高壓放電門控聯鎖報警電路設計與應用

謝 德 陸藺輝 董 明

（中國工程物理研究院化工材料研究所，四川綿陽621900）

0 引言

某項試驗過程中，需對沖擊片雷管進行高壓放電，以達到瞬間起爆試驗件的目的，以此來判斷沖擊片雷管性能的好壞。由于測試工作量增多且沒有有效的約束，操作人員容易忽略放電，在殘留高壓放電不完全的情況下進入操作間對儀器維護時，容易發生觸電事故。由于存在以上不安全因素，需研制一種門控聯鎖報警系統，通過該系統對高壓放電及殘留高壓的控制，避免試驗中存在的危險因素，消除安全隱患。

1 設計思路

根據高壓沖擊試驗的工作流程，我們確定了門控聯鎖報警系統的設計思路，即開始試驗前防爆門必須完全關閉，高壓電源才能啟動，試驗方能進行，反之，則語音提示報警存在安全隱患；試驗完畢后，如果放電棒對高壓電源未進行徹底放電，這時紅外探測器探測到有工作人員靠近高壓電源進行操作，即發出語音報警提示。

2 電路設計

2.1 防爆門與高壓電源聯鎖報警工作原理

試驗前，操作人員進入高壓放電間，準備好沖擊片雷管與試驗件的接線，試驗裝置安裝完畢后，所有操作人員退出防爆間。這時，關閉防爆門，門控傳感器將防爆門關閉信號發送給報警系統裝置。報警系統得到信號后，給出啟動信號，開啟高壓開關，高壓起爆電源給雷管試驗裝置提供所需電壓。同時，揚聲器1發出報警提示“試驗開始進行”。反之，防爆門未關閉，門控傳感器不工作，這樣報警系統裝置不工作，高壓起爆電源無輸出，試驗中斷。同時，揚聲器2語音報警提示“門未關閉，試驗停止”。

2.2 高壓電源放電與人員安全報警檢測工作原理

由于試驗完畢后，高壓電源必須用放電裝置進行完全放電，將殘留的高壓電放完后，工作人員才能進行安全的接線操作。高壓電源放電與人員安全報警檢測設計原理框圖如圖1所示。

圖1 高壓電源放電與人員安全報警檢測設計原理框圖

試驗完畢后，高壓起爆電源經放電棒放電，如果高壓起爆電源還有殘留的高壓而紅外探測裝置又探測到有工作人員接近高壓起爆電源，即同時具備這兩個條件則報警系統裝置啟動蜂鳴器報警。

2.3 門機聯鎖報警系統電路原理設計

2.3.1 門控聯鎖報警系統電路設計原理

在設備通電工作情況下，電源指示燈DS1常亮，手動開關S3閉合，蜂鳴器處于待工作狀態，指示燈常亮。當高壓間門打開時，門控傳感器S2吸合，高壓繼電器J1、J2、J3得電吸合，開關K1、K2、K3閉合，高壓通過開關K1輸入到測試間，語音報警器電路1觸發啟動報警提示，蜂鳴器MK1得電發出蜂鳴聲。OPAMP電壓比較電路中R2為高壓取樣，與電位器R7基準電壓進行比較，當超過設定的危險高壓閾值時，三極管Q1導通，繼電器觸點K4閉合，這時，只要有人經過紅外探測器進入危險高壓區域，繼電器K5得電導通，語言報警電路2啟動高壓危險報警提示。當高壓低于設定閾值時，繼電器觸點K4斷開，語音報警電路2停止報警提示。電路圖如圖2所示。

圖2 高壓門控聯鎖報警系統電路圖

2.3.2 紅外遮光探測系統設計原理

該紅外線遮光式報警器電路由光電檢測電路、電壓信號放大電路、譯碼控制電路組成，電路圖如圖3所示。

圖3 紅外探測遮光式電路圖

光電檢測電路由電阻器R1～R4、紅外發光二極管VL、晶體管V1和紅外光敏晶體管V2組成。電壓信號放大電路由運算放大器集成電路IC1、電阻器R5/R6和電容器C1組成。譯碼控制電路由音頻譯碼器集成電路IC2、電阻器R7、電容器C2～C5和固態繼電器觸點組成。VL在V1的驅動及IC2的控制下，向前方發射出調制紅外光。該紅外光經光學系統（由兩塊凸透鏡組成）變成近似平行光的紅外脈沖光束后，照射到前方的反射鏡上，再反射到V2。V2將接收到的紅外光信號變成相應的電信號，再經IC1放大、IC2譯碼處理后，從IC2的8腳輸出控制電平。此時，繼電器的觸點不接通。當紅外光束被遮擋時，V2無電信號輸出，IC2的8腳輸出高電平，使繼電器的觸點導通調整R3的阻值，可改變VL的工作電流（一般為15～20 mA），從而改變光控距離及電路靈敏度。IC1選用μA741運放集成電路，IC2選用LM567型音頻譯碼器集成電路。

2.3.3 語音電路系統設計原理

語音電路報警系統由語音錄放模塊和功率放大電路組成。ISD1100抗斷電錄放模塊廣泛用于各種留言裝置、語音報警及提示裝置，可以長期保存信息，又能隨意進行錄入，使用方便。

ISD1100語音錄放模塊工作電壓為5～15 V，錄音時按住錄音鍵（即REC保持低電平），電路開始錄音，LED燈亮。松開REC后，錄音結束，電路自動在內部設置段結束標志，然后進入節電狀態。放音可采用電平觸發，也就是紅外探測和高壓檢測的電平觸發信號來驅動PL接通，電路開始放音，放完當前段或PL變高后，電路自動進入節電狀態。如果要將語音放大，則信號由SP+或SP-通過電容耦合輸入，經過放大器IC1放大，由揚聲器放大輸出，音量由可調電阻控制。

根據以上電路設計，完成了高壓門控報警儀的設計及制造，本儀器已經應用于試驗中。

3 結語

高壓放電門控聯鎖報警電路的設計主要用于防爆門與高壓電源聯鎖報警及高壓電源放電與人員安全報警，由此電路設計制作完成的高壓門控監測報警儀，有效避免了操作人員在高壓電源放電不徹底的情況下接觸設備、發生觸電的情況。高壓門控監測報警儀的成功研制，不僅提高了試驗人員的安全防范意識，也提高了試驗過程的安全性，從而較大地提高了高壓放電試驗的可靠性。