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    重庆时时彩历史: 采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路及方法.pdf

    关 键 词:
    采用 信号 检测 电感 断电 维持 时间 电路 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201710119881.2

    申请日:

    2017.03.01

    公开号:

    CN106771940A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/14申请日:20170301|||公开
    IPC分类号: G01R31/14; G01R31/12 主分类号: G01R31/14
    申请人: 西安科技大学
    发明人: 刘树林; 李青青; 张琼; 赵亚娟; 黄治; 王肖
    地址: 710054 陕西省西安市雁塔路中段58号
    优先权:
    专利代理机构: 上海精晟知识产权代理有限公司 31253 代理人: 冯子玲
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710119881.2

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路及方法,其电路包括依次连接的电压信号处理电路、分相延缓电路、比较输出电路、电弧时间测试及显示驱动电路和电弧时间显示电路;分相延缓电路包括第一分相延缓电路和第二分相延缓电路,第一分相延缓电路包括电容C1,第一比例电阻网络和第二比例电阻网络;第二分相延缓电路包括电容C2,第三比例电阻网络和第四比例电阻网络;其方法包括步骤:一、检测电路连接,二、电压信号处理,三、电感分断电弧维持时间检测。本发明电路结构简单,设计合理,实现方便且成本低,工作稳定可靠,能够快速有效的检测电感分断电弧维持时间,适用范围广,实用性强,具有良好的推广应用价值。

    权利要求书

    1.一种采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在于:包括依次连接
    的电压信号处理电路(2)、分相延缓电路(3)、比较输出电路(4)、电弧时间测试及显示驱动
    电路(5)和电弧时间显示电路(6);
    所述电压信号处理电路(2)包括仪用放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻
    R17和稳压二极管D1,所述电阻R1的一端为电压信号处理电路(2)的取样点负极电压输入端
    VIN-,所述电阻R3的一端为电压信号处理电路(2)的取样点正极电压输入端VIN+,取样点负
    极电压输入端VIN-由串联的电阻R1和电阻R2构成的分压电阻网络连接到地,所述电阻R1和
    电阻R2的连接端与仪用放大器U1的反相输入端连接,取样点正极电压输入端VIN+由串联的
    电阻R3和电阻R4构成的分压电阻网络连接到地,所述电阻R3和电阻R4的连接端与仪用放大
    器U1的同相输入端连接,所述仪用放大器U1的两个增益电阻连接端之间接有增益调节电阻
    RG,所述稳压二极管D1的阳极接地,所述稳压二极管D1的阴极与仪用放大器U1的电压参考
    端连接,所述仪用放大器U1的电压参考端还通过电阻R17与外部供电电源的输出端VCC连
    接;
    所述分相延缓电路(3)包括第一分相延缓电路和第二分相延缓电路,所述第一分相延
    缓电路包括电容C1,由电阻R5和电阻R7组成的第一比例电阻网络,以及由电阻R6和电阻R8
    组成的第二比例电阻网络;所述电阻R5的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R5
    的另一端通过电阻R7接地,所述电阻R6的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R6
    的另一端通过电阻R8接地,所述电容C1的一端与电阻R6和电阻R8的连接端连接,所述电容
    C1的另一端接地;所述第二分相延缓电路包括电容C2,由电阻R11和电阻R13组成的第三比
    例电阻网络,以及由电阻R12和电阻R14组成的第四比例电阻网络;所述电阻R11的阻值、电
    阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式所述电
    阻R11的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R11的另一端通过电阻R13接地,所述
    电阻R12的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R12的另一端通过电阻R14接地,所
    述电容C2的一端与电阻R12和电阻R14的连接端连接,所述电容C2的另一端接地;
    所述比较输出电路(4)包括比较器U2、比较器U3、D触发器U4、开关二极管D2、开关二极
    管D3、电阻R9、电阻R10、电阻R16和电阻R15,所述比较器U2的同相输入端与电阻R5和电阻R7
    的连接端连接,所述比较器U2的反相输入端与电阻R6和电阻R8的连接端连接,所述比较器
    U2的输出端通过电阻R9与外部供电电源的输出端VCC连接;所述比较器U3的同相输入端与
    电阻R12和电阻R14的连接端连接,所述比较器U3的反相输入端与电阻R11和电阻R13的连接
    端连接,所述比较器U3的输出端通过电阻R10与外部供电电源的输出端VCC连接;所述开关
    二极管D2的阳极与所述比较器U2的输出端连接,所述开关二极管D3的阳极与所述比较器U3
    的输出端连接,所述开关二极管D2的阴极和开关二极管D3的阴极均与所述D触发器U4的时
    钟引脚CLD连接,所述D触发器U4的清零引脚通过电阻R16与外部供电电源的输出端VCC
    连接,且通过电容C3接地,所述D触发器U4的电源引脚Vcc和预置引脚均与外部供电电
    源的输出端VCC连接,所述D触发器U4的接地引脚GND接地,所述D触发器U4的信号输入端引
    脚D和信号输出端引脚连接,所述D触发器U4的信号输出端引脚Q为所述比较输出电路(4)
    的输出端OUT,所述比较器U2的反相输入端通过电阻R15与所述D触发器U4的信号输出端引
    脚Q连接;所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻
    值满足关系式
    2.按照权利要求1所述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在
    于:所述电弧时间测试及显示驱动电路(5)为单片机,所述电弧时间显示电路(6)为液晶显
    示屏。
    3.按照权利要求2所述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在
    于:所述单片机的型号为STC89C51,所述液晶显示屏的型号为LCD1602,所述单片机上接有
    时钟电路,所述时钟电路由电容C2、电容C3和晶振Y1组成,所述晶振Y1的一端与所述单片机
    的第18引脚连接且公共电容C2接地,所述晶振Y1的另一端与所述单片机的第19引脚连接且
    公共电容C3接地;所述单片机的第29引脚和第40引脚均与外部供电电源的输出端VCC1连
    接,所述单片机的第20引脚接地,所述单片机的第13引脚与所述比较输出电路(4)的输出端
    OUT连接,所述液晶显示屏的第6引脚、第5引脚和第4引脚依次与所述单片机的第32引脚、第
    33引脚和第34引脚连接,所述液晶显示屏的第1引脚和第16引脚均接地,所述液晶显示屏的
    第2引脚和第15引脚均与外部供电电源的输出端VCC1连接,所述液晶显示屏的第3引脚通过
    电阻R13接地。
    4.按照权利要求1所述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在
    于:所述仪用放大器U1的型号为AD623。
    5.按照权利要求1所述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在
    于:所述比较器U2和比较器U3的型号均为LM2903。
    6.按照权利要求1所述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在
    于:所述D触发器U4的型号为DM74S74。
    7.一种利用如权利要求1所述的检测电路对电感分断电弧维持时间进行检测的方法,
    其特征在于,该方法包括以下步骤:
    步骤一、检测电路连接:将感性电路(1)的取样点正极与电压信号处理电路(2)的取样
    点正极电压输入端VIN+连接,将感性电路(1)的取样点负极与电压信号处理电路(2)的取样
    点负极电压输入端VIN-连接;并将安全火花试验装置G接在感性电路(1)的取样点正极与负
    极之间;
    步骤二、电压信号处理:感性电路(1)工作过程中,电压信号处理电路(2)对感性电路
    (1)的取样点正极与负极电压的双端输入差分信号进行放大处理后,转换成单端电压信号
    分为四路输出给分相延缓电路(3),第一路经过所述第一分相延缓电路中的第一比例电阻
    网络分压后输出到比较输出电路(4)中比较器U2的同相输入端,第二路经过所述第一分相
    延缓电路中的第二比例电阻网络分压后输出到比较输出电路(4)中比较器U2的反相输入
    端,第三路经过所述第二分相延缓电路中的第三比例电阻网络分压后输出到比较输出电路
    (4)中比较器U3的反相输入端,第四路经过所述第二分相延缓电路中的第四比例电阻网络
    分压后输出到比较输出电路(4)中比较器U3的同相输入端;
    步骤三、电感分断电弧维持时间检测,具体过程为:
    当安全火花试验装置G的两个电极处于闭合状态时,感性电路(1)正常工作,此时,感性
    电路(1)中的电感充电储能,直到电感电流到达最大值时,感性电路(1)的取样点正极与
    取样点负极之间的电压为零,电压信号处理电路(2)中仪用放大器U1的输出电压为仪用放
    大器U1的电压参考端的电压;由于所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值、电阻
    R8的阻值和电阻R15的阻值满足关系式因此所述比
    较器U2的反相输入端电压大于同相输入端电压,因此比较器U2输出低电平;由于所述电阻
    R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式
    因此所述比较器U3的反相输入端电压大于同相输入端电压,因此比
    较器U3输出低电平;D触发器U4的时钟引脚CLD为低电平,其输出保持低电平;其中,VIN为感
    性电路(1)的输入电压,RL为感性电路(1)中的限流电阻RL的阻值;
    当利用安全火花试验装置G进行开闭爆炸性试验时,安全火花试验装置G的两个电极由
    闭合开始分离,由于感性电路(1)的回路电流不能突变,致使分断点发生电压突变,感性电
    路(1)开始产生电弧放电,产生了突升的电压;虽然电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的
    阻值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻值满足关系式但
    由于电容C1延缓了所述第二比例电阻网络分压后输出的电压的变化,使得比较器U2的同相
    输入端的电压大于其反相输入端的电压,比较器U2输出高电平;由于电阻R11的阻值、电阻
    R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式因此比较
    器U3的同相输入端的电压仍然小于其反相输入端的电压,比较器U3输出保持低电平;D触发
    器U4检测到比较器U2输出的高电平,开始输出高电平,D触发器U4输出的高电平经过电阻
    R11和电阻R12分压后输出给电弧时间测试及显示驱动电路(5),当电弧时间测试及显示驱
    动电路(5)检测到高电平到来时,开始计时;之后,D触发器U4输出的高电平通过电阻R15反
    馈到比较器U2的反相输入端,使得比较器U2的反相输入端的电压大于其同相输入端的电
    压,比较器U2输出低电平,D触发器U4的输出仍然维持高电平;
    随着时间的推进,安全火花试验装置G的两个电极分离的程度逐渐增大,电弧电流近似
    线性衰减,此时分断处的电弧电压缓慢上升,由于电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的
    阻值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻值满足关系式因
    此比较器U2的同相输入端的电压小于其反相输入端的电压,比较器U2输出保持低电平;由
    于电阻R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式
    因此比较器U3的同相输入端的电压小于其反相输入端的电压,比较
    器U3输出保持低电平;D触发器U4输出保持高电平;
    随着安全火花试验装置G的两个电极距离进一步加大,电弧电流突然下降为零,安全火
    花试验装置G的两个电极彻底分离,此时感性电路(1)两个电极的分离处产生一个突降的电
    压信号,虽然电阻R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式
    但由于电容C2延缓了所述第四比例电阻网络分压后输出的电压的
    变化,因此比较器U3的同相输入端的电压大于其反相输入端的电压,使得比较器U3输出高
    电平;D触发器U4检测到这一高电平信号,输出状态逻辑翻转为低电平,感性电路(1)电弧放
    电结束;D触发器U3输出逻辑状态翻转时,产生一个下降沿输出给电弧时间测试及显示驱动
    电路(5),电弧时间测试及显示驱动电路(5)停止计时,电弧时间测试及显示驱动电路(5)将
    计时得到的时间记为电感分断电弧维持时间,并输出给电弧时间显示电路(6)进行显示。
    8.按照权利要求7所述的方法,其特征在于:所述感性电路(1)由串联的电感电路和限
    流电阻RL组成,所述电感电路中电感的一端为感性电路(1)的取样点正极,所述限流电阻RL
    未与所述电感电路连接的一端为感性电路(1)的取样点负极。

    说明书

    采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路及方法

    技术领域

    本发明属于电感分断电弧维持时间检测技术领域,具体涉及一种采用信号分相检
    测电感分断电弧维持时间的电路及方法。

    背景技术

    安全火花试验装置是研究电路本质安全性能的基本设备,根据在该装置上得到的
    试验结果绘制的各种点燃曲线是设计本质安全电路的依据。利用安全火花试验装置测试感
    性电路,其放电时间就是引爆时电路电流从断开前的稳态值衰减到零的持续时间,它决定
    于装置电极的材质、结构、切换速度以及电路过度过程的特征和试验气体的浓度、温度、压
    力等。如果能够建立放电时间与电极间隙电压、电流变化规律的精确数学模型,建立其伏安
    特性方程,放电时间也就迎刃而解。但目前由于实际放电过程的复杂性,放电引燃的机理尚
    不十分清楚,无法建立完整的理论来定量描述放电引燃过程,且感性电路电感分断电弧放
    电时间是一个与电路参数相关的隐函数,因而能够准确测量感性电路电感分断电弧放电时
    间成为问题的关键。

    目前对放电时间的研究方法有:①利用数学模型的方法,通过建立电感分断电弧
    放电的数学模型,依据电感分断期间电流衰减为零的特点,计算出电感分断电弧放电的时
    间;②采用计算机直接测量的方法,其主要工作原理是利用计数器对放电脉冲个数进行计
    数,进而确定电感分断时的放电持续时间。采用方式①的方法,优点是简单,便于计算。但由
    于电感分断后,实际的电流电压变化规律是非线性的,因此它存在一定的误差。采用方式②
    的方法,其工作原理简单、应用方便,但是由于很多因素可能造成两个断路火花之间的时间
    间隔有误差从而引起计数的偏差。

    为了解决以上问题,申请号为201611261074.6的中国专利公开了一种电感电路分
    断电弧放电时间检测电路及方法,其电路结构简单,实现方便,但是,它所检测的电感电路
    分断电弧放电起止时刻为检测前后两次产生的突升的电压,但根据小电感感性电路的分断
    电弧放电特性曲线可知,当电感较小时,分断电弧放电电压一直在上升,没有明显的第二次
    突升现象,因此对于小电感的分断电弧放电,采用申请号为201611261074.6的专利电路及
    方法不能准确检测其分断电弧放电结束时刻。

    发明内容

    本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种电路结构
    简单、设计合理、实现方便且成本低、工作稳定可靠、能够快速有效的检测电感分断电弧维
    持时间、适用范围广、实用性强、具有良好的推广应用价值的采用信号分相检测电感分断电
    弧维持时间的电路。

    为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种采用信号分相检测电感分
    断电弧维持时间的电路,其特征在于:包括依次连接的电压信号处理电路、分相延缓电路、
    比较输出电路、电弧时间测试及显示驱动电路和电弧时间显示电路;

    所述电压信号处理电路包括仪用放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻
    R17和稳压二极管D1,所述电阻R1的一端为电压信号处理电路的取样点负极电压输入端
    VIN-,所述电阻R3的一端为电压信号处理电路的取样点正极电压输入端VIN+,取样点负极
    电压输入端VIN-由串联的电阻R1和电阻R2构成的分压电阻网络连接到地,所述电阻R1和电
    阻R2的连接端与仪用放大器U1的反相输入端连接,取样点正极电压输入端VIN+由串联的电
    阻R3和电阻R4构成的分压电阻网络连接到地,所述电阻R3和电阻R4的连接端与仪用放大器
    U1的同相输入端连接,所述仪用放大器U1的两个增益电阻连接端之间接有增益调节电阻
    RG,所述稳压二极管D1的阳极接地,所述稳压二极管D1的阴极与仪用放大器U1的电压参考
    端连接,所述仪用放大器U1的电压参考端还通过电阻R17与外部供电电源的输出端VCC连
    接;

    所述分相延缓电路包括第一分相延缓电路和第二分相延缓电路,所述第一分相延
    缓电路包括电容C1,由电阻R5和电阻R7组成的第一比例电阻网络,以及由电阻R6和电阻R8
    组成的第二比例电阻网络;所述电阻R5的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R5
    的另一端通过电阻R7接地,所述电阻R6的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R6
    的另一端通过电阻R8接地,所述电容C1的一端与电阻R6和电阻R8的连接端连接,所述电容
    C1的另一端接地;所述第二分相延缓电路包括电容C2,由电阻R11和电阻R13组成的第三比
    例电阻网络,以及由电阻R12和电阻R14组成的第四比例电阻网络;所述电阻R11的阻值、电
    阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式所述电
    阻R11的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R11的另一端通过电阻R13接地,所述
    电阻R12的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R12的另一端通过电阻R14接地,所
    述电容C2的一端与电阻R12和电阻R14的连接端连接,所述电容C2的另一端接地;

    所述比较输出电路包括比较器U2、比较器U3、D触发器U4、开关二极管D2、开关二极
    管D3、电阻R9、电阻R10、电阻R16和电阻R15,所述比较器U2的同相输入端与电阻R5和电阻R7
    的连接端连接,所述比较器U2的反相输入端与电阻R6和电阻R8的连接端连接,所述比较器
    U2的输出端通过电阻R9与外部供电电源的输出端VCC连接;所述比较器U3的同相输入端与
    电阻R12和电阻R14的连接端连接,所述比较器U3的反相输入端与电阻R11和电阻R13的连接
    端连接,所述比较器U3的输出端通过电阻R10与外部供电电源的输出端VCC连接;所述开关
    二极管D2的阳极与所述比较器U2的输出端连接,所述开关二极管D3的阳极与所述比较器U3
    的输出端连接,所述开关二极管D2的阴极和开关二极管D3的阴极均与所述D触发器U4的时
    钟引脚CLD连接,所述D触发器U4的清零引脚通过电阻R16与外部供电电源的输出端VCC
    连接,且通过电容C3接地,所述D触发器U4的电源引脚Vcc和预置引脚均与外部供电电
    源的输出端VCC连接,所述D触发器U4的接地引脚GND接地,所述D触发器U4的信号输入端引
    脚D和信号输出端引脚连接,所述D触发器U4的信号输出端引脚Q为所述比较输出电路的
    输出端OUT,所述比较器U2的反相输入端通过电阻R15与所述D触发器U4的信号输出端引脚Q
    连接;所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻值满
    足关系式

    上述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在于:所述电弧
    时间测试及显示驱动电路为单片机,所述电弧时间显示电路为液晶显示屏。

    上述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在于:所述单片
    机的型号为STC89C51,所述液晶显示屏的型号为LCD1602,所述单片机上接有时钟电路,所
    述时钟电路由电容C2、电容C3和晶振Y1组成,所述晶振Y1的一端与所述单片机的第18引脚
    连接且公共电容C2接地,所述晶振Y1的另一端与所述单片机的第19引脚连接且公共电容C3
    接地;所述单片机的第29引脚和第40引脚均与外部供电电源的输出端VCC1连接,所述单片
    机的第20引脚接地,所述单片机的第13引脚与所述比较输出电路的输出端OUT连接,所述液
    晶显示屏的第6引脚、第5引脚和第4引脚依次与所述单片机的第32引脚、第33引脚和第34引
    脚连接,所述液晶显示屏的第1引脚和第16引脚均接地,所述液晶显示屏的第2引脚和第15
    引脚均与外部供电电源的输出端VCC1连接,所述液晶显示屏的第3引脚通过电阻R13接地。

    上述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在于:所述仪用
    放大器U1的型号为AD623。

    上述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在于:所述比较
    器U2和比较器U3的型号均为LM2903。

    上述的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,其特征在于:所述D触发
    器U4的型号为DM74S74。

    本发明还提供了一种方法步骤简单、设计合理,实现方便、能够快速有效的检测电
    感分断电弧维持时间的电感分断电弧维持时间检测方法,其特征在于,该方法包括以下步
    骤:

    步骤一、检测电路连接:将感性电路的取样点正极与电压信号处理电路的取样点
    正极电压输入端VIN+连接,将感性电路的取样点负极与电压信号处理电路的取样点负极电
    压输入端VIN-连接;并将安全火花试验装置G接在感性电路的取样点正极与负极之间;

    步骤二、电压信号处理:感性电路工作过程中,电压信号处理电路对感性电路的取
    样点正极与负极电压的双端输入差分信号进行放大处理后,转换成单端电压信号分为四路
    输出给分相延缓电路,第一路经过所述第一分相延缓电路中的第一比例电阻网络分压后输
    出到比较输出电路中比较器U2的同相输入端,第二路经过所述第一分相延缓电路中的第二
    比例电阻网络分压后输出到比较输出电路中比较器U2的反相输入端,第三路经过所述第二
    分相延缓电路中的第三比例电阻网络分压后输出到比较输出电路中比较器U3的反相输入
    端,第四路经过所述第二分相延缓电路中的第四比例电阻网络分压后输出到比较输出电路
    中比较器U3的同相输入端;

    步骤三、电感分断电弧维持时间检测,具体过程为:

    当安全火花试验装置G的两个电极处于闭合状态时,感性电路正常工作,此时,感
    性电路中的电感充电储能,直到电感电流到达最大值时,感性电路的取样点正极与取样
    点负极之间的电压为零,电压信号处理电路中仪用放大器U1的输出电压为仪用放大器U1的
    电压参考端的电压;由于所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值、电阻R8的阻值
    和电阻R15的阻值满足关系式因此所述比较器U2的反
    相输入端电压大于同相输入端电压,因此比较器U2输出低电平;由于所述电阻R11的阻值、
    电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式因此
    所述比较器U3的反相输入端电压大于同相输入端电压,因此比较器U3输出低电平;D触发器
    U4的时钟引脚CLD为低电平,其输出保持低电平;其中,VIN为感性电路的输入电压,RL为感性
    电路中的限流电阻RL的阻值;

    当利用安全火花试验装置G进行开闭爆炸性试验时,安全火花试验装置G的两个电
    极由闭合开始分离,由于感性电路的回路电流不能突变,致使分断点发生电压突变,感性电
    路开始产生电弧放电,产生了突升的电压;虽然电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻
    值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻值满足关系式但由
    于电容C1延缓了所述第二比例电阻网络分压后输出的电压的变化,使得比较器U2的同相输
    入端的电压大于其反相输入端的电压,比较器U2输出高电平;由于电阻R11的阻值、电阻R12
    的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式因此比较器U3
    的同相输入端的电压仍然小于其反相输入端的电压,比较器U3输出保持低电平;D触发器U4
    检测到比较器U2输出的高电平,开始输出高电平,D触发器U4输出的高电平经过电阻R11和
    电阻R12分压后输出给电弧时间测试及显示驱动电路,当电弧时间测试及显示驱动电路检
    测到高电平到来时,开始计时;之后,D触发器U4输出的高电平通过电阻R15反馈到比较器U2
    的反相输入端,使得比较器U2的反相输入端的电压大于其同相输入端的电压,比较器U2输
    出低电平,D触发器U4的输出仍然维持高电平;

    随着时间的推进,安全火花试验装置G的两个电极分离的程度逐渐增大,电弧电流近
    似线性衰减,此时分断处的电弧电压缓慢上升,由于电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7
    的阻值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻值满足关系式
    因此比较器U2的同相输入端的电压小于其反相输入端的电压,比较器U2输出保持低电平;
    由于电阻R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式
    因此比较器U3的同相输入端的电压小于其反相输入端的电压,比较
    器U3输出保持低电平;D触发器U4输出保持高电平;

    随着安全火花试验装置G的两个电极距离进一步加大,电弧电流突然下降为零,安
    全火花试验装置G的两个电极彻底分离,此时感性电路两个电极的分离处产生一个突降的
    电压信号,虽然电阻R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系
    式但由于电容C2延缓了所述第四比例电阻网络分压后输出的电压
    的变化,因此比较器U3的同相输入端的电压大于其反相输入端的电压,使得比较器U3输出
    高电平;D触发器U4检测到这一高电平信号,输出状态逻辑翻转为低电平,感性电路电弧放
    电结束;D触发器U3输出逻辑状态翻转时,产生一个下降沿输出给电弧时间测试及显示驱动
    电路,电弧时间测试及显示驱动电路停止计时,电弧时间测试及显示驱动电路将计时得到
    的时间记为电感分断电弧维持时间,并输出给电弧时间显示电路进行显示。

    上述的方法,其特征在于:所述感性电路由串联的电感电路和限流电阻RL组成,所
    述电感电路中电感的一端为感性电路的取样点正极,所述限流电阻RL未与所述电感电路连
    接的一端为感性电路的取样点负极。

    本发明与现有技术相比具有以下优点:

    1、本发明采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路的电路结构简单,设计
    合理,实现方便且成本低,工作稳定可靠。

    2、本发明的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,弥补了数学模型法
    和计算机直接测量法测量电感分断电弧维持时间的不足,能够在电弧时间显示电路中直接
    显示出测量结果,给科研人员提供了方便。

    3、本发明的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路是根据感性电路电
    感分断电弧放电电压波形的变化特点设计的检测电路,选用的仪用放大器、比较器响应速
    度快,测量到的电弧放电时间误差小,精度高。

    4、本发明的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,不仅可以适用于实
    际的火花试验当中,还可以适用于各种感性电路电感分断电弧放电仿真试验中,借助于仿
    真软件就可以快速的提取电感分断电弧放电波形,适用范围广。

    5、本发明的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,对分相延缓电路以
    及比较输出电路进行扩充,增加了一条包含两路比例电阻网络及一个比较器组成的支路,
    采用检测电弧放电电压突降时刻作为分断电弧放电结束时刻,由于不管电感取值的大小,
    只要在分断电弧放电结束时刻,电弧放电电压一定会产生一次突降,所以,采用检测电弧放
    电电压突降时刻作为分断电弧放电结束时刻更加准确可靠,能够使检测结果更为精准。

    6、本发明的电感分断电弧维持时间检测方法的方法步骤简单,设计合理,实现方
    便,能够快速有效的检测电感分断电弧维持时间,将其应用到感性电路本质安全检测中可
    以建立相应的电弧放电模型,提取电感分断电弧放电波形,进行本质安全的判定。

    7、本发明的实用性强,具有良好的推广应用价值。

    综上所述,本发明电路结构简单,设计合理,实现方便且成本低,工作稳定可靠,能
    够快速有效的检测电感分断电弧维持时间,适用范围广,实用性强,具有良好的推广应用价
    值。

    下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

    附图说明

    图1为本发明采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路的电路原理框图。

    图2为本发明采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的方法流程框图。

    图3为本发明采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路的电路原理图。

    图4为本发明采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路及方法的应用实例
    图。

    附图标记说明:

    1—感性电路; 2—电压信号处理电路; 3—分相延缓电路;

    4—比较输出电路; 5—电弧时间测试及显示驱动电路;

    6—电弧时间显示电路。

    具体实施方式

    如图1所示,本发明的采用信号分相检测电感分断电弧维持时间的电路,包括依次
    连接的电压信号处理电路2、分相延缓电路3、比较输出电路4、电弧时间测试及显示驱动电
    路5和电弧时间显示电路6;

    如图3所示,所述电压信号处理电路2包括仪用放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、
    电阻R4、电阻R17和稳压二极管D1,所述电阻R1的一端为电压信号处理电路2的取样点负极
    电压输入端VIN-,所述电阻R3的一端为电压信号处理电路2的取样点正极电压输入端VIN+,
    取样点负极电压输入端VIN-由串联的电阻R1和电阻R2构成的分压电阻网络连接到地,所述
    电阻R1和电阻R2的连接端与仪用放大器U1的反相输入端连接,取样点正极电压输入端VIN+
    由串联的电阻R3和电阻R4构成的分压电阻网络连接到地,所述电阻R3和电阻R4的连接端与
    仪用放大器U1的同相输入端连接,所述仪用放大器U1的两个增益电阻连接端之间接有增益
    调节电阻RG,所述稳压二极管D1的阳极接地,所述稳压二极管D1的阴极与仪用放大器U1的
    电压参考端连接,所述仪用放大器U1的电压参考端还通过电阻R17与外部供电电源的输出
    端VCC连接;

    如图3所示,所述分相延缓电路3包括第一分相延缓电路和第二分相延缓电路,所
    述第一分相延缓电路包括电容C1,由电阻R5和电阻R7组成的第一比例电阻网络,以及由电
    阻R6和电阻R8组成的第二比例电阻网络;所述电阻R5的一端与仪用放大器U1的输出端连
    接,所述电阻R5的另一端通过电阻R7接地,所述电阻R6的一端与仪用放大器U1的输出端连
    接,所述电阻R6的另一端通过电阻R8接地,所述电容C1的一端与电阻R6和电阻R8的连接端
    连接,所述电容C1的另一端接地;所述第二分相延缓电路包括电容C2,由电阻R11和电阻R13
    组成的第三比例电阻网络,以及由电阻R12和电阻R14组成的第四比例电阻网络;所述电阻
    R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式
    所述电阻R11的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R11的
    另一端通过电阻R13接地,所述电阻R12的一端与仪用放大器U1的输出端连接,所述电阻R12
    的另一端通过电阻R14接地,所述电容C2的一端与电阻R12和电阻R14的连接端连接,所述电
    容C2的另一端接地;

    如图3所示,所述比较输出电路4包括比较器U2、比较器U3、D触发器U4、开关二极管
    D2、开关二极管D3、电阻R9、电阻R10、电阻R16和电阻R15,所述比较器U2的同相输入端与电
    阻R5和电阻R7的连接端连接,所述比较器U2的反相输入端与电阻R6和电阻R8的连接端连
    接,所述比较器U2的输出端通过电阻R9与外部供电电源的输出端VCC连接;所述比较器U3的
    同相输入端与电阻R12和电阻R14的连接端连接,所述比较器U3的反相输入端与电阻R11和
    电阻R13的连接端连接,所述比较器U3的输出端通过电阻R10与外部供电电源的输出端VCC
    连接;所述开关二极管D2的阳极与所述比较器U2的输出端连接,所述开关二极管D3的阳极
    与所述比较器U3的输出端连接,所述开关二极管D2的阴极和开关二极管D3的阴极均与所述
    D触发器U4的时钟引脚CLD连接,所述D触发器U4的清零引脚通过电阻R16与外部供电电
    源的输出端VCC连接,且通过电容C3接地,所述D触发器U4的电源引脚Vcc和预置引脚
    均与外部供电电源的输出端VCC连接,所述D触发器U4的接地引脚GND接地,所述D触发器U4
    的信号输入端引脚D和信号输出端引脚连接,所述D触发器U4的信号输出端引脚Q为所述
    比较输出电路4的输出端OUT,所述比较器U2的反相输入端通过电阻R15与所述D触发器U4的
    信号输出端引脚Q连接;所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值、电阻R8的阻值和
    电阻R15的阻值满足关系式

    具体实施时,所述仪用放大器U1的电源端与外部供电电源的输出端VCC连接,所述
    仪用放大器U1的接地端接地;所述比较器U2的电源端与外部供电电源的输出端VCC连接,所
    述比较器U2的接地端接地。所述外部供电电源的输出端VCC输出的电压为5V。

    本实施例中,所述电弧时间测试及显示驱动电路5为单片机,所述电弧时间显示电
    路7为液晶显示屏。

    本实施例中,如图3所示,所述单片机的型号为STC89C51,所述液晶显示屏的型号
    为LCD1602,所述单片机上接有时钟电路,所述时钟电路由电容C2、电容C3和晶振Y1组成,所
    述晶振Y1的一端与所述单片机的第18引脚连接且公共电容C2接地,所述晶振Y1的另一端与
    所述单片机的第19引脚连接且公共电容C3接地;所述单片机的第29引脚和第40引脚均与外
    部供电电源的输出端VCC1连接,所述单片机的第20引脚接地,所述单片机的第13引脚与所
    述比较输出电路4的输出端OUT连接,所述液晶显示屏的第6引脚、第5引脚和第4引脚依次与
    所述单片机的第32引脚、第33引脚和第34引脚连接,所述液晶显示屏的第1引脚和第16引脚
    均接地,所述液晶显示屏的第2引脚和第15引脚均与外部供电电源的输出端VCC1连接,所述
    液晶显示屏的第3引脚通过电阻R13接地。

    具体实施时,所述外部供电电源的输出端VCC1输出的电压为5V。

    另外,具体实施时,电阻R16的阻值和电容C3的容值应满足R16·C3>R6·C,1从而
    使得D触发器U4的上电复位时间足够长,确保在D触发器U4上电复位期间,外部供电电源对
    电容C1进行充电,从而使得比较器U2反相输入端电压大于同相输入端,比较器U2稳定输出
    为低电平。

    本实施例中,所述仪用放大器U1的型号为AD623。型号为AD623的仪用放大器U1的
    引脚2为反相输入端,引脚3为同相输入端,引脚4为接地端,引脚7为电源端,引脚6为输出
    端。

    本实施例中,所述比较器U2和比较器U3的型号均为LM2903。

    本实施例中,所述D触发器U4的型号为DM74S74。

    如图2所示,本发明的电感分断电弧维持时间进行检测方法,包括以下步骤:

    步骤一、检测电路连接:将感性电路1的取样点正极与电压信号处理电路2的取样
    点正极电压输入端VIN+连接,将感性电路1的取样点负极与电压信号处理电路2的取样点负
    极电压输入端VIN-连接;并将安全火花试验装置G接在感性电路1的取样点正极与负极之
    间;

    所述感性电路1由串联的电感电路和限流电阻RL组成,所述电感电路中电感的一
    端为感性电路1的取样点正极,所述限流电阻RL未与所述电感电路连接的一端为感性电路1
    的取样点负极。

    步骤二、电压信号处理:感性电路1工作过程中,电压信号处理电路2对感性电路1
    的取样点正极与负极电压的双端输入差分信号进行放大处理后,转换成单端电压信号分为
    四路输出给分相延缓电路3,第一路经过所述第一分相延缓电路中的第一比例电阻网络分
    压后输出到比较输出电路4中比较器U2的同相输入端,第二路经过所述第一分相延缓电路
    中的第二比例电阻网络分压后输出到比较输出电路4中比较器U2的反相输入端,第三路经
    过所述第二分相延缓电路中的第三比例电阻网络分压后输出到比较输出电路4中比较器U3
    的反相输入端,第四路经过所述第二分相延缓电路中的第四比例电阻网络分压后输出到比
    较输出电路4中比较器U3的同相输入端;

    步骤三、电感分断电弧维持时间检测,具体过程为:

    当安全火花试验装置G的两个电极处于闭合状态时,感性电路1正常工作,此时,感
    性电路1中的电感充电储能,直到电感电流到达最大值时,感性电路1的取样点正极与取
    样点负极之间的电压为零,电压信号处理电路2中仪用放大器U1的输出电压为仪用放大器
    U1的电压参考端的电压;由于所述电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值、电阻R8的
    阻值和电阻R15的阻值满足关系式因此所述比较器U2
    的反相输入端电压大于同相输入端电压,因此比较器U2输出低电平;由于所述电阻R11的阻
    值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式因
    此所述比较器U3的反相输入端电压大于同相输入端电压,因此比较器U3输出低电平;D触发
    器U4的时钟引脚CLD为低电平,其输出保持低电平;其中,VIN为感性电路1的输入电压,RL为
    感性电路1中的限流电阻RL的阻值;

    当利用安全火花试验装置G进行开闭爆炸性试验时,安全火花试验装置G的两个电
    极由闭合开始分离,由于感性电路1的回路电流不能突变,致使分断点发生电压突变,感性
    电路1开始产生电弧放电,产生了突升的电压;虽然电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的
    阻值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻值满足关系式但
    由于电容C1延缓了所述第二比例电阻网络分压后输出的电压的变化,使得比较器U2的同相
    输入端的电压大于其反相输入端的电压,比较器U2输出高电平;由于电阻R11的阻值、电阻
    R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式因此比较
    器U3的同相输入端的电压仍然小于其反相输入端的电压,比较器U3输出保持低电平;D触发
    器U4检测到比较器U2输出的高电平,开始输出高电平,D触发器U4输出的高电平经过电阻
    R11和电阻R12分压后输出给电弧时间测试及显示驱动电路5,当电弧时间测试及显示驱动
    电路5检测到高电平到来时,开始计时;之后,D触发器U4输出的高电平通过电阻R15反馈到
    比较器U2的反相输入端,使得比较器U2的反相输入端的电压大于其同相输入端的电压,比
    较器U2输出低电平,D触发器U4的输出仍然维持高电平;

    随着时间的推进,安全火花试验装置G的两个电极分离的程度逐渐增大,电弧电流近
    似线性衰减,此时分断处的电弧电压缓慢上升,由于电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7
    的阻值、电阻R8的阻值和电阻R15的阻值满足关系式
    因此比较器U2的同相输入端的电压小于其反相输入端的电压,比较器U2输出保持低电平;
    由于电阻R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系式
    因此比较器U3的同相输入端的电压小于其反相输入端的电压,比较
    器U3输出保持低电平;D触发器U4输出保持高电平;

    随着安全火花试验装置G的两个电极距离进一步加大,电弧电流突然下降为零,安
    全火花试验装置G的两个电极彻底分离,此时感性电路1两个电极的分离处产生一个突降的
    电压信号,虽然电阻R11的阻值、电阻R12的阻值、电阻R13的阻值和电阻R14的阻值满足关系
    式但由于电容C2延缓了所述第四比例电阻网络分压后输出的电压
    的变化,因此比较器U3的同相输入端的电压大于其反相输入端的电压,使得比较器U3输出
    高电平;D触发器U4检测到这一高电平信号,输出状态逻辑翻转为低电平,感性电路1电弧放
    电结束;D触发器U3输出逻辑状态翻转时,产生一个下降沿输出给电弧时间测试及显示驱动
    电路5,电弧时间测试及显示驱动电路5停止计时,电弧时间测试及显示驱动电路5将计时得
    到的时间记为电感分断电弧维持时间,并输出给电弧时间显示电路6进行显示。

    例如,如图4所示,所述感性电路1由电感电路和限流电阻RL组成,所述电感电路由
    串联的直流电压源Vi和电感L组成,所述电感L的一端与直流电压源Vi正极输出端连接,所
    述电感L的另一端为感性电路1的取样点正极,所述限流电阻RL的一端与直流电压源Vi负极
    输出端连接且接地,所述限流电阻RL的另一端为感性电路1的取样点负极。

    当安全火花试验装置G的两个电极处于闭合状态时,感性电路1正常工作,此时,电
    感L1充电储能,比较器U2输出低电平,比较器U3输出低电平,D触发器U4的时钟引脚CLD为低
    电平,其输出保持低电平;

    当利用安全火花试验装置G进行开闭爆炸性试验时,安全火花试验装置G的两个电
    极由闭合开始分离,感性电路1中的电阻突然增大,由于感性电路1的回路电流不能突变,致
    使分断点发生电压突变,感性电路1开始产生电弧放电,产生了突升的电压;比较器U2输出
    高电平,D触发器U4检测到比较器U2输出的高电平,开始输出高电平,D触发器U3输出的高电
    平经过电阻R11和电阻R12分压后输出给电弧时间测试及显示驱动电路,当电弧时间测试及
    显示驱动电路检测到高电平到来时,开始计时;之后,D触发器U4输出的高电平通过电阻R15
    反馈到比较器U2的反相输入端,使得比较器U2的反相输入端的电压大于其同相输入端的电
    压,比较器U2输出低电平,D触发器U4的输出仍然维持高电平;

    随着时间的推进,安全火花试验装置G的两个电极分离的程度逐渐增大,电弧电流
    近似线性衰减,此时分断处的电弧电压缓慢上升,,比较器U2输出保持低电平,比较器U3输
    出保持低电平,D触发器U4输出保持高电平;

    随着安全火花试验装置G的两个电极距离进一步加大,电弧电流突然下降为零,此
    时感性电路1两个电极的分离处产生一个突降的电压信号,因此比较器U3的同相输入端的
    电压大于其反相输入端的电压,使得比较器U3输出高电平,D触发器U4检测到这一高电平信
    号,输出状态逻辑翻转为低电平,感性电路1电弧放电结束;D触发器U4输出逻辑状态翻转
    时,产生一个下降沿输出给电弧时间测试及显示驱动电路5,电弧时间测试及显示驱动电路
    5停止计时,电弧时间测试及显示驱动电路5将计时得到的时间记为电感分断电弧维持时
    间,并输出给电弧时间显示电路6进行显示。

    以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明
    技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技
    术方案的?;し段?。

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