一种远距离测试高压电力电子设备冷却系统液位的装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种远距离测试电力电子设备冷却系统液位的装置，包括液位传感头、双绞线、前级处理电路、传输单元、光电转换电路和数据采集器；液位传感头与双绞线连接，双绞线将液位传感头输出的用于反映冷却系统中冷却液位的电压信号传送到所述前级处理电路，经由所述前级处理电路处理后，获得反映液位过低或者过高的开关量光信号，再经由传输单元传送到光电转换电路，经由光电转换电路处理之后，传输给数据采集器。本发明适用于远距离监测高压环境、电磁干扰严重的工作场合，抗电磁干扰能力强，结构简单，重量轻，互换性强，安装、校准、调试、维护均方便。
【专利说明】
一种远距离测试高压电力电子设备冷却系统液位的装置
技术领域
[0001]本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种远距离测试电力电子设备冷却系统液位的装置。
【背景技术】
[0002]目前电力电子技术已经发展到了非常高的技术水平，随着SkV等级的相控晶闸管SCR、7kV的集成门极换流晶闸管IGCT、5kV等级的绝缘栅双极晶体管IGBT等高压大功率电力电子器件的大量商用，极大地促进了电力电子装置朝着高电压、强电流、大容量方向发展。
[0003]理论研究与实践均表明，电力电子器件工作时都会发热，将使其自身工作温度升高，而器件温度过高将缩短其使用寿命，甚至烧毁器件，大大降低了装置的可靠性，这也是限制电力电子器件的额定电流和额定电压的主要原因，通常的解决办法是专设冷却系统，最常用的冷却介质，包括风、冷却水、冷却油等，高效、实时冷却电力电子器件，确保电力电子器件在额定温度以下正常工作，这是保证电力电子装置避免因各种原因引起设备过热而造成损毁的重要技术手段。
[0004]选用比热高的冷却液(水)作为冷却介质，能够在电力电子装置的冷板与冷却介质之间有着良好的传热性能，因此，绝大多数高压大容量电力电子设备，仍然采用冷却液(水)作为冷却介质。除此之外，采用冷却液(水)，还有一个优势就是与电机等装置可以共用一套冷却系统，由栗输送冷却液(水)，流过电机、电力电子装置的散热器，最大限度降低冷却系统的运行成本。
[0005]运行实践表明，为了确保水冷系统健康、安全和可靠工作，需要随时向主控系统报告冷却系统中冷却液(水)的液位，一旦发现冷却液(水)位过低，主控系统就会自动通知冷却系统及时补充冷却液(水)，避免“烧干锅”的极端危险情况出现。因此，通过直接、实时监控高压电力电子设备冷却系统的冷却液(水)位，就显得非常必要，也很重要。
[0006]在高压电力电子设备中，对液位传感头及其后续处理器的要求极为苛刻，包括如下二个方面:
[0007](I)由于电力电子器件工作时电压高达数千伏特，要求液位传感头具有优秀的防渗漏和绝缘性能；
[0008](2)由于电力电子器件工作时电流高达数十千安培，要求液位传感头及其后续处理器必须具有良好的抗强电磁干扰的能力；
[0009](3)测试现场与主控系统，距离较远，一般超过数十米以上。
[0010]研究与实践均表明:在高压电力电子设备中，如果液位传感头的绝缘性能出现异常或者后续处理器受到电磁干扰，极易给出液位误报警信号，造成主控系统误动作而产生严重后果。
[0011 ]由此可见，亟需研制出一套既能够远距离传输、还能正常穿行于强电磁场环境的液位测试装置，它对确保高压电力电子设备能够安全和可靠的运行至关重要。
【发明内容】
[0012]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种远距离测试电力电子设备冷却系统液位的装置，旨在解决现有技术中的高压电力电子设备液位信号远距离传输时易受强电磁干扰的问题。
[0013]本发明提供了一种远距离测试电力电子设备冷却系统液位的装置，包括液位传感头、一组六芯屏蔽的双绞线、前级处理电路、传输单元、光电转换电路和数据采集器;所述液位传感头包括:接线端子!^、接线端子T2、接线端子T3、接线端子T4、接线端子!^和接线端子T6;六个接线端子与一组六芯屏蔽的双绞线连接，所述双绞线将液位传感头输出的用于反映冷却系统中冷却液(水)液位的电压信号传送到所述前级处理电路，经由所述前级处理电路处理后，获得反映液位过低或者过高的开关量光信号，再经由传输单元传送到光电转换电路，经由光电转换电路处理之后，传输给数据采集器。
[0014]更进一步地，所述前级处理电路包括:依次连接的滤波放大电路、比较电路、光耦隔离电路和电光转换电路，以及与所述一组六芯屏蔽的双绞线连接的恒流源激励电路;所述恒流源激励电路用于将产生的激励电流Is通过一组六芯屏蔽的双绞线并经由所述接线端子TdP所述接线端子T4传给所述液位传感头;所述滤波放大电路用于对所述液位传感头输出的反映液位的电压信号进行滤波放大后依次经过所述比较电路、所述光耦隔离电路和所述电光转换电路处理后，获得反映液位过低或者过高的开关量信号。
[0015]更进一步地，所述恒流源激励电路包括稳压电路和跟随器电路;所述稳压电路包括电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电阻Ri和稳压芯片Ar，所述电容Ci的一端与稳压芯片Ar的第6脚连接，所述电容C1的另一端接地线GNDI，所述电容&并接在所述电容C1的两端，所述稳压芯片Ar的第2脚和第3脚接正电源+U1，所述稳压芯片Ar的第I脚、第4脚、第7脚和第8脚接地线GNDl，所述电容C3的一端与所述稳压芯片Ar的第6脚连接，所述电容C3的另一端接地线GNDl，所述电容C4的一端与所述稳压芯片Ar的第6脚连接，所述电容C4的另一端接地线GNDl，所述电阻仏的一端接所述稳压芯片Ar的第6脚，所述电阻R1的另一端接所述芯片^的同相端A1+;所述跟随器电路包括运算放大器A1和电阻R2;所述电阻他的一端既与接线端子T2连接，又与运算放大器六工的反相端^-连接，电阻1?2的另一端接地线GNDl，运算放大器A1的第7脚接正电源+U1，运算放大器^的同相端A1+接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接稳压芯片Ar的第6脚，运算放大器A1的输出端Uo1与接线端子T3连接。
[0016]更进一步地，所述滤波放大电路包括滤波处理电路和放大电路;所述的滤波处理电路包括电容C5、电容C6、电容C7、电阻R3和电阻R4 ；所述的放大电路包括运算放大器A2、运算放大器A3、运算放大器Α4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻RlQ;所述电阻R3的一端与接线端子T1连接，所述电阻R3的另一端与运算放大器A3的同相端A3+,接线端子T4与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接运算放大器如的同相端A2+,电容C5的一端接运算放大器A3的同相端A3+，电容C5的另一端接地线GNDl，电容C6的一端接运算放大器A2的同相端A2+，电容C6的另一端接地线GNDl，电容C7的一端接运算放大器A3的同相端A3+，电容C7的另一端接运算放大器如的同相端A2+;所述运算放大器A3的同相端A3+与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与接线端子T1连接，运算放大器A3的反相端A3-接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接A3的输出端UQ3，接线端子!^连接运算放大器A3的反相端A3-,运算放大器A3的输出端Uo3接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接运算放大器A4的同相端A4+，电阻R9的一端接运算放大器A4的同相端A4+，电阻R9的另一端接地线GNDI，运算放大器A2的同相端A2+与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与接线端子T4连接，运算放大器如的反相端A2-接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接A2的输出端Uo2，接线端子T6连接运算放大器如的反相端A2-,运算放大器如的输出端Uo2接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接运算放大器A4的反相端A4-,电阻Riq的一端接运算放大器A4的反相端A4-,电阻R1Q的另一端接运算放大器A4的输出端UQ4，接线端子T7接运算放大器A4的输出端Uq4，接线端子T8接地线GNDl。
[0017]更进一步地，所述滤波放大电路包括滤波处理电路和放大电路;所述的滤波处理电路包括电容C5、电容C6、电容C7、电阻R3和R4 ；所述的放大电路包括运算放大器A2、运算放大器A3、运算放大器A4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻RlQ;所述电阻R3的一端与接线端子!^连接，所述电阻R3的另一端接运算放大器A3的同相端A3+,接线端子T4与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接运算放大器如的同相端A2+,电容C5的一端接运算放大器A3的同相端A3+，电容C5的另一端接地线GNDl，电容C6的一端接运算放大器A2的同相端A2+，电容C6的另一端接地线GNDl，电容C7的一端接运算放大器A3的同相端A3+,电容C7的另一端接运算放大器如的同相端A2+;运算放大器A3的同相端A3+与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与接线端子!^连接，运算放大器A3的反相端A3-接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接A3的输出端UQ3，接线端子T5连接芯片A3的反相端A3-，运算放大器A3的输出端Uc)3接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接芯片A4的同相端A4+,电阻R9的一端接运算放大器A4的同相端A4+,电阻R9的另一端接地线GNDl，运算放大器如的同相端A2+与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与接线端子T4连接，运算放大器如的反相端A2-接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接如的输出端Uo2，接线端子T6连接运算放大器如的反相端A2-,运算放大器如的输出端Uo2接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接运算放大器A4的反相端A4-,电阻Riq的一端接运算放大器A4的反相端A4-,电阻Riq的另一端接运算放大器A4的输出端UQ4，接线端子T7接运算放大器A4的输出端UQ4，接线端子T8接地线GNDl0
[0018]更进一步地，所述比较电路包括电容Cs、电容C9、电阻Rn、电阻R12、电阻R13和运算放大器A5;所述电容C8的一端用于连接所述接线端子T8，所述电容C8的一端接地线GNDl，所述电容Cs的另一端接电源Uref ；所述电阻Ri2的一端接电源Uref，电阻Ri2的另一端接电阻Ri3的一端，电阻R13的该端接运算放大器A5的第3脚，电阻R13的另一端接运算放大器^的第6脚，接线端子T7接电阻Rn的一端，电阻Rn的另一端接电容Cg的一端，电容Cg的该端接运算放大器As的第2脚，电容C9的另一端接地线GNDl，运算放大器A5的第8脚接正电源+Ui，运算放大器A5的第4脚接地线GNDl，接线端子T9接运算放大器A5的第6脚。
[0019]更进一步地，所述光耦隔离电路包括电容Cu、电容C12、电阻Ru、电阻Ru、电阻Ri6、反相器A6、光耦隔离器At、反相器A8;接线端子T9接反相器A6的第3脚，接线端子Tiq接地线GNDl，反相器A6的第I脚接正电源+Ui，反相器A6的第8脚接地线GNDl，电容Cn的一端接正电源+Ui，电容Cn的另一端接地线GNDl，电阻Ri4的一端接正电源+Ui，电阻Ru的另一端接光耦隔离器A7的第2脚，电容C11并接在电阻R14的两端，反相器A6的第2脚接光耦隔离器A7的第3脚，光耦隔离器A7的第8脚接正电源+U2，电容Ci2的一端接正电源+U2，电容Ci2的另一端接地线GND2，电阻R16的一端接正电源+U2，电阻R16的另一端接光耦隔离器A7的第6脚和第7脚，电阻R16的该端接反相器A8的第3脚，反相器A8的第I脚接正电源+U2，芯片A8的第8脚接光耦隔离器A7的第5脚，光耦隔离器A7的第5脚接地线GND2，接线端子T11接反相器A8的第2脚。
[0020]更进一步地，所述电光转换电路包括电容&3、电容Cu、电阻Ri7、电阻Ris、与非门A9、光纤头发送器Aiq和光纤接头T13;所述电阻R17的一端与接线端子T11连接，所述电阻R17的另一端同时连接与非门A9的第I脚和第2脚，接线端子T12接地线GND2，与非门A9的第5脚接地线GND2，与非门A9的第3脚接光纤头发送器Aiq的第3脚，光纤头发送器Aiq的第2脚、第6脚和第7脚接电阻Rl8的一端，电阻Rl8的另一端接电容Cl3的一端，电容Cl3的该端接正电源+U2，电容Cl3的另一端接地线GND2，电容Cu并接在电容C13的两端。
[0021]更进一步地，所述光电转换电路包括光纤接头T14、光纤头接收器Au、反相器A12、电阻Rl9、电容Cl5、电容Cl6、接线端子Tl5和接线端子Tl6，光纤头接收器All的第2脚接正电源+U3，光纤头接收器Au的第3脚和第7脚接地线GND3，光纤头接收器A11的第6脚接电阻R19的一端，电阻Ri9的另一端接电容C15的一端，电容C15的该端接正电源+U3，电容C15的另一端接地线GND3，电容C16并接在电容C15的两端，反相器A12的第I脚接正电源+U3，反相器A12的第8脚接地线GND3，反相器Ai2的第3脚接电容Cn的一端，电容Ci7的该端接光纤头接收器An的第6脚，电容Cn的另一端接地线GND3，接线端子T15接反相器A12的第2脚，接线端子T16接地线GND3，所述光纤接头!^与电光转换电路的光纤接头T13配套使用。
[0022]具体而言，本发明的优点在于:
[0023](I)本液位测试装置的液位传感头采用六端接法，且利用恒流源激励它，确保测试系统具有线性度好和准确度高的优势；
[0024](2)本液位测试装置将反映液位的电压信号转换为开关量信号，采用光纤(缆)作为传输介质，解决了远距离传输难且不可靠的问题；
[0025 ] (3)本液位测试装置，采取滤波放大电路、比较电路、光耦隔离电路、电光转换电路和光电转换电路，增强了工作于强电磁环境中的测温系统的抗干扰能力。
[0026]总之，本发明装置，适应了远距离监测高压环境、电磁干扰严重的工作场合，抗电磁干扰能力强，结构简单，重量轻，互换性强，安装、校准、调试、维护均方便。
【附图说明】
[0027]图1为本发明电路的一种【具体实施方式】的结构示意图。
[0028]图2为图1中所示的液位传感头的恒流源激励电路的原理图。
[0029 ]图3为图1中所示的液位传感头的滤波放大电路的原理图。
[0030 ]图4为图1中所示的液位传感头的比较电路的原理图。
[0031 ]图5为图1中所示的液位传感头的光耦隔离电路的原理图。
[0032]图6为图1中所示的液位传感头的电光转换电路的原理图。
[0033]图7为图1中所示的液位传感头的光电转换电路的原理图。
[0034]图8为图1中所示的液位传感头的滤波放大电路的另外一种【具体实施方式】的原理图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0036]本发明属于电力电子技术，具体涉及一种远距离测试高压电力电子设备冷却系统液位的装置，由于借助半导体材料的压阻效应充当液位传感头，它具有灵敏系数大、分辨率高、频率响应高、体积小等优势，后续处理电路利用恒流源激励液位传感头、并将超过液位设定值的电压信号转换为开关信号，利用光纤(缆)进行长距离传输，解决了高压电力电子设备液位信号远距离传输时易受强电磁干扰的技术难题，确保高压电力电子设备健康和可靠运行。
[0037]本装置也可以推广应用于高压场合的其它需要测试液位的设备中。
[0038]本发明提供一种远距离测试高压电力电子设备冷却系统液位的装置，目的在于能够在强电磁场环境中，实现远距离传输且可靠监测电力电子开关装置冷却系统的冷却液(水)位，确保高压电力电子设备安全和可靠运行。
[0039]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种远距离测试高压电力电子设备冷却系统液位的装置，其特征在于，它包括液位传感头1、一组六芯屏蔽的双绞线2、液位传感头的前级处理电路、传输单元8、液位传感头的光电转换电路9和数据采集器10;
[0040]具有防渗漏和绝缘结构的液位传感头I，采用六端接法，即传感头含有TdPThTdPΤ3、Τ#ΡΤ6共计六个接线端子，经由所述一组六芯屏蔽的双绞线2，连接液位传感头的前级处理电路；
[0041 ]液位传感头的前级处理电路，是由液位传感头I的恒流源激励电路3、滤波放大电路4、比较电路5、光耦隔离电路6、电光转换电路7组成;恒流源激励电路3，将其产生的激励电流Is经由一组六芯屏蔽的双绞线2的TdPT4，传给液位传感头I，将液位传感头I输出的反映液位的电压信号Uciut+、Uciut-，经由一组六芯屏蔽的双绞线2的T2和T3，先后传输到滤波放大电路4、再传送到比较电路5、接着送入光耦隔离电路6、再到达电光转换电路7，经由它们处理之后，获得反映液位过低或者过高的开关量光信号，再经由传输单元8，传送到液位传感头的光电转换电路9，经由光电转换电路9处理之后，传输给数据采集器10，方便数据采集器10实时采集反映被测体冷却系统液位的开关量电压信号，最终由主控系统报告冷却系统中冷却液(水)的液位是否合适，并决定冷却系统的液压阀门打开还是关闭。
[0042]本发明装置采用恒流源激励电路3，激励液位传感头I，再将反映液位的电压信号转换为开关量信号，经由传输单元8，实现远距离传输，方便液位信号的实时、可靠、准确采集。
[0043]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0044]如图1所示，本发明装置包括具有液位传感头1、一组六芯屏蔽的双绞线2、液位传感头I的前级处理电路(它由液位传感头的恒流源激励电路3、滤波放大电路4、比较电路5、光耦隔离电路6和电光转换电路7五个模块电路组成)、传输单元8、光电转换电路9和数据采集器10共六个部分。
[0045]现将其工作原理和信号传输路径简述如下:
[0046]如图1所示，液位传感头I，专门采用六端接法，即该传感头含有TdPT4、TdPT3、1~5和T6共计六个接线端子，经由所述一组六芯屏蔽的双绞线2，连接液位传感头I的前级处理电路。接线端子Tl和T4分别连接液位传感头I的正输出端Uciut+和负输出端Uciut-，接线端子Τ2和Τ3分别连接液位传感头I的负电源端Us-和正电源端Us+，接线端子TdPT6分别连接液位传感头I的内置增益电阻Re的两端。采用六端接法的最大优势就在于，它将液位传感头I的输出信号端、电源端和增益电阻Rg两端，集成一体，既减少了信号线缆数量，又由于采用的六芯屏蔽的双绞线，最大限度提高传输信号的信噪比，最大程度提高测试系统的抗干扰能力，这是与电力电子设备运行于强电磁环境相适应的，进一步确保这套测试系统能够健康、安全和可靠工作。
[0047]如图2所示，恒流源激励电路3，它包括稳压电路3-1和跟随器电路3-2两个部分，恒流源激励电路3的输入端的接线端子为T#PT3，经由接线端子T#PT3，将本电路获得的激励液位传感头I的电流信号Is，通过一组六芯屏蔽的双绞线2，传给液位传感头1，接线端子!^与电阻R2的一端连接，电阻R2的该端接芯片A1的反相端六!-，电阻R2的另一端接地线GNDI，芯片Al的第7脚接正电源+Ui，芯片Ai的同相端Ai+接电阻Ri的一端，电阻Ri的另一端接芯片Ar的第6脚，电容C1的一端与芯片Ar的第6脚连接，电容&的另一端接地线GNDl，电容C2并接在电容C1的两端，芯片Ar的第2脚和第3脚接正电源+U1，芯片Ar的第I脚、第4脚、第7脚和第8脚接地线GNDl，电容C3的一端与芯片Ar的第6脚连接，电容C3的另一端接地线GNDl，电容C4的一端与芯片Ar的第6脚连接，电容C4的另一端接地线GNDl，芯片输出端Uo1与接线端子T3连接，并将激励电流信号Is经过一组六芯屏蔽的双绞线2，传送到液位传感头I。
[0048]如图3所示，滤波放大电路4，是由滤波处理电路4-1和放大电路4-2两个部分组成，连接本电路的输入端为接线端子HT6和T4，经由接线端子TjPT4,通过一组六芯屏蔽的双绞线2，接收来自液位传感头I的正输出端Uqut+和负输出端Uciut-的信号，经由接线端子Ts和Τ6，通过一组六芯屏蔽的双绞线2，将液位传感头I的内置增益电阻Rg接入放大电路4-2中，充当放大电路4-2的增益电阻，接线端子T1与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接芯片A3的同相端A3+，电容C5的一端接芯片A3的同相端A3+，电容(:5的另一端接地线GNDl，接线端子T5与电阻R5的一端连接，电阻R5的该端接芯片A3的反相端A3-，电阻R5的一端接芯片A3的输出端U03，芯片A3的第7脚接正电源+U1，接线端子T6与电阻R6的一端连接，电阻R6的该端接芯片A2的反相端A2-，电阻R5的一端接芯片A2的输出端Uc)2，接线端子T4与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接芯片A2的同相端A2+，电容C7的一端接芯片A3的同相端A3+，电容C7的另一端接芯片A2的同相端A2+，电容C6的一端接芯片A2的同相端A2+，电容C6的另一端接地线GNDl，芯片A3的输出端Uc)3接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接芯片A4的同相端A4+，电阻R9的一端接芯片A4的同相端A4+，电阻R9的另一端接地线GNDI，芯片A2的输出端Uci2接电阻Rs的一端，电阻Rs的另一端接芯片A4的反相端A4-，电阻RI ο的一端接芯片A4的反相端A4-，电阻RI ο的另一端接芯片A4的输出端U04，接线端子T7接芯片A4的输出端Uci4，接线端子T8接地线GNDI，经由接线端子T7和T8，将经过滤波放大电路4获得的电信号，传送到比较电路5。
[0049]如图4所示，比较电路5，连接输入端的接线端子T7和T8，经由接线端子T#PT8，接收液位传感头的滤波放大电路4处理获得的电信号，接线端子T8接电容C8的一端，电容C8的该端接地线GNDl，电容Cs的另一端接电源Uref，电阻Ri2的一端接电源Uref，电阻Ri2的另一端接电阻R13的一端，电阻R13的该端接芯片A5的第3脚，电阻R13的另一端接芯片知的第3脚，接线端子T7接电阻Rn的一端，电阻Rn的另一端接电容C9的一端，电容C9的该端接芯片A5的第2脚，电容C9的另一端接地线GNDl，芯片A5的第8脚接正电源+U1，芯片A5的第4脚接地线GNDl，接线端子T9接芯片A5的第3脚，接线端子T1Q接地线GNDl，经由接线端子T9和T1Q，将比较电路5获得的信号，传送到光耦隔离电路6。
[0050]如图5所示，光耦隔离电路6，连接输入端的接线端子T9和T1Q，经由接线端子T9和T10，接收比较电路5处理获得的电信号，接线端子T9接芯片A6的第3脚，接线端子Tiq接地线GNDl，芯片A6的第I脚接正电源+U1，芯片A6的第8脚接地线GNDl，电容C11的一端接正电源+U1,电容C11的另一端接地线GNDl，电阻R14的一端接正电源+U1，电阻R14的另一端接芯片A7的第2脚，电容C11并接在电阻R14的两端，芯片A6的第2脚接芯片A7的第3脚，芯片A7的第8脚接正电源+U2，电容C12的一端接正电源+U2，电容C12的另一端接地线GND2，电阻R16的一端接正电源+U2，电阻R16的另一端接芯片A7的第6脚和第7脚，电阻R16的该端接芯片A8的第3脚，芯片A8的第I脚接正电源+U2，芯片A8的第8脚接芯片A7的第5脚，芯片A7的第5脚接地线GND2，接线端子T11接芯片A8的第2脚，接线端子T12接地线GND2，经由接线端子T11和T12，将光耦隔离电路6获得的电信号，传送到电光转换电路7。
[0051]如图6所示，电光转换电路7，连接输入端的接线端子Tn和T12，经由接线端子Tn和T12，接收光耦隔离电路6处理获得的电信号，接线端子T11接电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接芯片A9的第I脚和第2脚，接线端子T12接地线GND2，芯片A9的第5脚接地线GND2，芯片A9的第3脚接芯片Aiq的第3脚，芯片Aiq的第2脚、第6脚和第7脚接电阻R18的一端，电阻R18的另一端接电容C13的一端，电容C13的该端接正电源+U2，电容C13的另一端接地线GND2，电容C14并接在电容C13的两端，接线端子T13为专门连接芯片Aiq传送的光信号的光纤接头(如ST头、SM头、FC头或者SC头)，与前面所述的电信号接线端子T1-T12不同，通过芯片Aiq的将反应湿度变化的电信号转换为便于传输单元8传送的光信号，经由光纤接头T13，将液位传感头的电光转换电路7处理获得的开关量光信号，通过传输单元8传送到光电转换电路9。
[0052]如图7所示，光电转换电路9，本电路的光纤接头T14与光纤接头T13配套使用，即光纤接头T14也可以采用ST头、SM头、FC头或者SC头，经由光纤接头1^4连接电光转换电路7，接收传输单元8传送获得的开关量信号，芯片A11的第2脚接正电源+U3，芯片A11的第3脚和第7脚接地线GND3，芯片A11的第6脚接电阻R19的一端，电阻R19的另一端接电容C15的一端，电容C15的该端接正电源+U3，电容C15的另一端接地线GND3，电容C16并接在电容C15的两端，芯片A12的第I脚接正电源+U3，芯片A12的第8脚接地线GND3，芯片A12的第3脚接电容Cn的一端，电容C17的该端接芯片Au的第6脚，电容Cn的另一端接地线GND3，接线端子T15接芯片A12的第2脚，接线端子T16接地线GND3，经由接线端子T1^PT16,将光电转换电路9获得的信号，传送到数据采集器10。
[0053]数据采集器10，可以采用专门的数据采集电路，如NI公司仪表生产的多功能数据采集设备，也可采用高档单片机或者ARM芯片或者FPGA芯片等构建采集卡。
[0054]图1和图2所示实施例中的液位传感头I，可以选择154N型低压传感器，它是利用半导体材料的压阻效应制作的半导体应变片，属于硅压阻式传感器，具有灵敏系数大、分辨率高、频率响应高、体积小等优点，主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。被实施例中所选择的液位传感头I，是小体积(外径19mm)压力传感器，其外壳采用316不锈钢封装结构，外界压力通过316不锈钢膜片及内部灌充硅油传递到传感器件敏感元件上。
[0055]图2所示实施例中的恒流源激励电路3中的稳压电路3-1，它是由稳压芯片Ar及其外围电阻和电容组成，稳压芯片Ar可以选择精密微功耗低压降电压基准芯片，充当液位传感头I的激励电流所需的稳压电源，如LM4140系列，它是一种高精度的微功耗低压降参考电源，它有三种温漂级别:1)A级芯片的温漂不超过3ppm/°C;2)B级芯片的温漂不超过6ppm/°C ;3)C级芯片的温漂不超过10ppm/°C。
[0056]图2所示实施例中的恒流源激励电路3中的跟随器电路3-2，它是由芯片A1及其外围电阻组成，芯片A1为运算放大器，可以采用单路的低噪声精密运放，如0P07、0P27、AD797和 OPAl 70 等。
[0057]图3所示实施例中的芯片A2、A3、A4，均为运算放大器，可以采用单路的低噪声精密运放，如0P07、0P27、AD797和0PA170等；也可以选择高精度、低噪声双运放，如LM358、0PA2227、0PA2170、TLC2262和TLV2453等；还可以选择精密四运放，如0P484、0PA4170、TLV2454和 0PA4188 等。
[0058]图4所示实施例中的芯片A5,可以采用运算放大器，包括选择单路的低噪声精密运放，如0P07、0P27、AD797和0PA170等;也可以选择高精度、低噪声双运放，如LM358、0PA2227、0PA2170、TLC2262和TLV2453等，还可以采用专门的比较器芯片，如LM111、LM211、LM311、LMl93、LM293、LM393和LM2903等。
[0059]图5所示实施例中的芯片A6和As，均为反相跟随器，可以选择六路CMOS反相跟随器⑶4049，图5所示实施例中的芯片A?，为光电耦合隔离器件(简称光耦器件)，可以选择HCPL-2300等高性能光耦器件。
[0060]图6所示实施例中的芯片A9为与非门，可以选择MC75452B、HD75452A、SG75452、SG75452B、SN55452B、SN75452、SN55452等，图6所示实施例中的芯片Aiq，为光纤头发送器芯片，可以选择 HFBR-1412TMZ、HFBR-1412TZ、HFBR-1412Z、HFBR-1414MZ、HFBR-1414TZ、HFBR-1414Z等，与光纤头配套使用的传输单元8为传输光纤或光缆，可以选择单芯多模62.5/125um的光纤。
[0061 ] 图7所示实施例中的芯片Au，为光纤头接收器芯片，可以选择HFBR-2412TCZ、HFBR-2412TZ、HFBR-2412Z等，与光纤头配套使用的传输单元8为传输光纤或光缆，可以选择单芯多模62.5/125um的光纤。图7所示实施例中的芯片A12，为反相跟随器，可以选择六路CMOS反相跟随器CD4049。
[0062]如图8所示，为液位传感头I的滤波放大电路的另外一种【具体实施方式】，用仪用运放A13代替图3所示电路中的芯片A2、A3和A4，仪用运放A13可以选用AD公司的AD620、AD524、AD526、AD624、INAlOl ;TI公司的INA102、INA105、INA128、INA110、INA146、INA148等。现将接线关系说明如下:
[0063 ]滤波放大电路4，连接输入端的接线端子!^、T5、T6和T4，经由接线端子!\、T5、T6和T4，经由六芯屏蔽的双绞线2接收来自液位传感头的恒流源激励电路3处理的电流信号Is，接线端子Tl与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接芯片Al3的第2脚，电容C5的一端接芯片Al3的第2脚，电容(:5的另一端接地线GNDl，接线端子!^与芯片A13的第I脚连接，接线端子T6与芯片A13的第8脚连接，接线端子T4与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接A13的第3脚，电容C7的一端接芯片A13的第2脚，电容C7的另一端接芯片A13的第3脚，电容C6的一端接芯片A13的第3脚，电容C6的另一端接地线GNDl，芯片A13的第7脚接正电源+U1，芯片A13的第4脚和第5脚同时接地线GNDl，接线端子T7接芯片A13的第6脚，接线端子T8接地线GNDl，经由接线端子T7和T8，将滤波放大电路4获得的电信号传送到比较电路5。
[0064]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种远距离测试电力电子设备冷却系统液位的装置，其特征在于，包括液位传感头(1)、双绞线(2)、前级处理电路、传输单元(8)、光电转换电路(9)和数据采集器(10); 所述液位传感头(I)与双绞线(2)连接，所述双绞线(2)将液位传感头(I)输出的用于反映冷却系统中冷却液位的电压信号传送到所述前级处理电路，经由所述前级处理电路处理后，获得反映液位过低或者过高的开关量光信号，再经由传输单元(8)传送到光电转换电路(9)，经由光电转换电路(9)处理之后，传输给数据采集器(10)。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前级处理电路包括:依次连接的滤波放大电路(4)、比较电路(5)、光耦隔离电路(6)和电光转换电路(7)，以及与所述一组六芯屏蔽的双绞线(2)连接的恒流源激励电路(3); 所述恒流源激励电路(3)用于将产生的激励电流Is通过一组六芯屏蔽的双绞线(2)并经由所述接线端子TdP所述接线端子T4传给所述液位传感头(I); 所述滤波放大电路(4)用于对所述液位传感头(I)输出的反映液位的电压信号进行滤波放大后依次经过所述比较电路(5)、所述光耦隔离电路(6)和所述电光转换电路(7)处理后，获得反映液位过低或者过高的开关量信号。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述恒流源激励电路(3)包括稳压电路(3-1)和跟随器电路(3-2); 所述稳压电路(3-1)包括电容(^、电容C2、电容C3、电容C4、电阻Ri和稳压芯片Ar，所述电容(^的一端与稳压芯片Ar的第6脚连接，所述电容(^的另一端接地线GNDl，所述电容(:2并接在所述电容C1的两端，所述稳压芯片Ar的第2脚和第3脚接正电源+U1，所述稳压芯片Ar的第I脚、第4脚、第7脚和第8脚接地线GNDI，所述电容C3的一端与所述稳压芯片Ar的第6脚连接，所述电容C3的另一端接地线GNDl，所述电容C4的一端与所述稳压芯片Ar的第6脚连接，所述电容C4的另一端接地线GNDl，所述电阻&的一端接所述稳压芯片Ar的第6脚，所述电阻R1的另一端接所述芯片^的同相端A1+; 所述跟随器电路(3-2)包括运算放大器^和电阻R2;所述电阻他的一端既与接线端子T2连接，又与运算放大器A1的反相端六工-连接，电阻他的另一端接地线GNDl，运算放大器A1的第7脚接正电源+U1，运算放大器同相端A1+接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接稳压芯片Ar的第6脚，运算放大器^的输出端Uq1与接线端子T3连接。4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述滤波放大电路(4)包括滤波处理电路(4-1)和放大电路(4-2); 所述的滤波处理电路(4-1)包括电容C5、电容C6、电容C7、电阻R3和电阻R4 ；所述的放大电路(4-2)包括运算放大器如、运算放大器A3、运算放大器A4、电阻R5、电阻R6、电阻R?、电阻R8、电阻R9、电阻R1; 所述电阻R3的一端与接线端子T1连接，所述电阻R3的另一端与运算放大器A3的同相端A3+,接线端子T4与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接运算放大器如的同相端A2+,电容C5的一端接运算放大器A3的同相端A3+，电容C5的另一端接地线GNDl，电容C6的一端接运算放大器A2的同相端A2+，电容C6的另一端接地线GNDl，电容C7的一端接运算放大器A3的同相端A3+，电容C7的另一端接运算放大器A2的同相端A2+ ；所述运算放大器A3的同相端A3+与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与接线端子T1连接，运算放大器A3的反相端A3-接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接A3的输出端Uq3，接线端子!'连接运算放大器A3的反相端A3—，运算放大器A3的输出端Uci3接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接运算放大器A4的同相端A4+，电阻R9的一端接运算放大器A4的同相端A4+，电阻R9的另一端接地线GNDl，运算放大器A2的同相端A2+与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与接线端子T4连接，运算放大器如的反相端A2-接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接如的输出端Uo2，接线端子T6连接运算放大器如的反相端A2—，运算放大器A2的输出端Uci2接电阻Rs的一端，电阻Rs的另一端接运算放大器A4的反相端A4-，电阻RlQ的一端接运算放大器A4的反相端A4-,电阻R1O的另一端接运算放大器A4的输出端UQ4，接线端子T7接运算放大器A4的输出端Uo4，接线端子T8接地线GNDl。5.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述滤波放大电路(4)包括滤波处理电路(4-1)和放大电路(4-2); 所述的滤波处理电路(4-1)包括电容C5、电容C6、电容C7、电阻R3和R4 ；所述的放大电路(4-2)包括运算放大器如、运算放大器A3、运算放大器A4、电阻R5、电阻R6、电阻R?、电阻R8、电阻R9、电阻R1; 所述电阻R3的一端与接线端子T1连接，所述电阻R3的另一端接运算放大器A3的同相端A3+,接线端子T4与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端接运算放大器如的同相端A2+,电容C5的一端接运算放大器A3的同相端A3+，电容C5的另一端接地线GNDl，电容C6的一端接运算放大器A2的同相端A2+，电容C6的另一端接地线GNDl，电容C7的一端接运算放大器A3的同相端A3+，电容C7的另一端接运算放大器A2的同相端A2+; 运算放大器A3的同相端A3+与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与接线端子T1连接，运算放大器A3的反相端A3-接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接A3的输出端UQ3，接线端子!^连接芯片A3的反相端A3-，运算放大器A3的输出端Uci3接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接芯片A4的同相端A4+，电阻R9的一端接运算放大器A4的同相端A4+，电阻R9的另一端接地线GNDI，运算放大器如的同相端A2+与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与接线端子T4连接，运算放大器A2的反相端A2-接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接如的输出端Uo2，接线端子T6连接运算放大器A2的反相端A2-,运算放大器如的输出端Uo2接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接运算放大器A4的反相端A4-，电阻R1Q的一端接运算放大器A4的反相端A4-,电阻Riq的另一端接运算放大器A4的输出端Uo4，接线端子T7接运算放大器A4的输出端Uci4，接线端子T8接地线GNDl。6.如权利要求2-5任一项所述的装置，其特征在于，所述比较电路(5)包括电容C8、电容Cg、电阻Rn、电阻Ri2、电阻Ri3和运算放大器As ； 所述电容Cs的一端用于连接所述接线端子T8，所述电容C8的一端接地线GNDI，所述电容Cs的另一端接电源Uref; 所述电阻Ri2的一端接电源Uref，电阻Ri2的另一端接电阻Ri3的一端，电阻Ri3的该端接运算放大器^的第3脚，电阻R13的另一端接运算放大器^的第6脚，接线端子T7接电阻Rn的一端，电阻Rn的另一端接电容Cg的一端，电容Cg的该端接运算放大器As的第2脚，电容Cg的另一端接地线GNDl，运算放大器A5的第8脚接正电源+Ui，运算放大器A5的第4脚接地线GNDl，接线端子T9接运算放大器A5的第6脚。7.如权利要求2-6任一项所述的装置，其特征在于，所述光耦隔离电路(6)包括电容Cu、电容Cl2、电阻Rl4、电阻Rl5、电阻Rl6、反相器A6、光親隔离器A7、反相器A8 ； 所述反相器A6的第3脚与接线端子T9连接，接线端子Tiq接地线GND1，反相器A6的第I脚接正电源+Ui，反相器A6的第8脚接地线GNDl，电容Cn的一端接正电源+Ui，电容Cn的另一端接地线GNDl，电阻Rw的一端接正电源+Ui，电阻Rw的另一端接光親隔离器A7的第2脚，电容Cn并接在电阻R14的两端，反相器A6的第2脚接光耦隔离器A7的第3脚，光耦隔离器A7的第8脚接正电源+U2，电容C12的一端接正电源+U2，电容C12的另一端接地线GND2，电阻R16的一端接正电源+U2，电阻R16的另一端接光耦隔离器A7的第6脚和第7脚，电阻R16的该端接反相器A8的第3脚，反相器A8的第I脚接正电源+U2，反相器A8的第8脚接光耦隔离器A7的第5脚，光耦隔离器A7的第5脚接地线GND2，接线端子T11接反相器A8的第2脚。8.如权利要求2-7任一项所述的装置，其特征在于，所述电光转换电路(7)包括电容&3、电容Cl4、电阻Rl7、电阻Rl8、与非门Ag、光纤头发送器AlQ和光纤接头T13 ； 所述电阻Rn的一端与接线端子T11连接，所述电阻R17的另一端同时连接与非门A9的第I脚和第2脚，接线端子T12接地线GND2，与非门A9的第5脚接地线GND2，与非门A9的第3脚接光纤头发送器A1的第3脚，光纤头发送器A1的第2脚、第6脚和第7脚接电阻Ris的一端，电阻Ris的另一端接电容C13的一端，电容C13的该端接正电源+U2，电容C13的另一端接地线GND2，电容Cw并接在电容C13的两端。9.如权利要求2-8任一项所述的装置，其特征在于，所述光电转换电路(9)包括光纤接头Tl4、光纤头接收器All、反相器Al2、电阻Rl9、电容Cl5、电容Cl6、接线端子Tl5和接线端子Tl6; 光纤头接收器Au的第2脚接正电源+U3，光纤头接收器A11的第3脚和第7脚接地线GND3，光纤头接收器Au的第6脚接电阻Rl9的一端，电阻Rl9的另一端接电容Cl5的一端，电容Cl5的该端接正电源+U3，电容C15的另一端接地线GND3，电容C16并接在电容C15的两端，反相器A12的第I脚接正电源+U3，反相器Ai2的第8脚接地线GND3，反相器Ai2的第3脚接电容Cn的一端，电容Cn的该端接光纤头接收器A11的第6脚，电容Cn的另一端接地线GND3，接线端子T15接反相器A12的第2脚，接线端子T16接地线GND3，所述光纤接头T14与电光转换电路(7)的光纤接头T13配套使用。
【文档编号】G01F23/00GK105865571SQ201610472074
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】屈碧环
【申请人】武汉天富海科技发展有限公司