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1、(10)申请公布号 CN 103995158 A (43)申请公布日 2014.08.20 CN 103995158 A (21)申请号 201310051951.7 (22)申请日 2013.02.17 G01R 1/28(2006.01) (71)申请人 上海安科瑞电气股份有限公司 地址 201801 上海市嘉定区育绿路 253 号 申请人 江苏安科瑞电器制造有限公司 (72)发明人 徐军 杨帅 李平 周中 姜龙 柴丽娟 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 31225 代理人 宣慧兰 (54) 发明名称 一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生 器 (57) 摘要 本发明涉。
2、及一种医疗隔离电源系统故障定位 用信号发生器， 包括中央处理器模块、 断线检测模 块、 信号发生模块、 信号注入模块、 信号检测模块、 按键输入模块、 运行与故障指示模块、 存储模块、 通讯模块和电源模块， 所述的断线检测模块、 信号 发生模块、 信号检测模块、 按键输入模块、 运行与 故障指示模块、 存储模块和通讯模块分别与中央 处理模块连接， 所述的信号注入模块分别连接信 号发生模块和信号检测模块， 所述的电源模块为 其他各个模块提供电源。 与现有技术相比， 本发明 可根据医疗隔离电源系统状况自适应调节故障定 位信号参数， 并且运行可靠。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书。
3、 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103995158 A CN 103995158 A 1/1 页 2 1. 一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器， 用于故障定位检测信号的产生， 该 信号发生器与绝缘故障定位仪配合使用， 共同实现绝缘故障定位， 其特征在于， 所述的信号 发生器包括中央处理器模块、 断线检测模块、 信号发生模块、 信号注入模块、 信号检测模块、 按键输入模块、 运行与故障指示模块、 存储模块、 通讯模块和电源模块， 所述的断线检测模 块、 信号发生模块、 信号检。
4、测模块、 按键输入模块、 运行与故障指示模块、 存储模块和通讯模 块分别与中央处理模块连接， 所述的信号注入模块分别连接信号发生模块和信号检测模 块， 所述的电源模块为其他各个模块提供电源 ； 当通讯模块接收到启动命令后启动， 中央处理器模块控制信号发生模块产生故障定位 检测信号， 并通过信号注入模块将该故障定位检测信号注入到医疗隔离电源系统中， 同时 中央处理模块通过信号检测模块采样注入的故障定位检测信号， 计算故障定位检测信号受 医疗隔离电源系统的影响量， 进行自适应控制， 使信号发生模块输出的故障定位检测信号 满足绝缘故障定位的要求。 2. 根据权利要求 1 所述的一种医疗隔离电源系统故。
5、障定位用信号发生器， 其特征在 于， 中央处理器模块对故障定位检测信号进行自适应控制的具体过程为 ： 1) 中央处理模块通过信号检测模块采集注入到医疗隔离电源系统内的故障定位检测 信号的电流 ； 2) 根据信号发生模块产生的故障定位检测信号的电压相位， 计算出故障定位检测信号 受医疗隔离电源系统影响所产生的相位差 ； 3) 由该相位差和故障定位检测信号的电流得出医疗隔离电源系统内的故障定位检测 信号的容性电流分量和阻性电流分量 ； 4) 判断阻性电流分量的有效值是否大于绝缘故障定位仪的响应值， 若为是， 则满足绝 缘故障定位的要求 ； 若为否， 则控制信号发生模块， 使其产生的故障定位检测信号。
6、的电压增 大， 并返回步骤 1)。 3. 根据权利要求 1 所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器， 其特征在 于， 所述的运行与故障指示模块包括 3 路双色 LED 灯。 4. 根据权利要求 1 所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器， 其特征在 于， 所述的通讯模块采用基于 CANOpen 协议的 CAN 通讯电路或者基于 Modbus-RTU 协议的 RS485 通讯电路。 5. 根据权利要求 1 所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器， 其特征在 于， 中央处理器模块采用 32 位的处理器。 6. 根据权利要求 1 所述的一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器。
7、， 其特征在 于， 所述的电源模块的输出电压为 5V 或 3.3V。 权 利 要 求 书 CN 103995158 A 2 1/4 页 3 一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器 技术领域 0001 本发明涉及一种信号发生器， 尤其是涉及一种新型医疗隔离电源系统故障定位用 信号发生器。 背景技术 0002 近年来， 随着电子医疗设备的大量应用， 医疗场所的电气安全问题越来越受到人 们的重视， 我国也相继出台了相关的标准和规范， 要求在重要的医疗 2 类场所要采用隔离 电源系统 ( 即局部 IT 系统 ) 供电， 并配置绝缘监测装置来实时监测系统的绝缘状况。当系 统发生绝缘故障时， 为了及时发。
8、现并排查故障回路， 有些隔离电源系统还装设绝缘故障定 位系统。 0003 信号发生器是绝缘故障定位系统中的主要装置之一， 用于当隔离电源系统发生绝 缘故障时， 产生并向系统注入故障定位检测信号。目前市场上流行的医疗隔离电源系统绝 缘故障定位用信号发生器， 普遍存在技术陈旧， 硬件平台落后， 信号启动慢， 信号的参数不 能自适应调整等缺点。如果被监测的隔离电源系统对地泄露电容较大， 流经故障定位传感 器的检测信号过小而不被引起响应， 就会影响故障定位的准确性， 从而使装设的故障定位 装置失去作用。 发明内容 0004 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可根据医疗隔 离电源系。
9、统状况自适应调节故障定位信号参数的医疗隔离电源系统故障定位用信号发生 器。 0005 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 ： 0006 一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器， 用于故障定位检测信号的产生， 该信号发生器与绝缘故障定位仪配合使用， 共同实现绝缘故障定位， 所述的信号发生器包 括中央处理器模块、 断线检测模块、 信号发生模块、 信号注入模块、 信号检测模块、 按键输入 模块、 运行与故障指示模块、 存储模块、 通讯模块和电源模块， 所述的断线检测模块、 信号发 生模块、 信号检测模块、 按键输入模块、 运行与故障指示模块、 存储模块和通讯模块分别与 中央处理模块连接， 所述。
10、的信号注入模块分别连接信号发生模块和信号检测模块， 所述的 电源模块为其他各个模块提供电源 ； 0007 当通讯模块接收到启动命令后启动， 中央处理器模块控制信号发生模块产生故障 定位检测信号， 并通过信号注入模块将该故障定位检测信号注入到医疗隔离电源系统中， 同时中央处理模块通过信号检测模块采样注入的故障定位检测信号， 计算故障定位检测信 号受医疗隔离电源系统的影响量， 进行自适应控制， 使信号发生模块输出的故障定位检测 信号满足绝缘故障定位的要求。 0008 中央处理器模块对故障定位检测信号进行自适应控制的具体过程为 ： 0009 1) 中央处理模块通过信号检测模块采集注入到医疗隔离电源系。
11、统内的故障定位 说 明 书 CN 103995158 A 3 2/4 页 4 检测信号的电流 ； 0010 2) 根据信号发生模块产生的故障定位检测信号的电压相位， 计算出故障定位检测 信号受医疗隔离电源系统影响所产生的相位差 ； 0011 3) 由该相位差和故障定位检测信号的电流得出医疗隔离电源系统内的故障定位 检测信号的容性电流分量和阻性电流分量 ； 0012 4) 判断阻性电流分量的有效值是否大于绝缘故障定位仪的响应值， 若为是， 则满 足绝缘故障定位的要求 ； 若为否， 则控制信号发生模块， 使其产生的故障定位检测信号的电 压增大， 并返回步骤 1)。 0013 所述的运行与故障指示模。
12、块包括 3 路双色 LED 灯。 0014 所述的通讯模块采用基于 CANOpen 协议的 CAN 通讯电路或者基于 Modbus-RTU 协 议的 RS485 通讯电路。 0015 中央处理器模块采用 32 位的处理器。 0016 所述的电源模块的输出电压为 5V 或 3.3V。 0017 与现有技术相比， 本发明采用了 32 位高性能的处理器芯片， 该芯片的特点是主频 高达 72MHz， 具有丰富的片内外设， 可简化外围电路的设计， 提高产品的可靠性， 产品设计对 产生的注入隔离电源系统的信号进行检测， 并根据不同隔离电源系统对信号的影响情况及 时调整信号的参数， 从而能保证检测信号的有效。
13、性， 提高了故障定位的准确度和可靠性， 此 外通过设置断线检测模块， 可以随时监测接线状况， 保证了系统运行的可靠性。 附图说明 0018 图 1 为本发明的结构示意图。 具体实施方式 0019 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0020 实施例 0021 如图 1 所示， 一种医疗隔离电源系统故障定位用信号发生器， 用于故障定位检测 信号的产生， 该信号发生器与绝缘故障定位仪配合使用， 共同实现绝缘故障定位， 包括用于 控制其它模块的中央处理器模块 1， 用于给其它模块提供电源的电源模块 2， 用于检测与隔 离电源系统接线状况的断线检测模块 3， 用于产生检测故障定位信号的信号。
14、发生模块 4， 用 于向隔离电源系统注入信号的信号注入模块 5， 采集信号的信号检测模块 6， 手动启动信号 发生的按键输入模块 7， 用于显示设备运行状况的运行与故障指示模块 8， 用于对外进行数 据交换的通讯模块 9， 和对配置参数进行掉电保存的存储模块 10。断线检测模块 3、 信号发 生模块 4、 信号检测模块 6、 按键输入模块 7、 运行与故障指示模块 8、 存储模块 10 和通讯模 块9分别与中央处理模块1连接， 信号注入模块5分别连接信号发生模块4和信号检测模块 6， 电源模块 2 为其他各个模块提供 5V 或者 3.3V 的电源。通讯模块可以采用基于 CANOpen 协议的 。
15、CAN 通讯电路， 也可以采用基于 Modbus-RTU 协议的 RS485 通讯电路。 0022 中央处理器模块 1 是装置的核心， 采用基于 Cortex-M3 内核的 32 位处理器芯片。 该芯片主频高， 片内外设丰富， 简化了硬件设计。中央处理器模块 1 用于控制产生故障定位 信号， 并对产生的信号进行采样， 根据采样结果自适应的调整控制量， 以产生满足要求的故 说 明 书 CN 103995158 A 4 3/4 页 5 障定位检测信号。电源模块 2 将直流 24V 电压转化成 5V 和 3.3V 电压， 为各模块提供合适 的供电电源。信号发生模块 4 主要是在中央处理器模块的控制下。
16、， 产生幅值和频率满足故 障定位需求的信号， 然后通过信号注入模块 5， 将信号注入到医疗隔离电源系统中。信号检 测模块 6 对注入的故障定位检测信号进行采样， 并调理成适当范围的电压信号， 然后送入 中央处理器模块1的ADC， 由中央处理器模块1来计算所注入的信号受隔离电源系统对地泄 露电容的影响后的阻性电流分量， 并据此进行自适应控制调整输出， 使信号发生模块 4 产 生的信号满足故障定位的要求。 0023 断线检测模块 3 用于实时检测信号发生器与隔离电源系统的接线状况， 如果监测 到接线断开， 则立即通知中央处理器模块发出故障指示， 该模块可有效保证故障定位系统 运行的有效性和可靠性。。
17、按键输入模块 7 通过按键可以手动启动信号发生器来产生故障定 位信号， 此功能可以作为测试和调试用。运行和故障指示模块 8 包括了运行、 通讯和故障指 示 3 路双色 LED 灯， 系统正常时， 指示灯均为绿色， 异常时， 相应的指示灯变红。通讯模块 9 可实现该信号发生器与其它装置的数据交换。存储模块 10 用于存储系统的配置参数和校 准参数， 以及事件记录。 0024 本发明的工作原理为 ： 0025 当运行中的医疗隔离电源系统发生绝缘故障时， 信号发生器通过通讯模块 9 接收 到启动命令后启动， 中央处理器模块1控制信号发生模块4产生故障定位检测信号， 并通过 信号注入模块 5 将信号注。
18、入到医疗隔离电源系统中。同时， 中央处理器模块 1 通过信号检 测模块 6 采样注入的信号， 计算信号受隔离电源系统的影响量， 并自适应的改变控制量， 使 信号发生模块 4 输出的信号满足绝缘故障定位要求。 0026 中央处理器模块 1 中的整个自适应控制过程具体包括了一下几个步骤 ： 0027 第一步， 中央处理模块通过信号检测模块采集注入到医疗隔离电源系统内的故障 定位检测信号的电流 i Isin(+)， 其中 I 为电流的有效值。 0028 第二步， 根据信号发生模块产生的故障定位检测信号的电压 u U sin， 计算出 故障定位检测信号受医疗隔离电源系统影响所产生的相位差， 即为 。该。
19、相位差可以通过 测量电流信号过零点的与电压信号过零点的时间差来计算， 2/(t/T)， 其中， t 为时间差， T 为故障定位检测信号周期。 0029 第三步， 由于医疗隔离电源系统存在对地的泄露电容， 因此故障定位检测信号 的电流 i Isin(+) 由容性电流分量 iC ICsin(+1) 和阻性电流分量 iR IRsin(+2)两部分组成， 其中IC和IR分别为容性电流分量和阻性电流分量的有效值。 容 性电流分量和阻性电流分量可以由该相位差和故障定位检测信号的电流得出。 0030 由于容性电流分量的大小受医疗隔离电源系统的容量、 分支数、 负载等多个因素 决定， 不同的医疗隔离电源系统的。
20、容性电流分量也不一样， 而绝缘故障定位仪检测的是阻 性电流分量iR。 如果阻性电流分量太小， 小于绝缘故障定位仪的响应值， 则绝缘故障定位仪 无法检测到信号， 就无法完成故障定位功能。因此阻性电流分量必须要大于绝缘故障定位 仪的响应值。 0031 第四步， 判断阻性电流分量的有效值是否大于绝缘故障定位仪的响应值， 若为是， 则满足绝缘故障定位的要求 ； 若为否， 则通过中央处理器模块控制信号发生模块， 使其产生 的故障定位检测信号的电压增大， 再返回第一步继续执行， 使得医疗隔离电源系统内的故 说 明 书 CN 103995158 A 5 4/4 页 6 障定位检测信号的电流对应增大， 来保证。
21、绝缘故障定位仪可以检测到该电流内的阻性电流 分量， 实现故障定位。 0032 断线检测模块 3 实时检测信号发生器与医疗隔离电源系统的接线状况， 当检测到 断线故障时， 则中央处理器模块 1 驱动运行与故障指示模块的故障红色指示灯， 指示该故 障， 通知工作人员及时排查。中央处理器模块 1 可以通过通信模块 9 与其它装置进行数据 交换， 其它装置也可以根据需要该通讯模块向中央处理器模块发送启动或停止命令。配置 参数被存储进存储模块 8 中， 以保证了下次开机时系统的配置不会被改变。 0033 以上所述仅为本发明的优选实施方式， 应该指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103995158 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103995158 A 7 。