專利名稱：用于分析快速電流變化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分析傳感器檢測的由電a^i^的'fe復(fù)電流變化的方法 和裝置。
背景技術(shù)：
為了測量隨時間改變的電流、尤其是具有邊沿陵*肖(steUflankig)的快速電 流變化的隨時間變化的電流，WO 2005/098458 Al公開了^^一種傳感器，其 具有4奵 ^元#圍繞該1^^^元件的次 ￡^傳感器^1且，以及具有 初^^賦勵磁^￡|且，該初^J^JLiU(^^^且^i要檢測其'fcfe4電流變化的電 流。在傳感器射且的接線端能夠分接電流信號或者電壓信號，其源自由于電流
信號中的高頻信號^i:所導(dǎo)致的斜率 W (d^p/dt2)以及由于通過4^M^元 件靴感器^^且與a^^^a^^所導(dǎo)致的衰減(^0。該信"^i皮才^:轉(zhuǎn)換器采 樣。通過已知的;f^W沐比例的電流測量，而是檢測特S率范圍內(nèi)電流強度 的變^匕的傳感器，可以以很低的^^測由于電5^斤引起的^K
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提^""種用于分析傳感器檢測的由電級w斤引起的'^ 電流變化的特別^i的方法和M。
在方法方面，JJi目的依據(jù);^B月通i^uy^求i的特4^尋以實現(xiàn)。有利
的進一步方案為其^M，J^求的^llc
為了檢測和分析由于電級J斤引起的電流變化，^f^據(jù)本發(fā)明的方法，根據(jù)時
間微分的(zdtdifferenziert)和帶通濾波的傳感^ft號產(chǎn)生肯^t理的分析信號。 傳感l(wèi)^f言號的^^于傳感器的帶寬處于鄰MHz的上限頻率與100 kHz的下限 頻秋間，這種(按照時間)^^l分析信號或者傳感別言號It^fc^率濾波。 上限頻，選小于10MHz的相應(yīng)分析信號借助于關(guān)于電壓的閾值t嫩而被數(shù) 狄。
4對于其中所產(chǎn)生的具有歸一^M言號電平(振幅)的以下^^稱為躬神信號 的信號，脈沖持續(xù)時間被延^^預(yù)給定的時間值，特別是100ns。 M地，在 此方面，單個信號脈沖的躬of持續(xù)時間^在時間窗內(nèi)計數(shù)多個前后相續(xù)的信 號脈沖(脈沖)的情況下才初UE4長，并因jH^^時間窗內(nèi)計數(shù)多個前后相續(xù)
的信號脈沖(脈沖)的情況下才被分沖/f^/或者進一步處理。其中，實用地，脈 沖延長的時間值被iu為適用于信號分析的樹處理器或者微控制器的處理時間
或者處ii^1。
^i據(jù)該方法的一種^^r案，不僅信號電平被歸一化，而且尚未^ _長的 信號的持續(xù)時間或者樂辦持續(xù)時間論^皮歸-"^^預(yù)給定的時間值。隨后，
地，前后相繼的歸一化的樂辦信號在預(yù)給定的時窗內(nèi)、尤其是時間間隔為10Ms
的時間窗內(nèi)被計數(shù)。
#^本發(fā)明，除了適于檢測'lfet電流變化、^i^盡可能節(jié)省空間的電流
傳感H^卜，特別適于^^亍該方法的M還具有與該電流傳感器相連的用于信 號處理的分析電子部件。該分析電子部件被提供^iU為用于將脅fe^傳感器的 傳感器繞la^分接的取決于頻率的傳感別言號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，對這些數(shù)割言 號計數(shù)，并Pi^lff言號或信號脈沖的樂辦持續(xù)時間延^^預(yù)給定的時間值。
在M實施方式中串接在分析電子部件的^:轉(zhuǎn)換器下游的歸叫t^件用 于時間上的信號歸一化。jHW卜，實用地，分析電子部件具有用于檢測樂辦信號 或信號5^中的數(shù)量的計數(shù)器。jtW卜，合it^， ^^斤電子部件M用于5^^t 4言號的^自時間的^11###電路。
本發(fā)明所賄的優(yōu)點尤其在于，^M^測與分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)^H小以及電流 消賴艮^^i十斧性負M艮小的同時，可以實賄高抗干擾性的情況下直接^^電
下面借助附圖對本發(fā)明的實施例進"ffif^i兌明，其中 圖1示意性示出用于檢測和分析電流變化的裝置的傳##性，該裝置W 傳感器組件以朋于處理以曲線圖示出的信號的分析電子"W;以及
圖2示出^于檢測悔逸電流度化的電流傳感器的結(jié)構(gòu)。
^jtbf目應(yīng)的^fr在附圖中具有相同的附 ; H"。圖1以方框圖示出用于檢測和分析由電級J斤引起的電流變化的裝置的主要 組件，該裝置具有傳感器組件10和用于信號處理的分析電^件20,并且具 有用于信號進一步處理的功纟&且件30和具有用于信號分析的微控制器40。在 下面h^f皮稱為電流傳感器的傳感器組件10包^4f^時間的電流微分(微分功能 di/dt) ll和帶通濾波器(帶通功能)12的功負t L件。
分析電子部件20在輸入側(cè)包樹^t濾波器21和i^在其下游的M為比 較器或者1位轉(zhuǎn)換器22形式的才^t，器(AD轉(zhuǎn)換器)，其中歸-H^L件23 i^在該才^t^"換器下游。歸""^^t件23下游又iM^有用于時間分詩斤的功育^且 件24，例力^i十?dāng)?shù)器。實用地，功負^a件30被iy^憤狄理器中，例如被M 到微控制器40中。
方框圖下面所示的曲線圖表示輸入端或輸出端上的各自信號以;M目應(yīng)功能
塊或組件的傳遞函數(shù)。因此，圖1中左側(cè)的曲線圖示出#^測和分析的電流信 號Ip，其時間上的變化(di/dt) U借助傳感器10檢測。所舶己的帶通功能12 具有最纖fg。！—0 MHz的上限頻率y和^ fg =100 kHz的下P艮頻率fgu。
肯t^傳感器10的輸出端上分接的時間微分后的且?guī)V^^的傳感別言 號sa借助分析電^件20而在位于分析電^P件20輸入側(cè)的^Et濾波器21 中凈頓率濾波。其中，^it濾波器21具有上限頻率^2，其中^,10MHz，并 fg。2<5 MHz。 ^t濾^^的傳感H^言號或者分析信號S'a借助i^I^下游 的AD轉(zhuǎn)換器22被數(shù)^(t數(shù)^f言號SD在其信號電平U方面通常以U3V被 歸一化。該閾值能夠在mV范圍內(nèi)調(diào)整，以保證可靠地檢測過大示出 (股berzeichnen)的電弧信號。
在i5X^下游的歸-H^f23內(nèi)，斷信號的樂辦機時間或者斷狄 在時間J^皮歸"H^^時間aAt2 At。在^X在下游的計數(shù)器24內(nèi)，歸"^匕 元件23的信號樂辦被計數(shù)。其中，如絲例如厶^10ms的所iU的時間窗內(nèi)識 別出兩個時間上歸^f匕的J5^t或者^信號S，d，那么^N^f信號或^^M言號 脈沖(單脈沖)被傳輸?shù)接糜谛盘栄娱L的功^i且件30。否則，所檢測的或者所 湖的斷信號S，d，即相應(yīng)的單務(wù)辦祝忽略'
功負Ma件30主要包括所謂的采#^電路，*#務(wù)辦信號s'd的所傳,單樂jO中延^ij樂l^中機時間厶t2》A&。由此，為i5X^功肯&且件30下游的孩爐
制器40留出;t夠的時間;^i口j^;^長后的ji^H言號s"d。微控制器40因此僅接
Jj^過去的樂jc;中機時間At2內(nèi)出艦率在100 kHz到4 MHz之間的一^H言號 SA或多個單Ji^t的信息。與W目反，如果對于一tb^長的持續(xù)時間存在大于100 kHz的恒錢率，那么功肯y且件30向孩談理器40僅提供高電平。但是，這種
持續(xù)的高電平才M^尸x^^^皮歸因于電級"
依悟圖2，電流傳感器10由與應(yīng)磁^i^且3 ""^圍繞一個共用的^^元件4 敏的傳感器^EL^傳感器線圏2構(gòu)成。徊匕方面，厲i^^^且3處于又圍絲 合元件4的傳感器繞組2的上面。圓柱形或;^R^造的4誠的^^元件4整 體穿過兩個^^且2、 3。知匕方面，由多*感器線匝紐威的傳感器繞組2和同 樣可以由多個線匝組成的勵》茲^^且3 匕電流隔離地安^4^^元件4上。
M^元件4和這兩個^^且2、 3以;5L^析電^p件20、功負feiE件30和/is^L 控制器40優(yōu)選被"^X^—個外殼內(nèi)，該外殼也可以是儲開關(guān)或者保護開關(guān)繼 電器的外殼。
72 傳感器敏
3 厲滅敏
4 M^元件
10 電^/^感器/傳感器組件
11 微分器功能
12 帶通功能
20 分析電"^件
21 艦濾波器
22 AD轉(zhuǎn)換器
23 歸—化件
24 計數(shù)器 30 功船且件 40 微控制器
SA 傳感劓言號 S'a 分析信號
SD 數(shù)雜號
S，d 脈沖信號
S"d 延絲的斷信號
S！ 電流信號
權(quán)利要求
1.一種用于檢測和分析由電弧所引起的電流變化的方法，-其中，生成頻率帶寬(fgo1-fgu)取決于傳感器的按照時間(t)被微分的傳感器信號(SA)，其中所述頻率帶寬的上限頻率為fgo1≤40MHz，下限頻率為fgu≥100kHz，-其中，根據(jù)所述傳感器信號(SA)生成上限頻率1MHz≤fgo2≤10MHz的分析信號(S′A)，-其中，根據(jù)所述分析信號(S′A)生成歸一化的脈沖信號(SD、S′D)，以及-其中，所述歸一化的信號(SD、S′D)的脈沖持續(xù)時間(Δt1)被延長到預(yù)給定的時間值(Δt2)。
2. 按W'j要求1所述的方法，其中，未延長的樂辦信號(S'd)的信號 電平(U)和斷持續(xù)時間被歸"HWJ預(yù)給定的時間值(At)。
3. 按^U'j要求1或2所述的方法，其中，在預(yù)給定的時間窗(At2) 內(nèi)，前后相繼的歸一化的助of信號(S，d)被計數(shù)。
4. 按似'j要求3所述的方法，其中，所述時間窗(At)被iU到ns 范圍內(nèi)的時間間隔(At),
5. 按W']^求3或4所述的方法，其中，如絲所述時間窗(At)內(nèi)， 所i^Of信號(S'd )的兩個或者更多#號樂辦被計數(shù)，則所^t信號(S'd ) 的^H言號務(wù)辦的^tM時間,il 4長。
6. 按^'j^"求1至5之一所述的方法，其中，所i^辦信號(S'd )的 樂辦持續(xù)時間(厶ti) ^J^'jAt2》Ah。
7. 1用于^e^5U，澳求1至6之一所i^法的M，-具有電$錄感器(10),所述電;錯感器(10) (4)和圍繞所述纟iU^^元件(4)的傳感器繞組(2)以及輸逸電流(Ip)的屑磁一具有與所述電流傳感器(io)連接的分析電子部件(20 )，其中所述分 析電子部件(20)被設(shè)置用于借助于才^:轉(zhuǎn)換器(22)將能夠在所述電流傳感 器(10)處分接、特別是能夠直接在所述電流傳感器(10)的傳感器繞組(3)處分接的取決于頻率的傳感^f言號(SA)轉(zhuǎn)換為歸一化的信號(SD、 S'd)，并將所述信號(SD、 S，D)的樂辦持續(xù)時間延^'j預(yù)給定的時間值(厶tj。
8. 按^'漆求7所述的裝置，其中，所述電流傳感器(10)的厲加茲繞 組(3)與所述傳感器繞組(2)間隔開地圍繞所i^^元件(4)，并且被"iO: 在所ii傳感器繞組(2)上方。
9. 按W'要求7或8所述的裝置，其中，所述電流傳感器(10)作為 時間孩i分元件(11)和帶頻(- )處于100 kHz到40 MHz之間的帶通濾 波器(12 )。
10. 按^U'J要求7至9之一所述的裝置，其中，所述分析電子部件(20) 在輸入側(cè)具有串接在所ii^lt轉(zhuǎn)換器(22)上游的極限頻率(&。2)為1 MHz 至10 MHz的^it濾波器(21 )。
11. 按擬'J要求7至10之一所述的裝置，其中，所述分析電子部件(20) 具有用于在時間Ji^H言號(SD)進行歸一化的串接在所述^:轉(zhuǎn)換器(22)下 游的歸"H^^件(23)。
12. 按^'J^求7至11之一所述的裝置，其中，所述分析電子部件(20) 具有用于檢洲言號(S'd)的信號樂辦數(shù)量的計數(shù)器組件(24)。
13. 按^'J要求7至12之一所述的裝置，其中，串接在所述分析電子部 件(20)下游的用于信號處理的功肯&且件(30)具有采才彿持電路，用于將脈 沖信號(S'd)的脈沖持續(xù)時間(AO延^'摘給定的時間值(At"。
14. 按^'漆求7至13之一所述的裝置，其中，所i^t轉(zhuǎn)換器(22) 被構(gòu)脅嫩器或甜構(gòu)勤1位轉(zhuǎn)換器'
15. 按前ii^UyMUL—所述的裝置，其中，所述電;緣感器(10)、分析電子部件(20)、可食^!"在的用于信號處理的功肯ya件(30)和/或串接在所ii^于信號處理的功食^a件(30)下游的孩t控制器(40)被^JlJ一個共用的 外殼中。
全文摘要
為檢測和分析電弧造成的電流變化，產(chǎn)生具有取決于傳感器的頻率帶寬(f<sub>go1</sub>-f<sub>gu</sub>)的按照時間(t)微分的傳感器信號(di/dt)，其上限頻率(f<sub>go1</sub>)為40MHz和其下限頻率(f<sub>gu</sub>)為100kHz，其中，從傳感器信號(S<sub>A</sub>)中產(chǎn)生小于或者等于10MHz上限頻率(f<sub>go2</sub>)的分析信號(S′<sub>A</sub>)，其中，將分析信號(S′<sub>A</sub>)與閾值進行比較并產(chǎn)生歸一化信號(S<sub>D</sub>、S′<sub>D</sub>)，以及其中將信號(S<sub>D</sub>、S′<sub>D</sub>)的脈沖持續(xù)時間延長到預(yù)先規(guī)定的時間值(Δt<sub>2</sub>)。
文檔編號H02H1/00GK101680915SQ200880009017
公開日2010年3月24日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者M·米克里斯, M·諾曼 申請人:埃倫貝格爾及珀恩斯根有限公司