电源接线板防挤压踩踏保护装置

摘要

一种接线板安全保护技术领域的电源接线板防挤压踩踏保护装置，包括：电源模块、电桥模块、放大模块和报警模块，其中：电源模块的输入接口与交流市电连接，电源模块依次连接电桥模块、放大模块和报警模块，其特征在于，电桥模块包括动态电桥臂和静态电桥臂，其中：静态电桥臂包括两个阻值相等的金属膜电阻器，动态电桥臂包括电阻应变片和微调电阻器，电桥模块输出端与放大模块相连接。本发明能够在电源接线板发生碰撞和挤压或当儿童玩耍触电时报警，使得电源接线板使用起来更加安全、可靠和人性化。

权利要求

1.一种电源接线板防挤压踩踏保护装置，包括：电源模块、电桥模块、放大模块和报警模块，其中：电源模块的输入接口与交流市电连接，电源模块依次连接电桥模块、放大模块和报警模块，其特征在于，电桥模块包括动态电桥臂和静态电桥臂，其中：静态电桥臂包括两个阻值相等的金属膜电阻器，动态电桥臂包括电阻应变片和微调电阻器，电桥模块输出端与放大模块相连接。

2.根据权利要求1所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的电源模块，包括：降压电路、整流滤波电路和稳压电路，其中：降压电路的输入端连接交流市电，降压电路的输出端同时与稳压电路和整流滤波电路相连接，整流滤波电路的输出端同时与放大模块和限流电阻相连。

3.根据权利要求2所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的电源模块中的降压电路包括相互并联的降压电容器和电荷泄放电阻器，其中：降压电容器的容值为0.4μF/200V～1μF/450V，电荷泄放电阻的阻值为0.5MΩ～2MΩ。

4.根据权利要求2所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的电源模块中的整流滤波电路包括串联的整流二极管和并联的滤波电容器，其中：整流二极管的额定工作电流为1A，反向峰值电压为450V，滤波电容器的参数为100μF/450V。

5.根据权利要求2所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的电源模块中的稳压电路为并联的稳压二极管，该稳压二极管的稳压值为10V～14V。

6.根据权利要求1所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的电桥模块中的电阻应变片具体设置于接线板外壳的内壁上端，该电阻应变片为箔式聚酰亚胺基底。

7.根据权利要求1所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的电桥模块中的微调电阻器可调范围为100Ω～1kΩ，调节精度为0.1Ω。

8.根据权利要求1所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，在所述电桥模块与电源模块之间设有限流电阻器，其阻值为50Ω～470Ω。

9.根据权利要求1所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的放大模块为直接耦合NPN型共集放大电路，其中：集电极直流与电源模块连接，基极偏置电阻器分别连接NPN型三极管的基极和电源模块，负载电阻器的一端与NPN型三极管的发射极连接，负载电阻器的另一端与电源模块的负极连接并接地，NPN型三极管的发射极与报警模块相连接。

10.根据权利要求1所述的电源接线板防挤压踩踏保护装置，其特征是，所述的报警模块包括报警器和音箱，其中：报警器的输入端与放大模块的输出端相连接，报警器置于音箱中。

说明书

电源接线板防挤压踩踏保护装置

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种接线板安全保护技术领域的装置，具体是一种电源接线板防挤压踩踏保护装置。

[0002] 背景技术

[0003] 众所周知，电源接线板已经被广泛地应用于办公室和家庭等各种场所，但是其安全问题始终是使用者所普遍关注的焦点。围绕电源接线板安全问题已经有着各种各样的解决方法和实用技术，包括：如何防止触电、如何防止小孩玩耍和误接触、如何防止灰尘落入等等，然而以往的技术仍然不够完善，尤其缺少人性化的特点，因而，往往因为电源接线板的技术缺陷而造成电源接线板乃至电气设备的损坏，甚至造成使用人员的意外伤亡。 [0004] 经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为200810059065.8，公开号CN101217221A，记载了“一种用于接线板的安全插座”，包括开有多个插孔的基座和设置在插孔内的插脚，基座上在至少两个插孔的表面设置有一可限位移动的保护板而对插孔进行覆盖，在该保护板上对应所要覆盖的插孔中至少其中一个插孔的位置开有通孔，在该保护板移动至开启状态下，该保护板上的通孔与对应的插孔对齐。该专利解决两项技术问题：第一个技术问题是“提供一种能有效防止外物进入插座的插孔内、使用起来非常安全可靠的用于接线板的安全插座”；第二个技术问题是“提供一种易于使电线与插座的插脚良好电连接的用于接线板的安全插座”。解决第一个问题的核心技术在于：“在至少两个插孔的表面设置有一可限位移动的保护板而对所述插孔进行覆盖”；解决第二个问题的核心技术在于：基座外的底部采用U型形状，以此提高电接触面。但是，上述技术却没有考虑到影响电源接线板安全工作的最大发生概率在于：大多数的应用场合，往往是将电源接线板拖放在桌旁的地板上或桌子底下，特别是在许多办公场所，在这种情况下，电源接线板难免会出现被人踩踏或者被书籍压盖等现象；这种现象一旦发生，轻则，用电设备接触不良、造成临时断电；
重则，损坏电源接线板的同时，造 成电源短路，有时还会引起用电设备出现重大故障，如电脑之类的电气设备。因此，要真正提高电源接线板的安全可靠性，还应该从更加人性化的角度考虑问题，这就是本发明的技术出发点。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种电源接线板防挤压踩踏保护装置，能够在电源接线板发生碰撞和挤压或当儿童玩耍触电时报警，使得电源接线板使用起来更加安全、可靠和人性化。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：电源模块、电桥模块、放大模块和报警模块，其中：电源模块的输入接口与交流市电连接，电源模块依次连接电桥模块、放大模块和报警模块。

[0007] 所述的电源模块，包括：降压电路、整流滤波电路和稳压电路，其中：降压电路的输入端连接交流市电，降压电路的输出端同时与稳压电路和整流滤波电路相连接，整流滤波电路的输出端同时与放大模块和限流电阻相连。

[0008] 所述的电源模块中的降压电路包括相互并联的降压电容器和电荷泄放电阻器，其中：降压电容器的容值为0.4μF/200V～1μF/450V，电荷泄放电阻的阻值为0.5MΩ～2MΩ。

[0009] 所述的电源模块中的整流滤波电路包括串联的整流二极管和并联的滤波电容器，其中：整流二极管的额定工作电流为1A，反向峰值电压为450V，滤波电容器的参数为100μF/450V。

[0010] 所述的电源模块中的稳压电路为并联的稳压二极管，该稳压二极管的稳压值为10V～14V。

[0011] 所述的电桥模块为全桥结构，包括动态电桥臂和静态电桥臂，其中：静态电桥臂包括两个阻值相等的金属膜电阻器，动态电桥臂包括电阻应变片和微调电阻器，静态电桥臂与动态电桥臂连接的两个交点即为电桥模块的工作电源输入端点，接受正电压输入的端点称为正极端点，接受负电压输入的端点称为负极端点，静态电桥臂之间以及动态电桥臂之间的两个连接点即为电桥模块的应变信号输出端点，电桥模块输出端点输出的应变信号是该两个端点的电位差，亦即两个端点的电压，电桥模块输出端点与放大模块相连接。 [0012] 所述的电桥模块中的电阻应变片具体设置于接线板外壳的内壁上端，该电 阻应变片为箔式聚酰亚胺基底。

[0013] 所述的电桥模块中的微调电阻器可调附图范围为100Ω～1kΩ，调节精度为0.1Ω。

[0014] 在所述电桥模块与电源模块之间设有限流电阻器，该限流电阻器具体连接于电源模块的输出正极端点和电桥模块的工作电源输入正极端点之间，其阻值为50Ω～470Ω。 [0015] 所述的放大模块为直接耦合NPN型共集放大电路，即射极跟随器，其中：集电极直流与电源模块连接，基极偏置电阻器分别连接NPN型三极管的基极和电源模块，负载电阻器的一端与NPN型三极管的发射极连接、一端与电源模块的负极连接并接地，NPN型三极管的发射极与报警模块相连接。

[0016] 所述的NPN型三极管的电流放大系数β为90～110。

[0017] 所述的报警模块包括报警器和音箱，其中：报警器的输入端与放大模块的输出端相连接，报警器置于音箱中。

[0018] 所述报警器，是一种直流蜂鸣器，只要在其输入端口输入直流电压信号，报警器就会发出鸣叫声。

[0019] 所述的音箱即电源接线板的壳体。

[0020] 本发明工作过程如下：由电源模块将交流市电的电压降低并整流后分别作为电桥模块和放大模块的电源，电桥模块经微调电阻器设定电桥平衡后保持输出值低于放大模块静态工作点，当电阻应变片因振动或受压产生电阻值变化后，电桥模块产生足够大的电压信号输出并由放大模块将信号放大至报警模块以音频信号输出警示用户。 [0021] 与现有技术相比，本发明能够实时反应电源接线板的非正常工作状态并进行预警，同时本发明结构简单，安装维护方便，采用电源接线板的壳体作为音箱，报警模块能够发出足够分贝的音响预警，报警器的内置也使得原有电源接线板外观不受任何改动，也减少了灰尘落入的可能性。

附图说明

[0022] 图1为本发明结构示意图；

[0023] 图2为实施例电路图；

[0024] 图3为实施例安装示意图；

[0025] 图4为电阻应变片示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0027] 如图1所示，本实施例包括：电源模块1、电桥模块2、放大模块3和报警模块4，其中：电源模块1的输入接口与交流市电连接，电源模块1的第一输出接口与电桥模块2的输入接口连接，电桥模块2的输出接口与放大模块3的输入接口连接，放大模块3的输出接口与报警模块4的输入接口连接。

[0028] 本实施中电源模块1将交流市电的电压降低并整流成直流电，该直流电第一路经过其中的限流电阻器10后连接其中的第一输出接口输出作为电桥模块2的工作直流电源，电源模块输出直流电的第二路直接连接其中的第二输出接口输出作为放大模块3的工作直流电源；放大模块3将其输入接口所接收到的电桥模块2输出电压信号进行放大，再将放大后的电压信号输出至报警模块4；报警模块4在放大后的电压信号驱动下向外发出清晰的鸣叫声以提醒周边人们注意。

[0029] 如图2所示，本实施例中所述的电源模块1，包括：降压电容器5、电荷泄放电阻器6、整流二极管7、稳压二极管8、滤波电容器9、限流电阻器10，其中，降压电容器5与电荷泄放电阻器6并联，即降压电容器5的第一端头与电荷泄放电阻器6第一端头并接，降压电容器5的第二端头与电荷泄放电阻器6第二端头并接；降压电容器5的第一端头与电荷泄放电阻器6第一端头的并接点与交流市电的火线连接，降压电容器5的第二端头与电荷泄放电阻器6第二端头的并接点与整流二极管7的正极连接，同时也与稳压二极管8的负极连接；整流二极管7的负极与滤波电容器9的第一端头连接，整流二极管7的负极与滤波电容器9的第一端头的连接点同时也是第二输出接口的正极输出端头，该端头同时也与限流电阻器10的第一端头连接；限流电阻器10的第二端头即为电源模块1第一输出接口的正极输出端头；第一输出接口的正、负极输出端头分别与电桥模块2的电源输入接口的正、负极输入端点连接；第二输出接口的正、负极输出端头分别与放大模块3的电源输入接口的正、负极输入端点连接；其余，稳压二极管8的正极、滤波电容器9的第二端头、第一输出接口的负极 输出端头、第二输出接口的负极输出端头、电桥模块2的电源输入接口的负极输入端点、放大模块3的负载电阻器16接地端、报警模块4输入接口的负极输入端点和交流市电的零线同电位，即相互连接。降压电容器5利用其交流阻抗对接入的交流市电压产生降低交流电压作用；电荷泄放电阻器6在关断交流市电的时候起到泄放降压电容器5上累积电荷的作用；整流二极管7对降压电容器5输出的低电压交流电进行整流；稳压二极管8不仅能够克服交流市电电压波动对输出直流电压稳定性的影响，同时还能对整流二极管7输出波形的尖峰起到平拟作用，即消除波形尖峰；滤波电容器9滤除整流二极管7输出波形中的紊波成分；限流电阻器10是为调整输出电压而设置，当电桥模块2的电源输入接口所要求的电压值低于电源模块1整流输出的电压值时，就需要增加该限流电阻器10以便进一步降低整流二极管7输出的电压值。

[0030] 如图2所示，本实施例中所述的电桥模块2，包括：一个电阻应变片11、一个微调电阻器12、两个阻值完全相等的金属膜电阻器13与14，共同构成电桥模块2的四个臂，电阻应变片11作为传感应力的传感元件和微调电阻器12共同被称为电桥模块2的动态臂，两个阻值完全相等的金属膜电阻器13与14称为电桥模块2的静态臂。其中的连接关系是：电阻应变片11的第一个端头与微调电阻器12的第二个端头连接，微调电阻器12的第一个端头与第一个金属膜电阻器13的第一个端头连接，第一个金属膜电阻器13的第二个端头与第二个金属膜电阻器14的第一个端头连接，第二个金属膜电阻器14的第二个端头与电阻应变片11的第二个端头连接；第二个金属膜电阻器14的第二个端头与电阻应变片11的第二个端头的连接点作为电桥模块2的输入接口的负极端头与电源模块1的第一输出接口的负极端头连接，微调电阻器12的第一个端头与第一个金属膜电阻器13的第一个端头的连接点作为电桥模块2的输入接口的正极端头与电源模块1的第一输出接口的正极端头连接；电阻应变片11的第一个端头与微调电阻器12的第二个端头的连接点作为电桥模块
2输出接口的第一个电位输出端点与放大模块3输入接口的正极端点连接，第一个金属膜电阻器13的第二个端头与第二个金属膜电阻器14的第一个端头的连接点作为电桥模块2的第二个电位输出端点与放大模块3输入接口的负极端点连接。电桥模块2输出接口的第一个电位输出端点又称为测量电位点，电桥模块2的第二个电位输出端点又称为参考电位点。所述电桥模块2中的电阻应变片11通过使用高性能H -610型贴片胶紧密地贴附在电源接线板塑料外壳的上内壁面，即电源接线板的插座面板的背面上，帖片时房间要求清洁，相对湿度小于60％，只要对电源接线板的插座面板施压都将使得电阻应变片11随着电源接线板插座面板的应力形变会导致电阻应变片11阻值增大，电阻应变片11阻值的增大立即破坏了电桥模块2原有的输出状态，即引起电桥模块2产生新的电压信号输出，电桥模块
2输出的电压信号一旦超过预置的阈值，即放大模块3的输入电压起始值，该电桥模块2输出的电压信号就会被放大模块3所放大并驱动报警模块4输出蜂鸣音响；微调电阻器12与两个金属膜电阻器13、14跟随其它器件集中安装于电源接线板塑料壳体内的其它部位。 [0031] 如图2所示，本实施例中所述的放大模块3，包括：NPN型晶体三极管15、发射极负载电阻器16和基极偏置电阻器17。NPN型晶体三极管15的集电极直接与电源模块1第二输出接口的正极端点连接，发射极负载电阻器16串接于NPN型晶体三极管15的发射极和电源模块1第二输出接口的负极端点，即接地点之间，基极偏置电阻器17跨接于NPN型晶体三极管15的基极和电源模块1第二输出接口的正极端点之间，NPN型晶体三极管15的基极采取与电桥模块2的测量电位点直接耦合的方式连接，因此，所述放大模块3属于一种与前级直接耦合的晶体管共集电极直流放大电路，又称射极跟随器，该电路的输入电压起始值同时取决于NPN型晶体三极管基极与发射极之间的PN结等效电阻和射极负载电阻器的等效输入电阻值，两者的串联数值被称为射极跟随器的输入电阻值，改变设计负载电阻器的阻值就可以相应改变该射极跟随器的输入电压起始值，射极跟随器具有良好的低输出阻抗特性，因此它对报警模块4等输出负载具有良好的阻抗跟踪。

[0032] 如图3所示，本实施例中所述的电阻应变片11采用高性能H-610型贴片胶紧密地贴附在电源接线板塑料外壳的上内壁面，即电源接线板的插座面板的背面上，只要电源接线板的插座面板所受到的作用力超出允许的范围，就会因插座面板的形变而造成电阻应变片11阻值的增大，进而使电桥模块2产生应变后的电压输出；报警模块4安装于电源接线板的远离电源开关的一侧壳体内，当放大模块3接收到足以使其启动放大的电桥模块2输出电压信号时，放大模块3将该电桥模块输出电压信号进行放大后驱动报警模块4，使报警模块4实时发出清晰的鸣叫声用以提醒周边人员注意电源接线板已经被物品挤压或踩踏事情的 发生；报警模块4发出的音响能够利用电源接线板的内部空腔作为共振音柱，在无需另行增设信号功率放大器的情况下，提高了报警模块4输出的音响增益，因此能够发出足够分贝的音响，同时也无需对安装报警模块4的部位另行开孔，确保了原有电源接线板外观不受任何改动，也减少了灰尘落入的可能性；其余部件，包括：电源模块1、放大模块3、电桥模块2的微调电阻器12、两个阻值相等的金属膜电阻器13与14，全部集中安装于电源接线板电源开关的壳体内下方空间。

[0033] 本实施例中的主要器件参数为：降压电容器5的电容值为1μF/450V，电荷泄放电阻器6的电阻值为1MΩ，稳压二极管8的稳压值为12V，滤波电容器9的电容值为100μF/450V，限流电阻器10的电阻值为350Ω，NPN型晶体三极管15的电流放大系数β为100，由NPN型晶体三极管15构成的射极跟随器的输入电压起始值为1V，金属膜电阻器
13、14的电阻值为350Ω，金属膜电阻器13、14在70℃时额定功率为0.167W、温度系数为-6
(15～±50)×10 /℃、元件极限电压200V、绝缘电压250V、允许误差±0.1％，直流蜂鸣器的尺寸为9.6×9.6×5.0mm，工作电压大于DC5V，工作电流小于30mA。

[0034] 如图4所示，所述电阻应变片11采用箔式聚酰亚胺基底的电阻应变片，该电阻应变片的敏感栅18的尺寸为2×2mm，基底19的尺寸为6×4mm，电阻应变片的标准电阻为350Ω，基线工作温度为80℃。

[0035] 本实施例通过如下方式进行工作：

[0036] 第一步，使用前的必要调试：在使用本电源接线板防挤压踩踏保护装置之前已经对其中的电桥模块2与放大模块3进行了必要的调试。

[0037] 所述电桥模块2的调试，即在电源接线板防挤压踩踏保护装置接入220V交流市电的情况下，调节微调电阻器12的电阻值，使得电桥模块2事先处于平衡状态或者不平衡状态。所谓“平衡状态”即微调电阻器12电阻应变片的电阻值相等，此时电桥模块2的输出电压为零；所谓“不平衡状态”即微调电阻器12与电阻应变片11的电阻值不相等，此时电桥模块2的输出电压不为零，即有一定电压信号输出。一旦调节微调电阻器12的电阻值，使得电桥模块2事先处于平衡状态，则意味着：带电的电源接线板只有被一定大小的作用力所挤压或踩 踏时，电桥模块2才会产生足够高于放大模块3输入起始电压值1V的电压信号输出，否则放大模块3不会对电桥模块2所输出的电压信号进行放大；一旦调节微调电阻器12的电阻值，使得电桥模块2事先处于某种不平衡状态，如：微调电阻器12的电阻值比电阻应变片的阻值大，而且两者的比例为11∶7，当电桥模块2的输入电压为6V时，电阻应变片的阻值尚未发生变化的情况下，电桥模块2的输出电压为0.82V，此时，带电的电源接线板只要受到较小的作用力所挤压或踩踏，电桥模块2就能产生足够高于放大模块3输入起始电压值1V的电压信号输出而被放大模块3所放大。电桥模块2调试的目的就在于为电桥模块2设定一个“作用力传感起始阈值”，或者说“应力作用起始阈值”。 [0038] 所述放大模块3的调试，即调节NPN型晶体三极管15的基极偏置电阻器17的电阻值，以便获得足够的电流放大倍数，同时，调节射极负载电阻器16的电阻值，以便调节放大模块3的输入电压起始值。

[0039] 第二步，正常使用：

[0040] 当电源接线板接入交流市电后，一旦出现有物体跌落到电源接线板，或者有物体压迫在电源接线板上，或者有人不经意踩踏到电源接线板，或者有小孩去玩耍、误接触电源接线板，只要其中任何一种作用对电源接线板产生的作用力大于设定的标准都会因为电源接线板插座面板的物理应变而使得电阻应变片受到拉伸、压缩或扭曲，因此改变了电阻应变片的阻值，进而破坏了电桥模块原有的输出状态，使得电桥模块输出一个新的电压信号，该电压信号一旦超过放大模块输入电压起始值，放大模块即将电桥模块输出的信号加以放大到足以驱动报警模块发出音响，因此提醒周边的人员注意：电源接线板被重物压迫，或者出现某种不正常使用情况，因此能够有效避免电源接线板的损坏、或者可能会酿成的事故，比如：电源接线板被一本书籍压着，很有可能因为电源接线板的工作温升造成书籍着火而酿成火灾。

[0041] 本实施例具有以下明显效果：

[0042] ①电源接线板工作过程，一旦被其他物体挤占、压迫时，如：不慎被物体挤压，或者被人不经意踩踏等等，只要其作用力超出事先设定的阈值，电源接线板防挤压踩踏保护装置就能够十分敏锐地反映出来，并以蜂鸣音响提醒周边人员注意，因此能够有效避免电源接线板的损坏、或者可能出现的人员和财产的伤亡事故，确保了电源接线板始终处于安全的工作环境和状态。

[0043] ②运行可靠，结构简单，安装方便，制造成本低廉。

[0044] ③利用电源接线板原有的内部空腔作为共振音柱，在无需另行增设信号功率放大器的情况下，报警模块能够发出足够分贝的音响，同时也无需对安装报警模块的部位另行开孔，确保了原有电源接线板外观不受任何改动，也减少了灰尘落入的可能性。