检测带电的开关是否闭合的功能讨论

mrf245 · 发表于 2020-4-23 14:20:52

最近在设计一个能够在线检查开关是否闭合的电路，碰了钉子，想跟大家讨论下思路。
开关是控制交流或直流电器的，开关两端可能有24V 48V 220V交流或直流；开关闭合时通过电流不大于1A。
需要设计一个检测电路，越简单越好，可以用双刀继电器将检测电路接入开关回路中（不限定并联或串联），电路能输出一个闭合或断开的指示状态，告诉用户开关当前到底是闭合还是断开。
该电路不能影响设备正常工作（不能导致开关漏电或干扰开关控制的设备）。

实验了2种方案：
1）在开关一端加100KHZ交流电，通过电容耦合到开关上，然后检测开关两端100KHZ交流电电压比，运放判定。这个电路由于耦合电容接入量较大，50HZ工频接入时会产生约2mA漏电流，导致负载异常，暂时没有继续下去；
2）开关一端加8MHZ交流电，方法同上，但耦合电容很小，这样可以降低50HZ工频漏电情况，但开关连接的电缆寄生电容较大，无论开关是否闭合，8MHZ都会通过电缆耦合导致误判。

暂时没想到其他测量方案，不知朋友们有没有其他思路？

lcw_swust · 发表于 2020-4-23 14:27:34

本帖最后由 lcw_swust 于 2020-4-23 14:30 编辑

没看太懂，电源指示灯不就是干这事的？
－－－－－－－－－－－
要不做一个能耐高压的类似万用表电阻档的装置？

mrf245 · 发表于 2020-4-23 14:29:36

lcw_swust 发表于 2020-4-23 14:27
没看太懂，电源指示灯不就是干这事的？

不是测试有没有电，而是
远端有一个（堆）开关，要设计一个电路告诉这边控制台的用户，那个（堆）开关现在到底推上去没有。开关两端可能有电或无电。
有几千个这样的开关可能分散或集中。每个开关控制的设备不一样。

lcw_swust · 发表于 2020-4-23 14:30:34

mrf245 发表于 2020-4-23 14:29
不是测试有没有电，而是
远端有一个（堆）开关，要设计一个电路告诉这边控制台的用户，那个（堆）开关现 ...

哦，明白了，要不做一个能耐高压的类似万用表电阻档的装置？

szjqt · 发表于 2020-4-23 14:31:07

串个互感器上去不就行了么？

mrf245 · 发表于 2020-4-23 14:33:15

szjqt 发表于 2020-4-23 14:31
串个互感器上去不就行了么？

开关两端在没电状态也要测试哦。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 14:34:38

lcw_swust 发表于 2020-4-23 14:30
哦，明白了，要不做一个能耐高压的类似万用表电阻档的装置？

现在现场用户就是拿万用表，先电压档测试开关两端有没有电压，再电阻档测试开关接触状态（是否接触不良），一个个捅。
我们要做就是自动化帮助用户取消这一步一个个捅的过程，还要成本别太高了~

szjqt · 发表于 2020-4-23 14:36:06

互感器串上，再并个电压测量在两端，闭合的有电流没电压，开路的有电压没电流，这个逻辑不是很清晰吗

mrf245 · 发表于 2020-4-23 14:42:35

本帖最后由 mrf245 于 2020-4-23 14:46 编辑

szjqt 发表于 2020-4-23 14:36
互感器串上，再并个电压测量在两端，闭合的有电流没电压，开路的有电压没电流，这个逻辑不是很清晰吗
...

开关可能两端没有电压电流哦
有电和无电，交流直流都有可能，这个不受我们控制，因为开关前面可能有其他供电控制设备
测到有电，开关肯定是没有闭合，但测到没电压和电流可能是远端没供电，现在到底开还是闭不知道，如果状态错误，远端一供电，被控设备可能出问题

huarana · 发表于 2020-4-23 14:47:02

摄像头+视觉算法行不行？

lcw_swust · 发表于 2020-4-23 14:48:02

mrf245 发表于 2020-4-23 14:34
现在现场用户就是拿万用表，先电压档测试开关两端有没有电压，再电阻档测试开关接触状态（是否接触不良） ...

我觉得方案1应该可以啊，“50HZ工频接入时会产生约2mA漏电流，导致负载异常”这个没看懂，
难道100KHZ交流电的电压很高？我觉得有个几伏就行了，或者用低频窄脉冲，整个装置可以做成万用表的样子。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 14:55:53

lcw_swust 发表于 2020-4-23 14:48
我觉得方案1应该可以啊，“50HZ工频接入时会产生约2mA漏电流，导致负载异常”这个没看懂，
难道100KHZ交 ...

基础测试原理图。
信号源通过C1将100KHZ信号耦合到开关一端，开关出来通过C2耦合，测另一端100KHZ信号（电路中间有些滤波器之类已省略表示）
在100KHZ电路中C1 C2总串联电容量为0.033uF，下面电阻为100欧，信号源内阻为0，实测开关断开，220V 50HZ在这个测量电路上产生约2mA漏电流。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 14:57:36

huarana 发表于 2020-4-23 14:47
摄像头+视觉算法行不行？

以前有人做过检测1个大型开关的，但检测一个大面板上成百上千个开关……暂时没往这方面想

wochai · 发表于 2020-4-23 15:03:13

mrf245 发表于 2020-4-23 14:55
基础测试原理图。
信号源通过C1将100KHZ信号耦合到开关一端，开关出来通过C2耦合，测另一端100KHZ信号（ ...

你这方案挺好的啊，换更小的电容不行吗？

lcw_swust · 发表于 2020-4-23 15:08:04

本帖最后由 lcw_swust 于 2020-4-23 15:12 编辑

mrf245 发表于 2020-4-23 14:55
基础测试原理图。
信号源通过C1将100KHZ信号耦合到开关一端，开关出来通过C2耦合，测另一端100KHZ信号（ ...

0.033uF，算下来容抗100K,220V电压下就是差不多2mA漏电流，
建议，电路中串个AQV259之类的光耦，像继电器一样，只在短时间内接通，低占空比工作，可减小漏电流。
－－－－－－－－－－－
还可再加个判断条件，如果检测到开关两端已有电压，则可直接认为开关断路，AQV259也就不需开通了。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 15:08:56

wochai 发表于 2020-4-23 15:03
你这方案挺好的啊，换更小的电容不行吗？

换小了电容，在100KHZ时容抗会变大，测试效果恶化。

hymculolo · 发表于 2020-4-23 15:22:36

1、手动的开关有没可能加机械开关，开关推上去同时也会导通你的开关。
2、电磁控制的开关，加霍尔检测电磁铁是否工作，工作即可判定开关动作了。
以上都是比较low的办法，哈哈。。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 15:29:18

hymculolo 发表于 2020-4-23 15:22
1、手动的开关有没可能加机械开关，开关推上去同时也会导通你的开关。
2、电磁控制的开关，加霍尔检测电磁 ...

由于某些原因，通过物理状态感知开关是否推上去到达指定位置的方法在这里不可用。包括霍尔，红外传感器等。要用判断电气触点状态方法检测。

ninan · 发表于 2020-4-23 15:49:40

你这个电路要安装在开关上面吗？

huangqi412 · 发表于 2020-4-23 15:52:04

mrf245 发表于 2020-4-23 14:55
基础测试原理图。
信号源通过C1将100KHZ信号耦合到开关一端，开关出来通过C2耦合，测另一端100KHZ信号（ ...

间歇性检测呢

mrf245 · 发表于 2020-4-23 15:54:54

ninan 发表于 2020-4-23 15:49
你这个电路要安装在开关上面吗？

我们正在设计带检测的智能开关，检测部分就是要实现的功能。

atommann · 发表于 2020-4-23 15:58:09

本帖最后由 atommann 于 2020-4-23 15:59 编辑

比如用的交流信息是 8MHz:
1. 开关闭合时，接收端的信号是什么样？
2. 开关断开时，接收端的信息是什么样？
3. 能不能把发送的原信号和接收到的信号相比较，把误判筛除掉。
通过电缆耦合和金属直通，信号应该会存在大的区别。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:00:24

huangqi412 发表于 2020-4-23 15:52
间歇性检测呢

起不到效果。现在想法是先用一个电路检测开关两端有没有电压，如果有电压说明开关一定是断开的（不考虑接触不良问题）
没有电压时再将信号源和检波器接入开关回路测试开关是否接通。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:03:37

atommann 发表于 2020-4-23 15:58
比如用的交流信息是 8MHz:
1. 开关闭合时，接收端的信号是什么样？
2. 开关断开时，接收端的信息是什么样？ ...

做了个测试。8MHZ输入，黄色是信号源C1输出，蓝色是接收端C2输入。

图1是开关断开，开关两端连接了2米普通220V家电用插板线电缆。
图2是开关闭合。

huangqi412 · 发表于 2020-4-23 16:05:56

mrf245 发表于 2020-4-23 16:00
起不到效果。现在想法是先用一个电路检测开关两端有没有电压，如果有电压说明开关一定是断开的（不考虑接 ...

万用表也做不到实时监测啊，楼主位说取代万用表，间歇测量比万用表还是频率高多了，总有个具体指标啊，比如要求1S检测多少次，漏电也要有指标，要求漏电低于多少。

Doding · 发表于 2020-4-23 16:07:53

开关2端没电压时，直接通个直流电，串个光耦，闭合光耦亮，断开光耦不亮，直流电和其他回路隔离。如果隔离电源输出耐压够高，都不用检测开关2端有没有电压。

atommann · 发表于 2020-4-23 16:11:04

cool. 可以看到金属直连，信号的幅度衰减要小，电缆耦合时信号衰减更大。
sine 信号 ---> [开关和线组成的系统，寄生电感，寄生电阻，寄生电容] ---> 接收端。
如果进一步，在这个系统里加入电感等，对参数(如频率)等对这个系统做微调，可以从幅度上进行判断区分。

atommann · 发表于 2020-4-23 16:13:28

本帖最后由 atommann 于 2020-4-23 16:19 编辑

能不能把电缆耦合和金属直通的幅度差进一步扩大到不会误判的程度？
电容阻抗 1/jwC, 频率(w) 越高，阻抗越小，是不是应该试试比 8M 更低的频率？比如 1M

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:19:23

atommann 发表于 2020-4-23 16:13
能不能把电缆耦合和金属直通的幅度差进一步扩大到不会误判的程度？

这个有点难度，因为电缆耦合到什么程度是未知的，电缆实际上是串联在C1 C2当中的一个电容，如果电缆耦合电容足够大，其实跟开关直通区别不是很大了。

atommann · 发表于 2020-4-23 16:21:55

本帖最后由 atommann 于 2020-4-23 16:24 编辑

如果用方波，会不会又有不同的效果？
从波形上看，好像相位也相差很大。

atommann · 发表于 2020-4-23 16:26:38

用时域反射计TDR（Time-Domain Reflectometry）的思路能不能简化实现？

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:27:33

本帖最后由 mrf245 于 2020-4-23 16:29 编辑

重新整理了一下思路，26楼的建议给了我很大启发。
原来考虑用高频检测其实是要规避开关两端有交流或直流电压存在且开关断开时候的检测。
新的思路是
1）先用带电状态检测电路检测开关两端是否有电（目前知道电压是24V 48V 220V交直流几种规格，不会有其他电压），如果有电则表明开关一定处于断开状态；
2）如果没有检测到电压，则说明开关可能处于有电接通，无电断开，无电接通三种状态；
3）用继电器切入，给开关一端加一个低压直流电压（2V左右），测试开关另一端直流电压，电压可以做一个检测限制，如大于2.5V为异常，小于1.5V为断开；
由于3）的检测电路只有在判断开关两端无电（特别是没有220V交流）或者开关有电但闭合之后，才接入被测开关，所以也不用考虑有没有高频电容的容抗漏电问题，直流检测也没有电缆耦合泄露问题。
这个测试电路必须使用隔离电源，隔离电源耐压在1KV以上。
不知这个思路如何？

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:27:56

atommann 发表于 2020-4-23 16:26
用时域反射计TDR（Time-Domain Reflectometry）的思路能不能简化实现？

这个方案之前想过，实在太过于复杂。

windy_mia · 发表于 2020-4-23 16:35:17

你弄个隔离电源给检测电路供电，然后把开关直接接到检测电路里面作为一个按键检测，该有滤波电容和软件滤波都按正常的加上，相当于检测电路浮在工作电压上。只要检测电路电源隔离，输出隔离就好了。

Doding · 发表于 2020-4-23 16:37:07

mrf245 发表于 2020-4-23 16:27
重新整理了一下思路，26楼的建议给了我很大启发。
原来考虑用高频检测其实是要规避开关两端有交流或直流电 ...

3)的原理就是万用表测电阻

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:38:52

huangqi412 发表于 2020-4-23 16:05
万用表也做不到实时监测啊，楼主位说取代万用表，间歇测量比万用表还是频率高多了，总有个具体指标啊，比 ...

明白你的间歇性检测是什么意思，其实不需要做到密集的间歇检测，只要在用户后台下发“测试”命令时动作测试一次，确定当前状态即可，下次测试在下次命令下发时执行

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:40:10

Doding 发表于 2020-4-23 16:37
3)的原理就是万用表测电阻

对，之前没想到把测试电压结合起来，自己把自己逼到死胡同里。
实际上开关两端带电时候也不会用电阻档去测开关。

kebaojun305 · 发表于 2020-4-23 16:44:03

用一路隔离电源然后用切换开关来切换要检测的开关。可以测量开关的开路短路电阻等。不用管原来的电路是否带电。

mrf245 · 发表于 2020-4-23 16:54:41

kebaojun305 发表于 2020-4-23 16:44
用一路隔离电源然后用切换开关来切换要检测的开关。可以测量开关的开路短路电阻等。不用管原来的 ...

开关如果本身带电而且没有闭合情况下不能用直流电压直接测量。

kebaojun305 · 发表于 2020-4-23 18:17:48

mrf245 发表于 2020-4-23 16:54
开关如果本身带电而且没有闭合情况下不能用直流电压直接测量。

为什么？

mrf245 · 发表于 2020-4-23 22:22:13

kebaojun305 发表于 2020-4-23 18:17
为什么？

不好意思我搞错了，用隔离供电方法理论上是可以在开关有电且断开时加一个低压直流信号上去测量。但加入的测量电路有内阻（无论交直流状态），这个内阻就是上面提到的漏电流问题，可能导致负载异常。
当然理论上可以尽可能提升测量电路内阻，可以预见实操起来会有很多问题。

liu672992381 · 发表于 2020-4-24 06:58:58

并联电压互感器二次侧在开关两侧，测量一次侧阻抗，开关断开闭合，阻抗值肯定不同。这样可以避免引入测试信号，减少串入负载，同时安全简单可靠。

liu672992381 · 发表于 2020-4-24 07:02:07

其实这个市场上有产品，用在铁路上的综合监控系统上，用于监测继电器状态，名字叫开关量监测装置，我用过。有一家四川维博的企业有产品，但是很贵。希望你能做出来，分享给我们，学习。

kebaojun305 · 发表于 2020-4-24 08:47:09

mrf245 发表于 2020-4-23 22:22
不好意思我搞错了，用隔离供电方法理论上是可以在开关有电且断开时加一个低压直流信号上去测量。但加入的 ...

我看你的需求本来就不是实时检测，需要检测时加入检测电路，不检测时，不加入检测电路啊，还有，直流测量可以分2个步骤，测量正反向的电阻来对比判断外部电路的影响。不过还是看看其他群友还有没有更好的方法吧。

iamseer · 发表于 2020-4-24 10:27:25

如果8M会通过电缆泄漏，那多个频点甚至扫频测试可否？然后再看。 Disney Research有一篇论文可能有用。 https://la.disneyresearch.com/publication/touche-enhancing-touch-interaction-on-humans-screens-liquids-and-everyday-objects/

检测带电的开关是否闭合的功能讨论

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源