高压放电门控联锁报警电路设计与应用

谢 德 陆蔺辉 董 明

（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳621900）

0 引言

某项试验过程中，需对冲击片雷管进行高压放电，以达到瞬间起爆试验件的目的，以此来判断冲击片雷管性能的好坏。由于测试工作量增多且没有有效的约束，操作人员容易忽略放电，在残留高压放电不完全的情况下进入操作间对仪器维护时，容易发生触电事故。由于存在以上不安全因素，需研制一种门控联锁报警系统，通过该系统对高压放电及残留高压的控制，避免试验中存在的危险因素，消除安全隐患。

1 设计思路

根据高压冲击试验的工作流程，我们确定了门控联锁报警系统的设计思路，即开始试验前防爆门必须完全关闭，高压电源才能启动，试验方能进行，反之，则语音提示报警存在安全隐患；试验完毕后，如果放电棒对高压电源未进行彻底放电，这时红外探测器探测到有工作人员靠近高压电源进行操作，即发出语音报警提示。

2 电路设计

2.1 防爆门与高压电源联锁报警工作原理

试验前，操作人员进入高压放电间，准备好冲击片雷管与试验件的接线，试验装置安装完毕后，所有操作人员退出防爆间。这时，关闭防爆门，门控传感器将防爆门关闭信号发送给报警系统装置。报警系统得到信号后，给出启动信号，开启高压开关，高压起爆电源给雷管试验装置提供所需电压。同时，扬声器1发出报警提示“试验开始进行”。反之，防爆门未关闭，门控传感器不工作，这样报警系统装置不工作，高压起爆电源无输出，试验中断。同时，扬声器2语音报警提示“门未关闭，试验停止”。

2.2 高压电源放电与人员安全报警检测工作原理

由于试验完毕后，高压电源必须用放电装置进行完全放电，将残留的高压电放完后，工作人员才能进行安全的接线操作。高压电源放电与人员安全报警检测设计原理框图如图1所示。

图1 高压电源放电与人员安全报警检测设计原理框图

试验完毕后，高压起爆电源经放电棒放电，如果高压起爆电源还有残留的高压而红外探测装置又探测到有工作人员接近高压起爆电源，即同时具备这两个条件则报警系统装置启动蜂鸣器报警。

2.3 门机联锁报警系统电路原理设计

2.3.1 门控联锁报警系统电路设计原理

在设备通电工作情况下，电源指示灯DS1常亮，手动开关S3闭合，蜂鸣器处于待工作状态，指示灯常亮。当高压间门打开时，门控传感器S2吸合，高压继电器J1、J2、J3得电吸合，开关K1、K2、K3闭合，高压通过开关K1输入到测试间，语音报警器电路1触发启动报警提示，蜂鸣器MK1得电发出蜂鸣声。OPAMP电压比较电路中R2为高压取样，与电位器R7基准电压进行比较，当超过设定的危险高压阈值时，三极管Q1导通，继电器触点K4闭合，这时，只要有人经过红外探测器进入危险高压区域，继电器K5得电导通，语言报警电路2启动高压危险报警提示。当高压低于设定阈值时，继电器触点K4断开，语音报警电路2停止报警提示。电路图如图2所示。

图2 高压门控联锁报警系统电路图

2.3.2 红外遮光探测系统设计原理

该红外线遮光式报警器电路由光电检测电路、电压信号放大电路、译码控制电路组成，电路图如图3所示。

图3 红外探测遮光式电路图

光电检测电路由电阻器R1～R4、红外发光二极管VL、晶体管V1和红外光敏晶体管V2组成。电压信号放大电路由运算放大器集成电路IC1、电阻器R5/R6和电容器C1组成。译码控制电路由音频译码器集成电路IC2、电阻器R7、电容器C2～C5和固态继电器触点组成。VL在V1的驱动及IC2的控制下，向前方发射出调制红外光。该红外光经光学系统（由两块凸透镜组成）变成近似平行光的红外脉冲光束后，照射到前方的反射镜上，再反射到V2。V2将接收到的红外光信号变成相应的电信号，再经IC1放大、IC2译码处理后，从IC2的8脚输出控制电平。此时，继电器的触点不接通。当红外光束被遮挡时，V2无电信号输出，IC2的8脚输出高电平，使继电器的触点导通调整R3的阻值，可改变VL的工作电流（一般为15～20 mA），从而改变光控距离及电路灵敏度。IC1选用μA741运放集成电路，IC2选用LM567型音频译码器集成电路。

2.3.3 语音电路系统设计原理

语音电路报警系统由语音录放模块和功率放大电路组成。ISD1100抗断电录放模块广泛用于各种留言装置、语音报警及提示装置，可以长期保存信息，又能随意进行录入，使用方便。

ISD1100语音录放模块工作电压为5～15 V，录音时按住录音键（即REC保持低电平），电路开始录音，LED灯亮。松开REC后，录音结束，电路自动在内部设置段结束标志，然后进入节电状态。放音可采用电平触发，也就是红外探测和高压检测的电平触发信号来驱动PL接通，电路开始放音，放完当前段或PL变高后，电路自动进入节电状态。如果要将语音放大，则信号由SP+或SP-通过电容耦合输入，经过放大器IC1放大，由扬声器放大输出，音量由可调电阻控制。

根据以上电路设计，完成了高压门控报警仪的设计及制造，本仪器已经应用于试验中。

3 结语

高压放电门控联锁报警电路的设计主要用于防爆门与高压电源联锁报警及高压电源放电与人员安全报警，由此电路设计制作完成的高压门控监测报警仪，有效避免了操作人员在高压电源放电不彻底的情况下接触设备、发生触电的情况。高压门控监测报警仪的成功研制，不仅提高了试验人员的安全防范意识，也提高了试验过程的安全性，从而较大地提高了高压放电试验的可靠性。