一种新型连接器系统及其智能诊断方法

1.本发明属于连接器结构设计技术领域，尤其是连接器的自诊断与接触不良故障在线监测，具体涉及一种新型连接器系统及其智能诊断方法。


背景技术：

2.连接器可以负责信号的稳定传输，连接器的连接作用，改变了全局过大空间的间隔劣势，广泛应用于机器人、印刷机、电动起重机等设备，实现电源、信号与数据的机器连接。
3.在连接器的使用过程中，会遇到连接器出现故障的情况，当出现接触不良故障时，现有连接器难以及时进行监测并发现问题，受控端无法可靠监测到控制端的信号，导致信号的传输出现损失，对线路正常工作造成影响。
4.导致连接器故障的因素有很多种，如在连接器重复连接和断开时，会使触点上的金属沾染灰尘、污垢、水等物质，导致接触不良；在连接器进行插拔的过程中，连接器公端与连接器母端可能会产生错位，导致连接器公端没有完全与连接器母端契合，在使用过程中出现时而连通时而关断的故障。
5.传统方法一般是等连接器故障造成后果后，用万用表或者检查连接器装置的方法去排查故障，效率较低，且存在较大安全隐患。
6.为了解决上述存在的问题，如公开号为cn114814666a的中国专利公开了一种带有检测功能的电缆连接器安装装置及使用方法，包括安装底板、安全门。工作时可检测电缆线束组装时线束之间是否连接完整，但该装置无法在电缆线路再次出现脱落时进行接触不良检测；又如公开号为cn111766193a的中国专利公开了一种电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测装置及其方法，包括行波发射模块、用于接入被测电缆的双线平衡模块、行波耦合模块、行波采样存储模块、行波处理模块、控制模块和人机界面，该装置可对电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷点进行精确地定位，解决电力电缆金属屏蔽层锈蚀缺陷检测的问题，但该装置为获取电缆状态所需设备众多，结构复杂、成本昂贵，不具备普适性。
7.现有的技术难以对电缆的的接触不良故障进行有效的监测，即使能够监测，也需要巨大的经济成本，不具有普遍性。本发明专利致力于以一种结构简单、成本低廉的设计方式，对连接器的接触不良故障进行监测并示警，对避免安全隐患和人员财产损失具有强大的预防能力。


技术实现要素：

8.针对现有连接器系统无法监测接触不良故障的问题，需要一种可智能诊断接触不良故障的连接器方案。
9.为此，本技术的目的是提供一种新型连接器系统及其智能诊断方法，能够实现在连接器系统出现接触不良故障的情况下，及时对操作人员进行示警。
10.为解决上述技术问题，本技术具体实施如下：
11.第一方面，本技术实施例提供了一种新型连接器系统，该新型连接器系统包括：
12.连接器公端10，所述连接器公端10与电缆线路的控制端相连，连接信号发送的一端；
13.连接器母端20，所述连接器母端20与电缆线路的受控端相连，连接信号接收的一端；
14.智能诊断模块30，与连接器母端20电相连，与受控端一体化集成。智能诊断模块30的端口与连接器母端20的所有插孔各自设置编号，编号一一对应，所有连接编号唯一；智能诊断模块30的端口与连接器母端20的所有插孔均相连，以提高新型连接器系统集成能力；
15.信息模块40，与智能诊断模块30电相连。信息模块40与故障感知32之间可采用有线或无线连接，有线连接可避免信号之间的干扰，无线连接可采用载波通信进行通信，可依据实际情况进行设计；
16.进一步的，所述智能诊断模块30包括：
17.隔离采集模块31,所述隔离采集模块31将智能诊断模块30与连接器母端20相隔离，防止因有电的连接而引起的干扰。
18.故障感知模块32，所述故障感知模块32与隔离采集模块31电相连，包含计数器、累加器、定时器等部件。
19.第二方面，本技术实施例提供了一种新型连接器系统的智能诊断方法，应用于上述的新型连接器系统，该控制方法包括：
20.初始时刻，对连接器状态进行上电自检。检查连接器是否连接正确；
21.在系统处于工作状态时，智能诊断模块30实时对流过连接器母端20的瞬态多脉冲数量进行计数，判断是否存在接触不良故障，根据智能诊断模块30端口对应编号信息，给出故障点位置并予以信息模块40相应的信号；除此之外，在系统运行时，智能诊断模块30可进行超时触发自检，若检测到连接器母端20插孔处信号一直处于低电平，或高电平持续很短时间便回落到低电平，且不再变化，则信息模块40分别显示所在线路“闲置时间过长”和“疑似断线”预警信息，且“疑似断线”示警优先级高于“闲置时间过长”。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有自诊断和接触不良故障在线监测功能的连接器系统及方法，在连接器母端20安装相应的监测装置，可在最初连接时进行上电自检工作和运行时进行超时触发自检工作，以及对微弱信号进行快速捕捉，并对电平变化产生的瞬态边沿触发脉冲进行定时计数，实时监测接触不良故障，并提供故障位置信息；将主电路与监测电路相隔离，确保了监测电路的安全性与灵敏度；可用现有微处理器，如dsp、stm32等，或通过fpga进行电路设计，对故障感知模块32进行构建，包括计数器、累加器、定时器。所设计系统还具备总线功能，通过对线路进行编号，可以对故障点位置进行定位，连接器母端20插孔均与智能诊断模块30端口相连接，一一对应，具有唯一编号，可多端并行，减少软件编程复杂性。
附图说明
23.图1为本发明自诊断检测控制逻辑流程图
24.图2为本发明接触不良故障监测控制逻辑流程图
25.图3为正常情况与接触不良故障时信号变化示意图
26.图4为本发明实施例公开的新型连接器系统的结构图
27.图5为本发明单线监测判断接线图
28.图6为本发明双线监测判断接线图
具体实施方式
29.下面结合说明书附图和具体实施例，对本发明作进一步的解释和说明，以下实施例或者附图仅仅用以解释说明本发明，但不用于限定本发明的范围。
30.本发明申请的一种新型连接器系统及其智能诊断方法，面向使用人员提供示警信息服务。可在连接器最初连接时，进行自检操作，判断是连接器是否连接正确；或在连接器系统在正常运行一段时间后，若存在接触不良故障时，通过监测装置的自动监测功能，及时向使用人员提供示警信息，降低安全隐患；同时，将提升使用人员发现故障点的效率；此外，在系统运行过程中还有超时触发自检功能，若检测到连接器母线20插孔信号一直处于低电平，提供“闲置时间过长”预警信息，或高电平持续很短时间便回落到低电平，且不再变化，提供“疑似断线”预警信息。
31.如图1、图2所述，本发明所设计的一种新型连接器系统及其智能诊断方法，设计依据如下：
32.在连接器公端10与连接器母端20初次插合，上电后控制端全部/逐次给高电平，信息模块40上位机接收上位机发出的上电自检指令，故障感知模块32对电缆线路的连接状态启动上电自检；通过对连接器母端20内信号电平高低进行检测，若连接器母端20每个插孔在给定时间t
min
内均能接收到高电平信号，则判断所述连接器公端10与连接器母端20连接正确，所述信息模块40无动作，完成上电自检操作；若连接器母端20任一端线的信号电平为低电平，则判断所述连接器公端10与连接器母端20连接错误，所述信息模块40提供示警信息，如，指示灯变色，蜂鸣器响铃，向上位机上传对应端线故障信息，如故障点编号、故障类型等，示警方式可以但不局限于此；
33.在系统运行时，智能诊断模块30可进行超时触发自检，涉及两种情况。情况
①
：低电平超时触发，即低电平计时时间t
l
大于预设最大休眠时间t
max
(可根据实际时间编程设置阈值)，判断当前线路状态为“闲置时间过长”；情况
②
：高电平计时过短触发，且计时时间th小于最小动作时间t
′
min
(可根据实际时间编程设置阈值)便回落到低电平，重新开始计时，计时时间t
′h大于预设最大休眠时间t
′
max
(可根据实际时间编程设置阈值)，判断当前线路状态为“疑似断线”，所述信息模块40分别发出所在线路“闲置时间过长、疑似断线”的预警信息，预警信息“疑似断线”优先级高于“闲置时间过长”；对于运行时的接触不良故障监测，新型连接器系统在上电检测无误后，故障感知模块32自动启动接触不良故障的在线监测。故障感知模块32通过判断连接器母端20内由信号电平变化引起的边沿触发脉冲数量变化，对瞬态多脉冲的特征进行捕捉，若在定时器定时时间ts内脉冲数n超过预设值n0，则判断存在“接触不良”故障，根据故障线路编号显示故障点位置信息，否则将计数器清零，等待下一次计数。
34.进一步，如图3所述，边沿触发脉冲产生机理如下：
35.在没有信号通过电缆线路时，连接器母端20处始终为低电平，无边沿脉冲产生；
36.当整体系统正常工作，即连接器公端10与连接器母端20相连，构成完整回路时，此
时电缆线路中有信号通过时，连接器母端20处由低电平转为高电平；
37.在低电平到高电平的跃变过程中，产生一个边沿脉冲；
38.正常工况下，边沿脉冲只会在连接器母端20有信号流过时才会产生。
39.当初始连接时，若连接器系统母端与公端出现连接错误，由于没有形成完整通路，一直维持在低电平，信息模块40根据连接器母端20插孔编号向工作人员提供示警信息，并提示该条或该几条线路的故障信息；
40.进一步，当运行过程中连接器发生接触不良故障时：
41.连接器公端10和连接器母端20处于时通时断状态，在电缆线路有信号通过、处于高电平时；由于时通时断，导致连接器母端20内电平在高、低电平之间不断切换，边沿脉冲数量急剧增加；
42.发生故障时与正常工作时的边沿脉冲数量差异较大，为本发明设计依据提供参考。
43.如图4所示，该连接器系统主要包括连接器公端10、连接器母端20、智能诊断模块30和信息模块40。
44.其中，连接器公端10，与电缆线路的控制端相连，传输来自发射端的信号；
45.其中，连接器母端20，与电缆线路的受控端相连，接收来自控制端的信号；
46.其中，智能诊断模块30，用于对电缆线路当前连接状况进行实时监测，具体地，智能诊断模块30包括：
47.隔离采集模块31，用于将主电路与监测电路相隔离开，以确保监测电路安全；
48.其中，如图5、图6所述，隔离采集模块31涉及两种子机连接监测方式，分为单线连接监测和双线连接监测；
49.单线连接监测，连接线路为：
50.智能诊断模块30中的隔离采集模块31，包括两部分，一部分为发光二极管，另外一部分为光敏三极管；
51.发光二极管一端与连接器母端20插孔的接触片相连，同时串上大电阻，进行光耦隔离，另一端接地；
52.隔离采集模块31，将连接器母端20与智能诊断模块30隔离，防止因有电的连接而引起干扰，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间；
53.光敏三极管一端与控制电压为 12v的v
cc
相连，同时接故障感知模块32和信息模块40，另一端接地；
54.双线连接监测，连接线路为：
55.发光二极管一端与连接器母端20插孔的接触片相连，同时串上大电阻，进行光耦隔离，另一端接回连接器母端20插孔与其对应回路相连接的接触片；
56.光敏三极管一端与控制电压为 12v的v
cc
相连，同时接故障感知模块32和信息模块40，另一端接地；
57.进一步，单线连接监测判断方法为：
58.在连接器最初进行连接时，进行上电自检操作，通过判断电平的高低，检查连接器是否连接正确；
59.外部系统正常工作时，在电缆线路中有信号的传输；
60.信号的传输，会产生一定的高低电平，通过智能诊断模块30中的隔离采集模块31，传递到故障感知模块32；
61.故障感知模块32整体由嵌入式系统构成或采用fpga进行电路设计，响应精度可达纳秒(ns)，正常工作时，由高低电平的变化，产生边沿触发脉冲，通过对边沿触发脉冲进行计数，并送到累加器中进行累加，记为n0；
62.如果连接器公端10与连接器母端20之间出现接触不良故障时，此时线路处于时通时断状态；
63.相应地，若此时传输的信号处于高电平，在通断的过程中，信号不断在高、低电平之间变化，即产生“毛刺”现象；
64.故障感知模块32将“毛刺”现象中的边沿触发信号进行一一记录，并送到累加器中进行累加，记为n1；
65.若在定时器定时的时间ts内，记录的边沿触发脉冲数量明显超出正常值，即n1＞＞n0，则视为异常值；
66.当故障感知模块32确定异常值时，输出信号给信息模块40，进行示警；
67.若在定时器定时的时间ts内，记录的边沿触发脉冲数量在正常值范围内，即|n
1-n0|＜a(a为范围阈值，可通过编程进行预设)，则对累加器里面的数值进行清零操作，重复上述计数操作，重新进行比较；
68.进一步，双线连接监测判断方法与单线连接监测判断方法相似，主要区别为：
69.双线监测由于连接两根电缆线路，采用差动信号进行判断；
70.若所连接的两根电缆线路信号分别为d1,d2时，当连接器正常工作时，此时差动信号为：
71.δd1＝d
1-d2；
72.此种情况下，故障感知模块32记录下的边沿触发脉冲数量为n2；
73.当连接器处于接触不良故障时，两根电缆线路中的信号变化为：
[0074][0075]
此时差动信号变化为：
[0076][0077]
令则
[0078][0079]
与在正常情况下，电缆信号变化存在差异，即由于接触不良故障存在，原本在一个高电平的间隔内，信号在高低电平之间迅速变化，产生“毛刺”现象，边沿脉冲数量发生变化，后续判断方法与单线监测判断一致；
[0080]
故障感知模块32，用于对电缆线路中因高、低电平变化产生的边沿脉冲数量进行计数，若存在异常，则产生一个输出信号，连同存在故障电缆线路的编号信息发送至下一级；
[0081]
信息模块40，用于接收来自故障感知模块32中的信号，若有信号输入，则报警示意。
[0082]
信息模块40与故障感知模块32之间可采用有线或无线连接，有线连接可避免信号之间的干扰，无线连接需进行额外设计电路，但可节省空间，可依据实际情况进行设计，无线连接通信方式可采用载波通信，可以但不局限于此；
[0083]
对于故障感知模块32，包含定时器、计数器、累加器，包含如下步骤：
[0084]
s1：对故障感知模块32中的计数器进行初始化操作，确保初始记录值为0；
[0085]
s2：将定时器设置时长为ts；
[0086]
s3：通过计数器获取边沿触发脉冲个数，并送入累加器进行累加；
[0087]
s4：计算定时器设置的时长ts内脉冲的总数量，记为c1；
[0088]
s5：正常情况下定时器设置的时长ts内脉冲数量记为c2，进行比较，判断是否存在接触不良故障；
[0089]
s6：若c1＞＞c2，判断存在接触不良故障，输出信号至信息模块40，并将所在故障线路编号送至信息模块40，进行示警信息显示；
[0090]
s7：若c1≈c2，判断不存在接触不良故障，则将累加器内数值清零，定时器设置时长为ts，重新转至步骤s3进行监测；
[0091]
此外，如图5、6所述，智能诊断模块30与受控端一体化集成，端口与连接器母端的所有插孔均相连，且智能诊断模块30的端口与连接器母端20的所有插孔各自具有编号，编号一一对应，所有连接编号唯一，以提高新型连接器系统集成能力，大大减小连接器系统的体积。当线路出现接触不良故障时，通过智能诊断模块30的总线集成功能，将故障点所在电缆线路编号发送至信息模块40，进行示警信息提示。
[0092]
对于故障点位置确定，由以下步骤实现：
[0093]
t1：故障感知模块32内部设置与连接器母线20插孔数量相等的计数器、累加器、比较器、定时器；
[0094]
t2：每个计数器、累加器、比较器、定时器内部进行逻辑连接后，对应的输入线分别与对应的连接器母线20插孔相连，输出线与信息模块40相连；
[0095]
t3：若线路出现接触不良故障，则将所在线路的编号传送至信息模块40，可通过上位机显示；
[0096]
对于“疑似断线”预警检测，由以下步骤实现：
[0097]
m1：智能诊断模块30在系统运行过程中，通过超时触发自检，若检测到线路信号一直为低电平，则判断为“疑似断线”故障，传送相关故障信息给信息模块40；
[0098]
m2：智能诊断模块30在系统运行过程中，若检测到线路信号高电平持续很短时间便回落到低电平，且经过时间t0(可根据实际情况进行设置)内仍无变化，则提供“疑似断线”预警信息给信息模块40。
[0099]
以上所述是本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以进行若干改进或替换，均应包含在本发明的保护范围之内。