)明者殷慶海 申請人:殷慶海