一种新型绝缘检测设备的设计

张乔斌，卞 强，丰少伟，朱爱芳

（海军工程大学，湖北 武汉 430033）

0 引言

随着电子技术和传感器技术的快速发展，海水中电场信号的测量水平已有大幅度提高，高灵敏的测量技术可以很容易测量到以前无法测量到的信号。近年来，欧美、俄罗斯等国家的一些机构已经开始重视舰船的静电场、交变磁场和超低频电磁信号的研究，使得舰船水下电场信号已经成为水中兵器新的信号源。俄罗斯已经装备了利用舰船水下电场信号动作的非触发反潜锚雷，美国也决定开发装有电场信号传感器的智能滨海水雷。由于电场信号已经威胁到舰船的安全，对舰船的电场防护是十分必要的。而阳极块和船体的绝缘性、大轴隔断处的绝缘性以及各种异种金属连接处的绝缘性对电场防护装置能否正常工作、防护效果是否显著有十分重要的意义，因此有必要设计一个绝缘检测设备来对其绝缘程度进行检测[1,2]。

根据实船上的要求，设计了一种有别于其他电气绝缘检测、电缆绝缘检测等设备的新型绝缘检测设备。

1 整体设计

本设备采用电压测量和电阻测量相结合的方式来对被测对象进行绝缘检测。设备整体结构框图如图1所示。

图1 设备整体结构框图

2 设备组成装置设计

2.1 电压测量装置

电压测量装置是通过检测被测对象的电压来判断其绝缘性能，其基本原理为:被测对象的信号进入检测放大器输入端，检测放大器是直流放大器，建立在一个信号调制-解调电路中；检测放大器将输入的直流电压变为交流电压（利用半波调制器）；转化后的输入电压通过电容器接到两个微分发射复示器输入端，发射复示器保证高输入电阻，降低检测放大器输入电路的噪声干扰；信号从发射复示器输出端接到载波频率放大器输入端，此放大器的放大系数为K=500；放大的交流电压再接入到汽相级解调器，在汽相级输出端将得到两个相互成180°的信号；此信号通过一个RC电路输出到检测装置；调制-解调电路的控制通过发生器进行，发生器按自动多谐振荡器电路制成，在此微电路中装有放大器用于调整调制器与解调器的脉冲。此装置的结构框图如图2所示。

图2 电压测量装置结构框图

为了对不同绝缘要求的对象进行检测，电压测量装置把被测信号在0mV～1000mV区间内分为6个量程，分别为 0mV～3mV、0mV～10mV、0mV～30mV、0mV～100mV、0mV～300mV、0mV～1000mV。

2.2 检测装置

检测装置保证按电压检测被检对象状态，范围在10mV～1000mV。其基本原理为:被检对象的检测电压首先接到低频滤波器，其输出电压通过临界电路与一个设定电压Uc进行比较，再通过逻辑电路输出到叠合装置。此装置的结构框图如图3所示。

图3 检测装置结构框图

2.3 叠合装置

叠合装置用于把检测对象部件状态发送到信号台。检测装置的输出信号通过负载电阻接入到叠合装置。其内部通过一个累加器将所有的检测对象部件的状态进行累加，只要其中一个部件出现故障就会向信号台提供故障信号，进行进一步检测。

2.4 设定装置

设定装置是一系列单独工作的电阻分压器，用以保证按每个检测通道中任一要求设定电压，位于10mV～1500mV范围内。设定装置设置了“精调”和“粗调”两档，能够准确的得到需要的设定电压。此设定电压将输出到检测装置的临界电路中，用以与检测信号进行比较，得到输出并送到叠合装置。

2.5 电阻测量装置

电阻测量装置是通过检测被测对象的电阻来判断其绝缘性能，其基本原理为:控制扫描发射器对被测对象发出频率f=6000Hz（波动范围±1000Hz）的交流电流，对与被测电阻成比例的电压信号进行测量；此电压信号先经过一预置放大器，在进入预置放大器之前先进行隔离处理，去除直流信号；再经过一输出放大器得到测量结果，此放大器的反馈上接一整流电桥，然后通过变压器组将输出信号发送到显示仪表上。此装置的结构框图如图4所示。

同样，为了对不同绝缘要求的对象进行检测，电阻测量装置把被测信号在0Ω～1000Ω区间内分为8 个量程，分别为 0Ω～0.3Ω、0Ω～1Ω、0Ω～3Ω、0Ω～10Ω 、 0Ω～30Ω 、 0Ω～100Ω 、 0Ω～300Ω 、0Ω～1000Ω。

图4 电阻测量装置结构框图

2.6 扫描发生器

扫描发生器用于把交流电供到被检对象的失效部件，借助扫描仪用来确定部件故障位置。其供到的被检对象为频率 f=5000Hz～7000Hz、幅值为100mV的交流电，通过交流稳压器来实现。稳压器的负载就是被检对象的电阻。在电路中通过负载的电流的计算按公式（1）计算。

其中:Uout为向被检对象提供的交流电的电压值；R1为整个交流稳压器的负反馈电阻；K为一比例系数；Roc为反馈电阻，激励一定的电流通过负载（被检对象）。此电阻布置在电阻测量装置上。

2.7 扫描仪

扫描仪是自动、小型、轻便的，用于搜寻被检故障部件连接件损坏位置的仪器。故障部件位于扫描发射脉冲电流穿过部件时产生的地磁场最大场强处。在扫描仪中采用输入感应式测量转换器作为场强接收装置。

在被检对象故障部件地磁场作用区使用测量转换器，感应电动势频率与扫描发生器相同，电压与通过故障部件的电流成正比。电压从测量转换器通过放大调节器接入到谐振放大器中，从频率设定为6000Hz的谐振回路解除谐振放大器的输出电压，接入到微分发射转发器。然后通过扬声器的声强和指示灯的光强正比显示测量转换器上的地磁场强度。

2.8 充电装置

充电装置用于实现扫描仪蓄电池的自动充电。充电装置向扫描仪提供稳压电±6V，通过内部自动调节器电路保证电流在充电开始时为25mA±2.5mA，在充电结束时不超过1mA。

3 结束语

在国内舰船上进行了一系列的测试，测试结果可以达到以下指标:

1）检测装置动作误差为Δ=±(5%US+2.5)mV，其中US为设定装置提供到检测装置的设定电压。检测装置直流输入电阻不小于2kΩ。

2）电压测量装置误差在0mV～1000mV范围内，Δ=±(5%UJ+0.5)mV，其中 UJ为电压测量装置设置的分区电压极限值。

3）电阻测量装置误差在 0Ω～1000Ω 范围内，按量程分别为 0.3Ω±15%、1Ω±15%、3Ω±10%、10Ω±10%、30Ω±5%、100Ω±5%、300Ω±5%、1000Ω±15%。

由以上数据可以看出，本设备对牺牲阳极块和船体的绝缘以及大轴隔断的绝缘检测效果良好，可以广泛使用。

[1]娄会超, 戴新生, 万少松. 多路绝缘电阻自动检测仪设计[J]. 计算机测量与控制, 2003, 11(8):635-637.

[2]刑昌凤, 李亦伟. 船用电缆绝缘电阻自动检测精度的分析与研究[J]. 海军工程大学学报, 2002, 14(2):25-28.