故障检测装置、设备和故障检测方法

技术领域

本公开涉及故障检测技术领域，特别涉及一种故障检测装置、设备和故障检测方法。

背景技术

在空调大机组中，为了使机组更加可靠的运行，一般会对容易损坏的零部件设置保护功能。特别像压缩机这种电流达到几十安培且较易损坏的零部件更需要设置保护。对于压缩机过载的情况，相关技术的设计是在压缩机的电源进线上添加断路器、热继电器等保护器件，使其在故障发生时断开主电路以达到保护目的，此方式属于纯机械式的断开，并不能提前预知故障的发生，且断路器、热继电器的体积较大，成本也不太占优势。

发明内容

本公开解决的一个技术问题是：提供一种故障检测装置，以实现对设备故障的检测。

根据本公开的一个方面，提供了一种故障检测装置，包括：电流互感器，包绕被检测设备的电源引线，被配置为响应于所述电源引线中的交变电流而产生感应电流；匹配电路，与所述电流互感器电连接，被配置为将所述感应电流转换为电压信号；检测电路，与所述匹配电路电连接，被配置为对所述电压信号进行分压以获得分压信号；以及判断模块，与所述检测电路电连接，被配置为根据所述分压信号判断所述被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常。

在一些实施例中，所述判断模块被配置为在所述分压信号大于电压阈值的情况下确定所述被检测设备的电源引线中的交变电流发生异常，进而确定所述被检测设备发生故障。

在一些实施例中，所述匹配电路包括：第一电阻器，与所述电流互感器的输出端并联；整流子电路，与所述第一电阻器电连接，被配置为对所述第一电阻器上的电压进行整流处理以得到直流电压；第二电阻器，与所述整流子电路电连接；第一滤波子电路，与所述第二电阻器电连接，被配置为对所述直流电压进行滤波处理，并将滤波后的直流电压输出到所述检测电路。

在一些实施例中，所述整流子电路包括第一二极管，其中，所述第一二极管的正极端电连接至所述第一电阻器的第一端，所述第一二极管的负极端电连接至所述第二电阻器的第一端。

在一些实施例中，所述第一滤波子电路包括第一电容器，其中，所述第一电容器的第一端电连接至所述第二电阻器的第二端，所述第一电容器的第二端和所述第一电阻器的第二端均电连接至接地端。

在一些实施例中，所述检测电路包括：第三电阻器，所述第三电阻器的第一端电连接至所述匹配电路的输出端，所述第三电阻器的第二端电连接至接地端；第二滤波子电路，所述第二滤波子电路的输入端电连接至所述第三电阻器，所述第二滤波子电路的输出端电连接至所述判断模块的输入端，所述第二滤波子电路被配置为对所述第三电阻器上的分压信号进行滤波处理；和钳位电路，电连接至所述判断模块的输入端。

在一些实施例中，所述第二滤波子电路包括第二电容器、第四电阻器和第三电容器，其中，所述第二电容器与所述第三电阻器并联，所述第四电阻器的第一端电连接至所述第二电容器的第一端，所述第四电阻器的第二端电连接至所述第三电容器的第一端，所述第二电容器的第二端和所述第三电容器的第二端均电连接至所述接地端。

在一些实施例中，所述钳位电路包括第二二极管，其中，所述第二二极管的正极端电连接至所述判断模块的输入端，所述第二二极管的负极端电连接至电源电压端。

在一些实施例中，所述检测电路还包括：第三滤波子电路，电连接在所述第三电阻器的第一端与所述接地端之间。

在一些实施例中，所述第三滤波子电路包括第四电容器。

在一些实施例中，所述匹配电路设置有第一连接端子，所述检测电路设置有第二连接端子，所述第一连接端子电连接至所述第二连接端子。

在一些实施例中，所述第一连接端子包括第一管脚和第二管脚，所述第一管脚电连接至所述第二电阻器的第二端，所述第二管脚电连接至所述接地端；所述第二连接端子包括第三管脚和第四管脚，所述第三管脚电连接至所述第三电阻器的第一端，所述第四管脚电连接至接地端。

在一些实施例中，所述第一管脚电连接至所述第三管脚，所述第二管脚电连接至所述第四管脚。

根据本公开的另一个方面，提供了一种设备，包括：如前所述的故障检测装置。

根据本公开的另一个方面，提供了一种利用如前所述的故障检测装置执行的故障检测方法，包括：所述电流互感器响应于所述电源引线中的交变电流而产生感应电流；所述匹配电路将所述感应电流转换为电压信号；所述检测电路对所述电压信号进行分压以获得分压信号；以及所述判断模块根据所述分压信号判断所述被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常。

在一些实施例中，所述判断模块根据所述分压信号判断所述被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常的步骤包括：所述判断模块判断所述分压信号是否大于电压阈值；以及在所述分压信号大于电压阈值的情况下确定所述被检测设备的电源引线中的交变电流发生异常，进而确定所述被检测设备发生故障。

在上述故障检测装置中，电流互感器响应于被检测设备的电源引线中的交变电流而产生感应电流，匹配电路将感应电流转换为电压信号，检测电路对电压信号进行分压以获得分压信号，判断模块根据分压信号判断被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常。这样实现了对被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常的检测，进而实现了对被检测设备是否出现过载等故障的检测。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是示出根据本公开一些实施例的故障检测装置的结构示意图；

图2是示出根据本公开一些实施例的故障检测装置的电路连接示意图；

图3是示出根据本公开一些实施例的检测电路的连接示意图；

图4是示出根据本公开一些实施例的故障检测方法的流程图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

本公开提供了一种故障检测装置，以实现对设备过载等故障的检测。下面结合附图详细描述根据本公开一些实施例的故障检测装置。

图1是示出根据本公开一些实施例的故障检测装置的结构示意图。如图1所示，该故障检测装置包括电流互感器110、匹配电路120、检测电路130和判断模块140。

电流互感器110包绕被检测设备的电源引线。该电流互感器110被配置为响应于电源引线中的交变电流而产生感应电流。

匹配电路120与电流互感器110电连接。该匹配电路120被配置为将感应电流转换为电压信号。

检测电路130与匹配电路120电连接。该检测电路130被配置为对电压信号进行分压以获得分压信号。通过分压处理，可以防止输入到判断模块的电压信号过大导致判断模块损坏。

判断模块140与检测电路130电连接。判断模块140被配置为根据分压信号判断被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常。例如，该判断模块包括主芯片。该主芯片可以为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片。

在一些实施例中，判断模块140可以被配置为在分压信号大于电压阈值(可以称为第一电压阈值)的情况下确定被检测设备的电源引线中的交变电流发生异常，进而确定被检测设备发生故障。这实现了对被检测设备的故障检测。

在另一些实施例中，判断模块140可以被配置为在分压信号小于或等于电压阈值的情况下确定被检测设备的电源引线中的交变电流正常。

需要说明的是，这里的电压阈值可以根据实际情况或实际需要来设定。本公开的范围并不限于电压阈值的具体值。

至此，提供了根据本公开一些实施例的故障检测装置。该故障检测装置包括电流互感器、匹配电路、检测电路和判断模块。在该故障检测装置中，电流互感器响应于被检测设备的电源引线中的交变电流而产生感应电流，匹配电路将感应电流转换为电压信号，检测电路对电压信号进行分压以获得分压信号，判断模块根据分压信号判断被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常。这样实现了对被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常的检测，进而实现了对被检测设备是否出现过载等故障的检测。

图2是示出根据本公开一些实施例的故障检测装置的电路连接示意图。如图2所示，该故障检测装置包括电流互感器110、匹配电路120、检测电路130和判断模块140。

在一些实施例中，电流互感器110内部可以设置有导磁能力很强的磁性物质(例如，矽钢片)，在通电线圈中，其可以产生较大的磁感应强度，从而可以使互感器的体积比较小。

电流互感器110的工作原理为：被检测设备(例如，压缩机)的电源引线250穿过电流互感器110的开口112，该被检测设备的电源引线中的电流为交变电流，当交变电流穿过电流互感器110时可以产生交变的电磁场，由于电流互感器的线圈处于该交变电磁场中，所以线圈上会感应出一个感应电动势。该电流互感器110的输出端113和114与第一电阻器R1的两端连接，从而形成回路，因而产生感应电流。

因此，电流互感器110包绕被检测设备的电源引线250。该电流互感器110被配置为响应于电源引线中的交变电流而产生感应电流。

在一些实施例中，如图2所示，匹配电路120可以包括第一电阻器R1、整流子电路122、第二电阻器R2和第一滤波子电路124。

第一电阻器R1与电流互感器110的输出端并联。例如，第一电阻器R1与电流互感器110的第一输出端113和第二输出端114并联。该第一电阻器R1可以作为采样电阻。

例如，第一电阻器R1的电阻值可以为1kΩ。当然，本领域技术人员能够理解，该第一电阻器R1的电阻值仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。

整流子电路112与第一电阻器R1电连接。整流子电路112被配置为对第一电阻器R1上的电压进行整流处理以得到直流电压。例如，该整流子电路112包括第一二极管D1。该第一二极管D1的正极端电连接至第一电阻器R1的第一端，该第一二极管D1的负极端电连接至第二电阻器R2的第一端。

第二电阻器R2与整流子电路122电连接。例如，第二电阻器R2的电阻值可以为十几kΩ。当然，本领域技术人员能够理解，该第二电阻器R2的电阻值仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。

第一滤波子电路124与第二电阻器R2电连接。该第一滤波子电路124被配置为对直流电压进行滤波处理，并将滤波后的直流电压输出到检测电路130。例如，第一滤波子电路124包括第一电容器C1。该第一电容器C1的第一端电连接至第二电阻器R2的第二端，该第一电容器C1的第二端和第一电阻器R1的第二端均电连接至接地端260。例如，第一电容器C1的电容值范围为40微法至50微法。当然，本领域技术人员能够理解，该第一电容器C1的电容值仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。

至此，描述了根据本公开一些实施例的匹配电路的结构。

在一些实施例中，如图2所示，检测电路130可以包括第三电阻器R3、第二滤波子电路132和钳位电路131。

第三电阻器R3的第一端电连接至匹配电路120的输出端，第三电阻器R3的第二端电连接至接地端260。该第三电阻器R3作为分压电阻。该第三电阻器可以取得分压信号。通过检测电路中的分压电阻分压，可以防止由于匹配电路中由电流转化而来的电压值较大，超过了判断模块的耐受范围而造成判断模块损坏的发生。

例如，第三电阻器R3的电阻值可以为十几kΩ。当然，本领域技术人员能够理解，该第三电阻器R3的电阻值仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。该第三电阻器R3可以与第二电阻器R2自由搭配，只要第三电阻器两端的分压小于判断模块的工作电压即可。

第二滤波子电路132的输入端电连接至第三电阻器R3，第二滤波子电路132的输出端电连接至判断模块140的输入端。该第二滤波子电路132被配置为对第三电阻器上的分压信号进行滤波处理。

例如，如图2所示，该第二滤波子电路132可以包括第二电容器C2、第四电阻器R4和第三电容器C3。第二电容器C2与第三电阻器R3并联。第四电阻器R4的第一端电连接至第二电容器C2的第一端，第四电阻器R4的第二端电连接至第三电容器C3的第一端。第二电容器C2的第二端和第三电容器C3的第二端均电连接至接地端260。该第二滤波子电路132可滤除很多干扰信号，防止这些干扰信号影响判断模块工作。

例如，第四电阻器R4的电阻值可以为几百Ω，第二电容器C2和第三电容器C3的电容值可以分别大约为0.1微法。当然，本领域技术人员能够理解，该第四电阻器R4的电阻值、该第二电容器C2和该第三电容器C3的电容值仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。

钳位电路131电连接至判断模块140的输入端。例如，该钳位电路131包括第二二极管D2。该第二二极管D2的正极端电连接至判断模块140的输入端，该第二二极管D2的负极端电连接至电源电压端(可以称为第一电源电压端)270。当第三电阻器R3两端的电压大于判断模块(例如主芯片)的工作电压时，该钳位电路131可将电压钳至电源电压端270的电压范围以内，起到保护判断模块的作用。

在一些实施例中，电源电压端270的电压可以为判断模块的工作电源。例如，电源电压端270的电压可以为3.3V或5V等。当然，本领域技术人员能够理解，该电源电压端270的电压仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。

至此，提供了根据本公开一些实施例的检测电路的结构。

在一些实施例中，如图2所示，检测电路130还可以包括第三滤波子电路133。该第三滤波子电路133电连接在第三电阻器R3的第一端与接地端260之间。该第三滤波子电路与第二滤波子电路搭配使用，既可滤除高频干扰信号，也可滤除低频干扰信号。

例如，第三滤波子电路133可以包括第四电容器C4。例如，第四电容器C4的电容值范围为2.2微法至10微法。当然，本领域技术人员能够理解，该第四电容器C4的电容值仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。

在一些实施例中，如图2所示，匹配电路120设置有第一连接端子CN1，检测电路130设置有第二连接端子CN2，该第一连接端子CN1电连接至该第二连接端子CN2。

例如，第一连接端子CN1包括第一管脚P1和第二管脚P2。第一管脚P1电连接至第二电阻器R2的第二端，第二管脚P2电连接至接地端260。例如，第二连接端子CN2包括第三管脚P3和第四管脚P4。第三管脚P3电连接至第三电阻器R3的第一端，第四管脚P4电连接至接地端260。第一管脚P1电连接至第三管脚P3，第二管脚P2电连接至第四管脚P4。

在上述实施例中，第一连接端子CN1可插拔地连接至第二连接端子CN2，这样匹配电路120与检测电路130可以根据需要分开或连接，从而使用起来更加灵活。

在另一些实施例中，匹配电路120可以与检测电路130直接连接。

在上述实施例中，图2所示的故障检测装置可以实现电流检测功能：利用电流互感器检测被检测设备(例如压缩机)的电源进线上的电流，电流互感器110由线圈绕制而成，由电磁感应原理可在电流互感器的输出端得到感应电流，从而可以在采样电阻R1上得到采样电压，该电压为交流电压；然后通过匹配电路的整流滤波可得到直流电压(可以称为反馈信号)。不同的被检测设备的电源电流对应不同的直流电压。由于判断模块的供电电压一般比较固定(例如该供电电压为3.3V或5V)，因此，当被检测设备的电源电流过大时，上述直流电压可能大于判断模块的供电电压，因此需要设置分压电阻R3。判断模块140直接获取分压电阻R3上的电压来判定被检测设备的电源电流是否有异常，从而判断被检测设备是否发生故障(例如过载故障)。上述故障检测装置具有结构简单、成本低廉、检测信号误差小、体积小的优点，可以解决出相关技术中断路器、热继电器体积大、成本昂贵的问题。

在一些实施例中，判断模块当确定被检测设备的电源引线中的交变电流发生异常时，可以控制被检测设备停机。这样实现了对被检测设备的保护。

以被检测设备为压缩机为例，假如压缩机的正常运行电流为35A、过载电流为60A，当电流达到60A时对应故障检测装置中分压电阻R3上的采样电压为4V。为了机组更加可靠的运行，程序上可设置当检测到分压电阻R3上的采样电压为3.5V(假设此时压缩机电流为56A)时，提前让机组停止运行，方便用户检查压缩机是否发生故障或是否出现其他异常情况，对机组达到一个预保护的目的。

在本公开的另一些实施例中，还提供了一种设备，该设备包括如前所述的故障检测装置。例如，该设备可以为压缩机等。

图3是示出根据本公开一些实施例的检测电路的连接示意图。

该图3所示的检测电路130'与判断模块140结合起来可以实现开关量的检测功能。与图2所示的检测电路130相比，该图3所示的检测电路130'的区别之一在于：第二连接端子CN2的第四管脚P4电连接至第二电源电压端380。第二电源电压端380的电压可以根据实际情况(例如，主控制板中的电源及负载情况)进行选取，例如，可以为12V或24V等。

另外，如图3所示，检测电路130还包括第五电阻器R5。该第五电阻器R5电连接在检测电路130的输入端(例如，第二连接端子CN2)与第三电阻器R3的第一端之间。可选地，该第五电阻器R5可以包括并联设置的多个子电阻器。例如，如图3所示，该第五电阻器R5可以包括并联设置的第一子电阻器R51和第二子电阻器R52。通过并联子电阻器的方式设置第五电阻器，可以根据需要设置并联子电阻器的数量和大小，从而设置第五电阻器的大小。该第五电阻器R5既有分压作用，又有保护后级电路的作用。

需要说明的是，第一子电阻器R51和第二子电阻器R52的电阻值取决于第二电源电压端的电压大小，只要满足第一子电阻器R51和第二子电阻器R52并联然后与第三电阻器R3串联后，第三电阻器R3得到的电压小于判断模块的工作电压即可。例如，第一子电阻器R51和第二子电阻器R52的电阻值可以分别为十几kΩ左右。当然，本领域技术人员能够理解，上述第一子电阻器和第二子电阻器的电阻值仅是示例性的，本公开的范围并不仅限于此。

下面描述开关量检测的原理：如图3所示，第二连接端子CN2的两个管脚P3和P4分别电连接至开关K的两端，当该开关K闭合时，由于第二连接端子CN2的第四管脚P4电连接至第二电源电压端380，因此，第三电阻器R3作为分压电阻可以获得分压信号，该分压信号被传输到判断模块140，该判断模块在该分压信号大于第二电压阈值的情况下，确定该开关K闭合；当该开关K打开时，第三电阻器没有获得分压信号，可以看作分压信号为0，因此，判断模块在该分压信号小于或等于第二电压阈值的情况下，确定该开关K打开。这样，图3所示的电路实现了开关量的检测。

需要说明的是，第二电压阈值可以根据实际情况或实际需要来确定。本公开的范围并不限于第二电压阈值的具体值。

可以根据需要将检测电路设计成图2中所示的检测电路或图3中所示的检测电路，因此，上述检测电路可将电流检测功能(即故障检测功能)与开关量检测功能兼容起来使用，可以节省MCU芯片(即判断模块)的I/O(输入/输出)端口。

图4是示出根据本公开一些实施例的故障检测方法的流程图。如图4所示，该方法包括步骤S402至S408。

在步骤S402，电流互感器响应于电源引线中的交变电流而产生感应电流。

在步骤S404，匹配电路将感应电流转换为电压信号。

在步骤S406，检测电路对电压信号进行分压以获得分压信号。

在步骤S408，判断模块根据分压信号判断被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常。

在一些实施例中，该步骤S408包括：判断模块判断分压信号是否大于电压阈值；以及在分压信号大于电压阈值的情况下确定被检测设备的电源引线中的交变电流发生异常，进而确定被检测设备发生故障。

至此，提供了根据本公开一些实施例的故障检测方法。在该检测方法中，电流互感器响应于电源引线中的交变电流而产生感应电流；匹配电路将感应电流转换为电压信号；检测电路对电压信号进行分压以获得分压信号；以及判断模块根据分压信号判断被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常。这样实现了对被检测设备的电源引线中的交变电流是否异常的检测，进而实现了对被检测设备是否出现过载等故障的检测。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。