專利名稱：檢測熱電偶開路狀態(tài)的測試方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測熱電偶狀態(tài)的方法和設(shè)備。
用于電測溫度的熱電偶是一種雙金屬結(jié)器件。熱電偶的雙金屬結(jié)根據(jù)熱電偶的溫度在結(jié)兩端產(chǎn)生電壓，在此可用電壓表來閱讀和記錄電壓，以監(jiān)視溫度。在正常工作狀態(tài)下，熱電偶的電阻是相當(dāng)?shù)偷?。然而，與雙金屬結(jié)相聯(lián)結(jié)的兩種金屬一旦彼此脫開時，則會導(dǎo)致開路故障狀態(tài)和熱電偶將不再產(chǎn)生所需電壓。
在應(yīng)用于測量時，可將熱電偶插入一個為監(jiān)測某一元件溫度的系統(tǒng)中，以有助于對該系統(tǒng)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)該元件的溫度超過予定閾值時，由一臺檢測儀讀出由熱電偶產(chǎn)生的電壓，并可接著采取校正動作。但是，若熱電偶發(fā)生故障時，該系統(tǒng)也就可能壞了。因此，人們希望能周期性地檢查熱電偶是否處于開路狀態(tài)，以確認(rèn)該器件是否起作用。


圖1示出了一種用于檢測熱電偶故障開路的已知方法。在輸入端1接收到的方波信號，經(jīng)由耦合電容器2加到熱電偶5。該方波信號源有一個源阻抗Zs。該源阻抗和熱電偶5的電阻形成一個電阻網(wǎng)絡(luò)，用以對輸入信號的有效幅度進(jìn)行分配并在輸入端1產(chǎn)生一個信號。當(dāng)熱電偶5在正常工作時，其電阻相應(yīng)是低的，相關(guān)的分壓網(wǎng)絡(luò)對分流信號產(chǎn)生一個低幅度。反之，當(dāng)熱電偶損壞并變成開路時，分流信號的幅度便增大。二極管3串聯(lián)地設(shè)置在輸入端1和比較器6之間，其陽極連接到輸入端1而其陰極連到比較器6的正輸入端。并聯(lián)電容器4也被連接到比較器6的正輸入端并形成一個并聯(lián)濾波電容器用以對經(jīng)由二極管3整流后的信號進(jìn)行濾波。比較器6的負(fù)輸入端被連接到參考電壓Vr。當(dāng)熱電偶以低電阻正常工作時，包含整流二極管3和電容器4的峰值檢測電路產(chǎn)生通常對應(yīng)于可在輸入端1獲得的方波幅度的低輸出電壓。
參考電壓Vr的值設(shè)為大于當(dāng)熱電偶在正常工作時濾波后的整流電壓，但小于熱電偶損壞至開路狀態(tài)時的濾波后整流電壓。一旦出現(xiàn)這類故障，分路信號的幅度增大，同時濾波后整流電壓變成大于參考電壓Vr，從而使比較器6通過將Vout從低電壓轉(zhuǎn)為高電壓而通告該開路狀態(tài)。這種先有技術(shù)電路的缺點之一是其對噪聲的敏感度。在熱電偶5處于噪聲環(huán)境下時，它借助電將噪聲從環(huán)境耦合到峰值檢測電路，該電路可能出錯并使比較器6去記錄一個錯誤的故障狀態(tài)。
圖2示出另一先有技術(shù)的電路，其中一個小電流脈沖通過電阻11加到熱電偶5，熱電偶5響應(yīng)該脈沖產(chǎn)生一個電壓脈沖。A/D電路12將該電壓脈沖數(shù)字化而產(chǎn)生數(shù)字信號Dout。通過處理數(shù)字信號去確定脈沖幅度變化，可確定熱電偶存在開路。使用時，控制信號周期地閉合開關(guān)10，以向熱電偶提供電流。當(dāng)熱電偶在正常工作時，其電阻為低電阻并導(dǎo)致所產(chǎn)生的電壓脈沖的幅度低。反之，當(dāng)熱電偶處于開路狀態(tài)時，電壓脈沖的幅度大，故能探測并報告脈沖幅度的這種變化。對于這種先有技術(shù)電路而言，其問題在于當(dāng)熱電偶兩端連上諸如脫扣曲線記錄儀14之類的外部儀器時，該儀器可接收和記錄與所加脈沖相應(yīng)的不希望有的人為的短時脈沖波形干擾(artifact glitches)。
圖3示出另一先有技術(shù)電路，其中輸入端1施加有小電壓脈沖Vin，用以產(chǎn)生輸出電壓Vout，其中Vout的平均值取決于熱電偶的狀態(tài)。在一條通路中，Vin通過電容器20，二極管26和電阻27串聯(lián)耦合到熱電偶5。在第二條通路中，該輸入通過二極管21加到Vh限幅二極管22，以及通過并聯(lián)電容器24和電阻28加到熱電偶5。連結(jié)二極管21之陰極，二極管22的陽極，并聯(lián)電容器24和電阻28的檢測結(jié)點25帶有根據(jù)并聯(lián)電容器24兩端電荷累積的檢測電壓。在第三條通路中，輸入電壓經(jīng)定時塊23加到積分/取樣FET29的柵極，用以周期地對檢測器電壓進(jìn)行取樣。
在圖3電路的操作中，分路電容器24充當(dāng)積分電容器，在輸入脈沖Vin的每個前沿累積電荷。緊接每個前沿，該電容器根據(jù)與電容器24，電阻28和熱電偶的電阻相關(guān)的RC時間常數(shù)(忽略FET斷路時FET29的電阻及忽略FET導(dǎo)通時電壓測量裝置的電阻)使所累積的電荷放電。當(dāng)熱電偶5處于正常工作時，積分電容器通過包含電阻28和熱電偶5的低電阻的低電阻放電回路在前沿之間快速放電，這樣在取樣時形成一個低的檢測電壓。另一方面，若熱電偶5發(fā)生開路情況下的故障，則放電回路電阻變大而積分電容器對每個脈沖前沿累積電荷而不在其間放電，直到檢測電壓限定在Vh。一旦結(jié)點25處的電壓電平超過予定閾值時，就檢測出開路狀態(tài)。這種電路的一個問題在于為將檢測電壓提升至閾值電壓，它需要若干個輸入脈沖才能使積分電容器累積足夠電荷，也就是說，這一過程緩慢。
在如圖4a所示先有技術(shù)電路中，當(dāng)熱電偶5正常工作時，Vcomp為DC電壓而當(dāng)熱電偶故障至開路狀態(tài)時，Vcomp為方波。方波信號Vin在輸入端1被接收并加到電阻31和35。電阻31的相對側(cè)被耦合到比較器39的負(fù)輸入端還耦合到與電阻33及熱電偶5串聯(lián)設(shè)置的電容器32。電阻35與輸入端1相對的那端連到比較器39的正輸入端和并聯(lián)電容器36。一個小偏壓Vbias通過電阻38加到比較器39的正輸入端。
參考圖4b，當(dāng)熱電偶電阻低時，即正常工作時，加在比較器39的負(fù)輸入端的反饋電壓Vfb總是低于加在比較器正輸入端的參考電壓Vr。比較器39的負(fù)輸入端上的Vfb是一個幅度可與正輸入端上的Vr相比的方波，但偏置仍低于Vr，Vr是作為Vbias的結(jié)果所提供的微小DC偏壓。因此，比較器的輸出Vcomp是由曲線54表示的DC輸出。
當(dāng)熱電偶出故障時，Vcomp變成一個方波。圖4b表示故障時間Tf時，反饋電壓Vfb，53，在幅度上增大以給比較器負(fù)端提供一個大于在正輸入端上的電壓，以將Vcomp變成方波。低通濾波器34對Vcomp濾波并以其平均DC電壓驅(qū)動電壓比較器37。然后比較器37判定濾波后電壓何時降至已給定的閾值Vth以下，并發(fā)出一開路狀態(tài)的信號。
圖4a電路由于要兼顧幅度/噪聲而出現(xiàn)一個問題。當(dāng)輸入電壓幅度小時，熱電偶有可能接收到外來噪聲而引起比較器37發(fā)出錯誤的開路檢測信號。另一方面，當(dāng)輸入幅度過大時(為克服噪聲問題)，諸如附裝到熱電偶的條形圖等外連儀器可觀測所加的輸入方波和記錄各自的人為假信號脈沖。
圖4a的先有技術(shù)派生電路采用同步檢測法，其中圖4a的低通濾波器由同步檢測器所替代。當(dāng)平均電壓偏移時不是對DC和檢測的方波進(jìn)行低通濾波，而是由一個同步檢測器來測定一旦熱電偶發(fā)生故障時出現(xiàn)的方波。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于檢測熱電偶開路故障狀態(tài)的改進(jìn)型無干擾設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有較大抗噪聲干擾和提供對開路狀態(tài)近乎瞬時檢測的熱電偶開路故障檢測電路，從而防止了將假信號人為施加到外部附裝的儀器等等裝置。
根據(jù)本發(fā)明用于測試熱電偶的開路檢測電路包括耦連到一個結(jié)點的發(fā)生器和監(jiān)測電路。該結(jié)點在一定源阻抗的發(fā)生器給熱電偶提供已知頻率和幅度的音調(diào)信號時電氣地接合熱電偶。監(jiān)測電路監(jiān)測包含已知頻率的合成音調(diào)信號的頻譜部分的幅度并根據(jù)該幅度產(chǎn)生一輸出。
按照本發(fā)明一個實施例，監(jiān)測電路包括一轉(zhuǎn)換裝置，一換算(t-ransform)裝置和一檢測器。轉(zhuǎn)換裝置以數(shù)字方式對音調(diào)信號取樣以便將合成音調(diào)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。換算裝置對該數(shù)字信號提供離散的富里葉變換，以提供一頻譜。檢測裝置分析該頻譜并確定在給定頻帶范圍內(nèi)功率何時超過予定閾值。
根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例，該發(fā)生器包括一分頻器，用以接收時鐘信號并將其分頻直到具有對應(yīng)于已知值的基頻的信號。一個處理裝置接收，濾波和放大該分頻信號，以選擇該基頻和確立其給定幅度。一個輸出網(wǎng)絡(luò)提供一個已知源阻抗，發(fā)生器通過該阻抗將音調(diào)信號送至結(jié)點。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例，上述發(fā)生器產(chǎn)生頻率隨時間而變的音調(diào)信號，而上述監(jiān)視電路因而跟蹤該頻率變化。
在本說明書結(jié)論部分特別提出了本發(fā)明的主題以及清楚的權(quán)利要求。然而，本發(fā)明的組成和操作方法連同其進(jìn)一步優(yōu)點和目的可結(jié)合附圖參考以下說明而得到更好了解。附圖中相同標(biāo)號參考相同元件。
圖1是先有技術(shù)用于通過對熱電偶接收的方波進(jìn)行整流檢測熱電偶開路故障狀態(tài)的電路簡圖；圖2是先有技術(shù)通過測量由熱電偶響應(yīng)電流脈沖產(chǎn)生的電壓而檢測熱電偶開路故障狀態(tài)的電路簡圖；圖3是用于檢測熱電偶開路故障狀態(tài)的先有技術(shù)電路簡圖，其方法是將脈沖加到在放電回路中包含熱電偶的整流RC網(wǎng)絡(luò)，檢測對應(yīng)于在RC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)積累的電荷的積分電壓和當(dāng)RC放電回路由于開路故障狀態(tài)和積分電壓上升到給定閾值而被中斷時，發(fā)出熱電偶故障的信號；圖4a是先有技術(shù)中用于通過電壓Vcomp變成方波時的檢測來測定熱電偶出現(xiàn)開路狀態(tài)的電路原理圖；圖4b是一用于說明圖4a先有技術(shù)電路操作的波形圖；圖5是說明本發(fā)明電路的一個方塊圖；圖6是表示產(chǎn)生具有已知頻率和幅度的音頻信號的發(fā)生器電路的方塊圖；圖7是表示圖5監(jiān)測裝置的一個處理器電路的方塊圖；圖8是表示借助圖7的數(shù)字信號處理器起動電源和開路檢測測量程序的操作流程圖；圖9是表示圖8中方塊105的開路檢測測量步驟的流程圖；圖10是另一可選處理器的方塊圖11是監(jiān)測裝置62的模擬電路的方塊圖；和圖12是表示可編程發(fā)生器的編程流程圖。
參考諸附圖，特別參考圖5，該圖示出根據(jù)本發(fā)明用于檢測熱電偶開路故障的電路。已知源阻抗Zs的發(fā)生器60給開關(guān)64提供一個已知頻率和幅度的音頻信號。該開關(guān)接收來自輸入端65的控制信號，該信號能周期地使開關(guān)閉合以經(jīng)由檢測結(jié)點66將音頻信號加到熱電偶5。監(jiān)測裝置62接收來自檢測結(jié)點66的信號并在給定時間分析該信號的給定頻率的幅度以確定熱電偶已故障的時間。
當(dāng)熱電偶正常工作時，其電阻低而在檢測結(jié)點產(chǎn)生的合成音頻信號具有對應(yīng)于經(jīng)一分壓器網(wǎng)絡(luò)分壓后的已知音頻信號的幅度，該網(wǎng)絡(luò)包括熱電偶電阻Rth和發(fā)生器源阻抗Zs。監(jiān)測裝置分離和檢查出合成音頻信號的特定頻率分量的幅度，該頻率分量對應(yīng)于由發(fā)生器60所產(chǎn)生的音頻信號已知頻率。若在此頻率時幅度小于予定閾值，則監(jiān)測裝置62產(chǎn)生指示熱電偶正良好工作的數(shù)據(jù)Dout。另一方面，當(dāng)熱電偶損壞和出現(xiàn)開路時，監(jiān)測裝置輸出便指示該頻率分量的幅度已增大到已知閾值之外，該熱電偶不能再用。
當(dāng)將熱電偶用于溫度測量時，監(jiān)測裝置先斷開開關(guān)再讀出熱電偶的電壓。由于發(fā)生器被斷接，在檢測結(jié)點便形成高阻抗，以增強檢測結(jié)點處可供測量用的電壓。反之，當(dāng)開關(guān)閉合用以在開路檢測測量期間將音頻信號耦合到熱電偶時，發(fā)生器降低了在檢測結(jié)點66處的阻抗，同樣降低了由(起作用的)熱電偶在檢測結(jié)點所產(chǎn)生的DC電壓分量。
在本發(fā)明的另一實施例中，沒有開關(guān)64是時發(fā)生器總是連到熱電偶。
在本發(fā)明的另一實施例中，控制信號65還控制發(fā)生器去產(chǎn)生音頻信號的時間和判定監(jiān)測裝置何時去分析由此產(chǎn)生的音頻信號。
在如圖5所特定描繪的本發(fā)明一個最佳實施例中，監(jiān)測裝置62包括A/D轉(zhuǎn)換器70和處理器71。轉(zhuǎn)換器70接收來自檢測點66的模擬音頻信號并對其取樣，以將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。該轉(zhuǎn)換器可以是一個標(biāo)準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換器或最好為諸如在S，N(F-238)申請(在此引入供參考)中所揭示的跟隨一抽取器的Delta Sigma調(diào)制過取樣器(over-sampler)。處理器71接收數(shù)字信號，變換數(shù)字信號(例如，借助離散的富里葉變換)，并選擇擁有原始音頻頻率的變換后信號的一種特定頻譜。處理的內(nèi)部寄存器將一予定幅度的閾值送到比較器，以將幅度閾值同所選頻率分量的幅度作比較。當(dāng)變換后信號的特定頻譜的幅度，即音頻信號頻率的功率電平超過閾值時，處理器通告熱電偶開路。若幅度小于閾值，處理器通告工作正常。
最好，監(jiān)測裝置利用已裝在同一設(shè)備的另一測量系統(tǒng)中的電路。諸如轉(zhuǎn)換器70和處理器71的公共電路是在諸如測定溫度(圖8的園點A)任務(wù)和熱電偶開路狀態(tài)(圖8中105)的測試任務(wù)之間分時的。對分時電路的要求是有足夠的時鐘速度和處理速度，以用于對音頻信號的基頻取樣，選擇和檢查。
參見圖7，處理器71適于包括數(shù)字信號處理器86(諸如ADSP-2105kp-40)和適當(dāng)?shù)膯硬僮鞔鎯ζ?0(諸如TMS27PC512)，接口82(諸如雙端口RAM MC68HC35FN)和控制器84(諸如編程的PAL′S PALC22V1035JC)電路系統(tǒng)。參考圖8和9的流程圖，當(dāng)測量系統(tǒng)初次通電時，處理器進(jìn)入上電100并執(zhí)行位于存貯器圖(map)85的程序存貯器空間85a的永久ROM中的上電程序。在此上電期間，程序控制器81被指令去訪問啟動操作ROM80并給控制塊84發(fā)信號以產(chǎn)生為將數(shù)據(jù)從啟動ROM轉(zhuǎn)移至存儲器圖85各自的程序85a和數(shù)據(jù)85b存儲器空間所必需的控制信號，為將命令編譯程序101裝入數(shù)字信號處理器86所必需的控制信號。然后程序控制器81將執(zhí)行轉(zhuǎn)移至等待方式102，一個在上電期間檢索到的程序。在等待方式102下數(shù)字信號處理器通過數(shù)據(jù)接口82接收外部命令。數(shù)據(jù)接口82獲得總線87來的命令而產(chǎn)生中斷，使數(shù)字信號處理器去恢復(fù)該命令，確認(rèn)該中斷，并提示控制塊去產(chǎn)生為將命令數(shù)據(jù)從接口轉(zhuǎn)移至數(shù)字信號處理器所必需的信號。處理器的程序控制器接收和編譯命令和執(zhí)行各自程序，即，A，B，C……等。當(dāng)接收到開路檢測命令時，控制器輸入開路檢測程序105。
一旦開始開路檢測測量(圖9中的110)，在112的處理器恢復(fù)來自啟動ROM的開路檢測程序，同時控制塊產(chǎn)生控制信號，用于將開路檢測程序數(shù)據(jù)從啟動ROM轉(zhuǎn)移到數(shù)字信號處理器。在為此測量配置處理器過程中，令程序控制器去恢復(fù)一個予定閾值幅值，以存入一內(nèi)部寄存器。該閾值不是從在114處的外部接口總線獲得，就是從如115處所示作為一個缺陷閾值幅值的啟動操作ROM得到。當(dāng)通過總線施加該值時，不是將該值連同初始化命令一起就是在接著初始化命令之后轉(zhuǎn)移。
在步驟116，處理器接收來自諸如A/D轉(zhuǎn)換器70等外部源的數(shù)據(jù)取樣，同時指令控制塊84去提供為連續(xù)接收取樣并將其存入存儲器圖85的數(shù)據(jù)空間85b的適宜信號。按該最佳實施例所接收的取樣數(shù)目受限于數(shù)字信號處理器的內(nèi)部數(shù)據(jù)空間。在另一可選實施例中，數(shù)據(jù)空間是利用外部存儲器來擴(kuò)充的。
在接收取樣值后，處理器利用離散的富里葉變換(DFT)對數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，以形成一個頻譜。與數(shù)據(jù)取樣相關(guān)的取樣率和DFT中所用數(shù)據(jù)點數(shù)決定了所形成頻譜的分辨率。例如，若在DFT中所用點數(shù)為512，而且外部源是以1MHz速率取樣的，例由此產(chǎn)生的分辨率/bin將是 分辨率＝1,953(Hz/bin)尼奎斯特截止頻率表示可根據(jù)某已知取樣記錄重建的最大頻率并對應(yīng)于取樣頻率除以2。例如，若取樣值在1MHz取樣率下產(chǎn)生，則截止頻率為500KHz。若轉(zhuǎn)換器是一個過取樣器(oversa mpler)，則尼奎斯特截止頻率大于取樣信號的較高頻率，同時附加的抽取步驟118(圖9)可由處理器來執(zhí)行，以便在執(zhí)行富里葉變換以前降低所接收數(shù)據(jù)的有效取樣率。因此，抽取增強了可用頻譜的分辨率。
由于降低了有效取樣率，抽取還降低了尼奎斯特截止頻率。若抽取以前的信號包括高于新尼奎斯特截止頻率的頻率分量，則在抽取期間，較高頻率分量將折疊(fold-over)該截止頻率并被調(diào)制成較低頻帶以致混淆由此產(chǎn)生的抽取信號。為避免抽取信號的混淆，抽取一般包括為衰減高于截止頻率的頻率分量而進(jìn)行的濾波，顯然數(shù)據(jù)可被抽取的抽取系數(shù)受限于原始截止頻率除以音頻信號的最大頻率值。例如，若已知音頻信號為100KHz，輸入取樣率為1MHz；則原始截止頻率為500KHz而原始數(shù)據(jù)可按500KHz/100KHz＝5的系數(shù)抽取。利用以上實例，也可表明增強的頻譜分辨率等于(100KHz×2)/512＝391(Hz/bin)。
在獲得正?；蛟鰪姷姆直媛实念l譜之后，處理器恢復(fù)對應(yīng)于原始音頻頻率的bin位置的幅值并將恢復(fù)值與早先存儲的閾值(在ALU中)相比較以判定是否要報告開路狀態(tài)。若該bin位置幅度大于閾值，則處理器在124報告作為熱電偶測量的開路狀態(tài)。否則，處理器在125報告熱電偶有效。
為提供該報告，指令程序控制器將各自數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至數(shù)據(jù)接口電路并給控制塊發(fā)出信號以提供為傳送該數(shù)據(jù)報告所必需的信號。一旦接口電路82接收到該數(shù)據(jù)報告，接口電路便為數(shù)據(jù)總線87提供數(shù)據(jù)報告并產(chǎn)生一次外部中斷以發(fā)出該報告有效的信號。在形成該報告之后，測量程序在圖9中的126結(jié)束而程序的執(zhí)行回到等待方式102，等待此后的命令指令。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如由Oppenheim和Schafer在離散時間信號處理(1989)新譯西州Englewood Cliffs，Prentice Hall)中所教導(dǎo)的DFT方法進(jìn)行DFT變換。
圖10是說明一可供選擇處理器71′的方塊圖。該處理器包括數(shù)字式帶通濾波器90，數(shù)字峰值檢波器92，比較器94和數(shù)據(jù)寄存器96，數(shù)字式帶通濾波器90接收來自諸如A/D轉(zhuǎn)換器等的外部源的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并數(shù)字地處理所接收的數(shù)字式取樣，以選擇接收到的輸入信號中的給定頻率分量。該峰值檢波器92確定給定頻率分量的幅度偏差并將代表峰一峰偏差的數(shù)據(jù)發(fā)至比較器94。數(shù)據(jù)寄存器96包含作為予先裝入其內(nèi)的予定閾值。此時，比較器接收閾值并將其與檢測到的幅值比較，以判定是否存在開路狀態(tài)。若檢測幅值大于閾值，則比較器報告開路狀態(tài)。否則比較器報告熱電偶有效。
圖11是說明可用作監(jiān)測裝置62的一個可供選擇的模擬式電路的方塊圖，該電路包括帶通濾波器97，峰值檢波器98和比較器99，帶通濾波器選擇該合成音頻信號的予定頻率分量。峰值檢波器98提供一個對應(yīng)于所選頻率分量的峰一峰幅度偏差的DC檢測輸出。比較器99將測得的輸出同閾值電壓作比較，以確定是否要報告開路狀態(tài)。
圖6是發(fā)生器60一個電路實施例的方塊圖，該電路適宜包括分頻網(wǎng)絡(luò)75，濾波和增益裝置76和阻抗電路77。分頻網(wǎng)絡(luò)75接收頻率為fclk的時鐘信號并對其分頻以提供頻率的fclk/N的分頻后信號。然后濾波和增益塊76接收分頻后信號，對該信號進(jìn)行濾波以提取其基頻并加以放大。阻抗電路77提供一已知的源阻抗Zs，而將具有該阻抗Zs的濾波和放大后信號作為模擬音頻信號送到檢測結(jié)點66。
在本發(fā)明的另一實施例中，發(fā)生器包括一個可編程發(fā)生器。參考圖12，圖9流程圖中上述標(biāo)為116的步驟包括一個步驟130，以便對用于分別產(chǎn)生和監(jiān)測音頻F1的發(fā)生器和監(jiān)測裝置進(jìn)行編程。該發(fā)生器經(jīng)由數(shù)據(jù)接口82編程。在該最佳實施例中，監(jiān)測裝置通過將頻譜的bin變?yōu)榇龣z查而被編程。
在本發(fā)明的又一實施例中，發(fā)生器被提供以輸出頻率隨時間而變的音頻信號而被編程。在該實施例中控制信號將附加信息供至發(fā)生器，以便指定頻率變化。將類似信息加到監(jiān)測裝置62，以使其跟蹤發(fā)生器的頻率變化。通過相對于時間改變音頻信號的頻率，極大地減小了環(huán)境噪音干擾開路檢測的或然率。通常干擾噪音占據(jù)一定的，有限頻譜(例如電源，無線電臺等)。若檢測器電路利用各種不同頻率，則在任一固定頻率上所化費的時間與引起錯誤報告的干擾信號的概率一起被減少了。參考圖9和12，步驟130，132，120，122，124和125在各種不同音頻F1，F(xiàn)2……下被多次執(zhí)行。然后，分別對若干報告進(jìn)行統(tǒng)計處理，以產(chǎn)生一個有代表性的總結(jié)報告。
在本發(fā)明的另一實施例中，發(fā)生器60根據(jù)一控制輸入而被調(diào)制。監(jiān)測裝置為檢測該調(diào)制而編程。若可辨別該調(diào)制是在一個已知閾值以上，則發(fā)生器和監(jiān)測裝置將為提供和監(jiān)測當(dāng)前音頻而仍按程序工作。若調(diào)制(例如)由于噪聲而不可察覺，則監(jiān)測裝置和發(fā)生器對一不同頻率被重新編程。
當(dāng)與本發(fā)明合并的系統(tǒng)已包括監(jiān)測裝置和/或信號發(fā)生器，其內(nèi)這類器件可被分時時，本發(fā)明就特別具有吸引力。測試狀態(tài)下的熱電偶一般應(yīng)用于諸如溫度測量系統(tǒng)之類的系統(tǒng)中。若數(shù)字信號處理器已經(jīng)與這類用于協(xié)助/執(zhí)行溫度測量任務(wù)，(即，圖8的園圈A)的系統(tǒng)結(jié)合，則根據(jù)本發(fā)明的開路檢測借助于對現(xiàn)有的處理器進(jìn)行時分以最小附加成本得以理想地體現(xiàn)。同樣，若系統(tǒng)已包括時鐘，則可如上已述通過對時鐘信號分頻和濾波再放大分頻后信號的方法產(chǎn)生音頻信號。
本發(fā)明的檢測器通過分析有限頻率間隔上的合成信號改善了噪聲抗擾度同時避免了先有技術(shù)的幅度/噪聲限制。而且，根據(jù)本發(fā)明的檢測器還提供了近乎即刻的開路檢測。
雖然現(xiàn)已對本發(fā)明的若干實施例作了圖示和描述，但顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能作出許多未脫離本發(fā)明較寬特征方面的變動和改型。因此所附權(quán)利要求書意在覆蓋落入本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的一切這類變化和改型。
權(quán)利要求
1.用于測試熱電偶的開路檢測器，所述電路包括結(jié)點裝置，用于接收音頻信號并使與熱電偶相連系，以接收音頻信號；已知源阻抗的發(fā)生器，用以提供所述音頻信號賦以已知頻率和已知幅度并將其加到所述結(jié)點裝置；和用于監(jiān)測所述結(jié)點裝置所提供的合成音頻信號頻譜部分并根據(jù)該合成音頻信號頻譜部分的幅度提供輸出的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的開路檢測器，其特征在于所述頻譜部分覆蓋擁有所述已知頻率的某頻帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的開路檢測器，其特征在于進(jìn)一步包括串聯(lián)在所述發(fā)生器裝置和所述結(jié)點裝置之間的開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置為接收所述音頻信號和一個用于選擇性地將該音頻信號加到所述結(jié)點裝置的控制信號而耦連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的開路檢測器，其特征在于所述發(fā)生器裝置包括接收和分頻時鐘信號的分頻裝置，用于提供具有對應(yīng)于已知頻率的基頻的分頻后信號；處理裝置，用于通過濾波和放大該分頻后信號以選擇所述基頻分量并對其確定一給定幅度而傳送該音頻信號；以及用于提供所述已知源阻抗的輸出裝置，以借此將由處理裝置產(chǎn)生的音頻信號供給所述結(jié)點裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開路檢測器，其特征在于所述監(jiān)測裝置包括轉(zhuǎn)換裝置，用于數(shù)字地取樣所述合成音頻信號以將合成音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；變換裝置，用于以離散富里葉變換法變換該數(shù)字信號以提供其頻譜；以及檢測裝置，用于分析該頻譜的一段間隔并當(dāng)該間隔內(nèi)的功率超過予定閾值時，檢測擁有所述已知頻率的該間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的開路檢測器，其特征在于所述發(fā)生器裝置產(chǎn)生具有隨時間變化的某頻率的音頻信號，所述監(jiān)測裝置跟蹤該頻率變化。
7.測試熱電偶的一種方法，所述方法包括以下步驟借助一已知源阻抗在熱電偶兩端施加一音頻信號，所述音頻信號具有已知頻率和已知幅度；獲取在熱電偶兩端產(chǎn)生的合成信號；和根據(jù)所述合成信號的一頻譜部分的幅度產(chǎn)生一個輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的熱電偶測試方法，其特征在于所述頻譜部分包含所述已知頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述產(chǎn)生輸出的步驟是在所述頻譜部分的幅度達(dá)到予定閾值時產(chǎn)生所述輸出的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括產(chǎn)生所述音頻信號的如下方法對一時鐘信號進(jìn)行分頻，以產(chǎn)生一個具有對應(yīng)于所述已知頻率的基頻的分頻后信號；對該分頻后信號進(jìn)行濾波和放大，以通過選擇該基頻分量而產(chǎn)生該音頻信號并對其確立一已知幅度；以及提供所述已知源阻抗，借此提供所述音頻信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述施加步驟根據(jù)控制信號有選擇地將所述音頻信號施加在熱電偶兩端。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于包括產(chǎn)生所述音頻信號，該信號具有相對時間變化的頻率，以及其中所述頻譜部分在相對于所述音頻信號的頻率的頻率跟蹤中受到檢查。
13.測試熱電偶開路狀態(tài)的方法，所述方法包括以下步驟將一音頻信號施加到熱電偶上，該音頻信號具有已知頻率和已知幅度；接收可在熱電偶上獲得的一個合成信號；數(shù)字式取樣合成信號，以將該合成信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；用離散的富里葉變換法處理該數(shù)字信號，以提供該合成信號的頻譜；和檢測所述頻譜間隔范圍內(nèi)的功率電平何時超過予定閾值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述頻譜間隔包含所述已知頻率。
15.根根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于還包括下列予備步驟根據(jù)所述合成音頻信號無干擾噪聲的頻率間隔測定該音頻信號的所述已知頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于所述測定步驟包括(a)將第一頻率的測試信號施加在熱電偶上；(b)接收可在所述熱電偶上獲得的一個合成測試信號；(c)調(diào)制所述測試信號；(d)若在合成測試信號上不可辨別調(diào)劑，則改變所述測試信號的頻率；(e)重復(fù)步驟(d)直至在合成測試信號上可辨別調(diào)制時為上；以及(f)用所述測試信號可辨別調(diào)制的那個頻率作為音頻信號的所述已知頻率。
17.測試熱電偶的測試信號頻率的選擇方法，所述方法包括以下步驟(a)將已知頻率的測試信號施加到熱電偶上；(b)接收一個可在熱電偶上獲得的合成信號；(c)調(diào)制音頻信號；和(d)若所述調(diào)制在合成音頻信號上不可辨別，則改變所述測試信號的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于所述調(diào)制是幅度調(diào)制。
全文摘要
一種改進(jìn)的熱電偶開路狀態(tài)測試儀。該測試儀包括一個發(fā)生器用于提供音頻信號并將其加到熱電偶，該音頻信號有已知頻率和幅度。一個對熱電偶上音頻信號的某特定頻率分量的幅度進(jìn)行分析的監(jiān)控器。若特定頻率分量的幅度超過預(yù)定閾值，則產(chǎn)生一個指示熱電偶開路狀態(tài)的輸出。
文檔編號G01R31/02GK1120160SQ94105500
公開日1996年4月10日 申請日期1994年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月26日
發(fā)明者S·D·史威夫特 申請人:弗蘭克公司