[发明专利]一种用于压电传感器短路的防护电路及感知方法

说明书

本发明提供了一种用于压电传感器短路的防护电路及感知方法，当传感器发生短路，在信号输入端接入正弦电压信号时，第一电阻两端的电压升高，第二三极管和光耦导通，第一电阻两端的电压被钳位在预设范围内，光耦的第三端为低电平，第二发光二极管不亮；当传感器发生短路，在信号输入端接入正弦负压信号时，第八电阻两端的电压升高，第三三极管和第二发光二极管导通，第八电阻两端的电压被钳位在预设范围内，第二发光二极管亮，光耦第三端为高电平；本发明在压电传感器发生短路后，迅速的对系统实施双向限流保护，无需控制器参与，避免系统过热等情况发生，并同时给系统和用户发出短路警告；传感器恢复正常后，电路自动恢复正常工作状态。

技术领域

本发明涉及压电传感器短路检测技术领域，特别涉及一种用于压电传感器短路的防护电路及感知方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

压电传感器，又称压电换能器，是利用某些单晶材料的压电效应和某些多晶材料的电致伸缩效应来将电能与声能进行相互转换的器件。

压电传感器在超声导波结构损伤检测等场景应用时，使用宽频高压功率放大器输出正弦信号(如±60V，100KHz)作为传感器的驱动，驱动信号峰值功率达10W以上。使用两根长线连接驱动传感器的放大器与压电传感器，随着工作时间的增加，因线缆磨损、结构积水等因素可能会导致压电传感器两电极之间发生短路。若不针对传感器的短路问题进行驱动电路的保护设计，轻则影响系统正常使用，严重的话会导致整机工作电流过大、进而引发系统发热等问题，甚至可能造成火灾等危险事故发生。

现有的压电传感器的驱动电路中，针对传感器短路问题，常用的方法是在驱动回路上串联电阻，通过检测信号激励时电阻上的电流，计算传感器的阻抗，进而判断传感器是否处于短路等异常状态。该方法没有限流措施，激励传感器时不可避免的会在回路中产生大电流，增加了系统故障概率；需要控制器参与状态判断，故障报警速度相对较慢；每次激励传感器前，都需要检测传感器阻抗，降低了结构损伤的检测效率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于压电传感器短路的防护电路及感知方法，在压电传感器发生短路后，电路能够迅速对系统实施双向限流保护，同时给系统和用户发出短路警告信号；在传感器恢复正常后，电路会自动恢复正常工作状态，并取消短路警告信号；本发明实现了对压电传感器短路的自动快速防护，避免了因压电传感元件短路而导致的系统过热、仪器损坏等情况发生，极大的提高了系统安全性与可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种用于压电传感器短路的防护电路，信号输入端通过第五电阻与信号输出端连接，信号输出端用于与压电传感器连接，信号输入端分别与第四电阻的第一端、第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极分别与第一电阻的第一端和第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第二三极管的基极连接；

第四电阻的第二端分别与第一三极管的基极和第二三极管的集电极连接，第四电阻的第二端与第二三极管的集电极之间连接有第一二极管，第二三极管的发射极与光耦的第一端连接，第一电阻的第二端分别与光耦的第二端、信号输出端、第六电阻的第一端和第四三极管的集电极连接；

信号输入端依次与第二发光二极管的负极端、第八电阻的第一端连接，第二发光二极管的正极端与第三三极管的发射极连接，第八电阻的第二端通过第七电阻与第三三极管的基极连接，第八电阻的第二端与第四三极管的发射极连接，第三三极管的集电极通过第三二极管分别与第六电阻的第二端和第四三极管的基极连接。

进一步的，信号输入端与第一电容的第一端连接，第一电容的第二端用于与正弦信号源连接。

进一步的，光耦的第三端通过第三电阻与第一电源连接，光耦的第四端接地。