專利名稱：電弧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域涉及用于對(duì)電弧或電火花進(jìn)行監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、指示、評(píng)估及發(fā)送信號(hào)的方法及裝置。
表現(xiàn)為電弧或電火花的無序電磁輻射(chaotic electromagneticemanation)經(jīng)常會(huì)引起諸多的麻煩，其中電磁相互作用將電子與原子和分子中的原子核束縛在一起，并以光子為基本單位來進(jìn)行的。
實(shí)際上，電弧和電火花的頻譜范圍覆蓋了從DC到整個(gè)射頻光譜，再到微波、紅外和可見光光譜的很大的頻率范圍。
電弧和電火花的實(shí)用開發(fā)包括電弧燈，電焊，電弧型冶金爐，衛(wèi)星推進(jìn)器中的電弧型離子發(fā)生器，內(nèi)燃機(jī)中的火花塞型點(diǎn)火器，以及煤氣用具中的電火花點(diǎn)火器等等。
然而不幸的是，雖然電氣照明、電弧焊接和冶金、以及內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火器中的所用電弧或電火花給人們帶來巨大的好處，但在同樣的強(qiáng)度情況下，如果使用電弧或電火花時(shí)不慎，就很可能會(huì)由于無序電弧放電或打火而造成諸如爆炸、火災(zāi)等災(zāi)難性的后果。
因此，在諸如車庫(kù)、汽車修理站、油庫(kù)或加油站，以及其它可能會(huì)由于電弧放電而造成災(zāi)難性爆炸的場(chǎng)合，很需要有一種電弧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
另外，盡管利用熔斷器和斷路器能夠防止系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的過載，但它們對(duì)防止通常在低于將熔斷器燒斷或已設(shè)定電路斷路器跳閘的電平的電流水平時(shí)所出現(xiàn)的偶然電弧和電火花所造成的損害一般無效。
因此，在相當(dāng)多數(shù)量及種類的電路中均十分需要能夠進(jìn)行可靠地電弧監(jiān)測(cè)。
當(dāng)然，以上所列舉的只是適于應(yīng)用可靠的電弧或電火花監(jiān)測(cè)技術(shù)的幾種代表性實(shí)例。
而在此方面一個(gè)使其一直停滯不前的主要問題是，長(zhǎng)期以來人們一直是本著如何盡量避免出現(xiàn)誤報(bào)警的宗旨來進(jìn)行開發(fā)研究的。當(dāng)然，誤報(bào)警是報(bào)警系統(tǒng)的大忌，如果報(bào)警系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)誤報(bào)警，則其將失去應(yīng)用意義。
因此，為了減小由于無線電廣播和射頻安全系統(tǒng)信號(hào)而引起誤報(bào)警的概率，HAMPSHIRE，Michael John在國(guó)際專利公開WO 90/04278中公開了一種電弧檢測(cè)系統(tǒng)，其中對(duì)于電弧信號(hào)特征頻譜中低于大約160kHz和高于180kHz的頻率將不作處理，而只對(duì)中心頻率大致為170KHz，帶寬大致為20kHz的頻帶進(jìn)行電氣故障檢測(cè)處理。然而，如果這樣的話，則所需的頻率采樣范圍與為了既能夠可靠地檢測(cè)出電弧特征(signature)、同時(shí)又能夠同樣可靠地防止出現(xiàn)誤報(bào)警的100kHz范圍相比過小(幾十分之一還要小)。
而1990年10月24日申請(qǐng)的PCT/US90/06113，公開號(hào)為WO 92/08143，專利權(quán)人為Hendry Mechanical Works，發(fā)明人為HAM，Jr.，Howard M.，和1994年12月13日公布的對(duì)應(yīng)美國(guó)專利5,373,241，1995年12月19日公布的專利5,477,150(其均作為參考文獻(xiàn)收入于本說明書中)中則公開了一種能夠避免上述缺陷的電弧檢測(cè)系統(tǒng)。其中，參考文獻(xiàn)還包括其相應(yīng)的申請(qǐng)EPO 507 782(90917578.8)及其歐洲國(guó)家專利，以及其相應(yīng)的澳大利亞專利656128，加拿大專利申請(qǐng)2,093,420，中國(guó)專利申請(qǐng)92102453.3，日本專利申請(qǐng)500428/91，韓國(guó)專利申請(qǐng)(PCT)701219/93，以及墨西哥專利178914(9201530)，對(duì)于所有允許收入這些參考文獻(xiàn)的國(guó)家，本申請(qǐng)均將其收入作為參考文獻(xiàn)。上述系統(tǒng)通過將瞬變電弧特征頻率轉(zhuǎn)化為組合頻率，根據(jù)該組合頻率可以檢測(cè)出與能夠引起誤報(bào)警的瞬變窄帶信號(hào)截然不同的電弧表征信號(hào)(arc-indicative signal)，從而避免了誤報(bào)警的出現(xiàn)。
在上述背景下，后續(xù)申請(qǐng)作為現(xiàn)有技術(shù)的申請(qǐng)中公開了一種選頻式電弧檢測(cè)系統(tǒng)，其采用了被視為電弧檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)有技術(shù)中最具代表性的技術(shù)。其中提出了多種主要通過查看較高千赫茲(如從100kHz到1兆赫茲)范圍內(nèi)的頻率來進(jìn)行電弧檢測(cè)的方法。然而，這些方法不僅覆蓋了公用A.M.無線廣播頻帶(即某些國(guó)家中所常說的“長(zhǎng)波”和“中波”)的主要部分，還覆蓋了上述參考文獻(xiàn)WO 90/04278中所述的控制或安全系統(tǒng)類型的無線頻率范圍。因此，隨著其所在位置的不同，該系統(tǒng)將必然會(huì)受到諸多外來信號(hào)的干擾。
在現(xiàn)有技術(shù)的另一實(shí)施例中同樣采用了該原理，其建議使用一種其中由一個(gè)帶通為50kHz，以及3個(gè)其中心頻率分別為225kHz、525kHz和825kHz，總共4個(gè)的帶通濾波器所構(gòu)成的梳狀濾波器配置。在A.M.廣播和上述控制和安全系統(tǒng)無線頻帶范圍內(nèi)，由于頻譜的50kHz采樣只能代表無序電弧特征的微小分段，因此可能會(huì)出現(xiàn)由于巧合的無關(guān)信號(hào)而引起誤報(bào)警的危險(xiǎn)。另外，由于現(xiàn)有技術(shù)中是通過連續(xù)輪流梳狀濾波器配置的4個(gè)濾波器組件中的處理來進(jìn)行檢測(cè)的，所以55kHz帶通濾波器的效果將會(huì)受到影響。
隨著電弧檢測(cè)技術(shù)研究的不斷深入，人們也嘗試研究了如何利用低頻區(qū)中的各個(gè)低頻帶來進(jìn)行電弧監(jiān)測(cè)，但正如B.D.Russell等人所發(fā)表的，題為“An arcing Fault Detection Technique Using Low FrequencyCurrent Components-Performance Evaluation Using Recorded FieldData”(使用低頻電流分量的電弧故障檢測(cè)技術(shù)-采用記錄字段的性能評(píng)估)和“Behaviour of Low Frequency Spectra During arcing Fault andSwitching Events”(在電弧故障和切換情況中低頻頻譜的特性)(IEEETransaction on Power Delivery，Vol.3，No.4，1988年10月，第1485-1500頁(yè))中所指出的，此類方法均具有由于低頻帶過窄而無法確保電弧檢測(cè)可靠性的缺點(diǎn)。
回顧本領(lǐng)域的已有成果，大體上均是通過將電弧理解為由于電弧特征的無序本質(zhì)(chaotic nature)而決定的高度隨機(jī)現(xiàn)象，來進(jìn)行檢測(cè)的。然而，現(xiàn)有技術(shù)的這種思想忽略了無序系統(tǒng)也具有確定性性質(zhì)并能夠被成功處理的事實(shí)，當(dāng)然前提是我們能夠發(fā)現(xiàn)其根本原理是什么，以及如何來進(jìn)行應(yīng)用。
實(shí)際上，即使是對(duì)于看似最無序的閃電，如果細(xì)心留意的話，可以看出，其各次(arboresque)夜間放電之間以及其每次霹靂枝權(quán)結(jié)構(gòu)中，均表現(xiàn)出一定的自相似性。
在此方面，由Benjamin Franklin和George Christoph Lichtenberg在18世紀(jì)所完成的開創(chuàng)性的工作對(duì)本發(fā)明主題的影響可以說是無處不在。
具體地說，F(xiàn)ranklin通過其著名的雷雨風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)證明了閃電實(shí)際上是一種電現(xiàn)象。而此后Lichtenberg則在1777年通過在帶電絕緣面上播撒諸如面粉等類型的精細(xì)粉末，首創(chuàng)了其著名的“Lichtenberg圖”。放電現(xiàn)象的Lichtenberg圖的形狀大多與閃電類似，或者從其分支線及其自身圖案上看，均表現(xiàn)出驚人的自相似性。ManfredSchroeder在其題為“Fractals，Chaos，Power Laws”(分形、無序、能量定律)(W.H.Freeman and Company，1991)，第196，197，215和216頁(yè)中，對(duì)其和擴(kuò)散受限聚合(diffusion-limited aggregation)(DLA)進(jìn)行了比較。而Kenneth Falconer，則在其題為“FractalGeometry”(分形幾何)一書的(John Wiley & Sons，1990)第270到273頁(yè)中，利用DLA模型對(duì)氣體放電現(xiàn)象進(jìn)行了研究。
作為背景知識(shí)，分形(fractal)是由Benoit Mandelbrot于1975年所提出、命名及首次定義的分形幾何學(xué)所研究的對(duì)象。而分形幾何表明，自然界實(shí)際上并不完全符合歐幾理德類型的幾何學(xué)。歐氏幾何的基石是大小和比例特性。而自然界卻并不僅僅局限于特定的大小或比例。歐氏幾何適合于人造物體，但其無法完全實(shí)際地表示自然的結(jié)構(gòu)。歐氏幾何可由公式來表述，而自然現(xiàn)象的數(shù)學(xué)語(yǔ)言則是遞歸算法。
上述遞歸性是對(duì)于那些即使沒有無序影響也有破壞性的性質(zhì)的表述，其自身表現(xiàn)為，例如，對(duì)于大小和比例具有很穩(wěn)定的不變性，提出稱之為自相似性或自仿射性。分形是自相似的，主要表現(xiàn)在，一個(gè)分形的任一小部分均是整體的一個(gè)縮影。下文中將這些小部分稱為“分形子集”。
電弧或電火花監(jiān)測(cè)通常只著重于所謂的電弧特征，即電弧或電火花的電磁頻譜中位于低于可見光、熱輻射和微波頻譜的頻帶中的那部分頻譜。
而本領(lǐng)域中的主要問題則大多集中于由于相鄰被監(jiān)測(cè)電路之間的互感所引起的誤報(bào)警。在此方面，根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)公式，可知在一個(gè)其中出現(xiàn)有電弧的被監(jiān)測(cè)電路與其中沒有出現(xiàn)電弧的相鄰被監(jiān)測(cè)電路之間的互感為In＝2πfMIas/Zn(1)其中Ias＝其中出現(xiàn)有電弧的被監(jiān)測(cè)電路中的電弧特征電流，In＝由其中沒有出現(xiàn)電弧的相鄰被監(jiān)測(cè)電路中的電弧特征所引起的感應(yīng)電流，M＝互感，Zn＝所述相鄰電路的阻抗，以及f＝頻率相鄰電路之間，由其中出現(xiàn)有電弧的被監(jiān)測(cè)電路中的Ias在另一相鄰被監(jiān)測(cè)電路中由于感應(yīng)所引起的電流In，隨著主電流Ias頻率的降低而減弱。然而，電磁電弧特征的特點(diǎn)在于，其具有近似于其幅值的頻率倒數(shù)(1/f)級(jí)數(shù)的形狀。如果將其代入上述公式(1)，可得In＝(2πfMIas/f)/Zn(2)其中“f”將被消去，可得到In＝2πMIas/Zn(3)即，互感和副電流In與頻率無關(guān)。通過上述分析可以得到現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)論，降低其中對(duì)電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)的電弧特征頻帶的頻率，并不能有效地減小交叉感應(yīng)以及減少由此所產(chǎn)生的誤報(bào)警。
本發(fā)明的一個(gè)基本目的是提供一種采用了新型電路和/或利用了電弧特征中先前還未用到的特性的改進(jìn)型電弧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明一種實(shí)施例的相關(guān)目的是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，允許在距離電弧更遠(yuǎn)的位置上進(jìn)行可靠的電弧監(jiān)測(cè)，同時(shí)使其串?dāng)_或感應(yīng)變得更小。
在此方面以及總的來說，術(shù)語(yǔ)“監(jiān)測(cè)”具有更廣泛的意義，其包括對(duì)電弧或電火花進(jìn)行監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、指示、評(píng)估以及/或通知注意有電弧或電火花出現(xiàn)，而術(shù)語(yǔ)“電弧”則是本質(zhì)上是同一現(xiàn)象的可互換的電弧和電火花的統(tǒng)稱。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)電弧是分形現(xiàn)象，不僅是在如先前所知的在其電磁輻射的可見光部分，實(shí)際上在由于其中出現(xiàn)有特定電弧而分布于空間或電路導(dǎo)線中的電磁輻射中，一直到極低頻帶均是分形現(xiàn)象。由于任一分形子集中均包含有表明其中含有“電弧”的所有本質(zhì)信息，所以我們完全可以通過其分形子集來監(jiān)測(cè)電弧的電磁輻射，并達(dá)到電弧監(jiān)測(cè)的目的。
根據(jù)本發(fā)明，通過認(rèn)識(shí)到電弧的分形性質(zhì)并不僅局限于其可見光區(qū)域，而是實(shí)際上一直到每秒幾個(gè)周期的低頻段均保持有此種分形性質(zhì)，因此，本發(fā)明至少能夠?yàn)橄惹耙阎碾娀√匦栽鎏硪粭l基本特性和至少一條判別標(biāo)準(zhǔn)；即，1.任一分形子集中均包含有用于對(duì)電弧進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的所有基本信息；由此2.可以不再象現(xiàn)有技術(shù)那樣，在一定的約束下根據(jù)具體目的來選擇特定的監(jiān)測(cè)頻帶，而能夠真正通過對(duì)敏感性、檢測(cè)速度、防止或拒絕假信號(hào)，以及不同環(huán)境下電弧特征從電弧到監(jiān)測(cè)電路的要求行程(travel)和傳輸模式進(jìn)行最佳折衷，來選擇監(jiān)測(cè)頻帶。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明目的在于提供一種用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的系統(tǒng)，具體地說，其目的在于提供用于選擇電弧特征中其特點(diǎn)是沿被監(jiān)測(cè)電路具有相對(duì)較長(zhǎng)行程的分形子集、并對(duì)電弧特征的該分形子集進(jìn)行監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。
上文中所謂的“相對(duì)”指的是電弧信號(hào)的可能行程與電弧特征的頻率成反比。在此方面，可以參考常用的電流代數(shù)公式I＝E/[R2+(2πfL-1/2πfC)2]1/2(3)其中I＝電流E＝電壓或電勢(shì)R＝電阻
f＝頻率L＝電感，以及C＝電路的電容從此公式可以看出本發(fā)明實(shí)施例的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)；即，選擇最低頻率或最長(zhǎng)波長(zhǎng)的分形，實(shí)際上相當(dāng)于選擇電弧特征中沿被監(jiān)測(cè)電路行進(jìn)的多個(gè)不同分形中“壽命最長(zhǎng)的幸存者”。到目前為止，我們可以說上述被監(jiān)測(cè)電路自身起到了電弧檢測(cè)監(jiān)測(cè)器的低通濾波器的作用。因此，本發(fā)明的多種實(shí)施例均允許在距離電路中出現(xiàn)電弧的位置相當(dāng)遠(yuǎn)的位置上進(jìn)行電弧監(jiān)測(cè)，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用意義重大，這是因?yàn)橛纱吮憧梢员O(jiān)測(cè)更大規(guī)模的電路，同時(shí)也可以方便地為多個(gè)不同的電路提供中央電弧檢測(cè)監(jiān)測(cè)站。
無論如何，相對(duì)于較高的電弧特征頻率，在較低的電弧特征頻率上，電弧信號(hào)沿被監(jiān)測(cè)電路的可能行程均要長(zhǎng)一些。
還可以看出，在較低的電弧特征頻率上，由相鄰被監(jiān)測(cè)電路中的互感所引起的誤報(bào)警的概率將是最低，這與由上述公式(1)到(3)中所表明的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)論恰恰相反(其中公式(2)中，分母中的頻率因子“f”將與分子中的“f”彼此抵消)。
然而，如果考慮某種可能的輻射效應(yīng)，現(xiàn)有技術(shù)結(jié)論的錯(cuò)誤性將顯而易見。在此方面，眾所周知λ/2和λ/4天線可以構(gòu)成性能極好的Hertzian和Marconi型的電磁輻射器。在很多電話交換機(jī)、供電局及其它設(shè)施中的布線，為了檢測(cè)現(xiàn)有技術(shù)所選用射頻范圍內(nèi)的電弧，經(jīng)常需要用到此類天線。即使上述設(shè)施中某些布線的長(zhǎng)度尚不足以構(gòu)成四分之一波長(zhǎng)天線，則由于電路中的某些電抗能夠提供集總阻抗類型的調(diào)諧或“負(fù)載”，而可以使相對(duì)更短的導(dǎo)體也能夠變?yōu)橛行У妮椛淦鳌?br> 其結(jié)果是，會(huì)使相鄰電路之間產(chǎn)生撿拾電磁電弧特征，從而引發(fā)誤報(bào)警，除非根據(jù)本發(fā)明的某個(gè)方面，當(dāng)所撿拾的用于監(jiān)測(cè)的電弧特征片斷(segment)為超低頻(VLF)才能避免出現(xiàn)上述情況。
因此，根據(jù)本發(fā)明多種實(shí)施例，與具有高頻的電弧特征相比，低頻分形由于相鄰電路之間的交叉感應(yīng)所產(chǎn)生的假信號(hào)要少得多。因此，與高頻電弧特征相比，低頻分形能夠更有效地避免出現(xiàn)由于相鄰電路中的互感所引起的誤報(bào)警。
因此，本發(fā)明的各實(shí)施例不僅允許在距離被監(jiān)測(cè)電路中電弧出現(xiàn)位置相當(dāng)遠(yuǎn)的位置上進(jìn)行電弧監(jiān)測(cè)，而且還能夠有效地避免在相鄰被監(jiān)測(cè)電路中出現(xiàn)誤報(bào)警。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一種相關(guān)實(shí)施例，電弧是從電弧特征中低于30kHz的分形子集中檢出的。根據(jù)最新IEEE電氣與電子術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)詞典，第5版(電氣與電子工程師協(xié)會(huì)，1993)，30kHz是超低頻(VLF)的上界。
本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例其中能夠檢測(cè)出電弧的分形子集的選擇范圍限制在ELF(極低頻)頻帶內(nèi)，根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)詞典的定義，即從3Hz到3kHz。
本發(fā)明的另一種實(shí)施例將受監(jiān)測(cè)分形限制為低于IEEE標(biāo)準(zhǔn)詞典中所定義的200Hz到3500Hz的語(yǔ)音頻帶(vf)的電弧特征頻率。
根據(jù)此思想，本發(fā)明的再一種實(shí)施例將受監(jiān)測(cè)分形子集限制為低于交流供電系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)線頻率的第一諧波的電弧特征頻率。
本發(fā)明的一種實(shí)施例甚至是從數(shù)量級(jí)與交流供電系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)線頻率相當(dāng)?shù)念l帶中選擇受監(jiān)測(cè)的電弧特征分形。
根據(jù)本發(fā)明的一種相關(guān)方面，一種用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的裝置，該裝置包括一個(gè)電濾波器，其具有一個(gè)與電弧耦連的輸入端，并具有與電弧特征中具有沿被監(jiān)測(cè)電路有相對(duì)較長(zhǎng)行程的特征的分形子集相對(duì)應(yīng)的通頻帶，以及用于電弧特征中該分形子集的輸出。上述裝置還包括一個(gè)無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器，該檢測(cè)器的輸入端用于輸入耦連到上述電濾波器的輸出上的電弧特征分形子集。
根據(jù)其另一個(gè)方面，本發(fā)明目的在于提供一種用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的方法。根據(jù)本發(fā)明的此方面，具體地說，其改進(jìn)之處包括，沿兩條彼此異相的路徑對(duì)電弧特征的各部分進(jìn)行處理，并根據(jù)電弧特征的這些異相部分來對(duì)電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
根據(jù)其一個(gè)相關(guān)方面，本發(fā)明目的在于提供用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的裝置。根據(jù)本發(fā)明的此方面，具體地說，其改進(jìn)之處包括，一個(gè)電濾波器，其輸入與電弧相耦連、同時(shí)共通頻帶與電弧特征各部分相對(duì)應(yīng)，且其輸出用于輸出電弧特征的各部分，一個(gè)反相放大器，具有與該電濾波器輸出相連的輸入端和一個(gè)放大器輸出端，一個(gè)同相放大器，該同相放大器具有與電濾波器輸出相連的輸入端和一個(gè)放大器輸出端，以及一個(gè)無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器，其具有一個(gè)同時(shí)與反相和同相放大器的輸出相耦連的檢測(cè)器輸入端。
根據(jù)其另一方面，本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的方法，具體地說，在于下列改進(jìn)之處，其包括，將電弧特征處理成具有表征了電弧的調(diào)制量(modulation)的調(diào)制載波，以及通過監(jiān)測(cè)調(diào)制載波的調(diào)制量來監(jiān)測(cè)電弧。
根據(jù)其一個(gè)相關(guān)方面，本發(fā)明目的在于提供用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的裝置，具體地說，其目的在于提供一種改進(jìn)型裝置，其包括一個(gè)具有電弧特征輸入和載波調(diào)制量輸出的調(diào)制載波檢測(cè)器。
根據(jù)與上面類似的一個(gè)方面，本發(fā)明目的在于提供用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的裝置，具體地說，本發(fā)明目的在于提供一種改進(jìn)型裝置，其中包括一個(gè)具有多個(gè)電弧特征輸入和一個(gè)組合載波調(diào)制量輸出的組合式調(diào)制載波檢測(cè)器。
本發(fā)明的多個(gè)方面及其目的將從接下來結(jié)合附圖中所示的多種實(shí)例而對(duì)其多種優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)說明中變得顯而易見，其中附圖構(gòu)成了本說明書的一部分，且其中類似的圖注表示相同或等效的部分，其中

圖1所示為按照波長(zhǎng)所繪制的電弧特征頻譜極坐標(biāo)圖，以及根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所選擇的用于進(jìn)行電弧監(jiān)測(cè)的分形子集；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電弧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方框圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的增益與頻率的關(guān)系曲線圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例可被用于圖2所示系統(tǒng)或其它系統(tǒng)中的、用于電弧監(jiān)測(cè)的電路的電路簡(jiǎn)圖；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例可被用在圖2所示系統(tǒng)或其它系統(tǒng)中的、用于電弧監(jiān)測(cè)的另一電路的電路簡(jiǎn)圖；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例可被用在圖2所示系統(tǒng)或其它系統(tǒng)中的、用于電弧監(jiān)測(cè)的再一電路的電路簡(jiǎn)圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，可被用于圖2，4，5和6所示系統(tǒng)中多個(gè)處理階段中，用于指示可能的或?qū)嶋H電弧放電的光學(xué)指示器的電路圖。
附圖1是受伯爾尼公約及所有相應(yīng)國(guó)家法律保護(hù)的原創(chuàng)作品，其版權(quán)所有者一總部位于美國(guó)加州Goleta的Hendry Mechanical Works(亨德里機(jī)械工廠)，在此同意由世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織以及全世界范圍的專利代理機(jī)構(gòu)對(duì)此圖進(jìn)行印刷或出版。
附圖例示了本發(fā)明的一些基本模式和分別用于實(shí)施其某個(gè)方面的多種優(yōu)選實(shí)施例。由于分形幾何既是一種視覺藝術(shù)，也是一種數(shù)學(xué)形式，因此我們可以利用圖1所示的對(duì)數(shù)螺線來描述本發(fā)明的工作。這也是本發(fā)明的一個(gè)較為新穎的方面，而在此之前通常是利用笛卡爾坐標(biāo)系并按照頻率來繪制電弧特征頻譜的。由于電弧特征的頻率在很大程度上與其所傳輸?shù)慕橘|(zhì)沒有關(guān)系，而同時(shí)電弧特征的波長(zhǎng)則與其所傳輸?shù)慕橘|(zhì)有較為直接的關(guān)系，因此按照頻率來研究和繪圖似乎更為合理。
長(zhǎng)期以來，現(xiàn)有技術(shù)的著眼點(diǎn)一直集中在如何將電弧特征直觀地表示為具有分形本質(zhì)的對(duì)數(shù)現(xiàn)象，因此困難重重，而如果根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前所討論的方面，按照波長(zhǎng)而不再是頻率來研究和繪圖，則我們將很容易的進(jìn)行直觀地討論和用圖形表達(dá)，從而更有利于進(jìn)行研究開發(fā)。
根據(jù)此種思想，根據(jù)圖1所示的極坐標(biāo)示意圖可得如下的基本公式r＝exp(qλw)其中r＝半徑q＝大于1的生長(zhǎng)因子，以及λw＝由其在諸如所述電路導(dǎo)線等特定介質(zhì)中的波長(zhǎng)所決定的極角。
圖1所示的極坐標(biāo)圖也可以表示出現(xiàn)在無數(shù)自然物體中的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)螺線，其中包括在泥盆紀(jì)中地球上所出現(xiàn)的、并在三億八千萬年前從中產(chǎn)生出藻類和第一株陸生植物的所出現(xiàn)的鸚鵡螺。其在二億六千萬年前的石炭紀(jì)其又進(jìn)一步進(jìn)化為具有十分明顯的分形結(jié)構(gòu)的蕨類植物，其中每片樹葉是其枝干結(jié)構(gòu)的縮影，而其中每個(gè)枝干又是蕨類植物或灌木的復(fù)制(replica)。鸚鵡螺在六千五百萬年前白堊紀(jì)的末期滅絕，但蕨類植物卻一直與其它各種具有分形結(jié)構(gòu)的自然物體一直存活到現(xiàn)在。
幸運(yùn)的是，前輩數(shù)學(xué)家Jacob Bernoulli在1705年之前所居住的地方，在千百萬年之前曾經(jīng)是茫茫大海，其無疑對(duì)該學(xué)科的產(chǎn)生有著不可或缺的作用。這是因?yàn)樵谠搮^(qū)域有著豐富的鸚鵡螺化石，以及豐富的其它生物的化石。
Bernoulli是如此著迷于對(duì)數(shù)螺線，以致于其名為“完美螺線”的著名研究著作也是以其作為研究?jī)?nèi)容。其中的一條令人驚奇的屬性是對(duì)數(shù)螺線是完美的分形，因?yàn)闊o論其如何變化，均能保持相同的屬性。對(duì)于放大和縮小，其相應(yīng)的變化只是轉(zhuǎn)動(dòng)角位移，由此其形狀將不受影響。對(duì)數(shù)螺線的這條和其它的已知屬性表明其是真正的分形現(xiàn)象，而如果以極坐標(biāo)方式并按照波長(zhǎng)來看，如圖1所示，可以看出電弧特征也具有類似的性質(zhì)。
另外，鸚鵡螺貝殼還具有一種其中由隔片(一系列彼此隔開的平板)分成多個(gè)內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)，其中在貝殼中心處的間隔最小，而沿著貝殼螺“增長(zhǎng)”的方向，間隔將以對(duì)數(shù)方式不斷增大。因此，相鄰隔片之間各內(nèi)腔的大小將隨著螺旋線的“增長(zhǎng)”以對(duì)數(shù)方式不斷增大。
與鸚鵡螺貝殼內(nèi)腔類似，在電弧特征或頻譜10中，就波長(zhǎng)來說，如圖所示，波長(zhǎng)或頻率13之間的頻率或波長(zhǎng)間隔12的大小也將以對(duì)數(shù)方式增大。
電弧輻射的核心被標(biāo)注為極點(diǎn)處的＜μ，其表示小于1微米的波長(zhǎng)；即，表示由電弧所發(fā)出的普通可見光。在下一螺線圈，則標(biāo)注有符號(hào)＞μ，其表示電弧適用于電焊、冶煉爐和內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火器、以及反之也會(huì)由此引起爆炸或火災(zāi)的紅外輻射和微波段。
此后，圖1表示按照頻率來劃分時(shí)，電磁弧特征其它各個(gè)具體的分段，其中包括如下的頻帶GHz＝千兆赫MHz＝現(xiàn)有技術(shù)中已對(duì)其進(jìn)行電弧特征檢測(cè)，且其中“充滿”來自于電視廣播的外來信號(hào)和無線電信號(hào)的兆赫頻段，100kHz＝現(xiàn)有技術(shù)已對(duì)其進(jìn)行了徹底的電弧特征檢測(cè)，且其中充滿了無線電廣播信號(hào)的100千赫頻段，30kHz＝現(xiàn)有技術(shù)中用于電弧檢測(cè)的下界，VLF＝由上述IEEE詞典所定義的從3kHz到30kHz的“超低頻”頻段。
ELF＝由IEEE詞典所定義的從3Hz到3kHz的“極低頻”頻段，vf＝由IEEE詞典所定義的從200Hz到3500Hz范圍內(nèi)的“音頻”，以及l(fā)f＝“供電頻率”，即歐洲系統(tǒng)的50Hz，美國(guó)系統(tǒng)的60Hz。
當(dāng)然，我們無法用一目了然的示意圖來表示電弧的無序本質(zhì)。但圖1至少可以被看作電弧特征在某一瞬時(shí)的圖示。盡管如此，從圖1中仍然可以看出所示電弧特征的對(duì)數(shù)分形子集具有明顯的統(tǒng)計(jì)自相似性。
通過總結(jié)鸚鵡螺的互似性，我們可以看出，僅生長(zhǎng)螺旋線10的演變過程與電弧頻譜的對(duì)數(shù)特性很類似，而且其長(zhǎng)度隨波長(zhǎng)以對(duì)數(shù)方式增大的頻率間隔12與由上述鸚鵡螺貝殼的隔片所形成的內(nèi)腔也有著十分類似的對(duì)應(yīng)關(guān)系。就電弧特征來說，上述隔片對(duì)應(yīng)于代表了特定頻率的徑線13，從而使得這些頻率點(diǎn)之間的間隔12，按照波長(zhǎng)增大或頻率減小的方向沿電弧特征成對(duì)數(shù)分布。
圖1還示出了電弧特征幅值與頻率倒數(shù)或1/f的相關(guān)性。如圖1所示，幅值隨波長(zhǎng)增大到值amax。從此方面也可以看出電弧的分形特性。
而針對(duì)1/f噪聲的問題，Dres.rer.nat.Heinz-Otto Peitgen和DietmarSaupe，在其名為“the Science of Fractal Images”(分形圖形的科學(xué))的著作(Springer-Verlag，紐約，1988)，第39到44頁(yè)中已經(jīng)指出，我們無法利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型來產(chǎn)生此類噪聲，除了對(duì)時(shí)間常數(shù)的具體分布進(jìn)行重復(fù)假設(shè)。
這與白噪聲和布郎運(yùn)動(dòng)均有很大的差別。在此方面，他們給出了幾乎所有音樂旋律均酷似1/f噪聲的結(jié)論。原文如下“音樂與我們世界隨時(shí)間演化的特征方式十分相象”。實(shí)際上，具有無數(shù)多種主旋律變化的音樂作品中“充滿”了分形。
Dres.Peitgen和Saupe還指出音樂和1/f噪聲均介于純隨機(jī)性與可預(yù)知性之間。甚至是最小的一段(phrase)也可以反映整個(gè)整體。對(duì)于電弧特征同樣如此，而下文中將把上述最小段簡(jiǎn)稱為“分形子集”。
與音樂中的主旋律相同，這些分形子集可以具有可以將整體看作是其有限次分形重復(fù)的特點(diǎn)，詳見下文。
如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例從低于電弧特征頻率的寬帶范圍30kHz的分形子集中檢測(cè)電弧。其中包括上述VLF(超低頻)以及低于此頻段的頻率。
具體地說，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例限于在ELF(極低頻)頻段中選擇用于從中檢測(cè)電弧或?qū)﹄娀∵M(jìn)行監(jiān)測(cè)的分形子集，其中根據(jù)最新IEEE電氣和電子術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)詞典，第5版(電氣和電子工程師協(xié)會(huì)，1993)的定義，ELF表示從3Hz到30kHz的頻率范圍。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例則將受監(jiān)測(cè)分形子集限于低于IEEE標(biāo)準(zhǔn)詞典中所定義的200Hz到3500Hz的音頻頻段內(nèi)的電弧特征頻率。根據(jù)此思想，本發(fā)明的另一實(shí)施例將受監(jiān)測(cè)分形子集限制在低于交流供電系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)線頻率的第一諧波的電弧特征頻率。而本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例則甚至是從其數(shù)量級(jí)與交流供電系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)線頻率(1f)相當(dāng)?shù)念l帶中來選擇受監(jiān)測(cè)電弧特征分形子集的。
以此方式，在給定條件下，本發(fā)明的各實(shí)施例均可以選出能夠得到最佳總體性能的分形，從而總能達(dá)到最大電弧特征幅值amax而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)信噪比；在此情況中，信號(hào)是電弧的1/f噪聲，并被標(biāo)注為λw噪聲。另一方面，“信噪比”中所謂的噪聲包含有諸如由電弧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種電路所產(chǎn)生的白噪聲和布朗運(yùn)動(dòng)，以及可能會(huì)造成誤報(bào)警或錯(cuò)誤讀數(shù)的外來信號(hào)。
當(dāng)然，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，除了達(dá)到amax之外，其還可能會(huì)有其它的指標(biāo)，但如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明從生長(zhǎng)螺旋線10大部分外圈的多個(gè)頻率分形上所選出的電弧特征幅值，均明顯比現(xiàn)有技術(shù)更為優(yōu)越。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在電弧特征的交叉感應(yīng)可能會(huì)引起問題的場(chǎng)合，從電弧特征中選擇能夠產(chǎn)生amax幅值或其它相當(dāng)幅值的分形具有另外的優(yōu)點(diǎn)。舉例來說，當(dāng)利用多個(gè)對(duì)應(yīng)電弧檢測(cè)器來對(duì)多個(gè)電路進(jìn)行電弧監(jiān)測(cè)，同時(shí)假設(shè)其中一個(gè)電路中出現(xiàn)了電弧且與其相關(guān)的電弧檢測(cè)器對(duì)此作出回應(yīng)時(shí)，這樣選擇分形將十分有利。
根據(jù)在公式(1)到(4)之后的說明，通過選擇具有較高幅值(即長(zhǎng)波長(zhǎng)或低頻)分形子集來進(jìn)行電弧監(jiān)測(cè)處理，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例將能夠使現(xiàn)有技術(shù)中由于相鄰獨(dú)立被監(jiān)測(cè)電路之間的交叉感應(yīng)而產(chǎn)生誤報(bào)警的危險(xiǎn)減小到最小。
圖2所示為其中出現(xiàn)有電弧22的電路21的導(dǎo)體20的示意圖。
作為實(shí)例，電路21可以是電話交換機(jī)的一部分或者也可能是其它多種電路或負(fù)載之一，其中包括下列實(shí)例在內(nèi)燃機(jī)的研制、開發(fā)和維護(hù)過程中，如何能夠在每個(gè)氣缸中均建立及保持最優(yōu)狀態(tài)的電火花至關(guān)重要。因此十分需要有一種可靠的電火花監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，盡管這種系統(tǒng)不能說是內(nèi)燃機(jī)前沿技術(shù)中不可或缺的。
根據(jù)類似的思想，電氣焊接的自動(dòng)化程度變得越來越高，而焊接電弧或電火花的可靠監(jiān)測(cè)將十分有助于其研制、開發(fā)，及生產(chǎn)線的質(zhì)量控制，同時(shí)可以進(jìn)一步確保電焊焊接的自動(dòng)化。另外，許多現(xiàn)代的“電點(diǎn)焊處理”均依賴于如何更好地將電能直接加到與其相接觸的工件上，而同時(shí)不受電弧的干擾。實(shí)際上，在焦耳效應(yīng)焊接處理中，諸如由于工件之間接觸不良而產(chǎn)生的電弧，將會(huì)嚴(yán)重降低焊接的質(zhì)量。因此，電路21上的負(fù)載可能會(huì)是，例如一臺(tái)機(jī)器人或其它的點(diǎn)焊設(shè)備。在此情況下，點(diǎn)焊監(jiān)測(cè)器將能夠監(jiān)督點(diǎn)焊處理的進(jìn)程，同時(shí)能夠在其間由于出現(xiàn)電弧放電而使焊接品質(zhì)降低時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的通知信號(hào)。即，在焊接品質(zhì)下降時(shí)，將相應(yīng)地發(fā)出信號(hào)以通知操作人員采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，諸如在焊接之前進(jìn)行更好地清潔處理，或者在焊接過程中為了使接觸更為緊密而將工件壓得更緊。
另外，可靠的電弧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)原始電弧燈的現(xiàn)代形式，如水銀或鈉蒸汽燈的研制、開發(fā)及高品質(zhì)維護(hù)也十分有利，對(duì)于冶金爐和其它熔爐也是如此。
類似地，電弧和電火花監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于檢測(cè)以及(必要時(shí))排除其中由于過多打火或電弧放電而產(chǎn)生無線電干擾的電路和設(shè)備中的故障也十分有用。
而作為另外的實(shí)例，某些煤氣加熱用具中也安裝有利用電火花來進(jìn)行工作的氣態(tài)燃料點(diǎn)火器。在此情況下，知道是否產(chǎn)生了用于點(diǎn)火所需的電火花將十分重要，特別是在恒溫器遠(yuǎn)離加熱單元情況下。另外，電火花監(jiān)測(cè)器還能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰以及其它修復(fù)費(fèi)用高昂的故障之前，指示用戶需要更換點(diǎn)火器了。
另外，在離子發(fā)生器中也將用到電弧。在衛(wèi)星推進(jìn)器，以及諸如用于將衛(wèi)星穩(wěn)定在地球同步軌道上或用于推進(jìn)衛(wèi)星和探測(cè)飛船前進(jìn)的其它外層空間推進(jìn)系統(tǒng)中，諸如“氨氣電弧型”或其它類型的離子發(fā)生器正得到越來越廣泛的應(yīng)用。在此情況下，電弧監(jiān)測(cè)器對(duì)于此類離子發(fā)生器的研制、開發(fā)，維護(hù)和操作均十分有用。
另外，對(duì)于在其操作中能夠產(chǎn)生正常電火花的機(jī)械、電路或設(shè)備也要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以檢測(cè)是否會(huì)有有害的電弧放電發(fā)生。其中一個(gè)例子是，當(dāng)其碳刷被用壞時(shí)，由于不停旋轉(zhuǎn)的換向器與金屬質(zhì)地的碳刷夾具彈簧之間不斷地摩擦，而此類摩擦常伴隨有過強(qiáng)的電弧放電，所以電動(dòng)機(jī)換向器也經(jīng)常被損壞。因此如果在早期便能夠檢測(cè)出與正常的換向器打火截然不同的此類過強(qiáng)電弧放電，將能夠提早提醒人們需要采取防范措施，從而能夠防止設(shè)備出現(xiàn)崩潰以及其它嚴(yán)重的損壞。在用于通過正常操作來產(chǎn)生電火花和電弧、但在出現(xiàn)故障或過度磨損時(shí)卻易于受到過度放電的影響的繼電器和電流接觸器中，也可以采用同類系統(tǒng)。
類似地，作為比汽油或柴油驅(qū)動(dòng)汽車更為環(huán)保的電動(dòng)汽車的再度出現(xiàn)，使得可靠電弧監(jiān)測(cè)變得愈加重要了。具體地說，此類電動(dòng)車輛均裝配有通常隔夜便必須重新充電、而在充電過程中可能會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)怏w如氧氣和氫氣的大容量蓄電池。因此，如果能夠監(jiān)測(cè)電弧放電的環(huán)境中是否有可燃?xì)怏w，并在檢測(cè)到有電弧放電時(shí)能夠立即停止充電并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，將能夠防止出現(xiàn)災(zāi)難性的后果。
在所有這些情況中，本發(fā)明均將選擇電弧22的特征(signature)的一個(gè)分形子集16，以用于進(jìn)行電弧檢測(cè)。在選擇分形子集的過程中，本發(fā)明主要是根據(jù)電弧特征沿被監(jiān)測(cè)電路20應(yīng)具有相對(duì)較長(zhǎng)行程(電弧22與拾取器23之間的距離)，同時(shí)應(yīng)使在包括被監(jiān)測(cè)電路20在內(nèi)的相鄰電路之間的交叉感應(yīng)很低的標(biāo)準(zhǔn)，來從電弧特征中進(jìn)行選擇的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其是在低于30kHz的低頻段中來選擇電弧特征的分形子集的。與高頻段相比，其中電弧特征幅值較高，沿導(dǎo)線(20)的電弧特征行程較長(zhǎng)，且獨(dú)立受監(jiān)測(cè)的相鄰電路(21，30)之間的交叉感應(yīng)較低。
本發(fā)明隨后在電弧特征的分形子集16中檢測(cè)電弧22。本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例在電弧特征中低于30kHz(諸如被定義為從3Hz到3kHz的極低頻ELF頻段，或甚至是被定義為從200Hz到3500Hz的音頻段vf中)的分形子集中檢測(cè)電弧22。
圖3所示為以對(duì)數(shù)刻度所例示的、頻帶15中標(biāo)為16處的電弧特征分形子集的示意圖。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇此類低頻分形子集16可以避免出現(xiàn)由于多種原因(諸如其中出現(xiàn)有電弧22的電路20與其它任何當(dāng)前并未出現(xiàn)電弧的相鄰獨(dú)立被監(jiān)測(cè)電路30等之間的交叉感應(yīng)，或者相反地，任何其中出現(xiàn)有電弧并由另一監(jiān)測(cè)電路19所監(jiān)測(cè)的相鄰電路與當(dāng)時(shí)并未出現(xiàn)電弧的電路20之間的交叉感應(yīng))所引起的誤報(bào)警。
選擇此類低頻分形子集16還將能夠允許在與高頻帶所能達(dá)到的距離相比，沿導(dǎo)線20更遠(yuǎn)的位置上來檢測(cè)電弧22。根據(jù)在最低誤報(bào)警概率情況下達(dá)到最高信噪比時(shí)電弧的上述1/f或λw特性，選用此類低頻帶還將能夠產(chǎn)生用于檢測(cè)處理的具有較高幅值的輸入信號(hào)。
通過選用數(shù)量級(jí)與公共交流供電系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)線頻率相當(dāng)?shù)妮^窄頻帶15，可以幾乎完全消除對(duì)電話交換機(jī)中的開關(guān)瞬態(tài)信號(hào)、對(duì)多路復(fù)用音頻信號(hào)，以及對(duì)交流電信號(hào)中的諧波的敏感性，而同時(shí)與高頻檢測(cè)系統(tǒng)相比，電弧22與拾取器23之間的允許行程距離也可以被加倍。優(yōu)選地，根據(jù)該實(shí)施例，所選用的較窄頻帶低于標(biāo)準(zhǔn)線頻率的一階諧波。
根據(jù)圖3所示的實(shí)施例，所選用的電弧特征分形子集可以是低于線頻率(諸如低于歐洲系統(tǒng)的50Hz或美國(guó)系統(tǒng)的60Hz)的濾波器頻帶15。
因此，可以說根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的電弧監(jiān)測(cè)主要著重于電弧特征頻譜的低頻段。
電弧特征分形子集16或從中進(jìn)行電弧22檢測(cè)的頻帶15，覆蓋了電弧22的寬帶范圍頻率一個(gè)對(duì)數(shù)十(logarithmic decade)的至少4分之一。
這樣便克服了在上述WO 90/04278中所公開的現(xiàn)有技術(shù)方法中，由于僅僅將檢測(cè)頻段限制為大致以170kHz為中心，寬度大致為20kHz的頻帶所造成的缺陷。然而，考慮到170kHz區(qū)域中的20kHz范圍只包含有將“電弧”與其它信號(hào)顯著區(qū)分開的特定對(duì)數(shù)十很小的一段，因此其只保留該特定對(duì)數(shù)十中可用于檢測(cè)的電弧特征信息中很小比例的一部分信息。
而對(duì)于上述后續(xù)申請(qǐng)中所公開的其中利用由多個(gè)帶通濾波器組件構(gòu)成梳狀濾波器的電弧監(jiān)測(cè)技術(shù)，其情況也不是很好。除了第一帶通濾波器組件之外其它所有的帶通濾波器組件的中心頻率實(shí)際上均屬于覆蓋了從100kHz到比1MHz小1赫茲的頻段的第五個(gè)對(duì)數(shù)十。由于所有這些組件均具有50kHz的帶寬，所以其均只能通過用于檢測(cè)與其它錯(cuò)誤信號(hào)或所撿拾外來信號(hào)截然不同的電弧的特定對(duì)數(shù)十中很小百分比的電弧特征信息。而由于其是以旋轉(zhuǎn)方式在梳狀濾波器配置的各組件中進(jìn)行檢測(cè)的，使得現(xiàn)有技術(shù)方法甚至不能最充分地利用在55kHz區(qū)域中的最低頻率分量來進(jìn)行檢測(cè)。
作為實(shí)例，本發(fā)明可以利用圖2所示的電路來進(jìn)行實(shí)踐。在該電路中，將利用電濾波器25來檢測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧22，該電濾波器具有與電弧相耦連的輸入端28，并具有與電弧特征的分形子集16(其特征為沿被監(jiān)測(cè)電路具有相對(duì)較長(zhǎng)的行程，且相鄰電路之間交叉感應(yīng)較低)相對(duì)應(yīng)的通頻帶，以及用于輸出電弧特征的該分形子集的輸出27。如圖2的另一部分所示，可以在該電濾波器的輸出上耦連一個(gè)無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器，其具有用于輸入電弧特征的分形子集16的檢測(cè)器輸入端。
電弧特征拾取器23可以是常規(guī)的類型，諸如端接于阻抗24上的箝位電流轉(zhuǎn)換器，阻抗24則可以是諸如利用兩個(gè)背靠背接在一起而其中一側(cè)接地的高速二極管和串聯(lián)的限流電阻構(gòu)成的、用于對(duì)大輸入瞬態(tài)信號(hào)進(jìn)行削波處理的典型的常規(guī)峰-峰限幅器。
拾取器或變壓器23可以例如被纏繞成使其在最小插入損耗的情況下對(duì)25Hz到50Hz范圍內(nèi)的頻率敏感。可以將此類變壓器23夾到(clamp around)所要監(jiān)測(cè)的導(dǎo)線20上?；魻栃?yīng)傳感器則是在本發(fā)明的實(shí)踐中所可以采用的另一種電弧信號(hào)拾取器，當(dāng)然也可以使用其它的有線型或無線型傳感器。對(duì)于另外的被監(jiān)測(cè)電路30等，也可以配備此類或其它類似的拾取器123及監(jiān)測(cè)電路19。
所拾取的電弧特征信號(hào)或分形子集16濾波通過具有與電弧特征拾取器13相連的輸入端26的低通濾波器25。在此實(shí)施例的原型中，此濾波器的配置是兩個(gè)級(jí)聯(lián)在一起的3階巴特沃斯(Butterworth)濾波器；但其同樣也可以選用本發(fā)明范圍內(nèi)的其它配置和其它種類的濾波器。
圖3中增益與頻率之間的關(guān)系曲線所示為此類濾波器的典型響應(yīng)特性，可以看出，其在所選用的較窄頻帶15上的衰減很小。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，通頻帶15可以覆蓋諸如從10Hz到100Hz的整個(gè)對(duì)數(shù)十。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，受監(jiān)測(cè)電弧特征的分形子集16或通頻帶15覆蓋電弧22的寬帶范圍頻率的頻段不會(huì)超過一個(gè)對(duì)數(shù)十，這是由于從D.C.(直流)到10Hz的十進(jìn)位是常規(guī)的十進(jìn)位而不是對(duì)數(shù)十的緣故。
如圖3所示，濾波器在通頻帶15內(nèi)的響應(yīng)特性41的上段只占該對(duì)數(shù)十(10Hz～100Hz)的大約一半。很明顯，利用本發(fā)明的所示實(shí)施例可以提供可靠的電弧檢測(cè)。隨著環(huán)境的不同，電弧特征的分形子集16甚至可以比圖3所示的還要小，但為了既能進(jìn)行可靠地電弧檢測(cè)，同時(shí)又能避免出現(xiàn)誤報(bào)警，其應(yīng)該覆蓋寬帶范圍頻率的對(duì)數(shù)十的至少1/4。
原則上，可以將本說明書所公開的本發(fā)明的各方面應(yīng)用于除了其優(yōu)選的ELF(極低頻)頻帶之外的其它頻帶，實(shí)際上本申請(qǐng)人不僅設(shè)計(jì)了如圖2所示的用于ELF頻帶的電路，同時(shí)也設(shè)計(jì)了用于諸如工作于幾千赫，以及10到20千赫區(qū)域中的電路。
根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，其所選用的是這樣的一種較窄頻帶15或分形子集16，即與電弧特征的寬帶范圍頻率內(nèi)除其之外的其它頻帶相比，其中所含有的外來信號(hào)相對(duì)要少許多。圖3中的實(shí)施例例示了電話交換機(jī)中其中沒有明顯的開關(guān)瞬態(tài)信號(hào)、多路復(fù)用的音頻信號(hào)、交流供電頻率的諧波，來自控制或安全系統(tǒng)的信號(hào)以及無線電廣播信號(hào)的較窄頻帶15，其大致覆蓋從大約10Hz到略低于50Hz的頻段。然而，并不是本發(fā)明所有的實(shí)施例均將其操作限制在極低頻的頻段內(nèi)的。
參照?qǐng)D2，濾波器25的輸出27被用于進(jìn)行非線性處理，由此在下文中將簡(jiǎn)稱其為非線性處理器42。作為實(shí)例，此類非線性處理器可以包括一個(gè)也可被稱作“調(diào)制載波檢測(cè)器”的解調(diào)器，其用于對(duì)經(jīng)過濾波器25處理的、其中包含有所拾取的其幅值和頻率均作無序變化的電弧特征片斷的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理。本發(fā)明的此方面及其它方面，均將電弧特征的分形子集處理為具有代表了電弧22的調(diào)制量的調(diào)制載波，并通過監(jiān)測(cè)所述調(diào)制載波上的一種或多種調(diào)制量來對(duì)電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中其電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧的裝置包括，諸如象非線性處理器42中那樣的、具有一個(gè)電弧特征輸入27和載波調(diào)制輸出43的解調(diào)器或調(diào)制載波檢測(cè)器。
作為實(shí)例，可以將電弧特征的分形子集處理為調(diào)幅載波，并通過監(jiān)測(cè)此類調(diào)幅載波的調(diào)制量(比如通過恢復(fù)此類調(diào)幅載波上的調(diào)制量，并根據(jù)所恢復(fù)調(diào)制量檢測(cè)幅值)來監(jiān)測(cè)電弧。
因此，非線性處理器42可以是一種對(duì)應(yīng)于從27輸入的無序時(shí)變幅值在43處產(chǎn)生與所述無序時(shí)變幅值成函數(shù)關(guān)系的AC信號(hào)的AM檢測(cè)器或解調(diào)器。而另一方面，由電路23到27所錯(cuò)誤拾取的穩(wěn)定信號(hào)則不會(huì)產(chǎn)生上述AC信號(hào)。因此，非線性處理器42是將所拾取的電弧特征與來自于無線電或電視廣播、無線電頻率安全系統(tǒng)或除電弧之外的其它信號(hào)源的信號(hào)區(qū)分開來的第一級(jí)處理裝置。
非線性處理器42隨后將所拾取的電弧特征處理為調(diào)幅或AM載波，并可以通過監(jiān)測(cè)上述受監(jiān)測(cè)載波的調(diào)制量或幅值來檢測(cè)電弧22。至少在進(jìn)行AM檢測(cè)時(shí)，此類“調(diào)制量”仍將含有其“載波”。利用諸如與非線性處理器或AM檢測(cè)器42的輸出43相連的帶通濾波器，可以從其調(diào)制量中除去載波。作為實(shí)例，帶通濾波器44可以包括一個(gè)3階巴特沃斯濾波器，或其它具有類似響應(yīng)特性的濾波器。此類濾波器的優(yōu)選響應(yīng)特性大體上可以與圖3所示的響應(yīng)特性41類似，而其增益在必要的時(shí)候則可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。作為實(shí)例，濾波器44可以濾波通過頻率低于20或30Hz的交流信號(hào)，而濾除掉該電路中截止到該時(shí)刻所可能產(chǎn)生及出現(xiàn)的尖峰脈沖信號(hào)及其它快速(高頻)信號(hào)。
而在帶通濾波器44的輸出45上則將出現(xiàn)表示“電弧”的復(fù)原調(diào)制量。
根據(jù)本發(fā)明此方面的實(shí)施例，在監(jiān)測(cè)電弧的過程中可以使用具有多個(gè)電弧特征輸入和一個(gè)組合載波調(diào)制量輸出的組合式調(diào)制載波檢測(cè)器。
在此方面，此類組合式調(diào)制載波檢測(cè)器由相同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器構(gòu)成；例如它們可以同時(shí)是AM檢測(cè)器或FM檢測(cè)器。圖2所示為此種情況的一個(gè)例子，其中相同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器被串聯(lián)在一起。
具體地說，帶通濾波器44的輸出45與第二解調(diào)器46相連，第二解調(diào)器46例如可以是AM解調(diào)器、或用于產(chǎn)生其信號(hào)電平與所拾取的電弧特征成函數(shù)關(guān)系變化的輸出47的檢測(cè)器。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也可以象非線性處理器42那樣將相同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器并聯(lián)在一起。
在本發(fā)明更廣泛的方面內(nèi)，其應(yīng)被理解的是也可以采用其它類型或種類的解調(diào)技術(shù)，比如說目前已經(jīng)開發(fā)出的用于頻率調(diào)制、相位調(diào)制或載波抑制或單邊頻帶調(diào)制的技術(shù)。
因此，非線性處理器42可以(例如)包括FM解調(diào)器，在FM解調(diào)器的輸出43產(chǎn)生與電弧特征中所出現(xiàn)的相位或頻率無序變化相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。在此方面，該種組合式調(diào)制載波檢測(cè)器可以包括不同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器，諸如串聯(lián)連接在一起的FM檢測(cè)器和AM檢測(cè)器。
根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前所討論方面的一種實(shí)施例，其中電弧特征被處理為同時(shí)以第一方式和與之不同的第二方式進(jìn)行調(diào)制的載波，并通過監(jiān)測(cè)以所述第一方式和所述第二方式進(jìn)行調(diào)制的所述載波的第一和第二調(diào)制量來監(jiān)測(cè)電弧。
作為實(shí)例，上述不同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器包括AM檢測(cè)器和FM檢測(cè)器，并且所述AM檢測(cè)器和FM檢測(cè)器被串聯(lián)在一起。
作為實(shí)例，如圖4所示，非線性處理器42可以包括以27作為其公共輸入、而其各自輸出分別與“邏輯與”元件414相連的并聯(lián)AM和FM解調(diào)器412和413。
只有當(dāng)AM解調(diào)器412對(duì)由27處所輸入的拾取信號(hào)的無序幅值變化作出響應(yīng)，而同時(shí)FM解調(diào)器413也對(duì)由27處所輸入的拾取信號(hào)的無序頻率變化作出響應(yīng)時(shí)，“邏輯與”元件414才在43處提供輸出。
因此，本發(fā)明能夠進(jìn)一步防止出現(xiàn)由于諸如AM廣播或控制信號(hào)和FM廣播或控制信號(hào)等外來信號(hào)而產(chǎn)生的誤報(bào)警，并且還能夠進(jìn)一步確保只有當(dāng)拾取信號(hào)中同時(shí)表現(xiàn)出無序的幅值變化和無序的相位或頻率變化時(shí)，即表現(xiàn)出電弧特征時(shí)，才會(huì)斷定所檢測(cè)到的現(xiàn)象是由于電弧所引起的。
優(yōu)選地，為了提高檢測(cè)的速度，將在42和46處代替半波整流和檢測(cè)而進(jìn)行用全波整流或檢測(cè)。而由于速度的提高，相應(yīng)地將允許選擇如圖3中15所示更低的頻帶，其中在該頻段內(nèi)信噪比為最大值，而外來信號(hào)52則為最小值(盡管圖3故意進(jìn)行了夸大)。換句話說，采用全波整流或檢測(cè)將能夠改善在低檢測(cè)頻率上檢測(cè)速度過低的問題。由此便實(shí)現(xiàn)了上述檢測(cè)中可高可低的誤差影響敏感性，而同時(shí)卻不會(huì)造成檢測(cè)速度上令人無法接受的延遲。
在48處將對(duì)通過46的檢測(cè)處理并由輸出47輸出的電弧表征信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)并檢測(cè)其電平的大小。在47處可以采用常規(guī)的RC或其它類型的計(jì)時(shí)電路，以及常規(guī)的比較器電路，以防止電弧檢測(cè)器對(duì)開關(guān)瞬態(tài)變化、接觸抖動(dòng)、正常換向器電弧放電和其它的瞬態(tài)無害電弧作出不必要的響應(yīng)，具體細(xì)節(jié)將在下文中參照?qǐng)D6進(jìn)行說明。因此，報(bào)警電路50將只對(duì)其持續(xù)時(shí)間超過了給定危險(xiǎn)時(shí)間閾值的電弧作出反應(yīng)。
電路47可以包括一種常規(guī)的可復(fù)位“鎖存”(latching)裝置，以用于在出現(xiàn)電弧22且所有檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)均被滿足的情況下進(jìn)行“鎖存”而保持報(bào)警狀態(tài)。在此狀態(tài)下，可以啟動(dòng)諸如用于提供音響警報(bào)，遠(yuǎn)距離火警，或用于切斷受影響電路20中的電源的多種控制電路。由于此類電路十分常見，因此，圖中只畫了一個(gè)方框50，用以表示其中可以采用此類控制和報(bào)警電路。
圖2所示的實(shí)施例很好地避免了由于外來信號(hào)所引起的誤報(bào)警，同時(shí)不再需要縮窄所拾取的電弧信號(hào)的帶寬以使其顯著小于其中包含有足夠多電弧信息的分形子集。而其所能避免不受影響的外來信號(hào)包括例如，電視信號(hào)，各種控制信號(hào)，諧波或與無序電弧信號(hào)相比帶寬相對(duì)要窄的其它信號(hào)。
對(duì)于某些外來信號(hào)，諸如那些本身也具有無序本質(zhì)的信號(hào)，為了避免其與同樣具有無序本質(zhì)的電弧特征相混淆，將不得不對(duì)其進(jìn)行共模抑制或其它處理。而當(dāng)拾取信號(hào)與其自身差頻作用時(shí)，例如在本發(fā)明的下列實(shí)施例的使用場(chǎng)合中，將可以很好地抑制外來信號(hào)。
在此方面，根據(jù)本發(fā)明多種實(shí)施例的“提純處理”(refinement)將從電弧22中得出頻帶15內(nèi)的分形電弧特征子集16，并將該分形電弧特征子集16轉(zhuǎn)化為與該分形子集或頻帶15截然不同的頻帶18內(nèi)的電弧信號(hào)17，如圖3所示，并在該電弧信號(hào)17內(nèi)檢測(cè)代表了電弧的無序?qū)拵卣鳌１景l(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，先對(duì)分形子集16進(jìn)行頻率變換，如圖3中的17所示，而隨后再?gòu)念l率變換后的分形子集中檢測(cè)電弧22。作為一個(gè)實(shí)例(但不是限制)，可以將分形子集16加到其自身上，并可以以與圖3和圖5所示相同的方式，在自相加所得分形子集中檢測(cè)電弧22。
具體地說，圖5所示電路中的組件142可以防止在所監(jiān)測(cè)頻帶內(nèi)出現(xiàn)的外來信號(hào)對(duì)電弧檢測(cè)處理造成不良的影響。根據(jù)該種技術(shù)，可以在從該分形中檢測(cè)電弧之前，相對(duì)于該分形的其余部分，將受監(jiān)測(cè)電弧特征分形子集16中的窄帶外來信號(hào)的能量減小。此種元件可以是頻率轉(zhuǎn)換器142，其具有轉(zhuǎn)換器輸入127和227，用于輸入耦連到電濾波器電路25的輸出27上的電弧特征分形子集16，以及轉(zhuǎn)換器輸出43，用于輸出與濾波器電路25的頻帶15不同的頻帶18中的電弧特征分段17。利用諸如無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器等類型的裝置，便可以在轉(zhuǎn)換后的電弧信號(hào)17中檢測(cè)電弧了。
作為一個(gè)實(shí)例(但不作為限制)，圖2和圖5中的輸入端和輸出端26和45可以彼此相同，由此圖5中其它部分電路也可以與上文中已詳細(xì)說明的圖2中的對(duì)應(yīng)部分的電路相同。
如圖所示的本發(fā)明的該種實(shí)施例甚至可以改善低頻段上檢測(cè)速度較慢的固有問題。具體地說，通過將所選中的電弧信號(hào)分形子集16從低頻段15轉(zhuǎn)化為如圖3所示的高頻段18或頻率更高的頻段，本發(fā)明的當(dāng)前所討論的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)與較高頻段相應(yīng)的檢測(cè)速度，其中與高于頻帶15的頻帶相比，低頻帶15中外來信號(hào)較少，同時(shí)電路之間的交叉耦連較低，且拾取電弧的實(shí)際行程距離相對(duì)要長(zhǎng)。同時(shí)，如圖所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不但可以實(shí)現(xiàn)與高頻段18相關(guān)的較高的檢測(cè)速度，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)與低頻帶15相關(guān)的使電路之間的交叉耦連較低、以及沿受影響線路20有較長(zhǎng)的可能行程距離。因此在距離電弧相當(dāng)遠(yuǎn)的距離上便可以檢測(cè)線路20中所出現(xiàn)的電弧22，而對(duì)于其中獨(dú)立配備有電弧拾取器123和電弧監(jiān)測(cè)電路19(對(duì)應(yīng)于圖2，4，5或6所示的電路)的、且當(dāng)時(shí)并未出現(xiàn)電弧的相鄰線路，則不會(huì)發(fā)出警報(bào)。
如上所述，可以將濾波器電路25的通頻帶定位于其中與所述頻段其余部分相比外來信號(hào)要少許多的位置上。上述通頻帶可以位于ELF(極低頻)頻段內(nèi)，或甚至還可能低于vf(音頻)頻段，或者是低于交流供電系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)線頻率的第一諧波，或甚至其數(shù)量級(jí)可以相對(duì)于交流供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)線頻率，以及/或者覆蓋了電弧的寬帶范圍頻率的一個(gè)對(duì)數(shù)十的至少1/4，以使其能夠提供充分信息用于從該對(duì)數(shù)十中可靠地檢測(cè)出電弧信號(hào)。
圖5所示的頻率轉(zhuǎn)換器142可以由圖2所示的非線性處理器42構(gòu)成。作為實(shí)例，組件142可以包括其第一和第二輸入127和227分別與單條導(dǎo)線27相連的，用于接收濾波所得的拾取電弧信號(hào)的乘法器。其具有將信號(hào)與其自身進(jìn)行混合，并在其輸出43生成和頻或差頻的功能。作為實(shí)例，組件142可以是一個(gè)AD633型的四象限乘法器。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也可以使用一個(gè)二極管或非線性電路來對(duì)所選擇的分形子集16和其自身進(jìn)行交互調(diào)制處理。
作為實(shí)例，如圖5所示，在混頻器142中，諸如利用其低端位于高頻帶18內(nèi)的后續(xù)濾波器，可以將電弧信號(hào)分形子集16加到其自身上，以使該分形子集的頻帶15加倍為電弧信號(hào)17的不同頻帶18(可以略被截短)。該濾波器可以與圖2所示電路中的上述濾波器44類似，但可以具有比如圖3中的曲線51所示略窄的帶通特性。
而就裝置而言，頻率轉(zhuǎn)換器，諸如組件142，具有兩個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入(如127和227)，用于輸入耦連到電濾波器電路25的輸出27上的電弧信號(hào)分形子集16，同時(shí)具有轉(zhuǎn)換器輸出43，用于輸出在兩倍于電弧特征分形子集的頻帶15或者是高于其的頻帶18中的電弧特征信號(hào)。
組件142將有效地“去除”規(guī)則的、人為的、非無序的信號(hào)，如若不然，則可能會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警。乘法器或類似的分級(jí)處理裝置142并不只是簡(jiǎn)單地將輸入信號(hào)的頻率加倍。其還將其中一個(gè)輸入127上所出現(xiàn)的所有頻率與另一個(gè)輸入227上所出現(xiàn)的所有頻率進(jìn)行差頻處理。這樣將使輸出能夠顯示將其一個(gè)輸入的所有頻率加上或減去另一輸入的所有頻率而得的累計(jì)值。由于兩個(gè)輸入均包含有連續(xù)的頻率，所以其結(jié)果可能會(huì)比各輸入所分別包含的頻率還要高或低一些。由于人為信號(hào)通常是離散的單頻，或者在最差情況下也只散布在很窄的頻段內(nèi)，所以此類信號(hào)的頻譜寬度并不大到足以使其在輸出43中占主導(dǎo)地位。此類的人為信號(hào)與頻率范圍寬得多的其它噪聲或電弧特征連續(xù)頻率區(qū)相比，只能形成很窄的信號(hào)源，由此其在輸出中的分量將很微弱。
以此方式，與經(jīng)過限制器24或?yàn)V波器電路處理后的任何離散或合成信號(hào)分量的強(qiáng)度相比，來自電弧的連續(xù)頻譜的相對(duì)強(qiáng)度將能夠得到提高。這也便是本實(shí)施例能夠?yàn)V除那些會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警的信號(hào)的根本原因所在。然而，如果所輸入的載波有振蕩而不穩(wěn)定，則即使其中沒有噪聲，在其強(qiáng)度充分大的情況下，其也可能被誤識(shí)別為電弧，這是因?yàn)楸M管系統(tǒng)對(duì)于無序噪聲的相對(duì)敏感性要大于對(duì)調(diào)制載波的敏感性，但如果后者的強(qiáng)度充分大，則其將仍能夠到達(dá)輸出，并由此會(huì)產(chǎn)生可能會(huì)被誤識(shí)別為電弧的電平輸出。
因此，轉(zhuǎn)換器或乘法器142的輸出將被饋送到帶通濾波器144的輸入端上，其響應(yīng)特性可以如圖3中的曲線51所示。而其中利用例如運(yùn)放型帶通濾波器、石英濾波器、LC諧振式濾波器，以及其它具有此類功能的電路，便可以實(shí)現(xiàn)如圖3中的曲線51所示類型的響應(yīng)特性。
正如可以從圖中看出的，特性曲線51對(duì)由低通濾波器25所濾波通過的任何基頻(諸如頻帶15中的頻率)表現(xiàn)出最小的響應(yīng)，而在本發(fā)明所給出的例子中，則只響應(yīng)其總和或其它調(diào)制產(chǎn)物落在經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換的電弧特征信號(hào)17的通頻帶范圍18內(nèi)的拾取電弧特征分形子集16。
帶通濾波器144將只濾波通過其通頻帶任一側(cè)幾赫茲或幾十赫茲，例如80赫茲內(nèi)的頻率分量。這樣將可以把乘法器142輸出的高頻采樣傳送給下一級(jí)的處理裝置46。因?yàn)橥l帶高于50Hz或第一濾波器25其它所選用的截止頻率，因此此級(jí)處理裝置144將只通過那些在混頻處理中其頻率已得到提高(高于上述截止頻率)的信號(hào)。這樣將有效地防止非無序信號(hào)通過此級(jí)處理裝置。
原則上，如果輸入127和227上均沒有直流信號(hào)，乘法器或處理裝置142不應(yīng)通過任何原始的輸入頻率(例如，低于50Hz的信號(hào))。然而，此假設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中并不總能成立。因此，使用更高頻率的帶通濾波器144可以更有效地濾除未經(jīng)處理的或未混頻的原始頻率信號(hào)。
如果在本發(fā)明的范圍內(nèi)選用了更高的頻帶，例如10kHz到20kHz之間頻帶中來進(jìn)行頻率檢測(cè)，則可以另外將帶通中心頻率選在用于檢測(cè)乘法器142的輸出43中的不同分量的稍低頻率(即500Hz)上。這樣作將允許該電路中所采用的不同濾波器，如濾波器25和144的響應(yīng)中的具有更寬的幅值差。
無論在上述哪一種情況中，在142處所進(jìn)行的頻率轉(zhuǎn)換或互調(diào)處理，通過共模抑制或類似信號(hào)抑制處理，均能夠顯著地減小電弧特征分段16中所拾取外來信號(hào)的能量。
乘法器142的輸出43代表了拾取信號(hào)與濾波所得電弧信號(hào)分形子集16之間的無序頻率和值或差值信號(hào)。
在本發(fā)明所述及的范圍內(nèi)，組件142還可以包括上述AM或FM檢測(cè)器，或如圖4所示組合在一起的AM和FM檢測(cè)器412和413。在此類情況中，為了進(jìn)行電弧監(jiān)測(cè)，將利用一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器來檢測(cè)如圖中17所示的經(jīng)轉(zhuǎn)換電弧特征中的幅值和/或頻率或其它的調(diào)制量。
圖6所示為本發(fā)明的另一種實(shí)施例，其中通過將反相放大器242與同相放大器342配對(duì)使用，可以有效地對(duì)外來信號(hào)的能量進(jìn)行共模抑制或其它類似的信號(hào)抑制處理。作為實(shí)例，反相放大器242的輸入端327與帶通濾波器25的輸出27相連，而同相放大器342的輸入端427則也同通過其來對(duì)所拾取的電弧信號(hào)進(jìn)行處理的上述帶通濾波器25的輸出27相連。
反相放大器242的輸出421與混頻器442相連，而同相放大器342的輸出422則也與該混頻器442相連。
圖6所示實(shí)施例中的電濾波器25可以與圖2到圖5所示實(shí)施例中的電濾波器25相同。同時(shí)也可以將一個(gè)濾波器分為兩個(gè)分別用于反相放大器242的第一濾波器和用于同相放大器342的第二濾波器。在圖4所示的實(shí)施例中，也可以按照類似的方式來“分解”(split)濾波器25，以提供從輸入端26到檢測(cè)器412和413或乘法器或頻率轉(zhuǎn)換器輸入127和227的分別的濾波器通路。
作為實(shí)例，混頻器442可以由常規(guī)的元件構(gòu)成，諸如輸入端421和422與上述輸出端43之間的兩個(gè)彼此連成“邏輯或”元件結(jié)構(gòu)的二極管。然而，在該實(shí)施例的范圍內(nèi)，組件442可以包括一個(gè)諸如上述調(diào)制器142等類型的調(diào)制器。在此方面以及總的來說，圖6所示27處被濾波后的電弧特征部分或片段與端子43之間的電路，可以對(duì)應(yīng)于圖2所示的非線性處理器42。在244處可以對(duì)此類處理器42或242，342或442在43處的輸出進(jìn)行濾波或進(jìn)行其它的處理。例如，電路244可以包括與圖2和圖5所示的上述帶通濾波器44、26或144相對(duì)應(yīng)的帶通濾波器。另外，圖6所示的元件244可以包括標(biāo)準(zhǔn)的IF放大器，諸如市面有售的440Hz IF放大器。
而就方法而言，圖6所示實(shí)施例對(duì)諸如圖6中16所示的分形片段，或彼此異相的兩條路徑327和427中的電弧特征的高頻分段進(jìn)行處理，并在電弧特征的上述異相分段或部分中檢測(cè)電弧22。
就裝置而言，圖6所示實(shí)施例的第一信號(hào)路徑327-421中，第一相位處理器(下文中簡(jiǎn)稱為“反相放大器”242)的輸入端327與電濾波器的輸出27相連，而在第二信號(hào)路徑427-422中，第二相位處理器(下文中簡(jiǎn)稱為“同相放大器”342)的輸入端427也與電濾波器的輸出27相連；上述第一和第二相位處理器相位彼此相差180°或至少是彼此相位不同。
在圖6所示的實(shí)施例中，輸出421與422的相位彼此相差的越大，則它們對(duì)外部窄帶信號(hào)52的共?；蝾愃品椒ǖ囊种菩Ч驮綇?qiáng)。因此，在圖2到圖5所示的實(shí)施例中，均能夠在從分形子集中檢測(cè)出電弧22之前，相對(duì)于所述分形子集其余部分，減小上述的或圖3所示的在電弧特征的分形子集16或其它分形子集中52處的窄帶外來信號(hào)的能量。
至少在圖3和圖5所示的實(shí)施例中，將如圖3所示先對(duì)分形子集16進(jìn)行頻率變換，在頻率變換之后再在所述分形子集中檢測(cè)電弧。作為實(shí)例，如上文中參照?qǐng)D5所說明的，分形子集16可以先被交叉調(diào)制或也可以加到其自身上，而后再在交叉調(diào)制或自相加所得的所述分形子集中檢測(cè)電弧。圖4所示的實(shí)施例增加了使用并聯(lián)的、不同種類檢測(cè)或解調(diào)方法的變化，而圖6所示實(shí)施例則增加了使用異相處理的變化。
在任一種情況中，均可以將電弧特征部分的分形子集處理成具有代表了任何電弧22的調(diào)制量的調(diào)制載波，而從為了進(jìn)一步抑制外來信號(hào)而進(jìn)行調(diào)制處理所得的所述調(diào)制載波中，可以檢測(cè)出所述電弧。在圖6所示的實(shí)施例也可以使用上文中參照?qǐng)D2所公開的解調(diào)系統(tǒng)，其接線端47可以與圖2中的計(jì)時(shí)和電平檢測(cè)和報(bào)警電路48-50的輸入端47相同。
當(dāng)然，寬帶信號(hào)并不一定都是電弧特征，除非其表現(xiàn)出無序的頻率變化的特性。因此，如圖7所示可以另外配備一個(gè)包含有比較器55的處理裝置，用于檢測(cè)及拾取那些其寬帶不僅位于所感興趣的區(qū)域、而且也具有與電弧特征相同的無序本質(zhì)，同時(shí)其持續(xù)時(shí)間至少長(zhǎng)達(dá)由RC元件58所確定的時(shí)間段的干擾或信號(hào)。
圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的光學(xué)指示器的電路圖，可被用于圖2，4，5和6所示系統(tǒng)的各級(jí)處理裝置中，用于指示可能或?qū)嶋H電弧放電。
作為實(shí)例，利用其原型如圖7中54所示的3個(gè)類似的功能模塊，便可以指示信號(hào)在電弧監(jiān)測(cè)電路中的前進(jìn)過程。
所述電路54包括其反相輸入56通過低通濾波器和RC計(jì)時(shí)元件58與電路輸入57相連的、用于防止對(duì)短期瞬時(shí)信號(hào)作出響應(yīng)的運(yùn)放55。該運(yùn)放的反相輸入60與比較器電平電阻61和62相連。運(yùn)放55具有一個(gè)反饋電路64，其中可以包括反饋電容或其它的阻抗65和如圖7中66所示的單向電流導(dǎo)電裝置，以實(shí)現(xiàn)諸如減小噪聲、杜絕過早或過多切換的目的。作為實(shí)例，運(yùn)放55可以采用LM35BAN類型的運(yùn)放。
指示器電路54包括由通過多個(gè)電阻(包括串聯(lián)電阻71和72和兩個(gè)電阻75和76)進(jìn)行偏置的晶體管71和72來進(jìn)行切換的發(fā)光二極管或LED 68和69。晶體管71和72可以采用，例如2N2222類型的晶體管。
晶體管72通過電阻78與比較器運(yùn)放55的輸出相連。晶體管71則通過串聯(lián)電阻75和76被偏置為ON(導(dǎo)通)狀態(tài)。由此將點(diǎn)亮第一LED 68(其例如可以是綠色LED)。相反地，第二LED則可以是紅色LED。然而，與此同時(shí)第二晶體管72和由其決定狀態(tài)的紅色LED將均被偏置為OFF(截止)狀態(tài)。
當(dāng)在圖2，4和5所示實(shí)施例的非線性處理器42或調(diào)制器142或混頻器442的輸出43中出現(xiàn)了其頻率位于受監(jiān)測(cè)分形子集中的信號(hào)，并由此出現(xiàn)在與其相連的電路54的輸入端57中時(shí)，比較器55的輸出將變?yōu)檎?，從而將晶體管72導(dǎo)通，同時(shí)將晶體管71截止。這樣將點(diǎn)亮紅色LED而將綠色LED熄滅，由此向觀察者表明，其中出現(xiàn)了其頻率處在用于電弧檢測(cè)的有關(guān)頻帶中的信號(hào)，其可能會(huì)是某種干擾信號(hào)，而并不一定必然表示就是電弧22。可以通過調(diào)節(jié)電路54的增益來避免在切換狀態(tài)中出現(xiàn)較尖銳的瞬態(tài)信號(hào)。通過估量紅色和綠色LED顏色的混合程度，可以輔助用戶對(duì)該信號(hào)的幅值產(chǎn)生“定性的感覺”。如果在圖2，4，5和6所示的任一電路中使用了圖7所示的電路，則其將可以省略不用單向電流導(dǎo)電裝置66。
另外，顯示電路54的接線端57可以與圖2，5或6中的端子45相連，或者也可以將與圖7所示完全相同的電路連到端子45上，并由此與帶通濾波器或IF放大器44，144或244的輸出相連。
因此，上述顯示處理裝置54將可以通過其紅色LED來指示其中出現(xiàn)了其頻率處于諸如受監(jiān)測(cè)分形子集中的所關(guān)心帶寬內(nèi)的寬帶信號(hào)；即眾所周知的電弧特征判斷準(zhǔn)則。而通過調(diào)節(jié)電路54的增益可以使用戶通過估量紅色和綠色LED顏色的混合程度而獲得對(duì)當(dāng)時(shí)所拾取寬帶信號(hào)的“定性感覺”。
然而，寬帶信號(hào)并不一定就是電弧特征，除非其表現(xiàn)出無序的頻率變化的特性。因此，在圖2，4，5和6所示的監(jiān)測(cè)電路中，可以將圖7所示的電路用作最終的顯示端處理裝置。例如，電路54的輸入端57可以與圖2所示的輸出端49相連。實(shí)際上，可以將圖7中從接線端57到運(yùn)放55的所示電路用作圖2所示的上述計(jì)時(shí)電路58和比較器55。
因此，可以利用電路54來檢測(cè)和顯示干擾或信號(hào)的拾取，在干擾或信號(hào)中不僅有在所關(guān)心區(qū)域內(nèi)的寬帶信號(hào)，而且還具有與電弧特征相同的無序本質(zhì)、并且其持續(xù)時(shí)間也至少長(zhǎng)達(dá)由RC元件58所確定的時(shí)間段。
由于出現(xiàn)了處于所關(guān)心范圍的寬帶頻段上且同時(shí)其頻率作無序變化的干擾或信號(hào)，所以電路48中的比較器55和接線端49的輸出將變?yōu)檎担纱藢⑹咕w管72導(dǎo)通，同時(shí)使晶體管71截止。并由此點(diǎn)亮紅色LED 69，同時(shí)熄滅綠色LED 68，從而可以向觀察者表明線路20中出現(xiàn)了電弧22。
圖7所示實(shí)施例由此可以預(yù)先警告人們有可能會(huì)出現(xiàn)電??；而最重要的功能是，優(yōu)選地在兩級(jí)或三級(jí)處理裝置中，顯示其中在受監(jiān)測(cè)分形子集的帶寬中、或者在參照?qǐng)D2，4，5，6和7所說明的所關(guān)心帶寬內(nèi)出現(xiàn)了無序?qū)拵盘?hào)。
在包括上述系統(tǒng)在內(nèi)的多種電弧監(jiān)測(cè)功能部件中，均可以采用本說明書中所公開的原理。而當(dāng)將其用于如上所述的內(nèi)燃機(jī)或電子點(diǎn)火器，電焊或電氣照明領(lǐng)域中的研制、開發(fā)和維護(hù)時(shí)，在包括或不包括圖4，5和6所示類型電路的情況下，可以采用一直到端子47處的電路。在所述情況中可以使用圖7所示類型的信號(hào)顯示級(jí)處理裝置，或更先進(jìn)的信號(hào)顯示和評(píng)估級(jí)處理裝置。
上述詳細(xì)說明可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明有更清楚的理解，同時(shí)能夠使其意識(shí)到，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種形式地改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中電弧的方法，電弧特征典型為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率，其改進(jìn)之處包括選擇所述電弧特征中特征為沿所述被監(jiān)測(cè)電路具有相對(duì)較長(zhǎng)的行程、且相鄰電路之間的交叉感應(yīng)相對(duì)較低的分形子集；以及根據(jù)所述電弧特征的所述分形子集來對(duì)所述電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分形子集是從所述寬帶范圍頻率的一個(gè)對(duì)數(shù)十中選出的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分形至少覆蓋電弧的所述寬帶范圍頻率的一個(gè)對(duì)數(shù)十的1/4。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分形子集是從低于30kHz的頻帶中選出的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分形子集的頻率選擇范圍被限制在ELF(極低頻)頻帶內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分形子集的頻率選擇范圍被限制為低于vf(音頻)的頻帶。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分形子集是從低于交流供電系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)線頻率的第一諧波以下選出的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分形子集是從其數(shù)量級(jí)相當(dāng)于交流供電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)線頻率的頻帶中選出的。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中在從所述分形子集中檢測(cè)所述電弧之前，將相對(duì)于所述分形子集其它部分減小所述電弧特征的分形子集中的窄帶外來信號(hào)的能量。
10.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中對(duì)所述分形子集將進(jìn)行頻率變換；以及在所述頻率變換之后根據(jù)所述分形子集來檢測(cè)所述電弧。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中對(duì)所述分形子集進(jìn)行自相加處理；以及根據(jù)自相加處理所得的分形子集來檢測(cè)所述電弧。
12.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中將沿彼此異相的兩條路徑分別對(duì)所述分形子集進(jìn)行處理；以及根據(jù)通過沿彼此異相的所述兩條路徑進(jìn)行處理所得的分形子集來檢測(cè)所述電弧。
13.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中所述分形子集被處理成具有調(diào)制量的調(diào)制載波，該調(diào)制量表示所述電??；以及通過監(jiān)測(cè)所述調(diào)制載波的調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述分形子集被處理成調(diào)幅載波；以及通過監(jiān)測(cè)所述調(diào)幅載波的調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中通過恢復(fù)所述調(diào)幅載波的調(diào)制量，以及隨后通過檢測(cè)所恢復(fù)調(diào)制量中的幅值來監(jiān)測(cè)所述電弧。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述分形子集被處理成調(diào)頻載波；以及通過監(jiān)測(cè)所述調(diào)頻載波的調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述分形子集被處理成同時(shí)按照第一方式和與之不同的第二方式進(jìn)行調(diào)制的載波；以及通過監(jiān)測(cè)以所述第一方式和所述第二方式進(jìn)行調(diào)制的所述載波的第一和第二調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
18.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中包括提供關(guān)于可能會(huì)出現(xiàn)電弧的預(yù)警。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述預(yù)警是由多級(jí)處理給出的。
20.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中包括顯示頻率處于所述分形子集帶寬內(nèi)的信號(hào)的出現(xiàn)。
21.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中包括顯示處于所述分形子集帶寬內(nèi)的寬帶信號(hào)的出現(xiàn)。
22.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法，其中包括顯示處于所述分形子集帶寬內(nèi)的無序?qū)拵盘?hào)的出現(xiàn)。
23.一種用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中電弧的方法，該電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率，其改進(jìn)之處包括沿彼此異相的兩條路徑來對(duì)所述電弧特征的各部分進(jìn)行處理；以及根據(jù)所述電弧特征的所述異相部分來監(jiān)測(cè)所述電弧。
24.一種用于監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)電路中電弧的方法，該電弧特征為在寬帶范圍頻率上具有無序特點(diǎn)，其改進(jìn)之處包括將所述電弧特征處理成具有調(diào)制量的調(diào)制載波，該調(diào)制量代表了所述電?。灰约巴ㄟ^監(jiān)測(cè)所述調(diào)制載波的調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述電弧特征被處理成調(diào)幅載波；以及通過監(jiān)測(cè)所述調(diào)幅載波的調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中通過恢復(fù)所述調(diào)幅載波上的調(diào)制量，隨后再通過從所恢復(fù)的調(diào)制量中檢測(cè)出幅值來監(jiān)測(cè)所述電弧。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述電弧特征被處理成調(diào)頻載波；以及通過監(jiān)測(cè)所述調(diào)頻載波的調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述電弧特征被處理為同時(shí)按照第一方式和與之不同的第二方式進(jìn)行調(diào)制的載波；以及通過監(jiān)測(cè)以所述第一方式和所述第二方式進(jìn)行調(diào)制的所述載波的第一和第二調(diào)制量來監(jiān)測(cè)所述電弧。
29.一種用于對(duì)被監(jiān)測(cè)電路中的電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置，其中電弧特征典型為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率，其主要的改進(jìn)方面包括電濾波器，其輸入耦連到所述電弧上，且其通頻帶與所述電弧特征中特征為沿所述被監(jiān)測(cè)電路具有相對(duì)較長(zhǎng)行程、同時(shí)相鄰電路之間的交叉感應(yīng)相對(duì)較低的分形子集相對(duì)應(yīng)，同時(shí)具有用于輸出電弧特征的所述分形子集的輸出；以及無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器，其具有用于輸入與該電濾波器的所述輸出相耦連的所述電弧特征的所述分形子集的檢測(cè)器輸入端。
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶位于所述寬帶范圍頻率的一個(gè)對(duì)數(shù)十內(nèi)。
31.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶低于30kHz。
32.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶是與所述寬帶范圍頻率中其余部分相比，其中的外來信號(hào)要少許多的頻段。
33.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶位于ELF(極低頻)頻段內(nèi)。
34.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶低于vf(音頻)頻段。
35.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶低于交流供電系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)線頻率的第一諧波。
36.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶與交流供電系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)線頻率的數(shù)量級(jí)相當(dāng)。
37.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶覆蓋了電弧的所述寬帶范圍頻率的一個(gè)對(duì)數(shù)十的至少1/4。
38.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述通頻帶覆蓋電弧的所述寬帶范圍頻率的頻段不超過一個(gè)對(duì)數(shù)十。
39.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于包括反相放大器，其輸入與所述電濾波器的所述輸出相連，且其放大器輸出端與所述檢測(cè)器輸入端相連；和同相放大器，其輸入與所述電濾波器的所述輸出相連，且其放大器輸出端與所述檢測(cè)器輸入端相連；和
40.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器包括耦連到所述電濾波器的所述輸出上的調(diào)制載波檢測(cè)器。
41.如權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于所述調(diào)制載波檢測(cè)器是一個(gè)AM檢測(cè)器。
42.如權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于所述調(diào)制載波檢測(cè)器是一個(gè)FM檢測(cè)器。
43.如權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于所述無序?qū)拵z測(cè)器包括多個(gè)組合在一起的調(diào)制載波檢測(cè)器。
44.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括能量轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器輸入用于所述分形子集并用于輸入耦連到所述電濾波器的輸出上的所述電弧特征分段內(nèi)的窄帶外來信號(hào)，該轉(zhuǎn)換器輸出用于所述電弧特征分段和窄帶外來信號(hào)，并與所述無序信號(hào)檢測(cè)器相連，該窄帶外來信號(hào)的能量相對(duì)于分形子集減小許多。
45.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括頻率轉(zhuǎn)換器，其輸入用于耦連到電濾波器電路的所述輸出上的所述分形子集，其輸出用于在與所述通頻帶不同的頻帶中的所述分形子集，并與所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器相連。
46.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括頻率轉(zhuǎn)換器，其兩個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入用于耦連到電濾波器的所述輸出上的所述分形子集，其輸出用于將所述分形子集頻帶加倍作為與所述電弧信號(hào)不同的頻帶所得的頻帶內(nèi)的所述分形子集，并與所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器相連。
47.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括調(diào)制器，其輸入用于耦連到電濾波器的所述輸出上的所述分形子集，其輸出用于調(diào)制載波，并與所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器相連，該調(diào)制載波具有代表了電弧的調(diào)制量；所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器含有一個(gè)調(diào)制量檢測(cè)器。
48.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括調(diào)制器，其輸入用于耦連到所述電濾波器的輸出上的所述分形子集，其輸出用于調(diào)幅載波，并與所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器相連，該調(diào)幅載波具有代表了電弧的調(diào)制量；所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器含有一個(gè)調(diào)幅檢測(cè)器。
49.如權(quán)利要求48所述的裝置，其特征在于所述調(diào)幅檢測(cè)器包括一個(gè)用于恢復(fù)所述調(diào)幅載波上的調(diào)制量的第一級(jí)處理裝置，和用于從所恢復(fù)的調(diào)制量中檢測(cè)出代表了所述電弧特征的幅值的第二級(jí)處理裝置。
50.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括耦連到所述電濾波器上的電弧預(yù)警指示器。
51.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括耦連到所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器上的電弧預(yù)警指示器。
52.如權(quán)利要求29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42或43所述的裝置，其特征在于包括耦連到所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器上的寬帶信號(hào)指示器。
53.如權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于所述指示器是耦連到所述無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器上的無序?qū)拵盘?hào)指示器。
54.一種用于在被監(jiān)測(cè)電路中對(duì)電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于改進(jìn)之處包括電濾波器，其輸入耦連到所述電弧上，且其通頻帶與所述電弧特征部分相對(duì)應(yīng)，其輸出用于電弧特征的所述特征部分；反相放大器，其具有與所述電濾波器的所述輸出相連的輸入端，并具有一個(gè)放大器輸出端；同相放大器，其具有與所述電濾波器的所述輸出相連的輸入端，并具有一個(gè)放大器輸出端；無序?qū)拵盘?hào)檢測(cè)器，其檢測(cè)器輸入端與所述反相和同相放大器的所述放大器輸出端相耦連。
55.一種用于在被監(jiān)測(cè)電路中對(duì)電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于改進(jìn)之處包括調(diào)制載波檢測(cè)器，其具有一個(gè)電弧特征輸入和一個(gè)載波調(diào)制量輸出。
56.如權(quán)利要求55所述的裝置，其特征在于所述調(diào)制載波檢測(cè)器是一種AM檢測(cè)器。
57.如權(quán)利要求55所述的裝置，其特征在于所述調(diào)制載波檢測(cè)器是一種FM檢測(cè)器。
58.一種用于在被監(jiān)測(cè)電路中對(duì)電弧特征為具有無序本質(zhì)的寬帶范圍頻率的電弧進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置，其特征在于改進(jìn)之處包括具有多個(gè)電弧特征輸入和一個(gè)組合載波調(diào)制量輸出的組合式調(diào)制載波檢測(cè)器。
59.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于所述組合式調(diào)制載波檢測(cè)器中所采用的是相同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器。
60.如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于所述相同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器被串聯(lián)在一起。
61.如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于所述相同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器被并聯(lián)在一起。
62.如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于所述組合式調(diào)制載波檢測(cè)器包含有多種不同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器。
63.如權(quán)利要求62所述的裝置，其特征在于所述不同類型的調(diào)制載波檢測(cè)器包括AM檢測(cè)器和FM檢測(cè)器。
64.如權(quán)利要求63所述的裝置，其特征在于所述AM檢測(cè)器和FM檢測(cè)器被并聯(lián)在一起。
65.如權(quán)利要求64所述的裝置，其特征在于包括“邏輯與”元件，其輸入與所述AM檢測(cè)器和所述FM檢測(cè)器相連，而其輸出則被用作所述組合式載波調(diào)制輸出。
全文摘要
研究發(fā)現(xiàn),電弧實(shí)際上是在任一分形子集中均包含有表征了“電弧”的所有本質(zhì)信息的分形現(xiàn)象,這一發(fā)現(xiàn)給電弧監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究帶來了深刻地影響。這些分形子集在電弧頻譜上呈對(duì)數(shù)形式的分布。根據(jù)電弧(22)的l/f特性可知,處于其中幅值較高的低對(duì)數(shù)階次的分形子集可以最為有效地實(shí)現(xiàn)電弧監(jiān)測(cè)的性能,因?yàn)樵诘皖l段中,與目前一般用于進(jìn)行電弧檢測(cè)的高頻段相比,其中相連電路之間的交叉感應(yīng)相對(duì)較低,且電弧與電弧特征拾取器(23)之間的行程也相對(duì)較長(zhǎng)。分形子集的變換能夠減小誤報(bào)警的危險(xiǎn)。同時(shí)還可以沿異相路徑對(duì)電弧特征各部分進(jìn)行處理,或?qū)⑵涮幚沓烧{(diào)制載波。
文檔編號(hào)G01R31/08GK1276061SQ97182342
公開日2000年12月6日 申請(qǐng)日期1997年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月14日
發(fā)明者邁克爾T·帕克, 小霍華德M·哈姆, 詹姆斯J·基南, 呂克·皮埃爾·貝諾特 申請(qǐng)人:亨德里機(jī)械工廠