專利名稱：電弧檢測(cè)裝置及使用該電弧檢測(cè)裝置的電弧監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生等離子體的放電裝置，更特別地，涉及通過(guò)使用射頻(radio frequency, RF)電源產(chǎn)生等離子體的放電裝置的電弧檢測(cè)裝置，以及使用該電弧檢測(cè)裝置 的電弧監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
等離子體處理裝置被廣泛用于半導(dǎo)體制造工藝、材料表面處理、空氣污染物處理 和核融合等。特別地，在半導(dǎo)體制造工藝中使用的等離子體處理裝置主要采用RF電源來(lái)產(chǎn) 生等離子體。 在使用RF電源的等離子體處理中，如果在放電室中有結(jié)構(gòu)缺陷或小顆粒，則會(huì)產(chǎn)
生使等離子體處理的穩(wěn)定性下降的電弧。特別地，在制造半導(dǎo)體裝置時(shí)使用等離子體處理
裝置的情況下，所述電弧會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生其它小顆粒，從而導(dǎo)致不良的半導(dǎo)體裝置。 因此，為了監(jiān)測(cè)等離子體處理的穩(wěn)定性，需要一種技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)放電室內(nèi)是否產(chǎn)生
了電弧。按照典型的監(jiān)測(cè)方法，能夠通過(guò)等離子體光學(xué)特性的分析來(lái)監(jiān)測(cè)電弧的產(chǎn)生?？?br> 是，該光學(xué)監(jiān)測(cè)方法具有很難判斷電弧類型的技術(shù)限制。更具體地，在放電室中產(chǎn)生的電弧
可以分為兩種類型，其中，一種類型是允許達(dá)到預(yù)定電平的微型電弧，另一種類型是需要及
時(shí)響應(yīng)的大型電弧。可是，所述光學(xué)監(jiān)測(cè)方法難以提供關(guān)于電弧類型的信息。另外，為了光
學(xué)監(jiān)測(cè)電弧的產(chǎn)生，必需在放電室側(cè)壁上形成用于觀察等離子體發(fā)射的窗口，但是，隨著處
理時(shí)間的增加，使光信號(hào)的穩(wěn)定性惡化的窗口的污染變得越來(lái)越嚴(yán)重。 雖然在放電室中布置有用于監(jiān)測(cè)電弧產(chǎn)生的檢測(cè)裝置的情況下可以使用另一監(jiān) 測(cè)方法，但該監(jiān)測(cè)方法需要改造放電室的結(jié)構(gòu)，并且可能會(huì)使等離子體質(zhì)量惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電弧產(chǎn)生和等離子體處理的電弧檢測(cè)裝置。 本發(fā)明還提供無(wú)需改變放電室結(jié)構(gòu)就能夠監(jiān)測(cè)電弧產(chǎn)生和等離子體處理的電弧
檢測(cè)裝置。 本發(fā)明還又提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電弧產(chǎn)生和等離子體處理的方法。 本發(fā)明還提供無(wú)需改變放電室結(jié)構(gòu)就能監(jiān)測(cè)電弧產(chǎn)生和等離子體處理的方法。 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種電弧檢測(cè)裝置，所述電弧檢測(cè)裝置包括連接至負(fù)載并
傳輸電壓或電流的電氣信號(hào)的傳輸線；測(cè)量所述傳輸線的電流或電壓的電氣信號(hào)的檢測(cè)
器；以及對(duì)所述電氣信號(hào)進(jìn)行處理以便產(chǎn)生至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)的處理器，其中，所述電弧檢測(cè)信號(hào)是對(duì)應(yīng)于在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧而產(chǎn)生的。 在其他本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種電弧監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括如下步驟測(cè)量通 過(guò)連接至負(fù)載的傳輸線傳輸?shù)碾娏骰螂妷旱碾姎庑盘?hào)；通過(guò)對(duì)所述電氣信號(hào)進(jìn)行處理產(chǎn)生 與在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)；通過(guò)分析所述電弧檢測(cè)信號(hào)來(lái) 判斷所述負(fù)載中的電弧的產(chǎn)生；以及通過(guò)分析所述電弧檢測(cè)信號(hào)來(lái)判斷電弧類型。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)傳輸線的電流和電壓的電氣信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果，能夠?qū)㈦娀?、?離子體特性變化和噪聲區(qū)分開(kāi)來(lái)，能夠?qū)㈦娀z測(cè)裝置安裝在放電系統(tǒng)中，能夠?qū)⒌谝恍?電弧和第二型電弧區(qū)分開(kāi)來(lái)，并且能夠?qū)﹄娀‘a(chǎn)生和等離子體處理進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，能 夠在初期階段檢測(cè)等離子體處理的異常。


本發(fā)明所包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，將其引入本說(shuō)明書并構(gòu)成本 說(shuō)明書的一部分。附圖描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并與進(jìn)行的說(shuō)明一起用于解釋本發(fā) 明的原理。在附圖中 圖1是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的示意性結(jié)構(gòu)的框圖； 圖2是示出了圖1中的處理器和后處理器的示意性結(jié)構(gòu)的框圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的處理器的框圖； 圖4是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧監(jiān)測(cè)方法的流程圖； 圖5是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的框圖； 圖7是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例的處理器的框圖； 圖9是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖； 圖10是本發(fā)明實(shí)施例的處理器的框圖； 圖11是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖； 圖12是本發(fā)明實(shí)施例的處理器的框圖；以及 圖13是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例能夠容易理解本發(fā)明的目的、其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。然 而，本發(fā)明可以用不同的形式實(shí)施并且不限于此處所描述的實(shí)施例。相反，提供的這些實(shí)施 例是為了使本發(fā)明的公開(kāi)徹底和完整，并向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分表達(dá)本發(fā)明的范圍。
電弧可以分為微型電弧和大型電弧。當(dāng)產(chǎn)生大型電弧時(shí)，RF放電的等離子體的全 部電特性顯著改變。因?yàn)?，地與在放電室內(nèi)的電極之間會(huì)發(fā)生高密度的離子化。因此，當(dāng)產(chǎn) 生大型電弧時(shí)，RF放電整體上不穩(wěn)定，或者RF放電不能維持。在負(fù)載上恒定施加輸入電能 的情況下，當(dāng)產(chǎn)生大型電弧時(shí)，傳輸線的電流激增，而傳輸線的電壓降低。另外，當(dāng)產(chǎn)生大型 電弧時(shí)，傳輸線的電流增加，但傳輸線的電壓不變。 等離子體中的大型電弧的持續(xù)時(shí)間可以是幾納秒，但是所述傳輸線的電流或電壓 的持續(xù)時(shí)間增加為幾微秒。隨著大型電弧的產(chǎn)生，傳輸線的電氣信號(hào)被從穩(wěn)定狀態(tài)的電氣信號(hào)擾動(dòng)。由所述大型電弧的產(chǎn)生而導(dǎo)致的擾動(dòng)分量可以是頻率空間中的100KHz。當(dāng)產(chǎn)生 所述大型電弧時(shí)，負(fù)載方向上的RF電源供給端子的輸入阻抗立即改變。然而，在大型電弧 的持續(xù)時(shí)間非常短而使得輸入阻抗無(wú)法復(fù)原為原狀態(tài)的情況下，盡管產(chǎn)生了大型電弧，但 匹配網(wǎng)絡(luò)也可能不變?？墒?，如果由于大型電弧的發(fā)生而不能維持RF放電，則匹配網(wǎng)絡(luò)可 能改變。因此，當(dāng)產(chǎn)生大型電弧時(shí)，如果RF放電得到維持，則電源供給端子的輸入阻抗取決 于負(fù)載的變化。 當(dāng)產(chǎn)生微型電弧時(shí)，所述傳輸線的電流和電壓都降低，并且RF放電能被維持得很 好。微型電弧的產(chǎn)生是在大型電弧的產(chǎn)生之前出現(xiàn)的早期現(xiàn)象。當(dāng)產(chǎn)生微型電弧時(shí)，所述 傳輸線的電流和電壓的持續(xù)時(shí)間是幾微秒。隨著所述微型電弧的發(fā)生，傳輸線的電氣信號(hào) 被從穩(wěn)定狀態(tài)的電氣信號(hào)擾動(dòng)。由微型電弧的產(chǎn)生導(dǎo)致的擾動(dòng)分量是頻率空間中的lMHz。 當(dāng)產(chǎn)生微型電弧時(shí)，RF電源供給端子的輸入阻抗立即改變。然而，輸入阻抗在幾微秒內(nèi)復(fù) 原為原狀態(tài)，匹配網(wǎng)絡(luò)可能不變。因此，當(dāng)產(chǎn)生微型電弧時(shí)，在負(fù)載方向上的電源供給端子 的輸入阻抗取決于負(fù)載的變化。 不是由電弧引起的等離子體特性變化的持續(xù)時(shí)間在傳輸線上可可以是幾毫秒 (msec)。因此，可以為了最大電能傳輸而根據(jù)等離子體特性的變化改變匹配網(wǎng)絡(luò)。因此，當(dāng) 等離子體特性改變時(shí)，負(fù)載方向上的電源供給端子的輸入阻抗取決于負(fù)載和匹配網(wǎng)絡(luò)的變 化。 實(shí)際上，由于電弧可能會(huì)因?yàn)槌松鲜鲈蛑獾钠渌蚨a(chǎn)生，因而很難將 電弧明確地分為大型電弧和微型電弧。因此，在本發(fā)明中，將電弧分為第一型電弧和第二型 電弧。將第一型電弧定義為在傳輸線的電流比穩(wěn)定狀態(tài)的電流小的情況下產(chǎn)生的電弧。所 述第一型電弧可以包括上述微型電弧。將第二型電弧定義為在傳輸線的電流比穩(wěn)定狀態(tài)的 電流大的情況下產(chǎn)生的電弧。所述的第二型電弧可以包括上述大型電弧。
當(dāng)產(chǎn)生電弧時(shí)，傳輸線的電特性迅速改變。因此，對(duì)傳輸線的電特性的調(diào)查可以提 供檢測(cè)是否產(chǎn)生了電弧的最可靠的手段。此外，能夠?qū)鬏斁€的電特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
所述傳輸線的電特性可能會(huì)受電弧的產(chǎn)生和等離子體特性變化的影響。因此，必 須將等離子體特性變化和電弧區(qū)分開(kāi)來(lái)。所述等離子體特性變化的持續(xù)時(shí)間是幾百毫秒， 并且電弧的持續(xù)時(shí)間是在幾微秒到幾百微秒的范圍內(nèi)。因此，為了將等離子體特性變化和 電弧區(qū)分開(kāi)來(lái)，優(yōu)選通過(guò)測(cè)量傳輸線的電流和電壓以及電流和電壓的變化的持續(xù)時(shí)間來(lái)檢 測(cè)電弧的產(chǎn)生。 另外，盡管可以利用傳輸線的輸入阻抗、反射參數(shù)和消耗功率等來(lái)檢測(cè)電弧的產(chǎn)
生，但是所述方法難以檢測(cè)電弧的類型，并且也難以將等離子體特性變化和電弧區(qū)分開(kāi)來(lái)。 下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的示意性結(jié)構(gòu)的框圖。 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置包括負(fù)載24、向負(fù)載24供給電能的RF電源10、
傳輸線36和匹配網(wǎng)絡(luò)38。此處，傳輸線36和匹配網(wǎng)絡(luò)38可以布置在所述負(fù)載24與所述
RF電源10之間。檢測(cè)器22被布置在傳輸線36周圍，并且與對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行電處理的處理
器25電連接，該檢測(cè)器22對(duì)傳輸線36的電流或電壓的電氣信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。另外，所述電
弧檢測(cè)裝置還包括判斷電弧的產(chǎn)生和電弧類型的后處理器32。控制器34可以控制所述電
弧檢測(cè)裝置。
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RF電源10向輸入端子Nl和N2供給輸入電能。通過(guò)傳輸線36供給的輸入電能中 的僅一部分在負(fù)載24中消耗，并且其他部分從負(fù)載24被反射向輸入端子Nl和N2。因此， 匹配網(wǎng)絡(luò)38被配置為將最大輸入電能傳輸給負(fù)載24，并且可以布置在輸入端子Nl和N2與 負(fù)載端子N3和N4之間。RF電源10的驅(qū)動(dòng)頻率從200KHz到500MHz的范圍內(nèi)選擇。在本 發(fā)明的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)頻率可以是13. 56MHz。 根據(jù)本發(fā)明的變形實(shí)施例，RF電源IO可以由一個(gè)以上的電源構(gòu)成。例如，如果RF 電源10由第一電源和第二電源構(gòu)成，則該第一電源的驅(qū)動(dòng)頻率與該第二電源的驅(qū)動(dòng)頻率 不同。此外，所述第一電源和第二電源可以連接至相同的負(fù)載。在這種情況下，可以在所述 第一電源與負(fù)載之間布置第一匹配網(wǎng)絡(luò)和第一檢測(cè)器，并且可以在所述第二電源與負(fù)載之 間布置第二匹配網(wǎng)絡(luò)和第二檢測(cè)器?？蛇x的，可以將所述第一匹配網(wǎng)絡(luò)和第二匹配網(wǎng)絡(luò)組 合為一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，然后可以在負(fù)載前面布置一個(gè)檢測(cè)器。 RF電源10的內(nèi)部阻抗可以是50歐姆(Ohm)，并且傳輸線36的特性阻抗可以是50 歐姆。傳輸線36包括同軸電纜、雙線、電介質(zhì)條狀線(strip line)和母線(bus bar)中的 至少一種。 負(fù)載24連接至負(fù)載端子N3和N4。負(fù)載24可以是用于產(chǎn)生等離子體的電極或天 線。負(fù)載24的阻抗可以由于等離子體特性變化或電弧的產(chǎn)生而隨時(shí)間變化。在這種情況 下，可以為了最大輸入電能傳輸而改變匹配網(wǎng)絡(luò)38中的可變電抗元件12和14的電抗。檢 測(cè)器22被設(shè)置為用于測(cè)量與輸入端子Nl和N2以及負(fù)載端子N3和N4連接的傳輸線36的 電氣信號(hào)。檢測(cè)器22可以布置在負(fù)載端子N3和N4與匹配網(wǎng)絡(luò)38之間，或布置在輸入端 子N1和N2與匹配網(wǎng)絡(luò)38之間?？蛇x的，檢測(cè)器22可以布置在匹配網(wǎng)絡(luò)38內(nèi)部。
檢測(cè)器22包括至少一個(gè)布置在傳輸線36周圍的傳感器。所述傳感器包括電流測(cè) 量器和電壓測(cè)量器中的至少一個(gè)，所述電流測(cè)量器測(cè)量在傳輸線中流動(dòng)的電流從而輸出電 流信號(hào)SI，所述電壓測(cè)量器測(cè)量傳輸線36的電壓從而輸出電壓信號(hào)SV。所述電流測(cè)量器 包括用于測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(Induced Electro Motive Force)的線圈。例如，所述電流測(cè)量 器可以是用于測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的羅可夫斯基(Rogowski)線圈。電壓測(cè)量器可以是利用電 極或電阻器的分壓器。 處理器25包括電流處理器和電壓處理器中的至少一個(gè)。所述電流處理器被配置 為連接至上述電流測(cè)量器，從而從電流信號(hào)SI產(chǎn)生電弧檢測(cè)信號(hào)(見(jiàn)圖2中的0UT1和 0UT2)。所述電壓處理器被配置為連接至所述電壓測(cè)量器，從而從電壓信號(hào)SV產(chǎn)生電弧檢 測(cè)信號(hào)0UT3。各個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、 0UT2和0UT3具有與在負(fù)載24中產(chǎn)生的電弧的持 續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的寬度。 后處理器32被配置為接收電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、 0UT2和0UT3，并且檢測(cè)電弧的產(chǎn) 生和電弧類型。更具體地，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)對(duì)電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、 0UT2和0UT3的脈沖寬 度的分析可以檢測(cè)電弧的產(chǎn)生，并且通過(guò)對(duì)電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、0UT2和0UT3的符號(hào)的分析 可以檢測(cè)電弧類型。為此，后處理器32可以包括電弧產(chǎn)生判斷部46和電弧類型判斷部48 中的至少一個(gè)，電弧產(chǎn)生判斷部46通過(guò)分析電弧檢測(cè)信號(hào)的寬度來(lái)判斷電弧的產(chǎn)生，電弧 類型判斷部48通過(guò)分析電弧檢測(cè)信號(hào)的邏輯狀態(tài)或電平來(lái)判斷電弧類型。
控制器34控制電弧檢測(cè)裝置，從而與處理器25和后處理器32通信?？刂破?4 可以將處理器25的結(jié)果顯示在外部顯示裝置上。所述通信可以通過(guò)使用RS232、 RS485或Devicenet/CAN來(lái)進(jìn)行。控制器34可以是計(jì)算機(jī)。 圖2是示出了圖1所示的處理器25和后處理器32的示意性結(jié)構(gòu)的框圖。
根據(jù)本發(fā)明，處理器25可以包括第一電流處理器、第二電流處理器和電壓處理器 中的至少一個(gè)。所述第一電流處理器和第二電流處理器被配置為連接至上述電流測(cè)量器， 從而從電流信號(hào)SI生成電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1和0UT2。所述電壓處理器被配置為連接至上述 電壓測(cè)量器，從而從電壓信號(hào)SV生成電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3。除了輸入信號(hào)的種類(即，電流 和電壓)的差異以及對(duì)各個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理的方法的差異之外，第一電流處理器、第二電流 處理器和電壓處理器實(shí)質(zhì)上具有類似的結(jié)構(gòu)。因此，為了避免說(shuō)明的復(fù)雜，下面對(duì)被配置為 生成一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)的處理器25的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。 參照?qǐng)D1和圖2，處理器25可以包括至少一個(gè)被配置為產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)REF的基準(zhǔn) 信號(hào)產(chǎn)生部44、至少一個(gè)被配置為產(chǎn)生比較信號(hào)IN的比較信號(hào)產(chǎn)生部40和至少一個(gè)被配 置為使基準(zhǔn)信號(hào)REF與比較信號(hào)IN相比從而產(chǎn)生電弧檢測(cè)信號(hào)OUT的比較部42?；鶞?zhǔn)信 號(hào)REF和比較信號(hào)IN可以使用電氣信號(hào)生成。 更具體地，比較信號(hào)產(chǎn)生部40接收檢測(cè)器22的電流信號(hào)SI或電壓信號(hào)SV，從而
輸出具有由電弧導(dǎo)致的擾動(dòng)分量的比較信號(hào)IN(以下稱作電弧致擾動(dòng)分量或電弧致擾動(dòng)
頻率分量)。也就是說(shuō)，比較信號(hào)IN包括電弧致擾動(dòng)頻率分量。比較信號(hào)IN不包括驅(qū)動(dòng)頻
率分量，但是可以包括由DC分量或等離子體特性變化引起的頻率分量。電弧致擾動(dòng)分量表
示由在負(fù)載24中產(chǎn)生的電弧導(dǎo)致的電流信號(hào)SI或電壓信號(hào)SV的頻率分量。 基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44可被配置為輸出來(lái)自檢測(cè)器22的電流信號(hào)SI或電壓信號(hào)SV
的基準(zhǔn)信號(hào)REF。這時(shí)，比較信號(hào)IN中的電弧致擾動(dòng)分量不被包含在基準(zhǔn)信號(hào)REF中。根
據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44可被配置為通過(guò)使用控制器34的偏置信號(hào)對(duì)電流
信號(hào)SI或電壓信號(hào)SV中的一個(gè)進(jìn)行處理來(lái)輸出基準(zhǔn)信號(hào)REF。與比較信號(hào)IN類似，基準(zhǔn)
信號(hào)REF不包括RF電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量，但是可以包括除去了電弧致擾動(dòng)分量的低頻
率分量。即，基準(zhǔn)信號(hào)REF可以包括由等離子體特性變化引起的頻率分量。 比較信號(hào)產(chǎn)生部40可以包括以下構(gòu)件中的至少一個(gè)被配置為對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行
整流的比較信號(hào)整流器、被配置為從電氣信號(hào)中提取電弧致擾動(dòng)分量的比較信號(hào)濾波器以
及被配置為對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器。 類似地，基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44可以包括以下構(gòu)件中的至少一個(gè)被配置為對(duì)電氣信 號(hào)進(jìn)行整流的基準(zhǔn)信號(hào)整流器、被配置為從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量的基準(zhǔn)信號(hào)濾 波器以及被配置為對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器?；鶞?zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部 44還可以包括組合器和產(chǎn)生偏置信號(hào)的偏置信號(hào)產(chǎn)生部中的至少一個(gè)。所述組合器可以 是加法器或減法器。即，所述組合器可以加上或減去兩個(gè)輸入信號(hào)，從而輸出相加或相減結(jié) 果。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述組合器可以被配置為具有運(yùn)算放大器。
基準(zhǔn)信號(hào)整流器和比較信號(hào)整流器分別對(duì)例如電流信號(hào)SI或電壓信號(hào)SV的輸 入信號(hào)進(jìn)行整流，從而輸出基準(zhǔn)整流信號(hào)和比較整流信號(hào)。根劇本發(fā)明的實(shí)施例，這些整 流器中的各個(gè)整流器可以是利用二極管的整流器、利用乘法器和低通濾波器的整流器以及 利用運(yùn)算放大器和濾波器的整流器中的一個(gè)。根據(jù)利用乘法器和低通濾波器的整流器，乘 法器可以求輸入信號(hào)的平方，并且低通濾波器可以從由乘法器輸出的信號(hào)中提取低頻率分 量。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，根據(jù)它們的功能，基準(zhǔn)信號(hào)整流器和比較信號(hào)整流器可以是半波整流器(Half WaveRectifier)、全波整流器(Full Wave Rectifier)、均方根(root meansquare， RMS)檢測(cè)器和峰檢測(cè)器中的一種。 所述基準(zhǔn)信號(hào)濾波器被配置為從輸入信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)頻率分量。所述基準(zhǔn) 信號(hào)濾波器可以是有源濾波器(active filter)或無(wú)源濾波器(passive filter)。此外， 根據(jù)它的功能，所述基準(zhǔn)信號(hào)濾波器可以是低通濾波器(Low pass filter)或帶通濾波器 (band pass filter)中的一禾中。 所述基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以被配置為對(duì)輸入信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所述基準(zhǔn) 信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以是對(duì)數(shù)放大器、衰減器和負(fù)增益放大器中的至少一種。 所述比較信號(hào)濾波器可以被配置為從輸入信號(hào)中提取電弧致擾動(dòng)頻率分量。結(jié) 果，通過(guò)比較信號(hào)濾波器濾波的頻帶不同于通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)濾波器濾波的頻帶。比較信號(hào)濾 波器可以是有源濾波器或無(wú)源濾波器。根據(jù)它的功能，所述比較信號(hào)濾波器可以是低通濾 波器或帶通濾波器中的一種。 所述比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以被配置為對(duì)輸入信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所述比較 信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以是對(duì)數(shù)放大器、衰減器和負(fù)增益放大器中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)所 述比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的信號(hào)的振幅變化可以不同于通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的信號(hào)的 振幅變化。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44包括如下構(gòu)件中的至少一個(gè)被配 置為對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的基準(zhǔn)信號(hào)整流器、被配置為從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量 的基準(zhǔn)信號(hào)濾波器以及被配置為對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器。所 述基準(zhǔn)信號(hào)濾波器被配置為從通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)整流器整流的電氣信號(hào)中提取電弧致擾動(dòng)分 量，并且所述基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器被配置為對(duì)通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)濾波器濾波的電氣信號(hào)的振幅或極 性進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述比較信號(hào)產(chǎn)生部40包括如下構(gòu)件中的至少一個(gè)被配 置為對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的比較信號(hào)整流器、被配置為允許包含電氣信號(hào)的電弧致擾動(dòng)分 量的比較信號(hào)濾波器以及被配置為對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器。 比較信號(hào)濾波器被配置為從通過(guò)比較信號(hào)整流器整流的電氣信號(hào)中提取電弧致擾動(dòng)分量。 所述比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以對(duì)通過(guò)所述比較信號(hào)濾波器濾波的電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行 轉(zhuǎn)換。 比較部42使比較信號(hào)IN與基準(zhǔn)信號(hào)REF相比，從而輸出電弧檢測(cè)信號(hào)0UT。根 據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)REF與比較信號(hào)IN之間的差，電弧檢測(cè)信號(hào)OUT具有高電平或低電平，并且電 弧檢測(cè)信號(hào)0UT的持續(xù)時(shí)間與在所述負(fù)載上產(chǎn)生的電弧的持續(xù)時(shí)間成比例。根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例，比較部42可以是比較器、無(wú)負(fù)反饋環(huán)運(yùn)算放大器和微分放大器中的一種。所 述比較器可以被配置為如果正〃 +〃端子的電壓比負(fù)〃 -〃 端子的電壓大，則輸出具有高 電平的電弧檢測(cè)信號(hào)，并且如果負(fù)〃 -"端子的電壓比正"+〃端子的電壓大，則輸出具有 低電平的電弧檢測(cè)信號(hào)。比較信號(hào)IN可以輸入所述比較器的正〃 +〃端子，并且基準(zhǔn)信號(hào) REF可以輸入負(fù)〃 -〃 端子。對(duì)比較部42的操作進(jìn)行了示例性的說(shuō)明以體現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù) 思想，因而可以對(duì)其進(jìn)行各種變形。 根據(jù)本發(fā)明，如已參照?qǐng)D1說(shuō)明的那樣，后處理器32可以包括如下構(gòu)件中的至少 一個(gè)電弧產(chǎn)生判斷部46，其通過(guò)測(cè)量電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、0UT2和0UT3的脈沖寬度判斷電弧產(chǎn)生；以及電弧類型判斷部48，其通過(guò)比較電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、0UT2和0UT3的符號(hào)判斷電弧類型。 所述電弧檢測(cè)信號(hào)可以包括與電弧無(wú)關(guān)的噪聲分量和等離子體特性變化分量。因此，為了正確地判斷電弧的發(fā)生，必須除去這些分量。由所述噪聲分量引起的脈沖寬度主要比由電弧引起的脈沖的最小寬度小，并且由所述等離子體特性變化引起的脈沖寬度比由電弧引起的脈沖的最大寬度大。利用這些特性，本發(fā)明的電弧產(chǎn)生判斷部46被配置為在沒(méi)有由噪聲分量和等離子體特性變化分量導(dǎo)致的錯(cuò)誤的情況下判斷電弧的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電弧產(chǎn)生判斷部是46可以包括測(cè)量電弧檢測(cè)信號(hào)的脈沖寬度的可編程邏輯裝置(programmable logicdevice， PLD)。例如，PLD可以包括脈沖寬度測(cè)量裝置，如果電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、 0UT2和0UT3的電平不同于標(biāo)準(zhǔn)電平，則該脈沖寬度測(cè)量裝置工作。在這情況下，所述信號(hào)的寬度可以通過(guò)所述脈沖寬度測(cè)量裝置的操作時(shí)間來(lái)確定。為了使與電弧的產(chǎn)生有關(guān)的錯(cuò)誤最少化，所述電弧產(chǎn)生判斷部46可以包括被配置為判斷電弧檢測(cè)信號(hào)的脈沖寬度是否存在于第一基準(zhǔn)寬度與第二基準(zhǔn)寬度之間的電路。
更具體地，所述第一基準(zhǔn)寬度可以是幾微秒。所述第二基準(zhǔn)寬度可以是幾百微秒。如上所述，如果電弧檢測(cè)信號(hào)的脈沖寬度小于第一基準(zhǔn)寬度，則該電弧檢測(cè)信號(hào)是噪聲分量的可能性很大。反之，如果電弧檢測(cè)信號(hào)的脈沖寬度大于第二基準(zhǔn)寬度，則該電弧檢測(cè)信號(hào)可能是由等離子體特性變化引起的分量。因此，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)可能是噪聲分量或者由等離子體特性變化引起的分量時(shí)，電弧產(chǎn)生判斷部46不生成電弧產(chǎn)生信號(hào)。所述第一基準(zhǔn)寬度和所述第二基準(zhǔn)寬度可以通過(guò)控制器34設(shè)定，并且可以根據(jù)情況有各種選擇。
電弧類型判斷部48可以對(duì)電流信號(hào)的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、電流信號(hào)的第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2和電壓的第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3進(jìn)行比較，從而區(qū)分出第一型電弧和第二型電弧。當(dāng)產(chǎn)生第一型電弧時(shí)，傳輸線的電流和電壓都下降。反之，當(dāng)產(chǎn)生第二型電弧時(shí)，所述傳輸線的電流增加而電壓下降?？蛇x的，當(dāng)產(chǎn)生第二型電弧時(shí)，所述傳輸線的電流增加而電壓不變。 本發(fā)明的電弧類型判斷部48被配置為通過(guò)使用上述特性來(lái)判斷電弧是第一型電弧還是第二型電弧。電弧類型判斷部48檢測(cè)由電弧引起的電流信號(hào)和電壓信號(hào)的變化方向。 更具體地，當(dāng)電流信號(hào)的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1或電流信號(hào)的第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2的邏輯狀態(tài)或電平與電壓信號(hào)的第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3的邏輯狀態(tài)或電平相同時(shí)，電弧類型判斷部48判定產(chǎn)生的電弧是第一型電弧。反之，當(dāng)電流信號(hào)的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1或電流信號(hào)的第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2的邏輯狀態(tài)或電平不同于電壓信號(hào)的第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3的邏輯狀態(tài)或電平時(shí)，電弧類型判斷部48判定產(chǎn)生的電弧是第二型電弧。第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2和第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3的符號(hào)或電平隨著比較部42的負(fù)〃 -〃 端子和正〃 +〃端子改變。 根據(jù)本發(fā)明的變形實(shí)施例，如果電流的電弧檢測(cè)信號(hào)的邏輯狀態(tài)或電平較低時(shí)，則可以將產(chǎn)生的電弧判定為第一型電弧。反之，如果電流的電弧檢測(cè)信號(hào)的邏輯狀態(tài)或電平較高時(shí)，則可以將產(chǎn)生的電弧判定為第二型電弧。即，如果電流信號(hào)的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1具有較低狀態(tài)或電平，則可以將產(chǎn)生的電弧判定為第一型電弧，如果電流信號(hào)的第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2具有較高狀態(tài)或電平，則可以將產(chǎn)生的電弧判定為第二型電弧。第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1、第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2和第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3的符號(hào)或電平可以隨著比較部42的負(fù)〃 -〃 端子和正〃 +〃端子改變。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電弧類型判斷部48還包括對(duì)第一型電弧的產(chǎn)生次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的第一型電弧計(jì)數(shù)器。電弧類型判斷部48根據(jù)通過(guò)第一型電弧計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的第一型電弧的產(chǎn)生次數(shù)輸出第一型電弧計(jì)數(shù)信號(hào)DISP1。更具體地，當(dāng)?shù)谝恍碗娀≡趩挝粫r(shí)間內(nèi)的產(chǎn)生次數(shù)大于基準(zhǔn)次數(shù)時(shí)，電弧類型判斷部48輸出警告信號(hào)。當(dāng)產(chǎn)生的電弧被判定為第二型電弧時(shí)，電弧類型判斷部48輸出第二型電弧信號(hào)DISP2。用于生成與第一型電弧有關(guān)的警告信號(hào)的基準(zhǔn)次數(shù)可以通過(guò)控制器34控制。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可編程邏輯裝置可以用于電弧產(chǎn)生判斷部46和電弧類型判斷部48中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。即，具有上述技術(shù)特征的電弧產(chǎn)生判斷部46和電弧類型判斷部48可以集成于可編程邏輯裝置上。 控制器34包括顯示裝置，該顯示裝置被配置為向用戶在視覺(jué)上顯示從處理器25和后處理器32生成的信號(hào)的數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。例如，所述顯示裝置接收第二型電弧信號(hào)DISP2和第一型電弧計(jì)數(shù)信號(hào)DISP1，從而顯示單位時(shí)間內(nèi)的第一型電弧的產(chǎn)生次數(shù)。如果單位時(shí)間內(nèi)的第一型電弧的產(chǎn)生次數(shù)大于基準(zhǔn)次數(shù)，則顯示裝置能顯示第一型電弧警告信號(hào)，并且能顯示第二型電弧警告信號(hào)。 如上所述，處理器25包括第一電流處理器、第二電流處理器和電壓處理器中的至少一個(gè)。各個(gè)第一電流處理器、第二電流處理器和電壓處理器可以包括已參照?qǐng)D2說(shuō)明的基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44、比較信號(hào)產(chǎn)生部40和比較部42。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變形實(shí)施例，處理器25可以只包括對(duì)電壓信號(hào)SV進(jìn)行處理的電壓處理器而不包括電流處理器。然而，根據(jù)本發(fā)明的另一變形實(shí)施例，處理器25可以包括對(duì)電流信號(hào)SI進(jìn)行處理的第一電流處理器和第二電流處理器中的至少一個(gè)而不包括電壓處理器。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的第一電流處理器26的框圖 參照?qǐng)D1、圖2和圖3，第一電流處理器26包括比較信號(hào)產(chǎn)生部40、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44和比較部42。比較部42使比較信號(hào)產(chǎn)生部40的第一比較信號(hào)INla與基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla相比，從而輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。 比較信號(hào)產(chǎn)生部40包括對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的比較信號(hào)整流器60和允許包含電氣信號(hào)的電弧致擾動(dòng)分量的比較信號(hào)濾波器62中的至少一個(gè)。 基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44包括對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的基準(zhǔn)信號(hào)整流器64、從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量的基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66以及對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68中的至少一個(gè)。 參照?qǐng)D3，比較信號(hào)整流器60接收電流信號(hào)SI，輸出比較整流信號(hào)RCTla。比較信號(hào)濾波器62接收比較整流信號(hào)RCTla，輸出包含由電弧導(dǎo)致的擾動(dòng)頻率分量的第一比較信號(hào)INla。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，比較信號(hào)濾波器62被配置為從比較整流信號(hào)RCTla中除去RF電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量。即，第一比較信號(hào)INla不包含驅(qū)動(dòng)頻率分量。
基準(zhǔn)信號(hào)整流器64接收檢測(cè)器22的電流信號(hào)SI，輸出基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2a。比較信號(hào)整流器60和基準(zhǔn)信號(hào)整流器64可以相同。S卩，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，比較信號(hào)產(chǎn)生部40和基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44可以共用一個(gè)整流器60或64。
基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66接收基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2a，輸出除去了 RF電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量和由電弧導(dǎo)致的擾動(dòng)頻率分量的預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla。 當(dāng)比較信號(hào)濾波器62和基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66都是低通濾波器時(shí)，比較信號(hào)濾波器62的截止頻率(cut off frequency)比基準(zhǔn)信號(hào)濾波器的截止頻率高。當(dāng)比較信號(hào)濾波器62和基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66都是低通濾波器時(shí)，可以將基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66的截止頻率設(shè)定為足夠低的值(例如，約10KHz)，從而使基準(zhǔn)信號(hào)中不包含關(guān)于電弧的信息。反之，可以將比較信號(hào)濾波器62的截止頻率設(shè)定為允許比較信號(hào)中包含與電弧有關(guān)的信息的值(例如，約250KHz)。 預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla的DC電平與第一比較信號(hào)INla的DC電平類似，因而它們之
間的直接比較不適合得到有意義的結(jié)果。這里，DC電平表示不發(fā)生信號(hào)畸變的情況下的基
準(zhǔn)電平與發(fā)生由電弧引起的信號(hào)畸變的情況下的基準(zhǔn)電平之間的差?；鶞?zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68
對(duì)預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla。 比較部42使比較信號(hào)產(chǎn)生部40的第一比較信號(hào)INla與基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44的第
一基準(zhǔn)信號(hào)REFla相比，輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)OUTl。比較部42可以是沒(méi)有負(fù)反饋環(huán)的運(yùn)
算放大器和比較器。 圖4是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧監(jiān)測(cè)方法的流程圖。在下面說(shuō)明的電弧監(jiān)測(cè)方法通過(guò)在圖1至圖3說(shuō)明的電弧檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在下面說(shuō)明的電弧監(jiān)測(cè)方法包括從使用預(yù)定軟件測(cè)定的電氣信號(hào)判斷電弧的產(chǎn)生和電弧類型的步驟。
參照?qǐng)D4，本發(fā)明的電弧監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟步驟S10，測(cè)量連接至負(fù)載的傳輸線的電流或電壓的電氣信號(hào)；步驟S20，通過(guò)對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生與負(fù)載上的電弧產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)；步驟S32，通過(guò)分析電弧檢測(cè)信號(hào)，判斷負(fù)載上的電弧的產(chǎn)生；以及步驟S34，通過(guò)分析所述電弧檢測(cè)信號(hào)，判斷負(fù)載上的電弧類型。
步驟S20包括步驟S22，從電氣信號(hào)生成基準(zhǔn)信號(hào)；步驟S24，從電氣信號(hào)生成比較信號(hào)；以及步驟S26，使基準(zhǔn)信號(hào)與比較信號(hào)相比，生成電弧檢測(cè)信號(hào)。所述基準(zhǔn)信號(hào)、比較信號(hào)及電弧檢測(cè)信號(hào)可以通過(guò)圖1至圖3中說(shuō)明的方法生成。同樣地，對(duì)所述電弧的產(chǎn)生及電弧類型的判斷可以通過(guò)圖1至圖3中說(shuō)明的方法實(shí)現(xiàn)。 圖5是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖。具體地，圖5示出了從包括圖3的第一電流處理器26的電弧檢測(cè)裝置生成的信號(hào)的波形圖。圖5是從電弧檢測(cè)裝置生成的信號(hào)的波形圖，在該電弧檢測(cè)裝置中，基準(zhǔn)信號(hào)整流器64和比較信號(hào)整流器60使用半波整流器并且比較信號(hào)濾波器62和基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66使用低通濾波器。根據(jù)本實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置，基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66是截止頻率比比較信號(hào)濾波器62低的低通濾波器。
圖5(a)示出了從檢測(cè)器22輸出的電流信號(hào)SI的波形；圖5(b)示出了從比較信號(hào)整流器60輸出的比較整流信號(hào)RCTla的波形和從基準(zhǔn)信號(hào)整流器64輸出的基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2a的波形；圖5(c)示出了從比較信號(hào)濾波器62輸出的第一比較信號(hào)INla的波形、從基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66輸出的預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla的波形以及從基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44輸出的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla的波形；圖5 (d)示出了從比較部42輸出的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1的波形；并且圖5(e)示出了從電弧類型判斷部48輸出的第一型電弧計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)DISP1的波形。 參照?qǐng)D5(a)，檢測(cè)器22輸出通過(guò)測(cè)量在傳輸線中流動(dòng)的電流而得到的電流信號(hào)
13SI。電流信號(hào)SI包括與等離子體特性變化有關(guān)的信息和與電弧有關(guān)的信息。電流信號(hào)SI包括測(cè)量的電流的變化，但在將該電流信號(hào)SI轉(zhuǎn)換成電壓之后可以以電壓的形式輸出。由第一型電弧A、B、C和D引起的電流信號(hào)SI急劇地降低，然后被復(fù)原為標(biāo)準(zhǔn)電平。如果等離子體的特性變化，則如在t3與t4之間的持續(xù)時(shí)間中示出的那樣，電流信號(hào)SI的振幅從VI到V2增加/減少。等離子體特性變化的持續(xù)時(shí)間(t4-t3)比由電弧的產(chǎn)生導(dǎo)致的電流信號(hào)SI變化的持續(xù)時(shí)間(t2-tl)長(zhǎng)得多。為了將等離子體特性變化和電弧區(qū)分開(kāi)來(lái)，本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置利用持續(xù)時(shí)間的差異。所述第一型電弧A、B、C和D的持續(xù)時(shí)間在幾微秒到幾百微秒的范圍內(nèi)。 參照?qǐng)D5(b)，比較信號(hào)整流器60接收電流信號(hào)SI，輸出進(jìn)行了半波整流的比較整流信號(hào)RCTla，并且基準(zhǔn)信號(hào)整流器64接收電流信號(hào)SI，輸出進(jìn)行了半波整流的基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2a。 S卩，比較整流信號(hào)RCTla只具有電流信號(hào)SI的正分量或負(fù)分量中的一個(gè)。由第一型電弧導(dǎo)致的擾動(dòng)頻率分量和等離子體特性變化的頻率分量未被比較信號(hào)整流器60及基準(zhǔn)信號(hào)整流器64除去，而是被包含在比較整流信號(hào)RCTla及基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2a中。
參照?qǐng)D5 (c)，比較信號(hào)濾波器62輸出從比較整流信號(hào)RCTla中除去了 RF電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量的第一比較信號(hào)INla。第一比較信號(hào)INla依然具有電弧致擾動(dòng)分量。為此，比較信號(hào)濾波器62可以是低通濾波器。低通濾波器62的截止頻率是比電源的驅(qū)動(dòng)頻率(13. 56MHz)低的250KHz。當(dāng)比較信號(hào)濾波器62的截止頻率太低時(shí)，關(guān)于電弧的信息可能從第一比較信號(hào)INla中丟失。優(yōu)選的，低通濾波器62具有比電源的驅(qū)動(dòng)頻率(例如，13. 56MHz)低的截止頻率(例如，250KHz)。即，第一比較信號(hào)INla具有與離子體特性變化有關(guān)的信息和與第一型電弧A、B、C和D有關(guān)的信息。此外，存在第二型電弧時(shí)，第一比較信號(hào)INla可以包括關(guān)于第二型電弧的信息。 參照?qǐng)D5 (c)，基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66從基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2a中除去電弧致擾動(dòng)頻率分量及RF驅(qū)動(dòng)頻率分量，輸出預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla。基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66是具有能除去電弧致擾動(dòng)頻率分量的截止頻率的低通濾波器，并且該截止頻率可以是10KHz。由于電弧的持續(xù)時(shí)間在幾微秒至幾百微秒的范圍內(nèi)，因而基準(zhǔn)信號(hào)濾波器的截止頻率優(yōu)選為10kHz。優(yōu)選的，基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66應(yīng)當(dāng)被配置為不會(huì)使與等離子體特性變化有關(guān)的信息丟失。結(jié)果，由于預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla具有與在持續(xù)時(shí)間t3-t4之間示出的等離子體特性變化有關(guān)的信息，因而DC電平在t3到t4之間增加。S卩，如圖5(c)所示，預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla顯示出像電流信號(hào)SI —樣的DC電平特性，即，預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla在t3和t4之間增加。
參照?qǐng)D5 (c)，如DC偏壓所示，預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla和第一比較信號(hào)INla具有不能互相區(qū)別的基本上相同的電平?；鶞?zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68以預(yù)定比率改變(例如，降低)預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla的振幅，從而生成振幅不同于第一比較信號(hào)INla的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla?；鶞?zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68的增益(g = REFla/REla)可以通過(guò)控制器34控制?；鶞?zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68的增益可以在0. 1到0. 8的范圍內(nèi)。由于第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla含有等離子體特性變化的信息(見(jiàn)t3至t4之間的持續(xù)時(shí)間)，因而DC電平在t3和t4之間增加。 參照?qǐng)D5 (d)，比較部42接收第一比較信號(hào)INla和第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla，并使它們相比，然后輸出與電弧致擾動(dòng)有關(guān)的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。由于第一比較信號(hào)INla及第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla包含與等離子體特性變化有關(guān)的信息，因而比較部42判定等離子體特性變化不是電弧。因此，與等離子體特性變化有關(guān)的信息不包含在第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1中。如上所述，由于由電流信號(hào)SI的第一型電弧A、B、C和D導(dǎo)致的擾動(dòng)分量包含在第一比較信號(hào)INla中而不包含在第一基準(zhǔn)信號(hào)REFla中，因而如第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1的波形圖所示，產(chǎn)生了對(duì)應(yīng)于電弧的產(chǎn)生的脈沖a、b、c和d。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在所述等離子體的特性變化之后產(chǎn)生電弧的情況D下，對(duì)應(yīng)于電弧D的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1的脈沖d的寬度與在所述等離子體特性變化之前的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1的脈沖a、 b和c的寬度不同。 參照?qǐng)D2和圖5 (e)，后處理器32接收第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1，從而測(cè)定該第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1的脈沖寬度，并且判斷脈沖a、b、c和d是否是由電弧導(dǎo)致的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)脈沖被判定為與電弧有關(guān)時(shí)，電弧類型判斷部48輸出第一電弧計(jì)數(shù)信號(hào)DISP1，從而對(duì)電弧的產(chǎn)生次數(shù)進(jìn)行累積計(jì)數(shù)。
附圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68的框圖。 參照?qǐng)D3和圖6，基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)70、微控制器74和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)72。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器70對(duì)預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla進(jìn)行采樣，并將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。微控制器74改變數(shù)字信號(hào)的振幅。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器72接收振幅改變了的數(shù)字信號(hào)，從而輸出模擬信號(hào)的第一基準(zhǔn)信號(hào)。通過(guò)將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器70的采樣時(shí)間保持在幾微秒以下，第一基準(zhǔn)信號(hào)REFIa的外形能跟隨預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REla外形的變化?？刂破?4能控制微控制器74。 圖7是示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電弧監(jiān)測(cè)方法的波形圖。具體地，圖7示出了從包括圖3示出的第一電流處理器26的電弧檢測(cè)裝置生成的信號(hào)的波形。更具體地，圖7示出了在一個(gè)實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置中生成的信號(hào)的波形圖，在所述實(shí)施例中，基準(zhǔn)信號(hào)整流器64及比較信號(hào)整流器60使用半波整流器，比較信號(hào)濾波器62使用帶通濾波器，并且基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66使用低通濾波器。根據(jù)本實(shí)施例，比較信號(hào)濾波器62的低截止頻率在10到100Hz的范圍內(nèi)，高截止頻率是250KHz，并且基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66的截止頻率是lOKHz。
詳細(xì)地，圖7(a)示出了從檢測(cè)器22輸出的電流信號(hào)SI的波形；圖7(b)示出了從比較信號(hào)整流器60輸出的比較整流信號(hào)RCTlb和從基準(zhǔn)信號(hào)整流器64輸出的基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2b的波形；圖7(c)示出了從比較信號(hào)濾波器62輸出的第一比較信號(hào)INlb、從基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66輸出的預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RElb和從基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44輸出的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlb的波形；圖7(d)示出了從比較部42輸出的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1的波形；并且圖7(e)示出了從電弧類型判斷部48輸出的第一型電弧計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)DISP1的波形。為了說(shuō)明的簡(jiǎn)潔，對(duì)于已經(jīng)參照?qǐng)D3至圖5進(jìn)行的重復(fù)說(shuō)明，下面對(duì)它們進(jìn)行最簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
參照?qǐng)D7 (c)，如圖5 (c)所示，比較信號(hào)濾波器62接收比較整流信號(hào)RCTlb，從而輸出除去了 RF電源10的DC分量和驅(qū)動(dòng)頻率分量而包含電弧致擾動(dòng)分量的第一比較信號(hào)INlb。第一比較信號(hào)INlb不包含與等離子體特性變化有關(guān)的信息(t3到t4的持續(xù)時(shí)間)，但包含關(guān)于第一型電弧A、 B、 C和D的信息。此外，如果存在第二型電弧，則第一比較信號(hào)INlb包括關(guān)于第二型電弧的產(chǎn)生的信息。 像圖5 (c)所示的一樣，預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RElb包含與等離子體特性變化有關(guān)的信息，因而DC電平在t3和t4之間增加?；鶞?zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68可以改變預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RElb的振幅和符號(hào)中的至少一個(gè)，從而生成第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlb?；鶞?zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器68可以是負(fù)增益放大器，并且增益能被控制器34控制。負(fù)增益放大器的增益(g = REFlb/RElb)在-1. 0至-0. 1的范圍內(nèi)。因此，由于第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlb包含等離子體特性變化的期間，因而在 t3和t4之間的DC電平降低。 參照?qǐng)D3和圖7 (d)，比較部42使比較信號(hào)INlb和第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlb相比，從而 輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。如上所述，電弧致擾動(dòng)分量包含在第一比較信號(hào)INlb中，而 不包含第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlb中。因此，如圖7(d)所示，第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1具有對(duì)應(yīng)于 電弧的產(chǎn)生的脈沖a、 b、 c和d。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，與在所述等離子體特性改變之 后產(chǎn)生的電弧對(duì)應(yīng)的脈沖d的寬度與在所述等離子體的特性改變之前產(chǎn)生的脈沖a、b和c 的寬度不同。 圖8是示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理器的框圖。為了說(shuō)明的簡(jiǎn)潔，對(duì)于已經(jīng)參 照?qǐng)D3至圖5進(jìn)行的重復(fù)說(shuō)明，下面對(duì)它們進(jìn)行最簡(jiǎn)單的說(shuō)明。 參照?qǐng)D1、圖2和圖8，本實(shí)施例的處理器25可以用于第一電流處理器、第二電流
處理器和電壓處理器中的一個(gè)。第一電流處理器26c包括比較信號(hào)產(chǎn)生部40c、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)
生部44c和比較部42c。比較部42c使比較信號(hào)產(chǎn)生部40c的第一比較信號(hào)INlc與基準(zhǔn)信
號(hào)產(chǎn)生部44c的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc相比，從而輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。 由于本發(fā)明的該實(shí)施例類似于圖3至圖5的實(shí)施例，因而下面對(duì)本實(shí)施例特有的
特征進(jìn)行說(shuō)明。 比較信號(hào)產(chǎn)生部40c可以包括如下構(gòu)件中的至少一個(gè)被配置為對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行 整流的比較信號(hào)整流器100、被配置為允許包含電氣信號(hào)的電弧致擾動(dòng)分量的比較信號(hào)濾 波器102和被配置為對(duì)電氣信號(hào)的振幅和極性中的至少一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器 104。 基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44c可以包括如下構(gòu)件中的至少一個(gè)被配置為對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行 整流的基準(zhǔn)信號(hào)整流器106、被配置為從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量的基準(zhǔn)信號(hào)濾波 器108、被配置為對(duì)電氣信號(hào)的振幅和極性中的至少一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110、 被配置為生成偏置信號(hào)OSc的偏置信號(hào)產(chǎn)生部114以及被配置為組合偏置信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào) 轉(zhuǎn)換器110的輸出信號(hào)的組合器112。 比較信號(hào)整流器100接收電流信號(hào)SI，輸出比較整流信號(hào)RCTlc。比較信號(hào)濾波 器102接收比較整流信號(hào)RCTlc，輸出預(yù)備比較信號(hào)SNlc，在預(yù)備比較信號(hào)SNlc中，除去了 RF電源的驅(qū)動(dòng)頻率分量而包含電弧致擾動(dòng)分量。比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104對(duì)預(yù)備比較信號(hào)SNlc 的振幅和極性中的至少一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而輸出第一比較信號(hào)INlc。比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104 可以是對(duì)數(shù)放大器。該對(duì)數(shù)放大器具有與輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)值成比例的輸出。
基準(zhǔn)信號(hào)整流器106接收檢測(cè)器22的電流信號(hào)SI，輸出基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2c。比 較信號(hào)整流器IOO和基準(zhǔn)信號(hào)整流器106可以相同。此外，比較信號(hào)整流器IOO和基準(zhǔn)信號(hào) 整流器106可以共用比較信號(hào)整流器IOO和基準(zhǔn)信號(hào)整流器106中的一個(gè)。基準(zhǔn)信號(hào)濾波 器108接收基準(zhǔn)整流信號(hào)RCT2c，輸出預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RElc，在該預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RElc中，除去 了 RF電源的驅(qū)動(dòng)頻率分量和電弧致擾動(dòng)分量。基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108可以是低通濾波器。比 較信號(hào)濾波器102的截止頻率比基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108的截止頻率高?；鶞?zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110 對(duì)預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)的振幅和極性中的至少一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而輸出轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)PRlc?；?準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110可以是對(duì)數(shù)放大器。所述對(duì)數(shù)放大器具有與輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)值成比例的 輸出。
偏置信號(hào)產(chǎn)生部114能生成偏置信號(hào)0Sc。偏置信號(hào)產(chǎn)生部114的偏置信號(hào)OSc 可以通過(guò)控制器34設(shè)定。 組合器112對(duì)轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)PRlc和從偏置信號(hào)產(chǎn)生部114生成的偏置信號(hào)OSc 進(jìn)行組合，從而輸出第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc。組合器112使用運(yùn)算放大器。組合器112可以是 加法器或減法器。 比較部42c使第一比較信號(hào)INlc與第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc相比，從而輸出第一電弧 檢測(cè)信號(hào)0UT1。 附圖9是示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖。具體地，圖9示出了 從包括圖8中的第一電流處理器26c的電弧檢測(cè)裝置生成的信號(hào)的波形圖。更具體地，圖 9示出了在一個(gè)實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置中生成的信號(hào)的波形圖，在所述實(shí)施例中，基準(zhǔn)信號(hào) 整流器106和比較信號(hào)整流器100使用RMS檢測(cè)器，比較信號(hào)濾波器102和基準(zhǔn)信號(hào)濾波 器108使用低通濾波器，并且比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104和基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110使用對(duì)數(shù)放大器。 根據(jù)本實(shí)施例，比較信號(hào)濾波器102具有250KHz的截止頻率，并且基準(zhǔn)信號(hào)濾波器66具有 10KHz的截止頻率。 詳細(xì)地，圖9 (a)示出了從檢測(cè)器22輸出的電流信號(hào)SI的波形；圖9 (b)示出了從 比較信號(hào)濾波器102輸出的預(yù)備比較信號(hào)SNlc的波形和從基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108輸出的預(yù) 備基準(zhǔn)信號(hào)RElc的波形；圖9(c)示出了從比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104輸出的第一比較信號(hào)INlc 的波形和從組合器112輸出的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc的波形；圖9(d)示出了從比較部42c輸 出的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1的波形；并且圖9 (e)示出了從電弧類型判斷部48輸出的第一 型電弧計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)DISP1的波形。為了說(shuō)明的簡(jiǎn)潔，對(duì)于已經(jīng)參照?qǐng)D3至圖5進(jìn)行 的重復(fù)說(shuō)明，下面對(duì)它們進(jìn)行最簡(jiǎn)單的說(shuō)明。 參照?qǐng)D9(c)，比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104將預(yù)備比較信號(hào)SNlc轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)值，從而輸出 第一比較信號(hào)INlc。 參照?qǐng)D9(c)，基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110將預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RElc轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)值，從而輸出 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)PRlc。組合器112對(duì)轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)PRlc和從偏置信號(hào)產(chǎn)生部114生成 的偏置信號(hào)0Sc進(jìn)行組合，從而輸出第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc。 第一比較信號(hào)INlc和轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)PRlc的DC電平具有基本上相同的大小，因 而難以將它們區(qū)分開(kāi)來(lái)。組合器112使偏置信號(hào)產(chǎn)生部114的偏置信號(hào)OSc和基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn) 換器110的轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)PRlc相加，從而生成能夠與第一比較信號(hào)INlc區(qū)分開(kāi)的第一 基準(zhǔn)信號(hào)REFlc。偏置信號(hào)OSc可以具有負(fù)電平。 參照?qǐng)D9(d)，比較部42c使第一比較信號(hào)INlc和第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc相比，從而 輸出與電弧致擾動(dòng)對(duì)應(yīng)的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。由于與等離子體特性有關(guān)的信息包含在 第一比較信號(hào)INlc和第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc中，因而與等離子體特性變化有關(guān)的信息不包含 在第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1中。然而，因?yàn)殡娀≈聰_動(dòng)分量包含在第一比較信號(hào)INlc中而 不包含在第一基準(zhǔn)信號(hào)REFlc中，因而如圖9(d)所示，第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1具有對(duì)應(yīng)于 電弧的產(chǎn)生的脈沖a、 b、 c和d。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，與在等離子體特性改變之后產(chǎn) 生的電弧對(duì)應(yīng)的脈沖d的寬度與在所述等離子體特性改變之前產(chǎn)生的脈沖a、b和c的寬度 不同。 圖10是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理器的框圖。
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參照?qǐng)D1、圖2和圖10，本實(shí)施例的處理器25可以用于第一電流處理器、第二電流 處理器和電壓處理器中的一個(gè)。第一電流處理器26d包括比較信號(hào)產(chǎn)生部40d、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn) 生部44d和比較部42d。比較部42d使比較信號(hào)產(chǎn)生部40d的第一比較信號(hào)INld和基準(zhǔn)信 號(hào)產(chǎn)生部44d的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFld相比，從而輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。
比較信號(hào)產(chǎn)生部40d包括減法器92 ;第一信號(hào)計(jì)算部85，其被配置為接收電流 信號(hào)SI，從而生成具有電弧致擾動(dòng)分量的第一計(jì)算信號(hào)D_INld ;以及第二信號(hào)計(jì)算部91， 其被配置為接收電流信號(hào)SI，從而生成除去了電弧致擾動(dòng)分量的第二計(jì)算信號(hào)D_IN2d。減 法器92接收第一信號(hào)計(jì)算部85和第二信號(hào)計(jì)算部91的輸出信號(hào)，從而將它們之間的差作 為第一比較信號(hào)INld輸出。 第一信號(hào)計(jì)算部85可以包括第一比較信號(hào)整流器80、第一比較信號(hào)濾波器82和 第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器84中的至少一個(gè)。第二信號(hào)計(jì)算部91可以包括第二比較信號(hào)整流器 86、第二比較信號(hào)濾波器88和第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器90中的至少一個(gè)。
第一比較信號(hào)整流器80接收檢測(cè)器22的電流信號(hào)SI，輸出第一整流信號(hào)RCTld。 第一比較信號(hào)整流器80可以是RMS檢測(cè)器。RMS檢測(cè)器輸出輸入信號(hào)的均方根(RMS)值。 第一比較信號(hào)濾波器82輸出第一比較濾波信號(hào)SNld，在該第一比較濾波信號(hào)SNld中，RF 電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量被從第一整流信號(hào)RCTld中除去，而電弧致擾動(dòng)分量被包含在該第 一比較濾波信號(hào)SNld中。 第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器84接收第一比較濾波信號(hào)SNld，然后對(duì)第一比較濾波信號(hào) SNld的振幅和極性中的至少一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而輸出第一計(jì)算信號(hào)DJNld。第一比較信號(hào) 轉(zhuǎn)換器84可以是對(duì)數(shù)放大器。對(duì)數(shù)放大器輸出輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)值。第一計(jì)算信號(hào)DJNld 包括與等離子體特性變化有關(guān)的信息和與第一型電弧有關(guān)的信息。此外，如果存在第二型 電弧，則第一計(jì)算信號(hào)D—INld可以包括與第二型電弧的產(chǎn)生有關(guān)的信息。
第二比較信號(hào)整流器86接收檢測(cè)器22的電流信號(hào)SI，輸出第二整流信號(hào)RCT2d。 第二比較信號(hào)整流器86可以是RMS檢測(cè)器。RMS檢測(cè)器輸出輸入信號(hào)的均方根(RMS)值。 第二比較信號(hào)濾波器88輸出第二比較濾波信號(hào)SN2d，在該第二比較濾波信號(hào)SN2d中，RF 電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量和電弧致擾動(dòng)分量被從第二整流信號(hào)RCT2d中除去。
第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器90接收第二比較濾波信號(hào)SN2d，然后對(duì)第二比較濾波信號(hào) SN2d的振幅和極性中的至少一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而生成第二計(jì)算信號(hào)DJN2d。第二比較信號(hào) 轉(zhuǎn)換器90可以是對(duì)數(shù)放大器。對(duì)數(shù)放大器輸出輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)值。第二計(jì)算信號(hào)DJN2d 可以包含與等離子體特性變化有關(guān)的信息。 減法器92接收第一信號(hào)計(jì)算部85和第二信號(hào)計(jì)算部91的輸出信號(hào)，從而將它們 之間的差作為第一比較信號(hào)INld輸出。減法器92能使用微分放大器。通過(guò)使用減法器 92，可以將與DC電平和等離子體特性變化有關(guān)的信息從第一比較信號(hào)INld中除去。
基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44d與所在圖2至圖5中示出的一樣，對(duì)電流信號(hào)SI進(jìn)行處理， 從而生成第一基準(zhǔn)信號(hào)REFld?？蛇x的，在不對(duì)電流信號(hào)SI進(jìn)行處理的情況下，基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn) 生部44d可以生成恒定電平的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFld。 圖11是示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖。具體地，圖ll示出 了從包括圖10的第一電流處理器26d的電弧檢測(cè)裝置生成的信號(hào)的波形圖。更具體地，圖 ll示出了在一個(gè)實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置中生成的信號(hào)的波形圖，在該實(shí)施例中，第一比較信號(hào)整流器80和第二比較信號(hào)整流器86使用RMS檢測(cè)器，第一 比較信號(hào)濾波器82和第二 比較信號(hào)濾波器88使用低通濾波器，并且第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器84和第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器 90使用對(duì)數(shù)放大器。根據(jù)本實(shí)施例，第一比較信號(hào)濾波器82具有250KHz的截止頻率，并且 第二比較信號(hào)濾波器88具有l(wèi)OKHz的截止頻率。 詳細(xì)地，圖ll(a)示出了從檢測(cè)器22輸出的電流信號(hào)SI的波形；圖ll(b)示出了 從第一 比較信號(hào)濾波器82輸出的第一 比較濾波信號(hào)SNld的波形和從第二比較信號(hào)濾波器 88輸出的第二比較濾波信號(hào)SN2d的波形；圖ll(c)示出了從第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器84輸出 的第一計(jì)算信號(hào)D_INld的波形和從第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器90輸出的第二計(jì)算信號(hào)D_IN2d 的波形；圖ll(d)示出了從減法器92輸出的第一比較信號(hào)INld的波形和從基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生 部44d輸出的第一基準(zhǔn)信號(hào)REFld的波形；圖11 (e)示出了從比較部42輸出的第一電弧檢 測(cè)信號(hào)0UT1的波形；并且圖11 (f)示出了從電弧類型判斷部48輸出的第一型電弧計(jì)數(shù)器 的輸出信號(hào)DISP1的波形。 參照?qǐng)D11 (b)，第一比較信號(hào)濾波器82生成RF電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量被從第一 比較信號(hào)整流器80的輸出信號(hào)RCTld中除去而電弧致擾動(dòng)分量被包含著的第一比較濾波 信號(hào)SNld。然而，第一比較濾波信號(hào)SNld包含與等離子體特性變化相關(guān)的信息(t3至t4 期間)和與第一型電弧A、B、C和D有關(guān)的信息。此外，如果存在第二型電弧，則第一比較濾 波信號(hào)SNld可以包括與第二型弧的產(chǎn)生有關(guān)的信息。 參照?qǐng)D11 (b)，第二比較信號(hào)整流器86接收電流信號(hào)SI ，輸出第二整流信號(hào)RCT2d 的均方根值，并且第二比較信號(hào)濾波器88接收第二整流信號(hào)RCT2d的均方根值，輸出除去 了 RF電源10的驅(qū)動(dòng)頻率分量和電弧致擾動(dòng)分量的信號(hào)。第二比較信號(hào)濾波器88的輸出 信號(hào)SN2d可以包含與等離子體特性變化有關(guān)的信息(t3至t4期間)。
參照?qǐng)D11(c)，第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器84將第一比較濾波信號(hào)SNld轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)值， 從而生成第一計(jì)算信號(hào)DJNld。參照?qǐng)D11(c)，第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器90將第二比較濾波信 號(hào)SN2d轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)值，從而生成第二計(jì)算信號(hào)D_IN2d。 參照?qǐng)D11 (d)，減法器92從第一計(jì)算信號(hào)D_INld中減去第二計(jì)算信號(hào)D_IN2d，從 而輸出第一比較信號(hào)INld。通過(guò)使用對(duì)數(shù)放大器和減法器92，第一比較信號(hào)INld是通過(guò) 將第一基準(zhǔn)濾波信號(hào)SNld與第二基準(zhǔn)濾波信號(hào)SN2d之間的比率轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)值而獲得的信 號(hào)。因此，第一比較信號(hào)INld既沒(méi)有DC電平，也沒(méi)有由等離子體特性變化導(dǎo)致的DC電平 的變化。此外，由于第一比較信號(hào)INld取決于上述比率，因而基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44d的輸出 信號(hào)，即第一基準(zhǔn)信號(hào)REFld可以被設(shè)定為恒定值。S卩，第一基準(zhǔn)信號(hào)REFld可以被設(shè)定恒 定的值，而不是從電流信號(hào)SI獲得。
圖12是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的處理器的框圖。 參照?qǐng)D1、圖2、圖8和圖12，本實(shí)施例的處理器25包括第一電流處理器26和第 二電流處理器28。處理器25還可以包括電壓處理器。所述電壓處理器可以具有與第一電 流處理器26和第二電流處理器28相同的結(jié)構(gòu)。第一電流處理器26和第二電流處理器28 可具有圖8所示的結(jié)構(gòu)。處理器25包括比較信號(hào)產(chǎn)生部40、基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44和比較部 42。 第一電流處理器26包括第一比較信號(hào)產(chǎn)生部40e、第一基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44e和第 一比較部42e。第一比較信號(hào)產(chǎn)生部40e包括第一比較信號(hào)整流器100e、第一比較信號(hào)濾波器102e和第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104e中的至少一個(gè)。第一基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44e包括第一 基準(zhǔn)信號(hào)整流器106e、第一基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108e、第一基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110e、第一組合器 112e和第一偏置信號(hào)產(chǎn)生部114e中的至少一個(gè)。比較部42e使第一比較信號(hào)INle與第一 基準(zhǔn)信號(hào)REFle相比，從而輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)OUTl。 第二電流處理器28包括第二比較信號(hào)產(chǎn)生部40f 、第二基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44f和第 二比較部42f。第二比較信號(hào)產(chǎn)生部40f包括第二比較信號(hào)整流器100f、第二比較信號(hào)濾 波器102f和第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104f中的至少一個(gè)。第二基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部44f包括第二 基準(zhǔn)信號(hào)整流器106f、第二基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108f、第二基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110f、第二組合器 112f和第二偏置信號(hào)產(chǎn)生部114f中的至少一個(gè)。第二比較部42f使第二比較信號(hào)IN2f和 第二基準(zhǔn)信號(hào)REF2f相比，從而輸出第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2。 圖2所示的后處理器32接收第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1和第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2， 從而測(cè)量它們的脈沖寬度。如果電弧被判定為第一型電弧，則電弧類型判斷部48輸出第一 型電弧計(jì)數(shù)信號(hào)DISP1 ;如果電弧被判定為第二型電弧，則電弧類型判斷部48輸出第二型 電弧信號(hào)DISP2。在處理器25僅具有第一電流處理器26和第二電流處理器28的情況下， 電弧類型可以通過(guò)第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1和第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2的符號(hào)來(lái)判定，而無(wú) 需與電壓處理器30的第三電弧檢測(cè)信號(hào)相比。 參照?qǐng)Dl和圖12，處理器25可以包括第一電流處理器26、第二電流處理器28和 電壓處理器。所述電壓處理器可以具有與所述第一電流處理器相同的結(jié)構(gòu)。所述電壓處理 器接收電壓信號(hào)SV，并對(duì)該電壓信號(hào)SV進(jìn)行處理，并且使電壓比較信號(hào)和電壓基準(zhǔn)信號(hào)相 比，從而輸出第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3。第一電流處理器26可以具有與第二電流處理器28 和電壓處理器相同的結(jié)構(gòu)。如果電流信號(hào)的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1或第二電弧檢測(cè)信號(hào) 0UT2的邏輯狀態(tài)或電平與電壓信號(hào)的第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3的邏輯狀態(tài)或電平不同，則 判定第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2與第二型電弧有關(guān)。反之，如果第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1或第 二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2的邏輯狀態(tài)或電平與第三電弧檢測(cè)信號(hào)0UT3邏輯狀態(tài)或電平相同， 則判定第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1與第一型電弧有關(guān)。 圖13是示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置的波形圖。具體地，圖13示出 了從包括圖12所示的第一電流處理器26和第二電流處理器28的電弧檢測(cè)裝置生成的信 號(hào)的波形。更具體地，圖13示出了在一個(gè)實(shí)施例的電弧檢測(cè)裝置中生成的信號(hào)的波形，在 所述實(shí)施例中，第一基準(zhǔn)信號(hào)整流器106e和第二基準(zhǔn)信號(hào)整流器106f及第一比較信號(hào)整 流器100e和第二比較信號(hào)整流器100f使用RMS檢測(cè)器，第一比較信號(hào)濾波器102e和第二 比較信號(hào)濾波器102f及第一基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108e和第二基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108f使用低通 濾波器，并且第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104e和第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104f及第一基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換 器110e和第二基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110f使用對(duì)數(shù)放大器。根據(jù)本實(shí)施例，第一 比較信號(hào)濾波器 102e和第二比較信號(hào)濾波器102f具有250KHz的截止頻率，并且第一基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108e 和第二基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108f具有10KHz的截止頻率。 詳細(xì)地，圖13(a)示出了從檢測(cè)器22輸出的電流信號(hào)SI的波形；圖13(b)示出 了從第一比較信號(hào)濾波器102e和第二比較信號(hào)濾波器102f分別輸出的第一預(yù)備比較信號(hào) SNle和第二預(yù)備比較信號(hào)SN2f的波形以及從第一基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108e和第二基準(zhǔn)信號(hào)濾 波器108f分別輸出的第一預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REle和第二預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RE2f的波形；圖13 (c)示出了從第一 比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104e和第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器104f分別輸出的第一 比較信號(hào) INle和第二比較信號(hào)IN2f的波形以及從第一組合器112e和第二組合器112f分別輸出的 第一基準(zhǔn)信號(hào)REFle和第二基準(zhǔn)信號(hào)REF2f的波形；圖13(d)示出了從第一比較部42e和 第二比較部42f輸出的第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1和第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2的波形；并且圖 13(e)示出了從電弧類型判斷部48輸出的第一型電弧計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)DISP1和第二型電 弧信號(hào)DISP2的波形。 參照?qǐng)D13(a)，檢測(cè)器22輸出通過(guò)測(cè)量在傳輸線中流動(dòng)的電流獲得的電流信號(hào) SI。電流信號(hào)SI包括與等離子體特性變化有關(guān)的信息和與電弧有關(guān)的信息。由第一型電 弧A、B、C和D引起的電流信號(hào)SI的振幅急劇降低，然后復(fù)原成原狀態(tài)。由第二型電弧F引 起的電流信號(hào)SI的振幅增加，然后減少，從而達(dá)到正常狀態(tài)。由第一型電弧引起的電流信 號(hào)SI的振幅變化的時(shí)間持續(xù)時(shí)間(t2-tl)比由第二型電弧引起的電流信號(hào)SI的振幅變化 的持續(xù)時(shí)間(t6-t5)短。 參照?qǐng)D13(b)，第一比較信號(hào)濾波器102e和第二比較信號(hào)濾波器102f生成第一 預(yù)備比較信號(hào)SNle和第二預(yù)備比較信號(hào)SN2f，在該第一預(yù)備比較信號(hào)SNle和第二預(yù)備比 較信號(hào)SN2f中，包含電弧致擾動(dòng)分量和由等離子體特性變化導(dǎo)致的分量，但除去了驅(qū)動(dòng)頻 率分量。第一預(yù)備比較信號(hào)SNle和第二預(yù)備比較信號(hào)SN2f具有與第一型電弧A、B、C和D 有關(guān)的信息以及與第二型電弧F有關(guān)的信息。同樣地，第一基準(zhǔn)信號(hào)濾波器108e和第二基 準(zhǔn)信號(hào)濾波器108f生成第一預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REle和第二預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RE2f，在該第一預(yù)備 基準(zhǔn)信號(hào)REle和第二預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RE2f中，除去了電弧致擾動(dòng)分量和驅(qū)動(dòng)頻率分量。當(dāng) 等離子體特性變化時(shí)，第一預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)REle和第二預(yù)備基準(zhǔn)信號(hào)RE2f可以不同于第一 預(yù)備比較信號(hào)SNle和第二預(yù)備比較信號(hào)SN2f 。 參照?qǐng)D13(c)，第一組合器112e和第二組合器112f分別使第一偏置信號(hào)器114e 的第一偏置信號(hào)OSe與第一基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110e的輸出信號(hào)相加，使第二偏置信號(hào)器114f 的第二偏置信號(hào)OSf與第二基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器110f的輸出信號(hào)相加，從而生成第一基準(zhǔn)信號(hào) REFle和第二基準(zhǔn)信號(hào)REF2f。第一電流處理器26的偏置信號(hào)OSe可以具有負(fù)電平。然 而，第一電流處理器26的第一偏置信號(hào)OSe可以不同于第二電流處理器28的第二偏置信 號(hào)OSf不同。也就是說(shuō)，為了檢測(cè)第二型電弧的電流信號(hào)SI，第二電流處理器28的第二偏 置信號(hào)OSf可以具有正電平。 參照?qǐng)D13 (d)，第一 電流處理器26的第一 比較部42e使第一 比較信號(hào)INle和第一 基準(zhǔn)信號(hào)REFle相比，從而輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。在第一型電弧A、B、C和D的情況 下，第一比較部42e輸出第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UTl。然而，當(dāng)產(chǎn)生第二型電弧F從而使電流信 號(hào)的振幅增加時(shí)，因?yàn)榈谝换鶞?zhǔn)信號(hào)REFle和第一比較信號(hào)INle不相交，因此第一比較部 42e不檢測(cè)第二型電弧F。 參照?qǐng)D13(d)，第二電流處理器28的第二比較部42f使第二比較信號(hào)IN2f和第二 基準(zhǔn)信號(hào)REF2f相比，從而輸出第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2。在第一型電弧A、B、C和D的情況 下，因?yàn)榈诙鶞?zhǔn)信號(hào)REF2f和第二比較信號(hào)IN2f不相交，所以第二比較部42f不輸出第 一型電弧檢測(cè)信號(hào)0UT1。然而，當(dāng)產(chǎn)生第二型電弧F從而使電流信號(hào)SI的振幅增加時(shí)，第 二比較部42f檢測(cè)該振幅增加，從而輸出第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2。 參照?qǐng)D13(e)，圖2所示的后處理器32接收第一電弧檢測(cè)信號(hào)0UTl和第二電弧檢測(cè)信號(hào)0UT2，從而測(cè)量它們的脈沖寬度。如果電弧被判定為第一型電弧，則電弧類型判斷部 48輸出第一型電弧計(jì)數(shù)信號(hào)DISP1 ;如果電弧被判定為第二型電弧，則電弧類型判斷部48 輸出第二型電弧信號(hào)DISP2。 圖4是示出了本發(fā)明實(shí)施例的電弧檢測(cè)方法的流程圖。在下面說(shuō)明的電弧檢測(cè)方 法能通過(guò)圖1至圖3所示的電弧檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)。 參照?qǐng)D4，本發(fā)明的所述電弧檢測(cè)方法包括如下步驟步驟S10，測(cè)量連接至負(fù)載 的傳輸線的電流或電壓的電氣信號(hào)；步驟S20，通過(guò)對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行處理，生成與負(fù)載上的 電弧的產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)；步驟S32，通過(guò)分析所述電弧檢測(cè)信號(hào)判斷負(fù) 載上的電弧的產(chǎn)生；以及步驟S34，通過(guò)分析所述電弧檢測(cè)信號(hào)判斷負(fù)載上的電弧類型。
步驟S20可以包括步驟S22，從電氣信號(hào)生成基準(zhǔn)信號(hào)；步驟S24，從電氣信號(hào)生 成比較信號(hào)；以及步驟S26，使基準(zhǔn)信號(hào)與比較信號(hào)相比，從而生成電弧檢測(cè)信號(hào)。所述基 準(zhǔn)信號(hào)、所述比較信號(hào)和所述電弧檢測(cè)信號(hào)可以通過(guò)在圖1至圖3所示的方法生成。同樣 地，對(duì)電弧的產(chǎn)生和電弧類型的判斷可通過(guò)在圖1至圖3所示的方法實(shí)現(xiàn)。
步驟S22可以包括從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量的步驟。除去電弧致擾動(dòng)分 量的步驟包括從電氣信號(hào)中除去第一頻帶分量的步驟。這里，所述第一頻帶可以包括由電 弧致擾動(dòng)分量引起的頻帶。由電弧致擾動(dòng)分量引起的頻帶可以在lOKHz到250KHz的范圍 內(nèi)。如圖4所示，除去第一頻帶分量的步驟可以利用低通濾波器或帶通濾波器進(jìn)行。在生 成基準(zhǔn)信號(hào)期間，可以除去RF電源的驅(qū)動(dòng)頻率分量。 步驟S22可以包括對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的步驟、從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分
量的步驟以及對(duì)電氣信號(hào)的振幅或者極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的步驟中的至少一個(gè)步驟。 步驟S24可以包括從電氣信號(hào)中提取電弧致擾動(dòng)分量的步驟。提取電弧致擾動(dòng)分
量的步驟可以包括從電氣信號(hào)中除去第二頻帶分量的步驟。所述第二頻帶可以不包括由電
弧致擾動(dòng)分量引起的頻帶。由電弧致擾動(dòng)分量引起的頻帶可以在lOKHz到250KHz的范圍
內(nèi)。然而，在比較信號(hào)的生成期間，可以將RF電源的驅(qū)動(dòng)頻率分量除去。 步驟S24可以包括對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的步驟、從電氣信號(hào)提取電弧致擾動(dòng)分量
的步驟以及對(duì)電氣信號(hào)的振幅或者極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的步驟中的至少一個(gè)步驟。使所述基準(zhǔn)信
號(hào)和所述比較信號(hào)相比，能夠?qū)⑿盘?hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或者給信號(hào)提供偏置。 步驟S26可以包括使不包括電弧致擾動(dòng)分量的比較信號(hào)與包括電弧致擾動(dòng)分量
的比較信號(hào)相比的步驟。在步驟S26期間，可以檢測(cè)所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述比較信號(hào)之間的
差。通過(guò)使用比較器，可以將所述比較信號(hào)與所述基準(zhǔn)信號(hào)之間的差輸出為正信號(hào)或者負(fù)
信號(hào)。步驟S26可以通過(guò)將比較信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并通過(guò)邏輯運(yùn)算器對(duì)它們
進(jìn)行判斷來(lái)進(jìn)行。在步驟S26中，電弧檢測(cè)信號(hào)能生成與電弧的持續(xù)時(shí)間成比例的脈沖。 步驟S32可以包括對(duì)至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)的寬度進(jìn)行分析從而判斷負(fù)載中是
否有電弧產(chǎn)生的步驟。所述信號(hào)的寬度可以使用邏輯運(yùn)算器計(jì)算。 在步驟S32中，如果所述電弧檢測(cè)信號(hào)的寬度在第一基準(zhǔn)寬度至第二基準(zhǔn)寬度的 范圍內(nèi)，則判定所述電弧檢測(cè)信號(hào)與電弧有關(guān)。所述第一基準(zhǔn)寬度可以是4微秒。所述第 二基準(zhǔn)寬度可以是100微秒。如果所述寬度在第一基準(zhǔn)寬度與所述第二基準(zhǔn)寬度之間，則 判定在負(fù)載中產(chǎn)生了電弧。如果所述寬度超過(guò)第二基準(zhǔn)寬度，則判定信號(hào)由所述等離子體 特性變化導(dǎo)致。如所述寬度小于第一基準(zhǔn)寬度，則信號(hào)判定由噪聲導(dǎo)致。
步驟S34使用通過(guò)測(cè)量在傳輸線中流動(dòng)的電流獲得的至少一個(gè)電流電弧檢測(cè)信
號(hào)，以及通過(guò)測(cè)量傳輸線的電壓獲得的至少一個(gè)電壓電弧檢測(cè)信號(hào)來(lái)進(jìn)行。 步驟S34可以包括通過(guò)分析所述電流電弧檢測(cè)信號(hào)和所述電壓電弧檢測(cè)信號(hào)的
極性，來(lái)判斷在負(fù)載中產(chǎn)生的電弧的類型的步驟。在步驟S34中，當(dāng)所述電流電弧檢測(cè)信號(hào)
的極性與所述電壓電弧檢測(cè)信號(hào)的極性不同時(shí)，能判定在負(fù)載中產(chǎn)生了第二型電弧；當(dāng)所
述電流電弧檢測(cè)信號(hào)的極性與所述電壓電弧檢測(cè)信號(hào)的極性相同時(shí)，能判定在負(fù)載中產(chǎn)生
了第一型電弧。 根據(jù)本發(fā)明的變形實(shí)施例，在步驟S34中，如果所述電流電弧檢測(cè)信號(hào)的邏輯狀 態(tài)或電平較低的情況下，能判定所述電弧為所述第一型電?。蝗绻鲭娏麟娀z測(cè)信號(hào) 的邏輯狀態(tài)或電平較高的情況下，能判定所述電弧為所述第二型電弧。 上面公開(kāi)的主題僅是示例性的而不是限定性的，并且所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入 本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的全部修改、改進(jìn)和其它實(shí)施例。因此，至法律允許的最大范 圍，本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求和它們的等同物的最寬允許解釋確定，并且不應(yīng)當(dāng)受 到前面詳細(xì)說(shuō)明的限定或限制。
權(quán)利要求
一種電弧檢測(cè)裝置，所述電弧感應(yīng)檢測(cè)裝置包括傳輸線，其連接至負(fù)載并傳輸電壓或電流的電氣信號(hào)；檢測(cè)器，其測(cè)量所述傳輸線的電流或電壓的電氣信號(hào)；以及處理器，其對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行處理以便產(chǎn)生至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)，其中，所述電弧檢測(cè)信號(hào)是對(duì)應(yīng)于在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧而產(chǎn)生的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述檢測(cè)器包括至少一個(gè)布置在所述 傳輸線周圍的傳感器，所述傳感器包括測(cè)量在所述傳輸線中流動(dòng)的電流的電流測(cè)量器和測(cè)量所述傳輸線的 電壓的測(cè)量電壓器中的至少一個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述處理器包括電流處理器和電壓處 理器中的至少一個(gè)，所述電流處理器連接至所述電流測(cè)量器并被配置為從所述傳輸線的電流信號(hào)產(chǎn)生電 弧檢測(cè)信號(hào)，并且所述電壓處理器連接至所述電壓測(cè)量器并被配置為從所述傳輸線的電壓信號(hào)產(chǎn)生電 弧檢測(cè)信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述處理器包括 至少一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部，其產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)以便產(chǎn)生電弧檢測(cè)信號(hào)；至少一個(gè)比較信號(hào)產(chǎn)生部，其將所述電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于與所述基準(zhǔn)信號(hào)相比的比較 信號(hào)；以及至少一個(gè)比較部，其使所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述比較信號(hào)相比以便產(chǎn)生電弧檢測(cè)信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部包括如下構(gòu)件中 的至少一個(gè)對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的基準(zhǔn)信號(hào)整流器、從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量的基準(zhǔn)信號(hào)濾波器以及對(duì)電氣信號(hào)的振幅或者極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生部還包括 產(chǎn)生偏置信號(hào)的偏置信號(hào)產(chǎn)生部；以及對(duì)所述偏置信號(hào)和從所述基準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的電氣信號(hào)進(jìn)行組合的組合器，所述組 合器包括加法器和減法器中的至少一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述比較信號(hào)產(chǎn)生部包括如下構(gòu)件中 的至少一個(gè)對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的比較信號(hào)整流器、允許包含電氣信號(hào)的電弧致擾動(dòng)分量的比較信號(hào)濾波器以及對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述比較信號(hào)濾波器被配置為從通過(guò) 所述比較信號(hào)整流器整流的電氣信號(hào)中提取電弧致擾動(dòng)分量，并且所述比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器被配置為對(duì)通過(guò)所述比較信號(hào)濾波器濾波的電氣信號(hào)的振幅或 極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，產(chǎn)生所述比較信號(hào)的所述比較信號(hào)產(chǎn) 生部包括減法器、第一信號(hào)計(jì)算部和第二信號(hào)計(jì)算部，所述第一信號(hào)計(jì)算部包括如下構(gòu)件中的至少一個(gè)對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的第一比較信 號(hào)整流器、允許包含電氣信號(hào)的電弧致擾動(dòng)分量的第一比較信號(hào)濾波器以及對(duì)電氣信號(hào)的 振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的第一比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器，所述第二計(jì)算部包括如下構(gòu)件中的至少一個(gè)對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流的第二比較信號(hào)整 流器、從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量的第二比較信號(hào)濾波器以及對(duì)電氣信號(hào)的振幅或 極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的第二比較信號(hào)轉(zhuǎn)換器，并且所述減法器將所述第一信號(hào)計(jì)算部的輸出信號(hào)與所述第二信號(hào)計(jì)算部的輸出信號(hào)之 間的差作為所述比較信號(hào)輸出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述處理器包括第一電流處理器、第 二電流處理器和電壓處理器中的至少一個(gè)，所述第一 電流處理器對(duì)電氣信號(hào)的電流信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生電弧檢測(cè)信號(hào)， 所述第二電流處理器對(duì)電氣信號(hào)的電流信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生電弧檢測(cè)信號(hào)，并且 所述電壓處理器對(duì)電氣信號(hào)的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生電弧檢測(cè)信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧檢測(cè)裝置，其中，所述比較部被配置為使所述基準(zhǔn)信號(hào) 與所述比較信號(hào)相比，產(chǎn)生與在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)，所述電弧檢測(cè)信號(hào)具有與在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的寬度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧檢測(cè)裝置，所述電弧檢測(cè)裝置還包括電弧產(chǎn)生判斷部， 所述電弧產(chǎn)生判斷部對(duì)所述電弧檢測(cè)信號(hào)的寬度進(jìn)行分析，判斷在所述負(fù)載中是否產(chǎn)生了 電弧。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧檢測(cè)裝置，所述電弧檢測(cè)裝置還包括電弧類型判斷部， 所述電弧類型判斷部對(duì)所述電弧檢測(cè)信號(hào)、電流或電壓的電氣信號(hào)中的至少一個(gè)進(jìn)行分 析，判斷在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧的類型，其中，所述電弧類型判斷部檢測(cè)由電弧引起的電流和電壓的電氣信號(hào)的變化方向。
14. 一種電弧檢測(cè)方法，所述電弧檢測(cè)方法包括如下步驟 測(cè)量通過(guò)連接至負(fù)載的傳輸線傳輸?shù)碾娏骰螂妷旱碾姎庑盘?hào)；通過(guò)對(duì)所述電氣信號(hào)進(jìn)行處理產(chǎn)生與在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)電弧 檢測(cè)信號(hào)；通過(guò)分析所述電弧檢測(cè)信號(hào)來(lái)判斷所述負(fù)載中的電弧的產(chǎn)生；以及 對(duì)電弧類型進(jìn)行判斷。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，對(duì)所述電氣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量， 產(chǎn)生所述電弧檢測(cè)信號(hào)的步驟和判斷所述電弧的產(chǎn)生的步驟包括對(duì)所述傳輸線的電氣信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，以便提供與所述負(fù)載中的電弧的產(chǎn)生有關(guān)的信息的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，產(chǎn)生至少一個(gè)所述電弧檢測(cè)信號(hào)的 步驟包括如下步驟產(chǎn)生至少一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)；使用測(cè)量的所述傳輸線的電氣信號(hào)產(chǎn)生至少一個(gè)比較信號(hào)；以及 使所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述比較信號(hào)相比，產(chǎn)生所述電弧檢測(cè)信號(hào)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)的步驟包括從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量的步驟； 產(chǎn)生所述比較信號(hào)的步驟包括從電氣信號(hào)中提取電弧致擾動(dòng)分量的步驟；以及 產(chǎn)生所述電弧檢測(cè)信號(hào)的步驟包括使除去了電弧致擾動(dòng)分量的所述基準(zhǔn)信號(hào)與包含 電弧致擾動(dòng)分量的所述比較信號(hào)相比的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)的步驟包括從電 氣信號(hào)中除去第一頻帶的分量的步驟，所述第一頻帶包括電弧致擾動(dòng)分量的頻帶。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，產(chǎn)生所述比較信號(hào)的步驟包括從電 氣信號(hào)中除去第二頻帶的分量的步驟，所述第二頻帶不包括電弧致擾動(dòng)分量的頻帶。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中， 產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)的步驟包括如下步驟中的至少一個(gè) 對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流， 從電氣信號(hào)中除去電弧致擾動(dòng)分量，以及 對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換；并且 產(chǎn)生所述比較信號(hào)的步驟包括如下步驟中的至少一個(gè) 對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行整流， 從電氣信號(hào)中提取電弧< 致擾動(dòng)分量，以及 對(duì)電氣信號(hào)的振幅或極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，判斷電弧的產(chǎn)生的步驟包括對(duì)至少 一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)的寬度進(jìn)行分析，以判斷所述負(fù)載中的電弧的產(chǎn)生的步驟。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，所述電弧檢測(cè)信號(hào)包括 通過(guò)測(cè)量在所述傳輸線中流動(dòng)的電流獲得的至少一個(gè)電流電弧檢測(cè)信號(hào)；以及 通過(guò)測(cè)量所述傳輸線的電壓獲得的至少一個(gè)電壓電弧檢測(cè)信號(hào)，判斷電弧類型的步驟包括對(duì)所述電流電弧檢測(cè)信號(hào)和所述電壓電弧檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分 析，以便判斷在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧的類型的步驟。
23. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，判斷電弧類型的步驟包括如下步驟 當(dāng)所述傳輸線的電流的電氣信號(hào)和電壓的電氣信號(hào)都下降時(shí)，判定對(duì)應(yīng)的電弧檢測(cè)信號(hào)是由第一型電弧導(dǎo)致的結(jié)果；以及當(dāng)所述傳輸線的電流的電氣信號(hào)增加而電壓的電氣信號(hào)降低時(shí)，判定對(duì)應(yīng)的電弧檢測(cè) 信號(hào)是由第二型電弧導(dǎo)致的結(jié)果。
24. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電弧監(jiān)測(cè)方法，其中，判斷電弧類型的步驟包括如下步驟 當(dāng)所述傳輸線的電流的電氣信號(hào)降低時(shí)，判定電弧是第一型電?。灰约?當(dāng)所述傳輸線的電流的電氣信號(hào)增加時(shí)，判定電弧是第二型電弧。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電弧檢測(cè)裝置和使用該電弧檢測(cè)裝置的電弧監(jiān)測(cè)方法。所述的電弧檢測(cè)裝置包括連接至負(fù)載并傳輸電壓或電流的電氣信號(hào)的傳輸線；測(cè)量所述傳輸線的電流或電壓的電氣信號(hào)的檢測(cè)器；以及對(duì)所述電氣信號(hào)進(jìn)行處理以便產(chǎn)生至少一個(gè)電弧檢測(cè)信號(hào)的處理器。這里，所述電弧檢測(cè)信號(hào)是對(duì)應(yīng)于在所述負(fù)載中產(chǎn)生的電弧而產(chǎn)生的。
文檔編號(hào)G01R31/12GK101702936SQ200880019315
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者徐相焄, 李容官, 李相元, 金亨俊, 金宰顯 申請(qǐng)人:株式會(huì)社普來(lái)馬特