电感断开电弧起止时刻检测电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种电感断开电弧起止时刻检测电路及方法，其电路包括电压信号处理电路、分相延缓电路和比较输出电路；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和电阻R4，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；比较输出电路包括比较器U2、D触发器U3和电阻R10；其方法包括步骤：一、检测电路连接，二、电压信号处理，三、电感断开电弧起止时刻检测。本发明专利技术电路结构简单，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断开电弧起止时刻，适用范围广，具有良好的推广应用价值。

Circuit and method for detecting arc starting and stopping time by inductance

The invention discloses an inductance disconnect time arc detection circuit and method, the circuit comprises a voltage signal processing circuit, phase delay circuit and a comparison output circuit; the signal processing circuit comprises a voltage amplifier U1, a resistor R1 and a resistor R2, a resistor R3 and a resistor R4 phase delay circuit includes a capacitor C1, a first the proportion of resistance network is composed of a resistor R5 and a resistor R7, and is composed of a resistor R6 and a resistor R8 second proportional resistance network; a comparison output circuit comprises a comparator U2, D trigger U3 and resistance R10; the method comprises the following steps: a detection circuit is connected, two, voltage signal processing, three, breaking up the arc inductor stop time detection. The invention has the advantages of simple circuit structure, convenient realization, low cost, stable and reliable operation, rapid and effective detection of the opening and closing time of the electric arc and the wide application range of the inductor, and the utility model has good popularization and application value.

【技术实现步骤摘要】
电感断开电弧起止时刻检测电路及方法
本专利技术属于电感断开电弧检测
，具体涉及一种电感断开电弧起止时刻检测电路及方法。
技术介绍
在煤矿、石化等危险环境中存在大量的易燃、易爆气体或物质，应用于这些场合的电子电器设备必须满足本质安全的要求。对于含有电感和电容等储能元件的电子设备，电感开路以及电容短路所引起的电火花将有可能引燃易燃、易爆气体或物质，对这些环境中的人身及设备构成严重威胁。安全火花试验装置是用来对在爆炸性环境中使用的带有电阻、电感、电容或混合电路的本安防爆设备进行火花试験的一种装置。电感槽的电极一为斜面铜轮，由2r/min的微型电机带动其水平旋转，另一极为12根镀锌铜丝，由30r/min的可逆电机带动其垂直旋转，两电极不断地分离，每分离一次，便产生一次火花。爆炸性本安评价是采用安全火花试验装置在特定的试验条件下对本安产品采用爆炸性试验逐一检测，其成本高、周期长，且不能指导产品的设计与制造。非爆炸性本安评价是基于能量等效原理，依据已有的电感和电容临界点燃曲线，通过理论分析与计算，实现电路本安性能的判定，而其中关键在于提取相应的放电能量。模拟电容性电路短路火花试验的等效电路已有研究，而电感性电路由于其放电过程复杂使得研究进展非常缓慢，虽然在理论的基础采用数学建模的方式建立起电感分断电弧放电的数学模型，但这些模型大多建立在电弧放电时间的基础上，而电弧放电时间是一个与电路参数相关的隐函数，因此所建立的模型存在很大的局限性。如果能够实现对电感分断电弧放电的检测，确定电弧建立时刻和电弧熄灭时刻，建立相应的电感分断放电电弧电阻模型，在电弧建立时刻接入电弧电阻，在电弧熄灭时刻移去电弧电阻，借助于电路仿真软件提取到电感分断电弧放电的波形，即可代替安全火花试验装置对电感性电路进行本安性能的判定；此外，还可以设计出电感性电路本安保护电路，比如电弧建立时刻，在电感两端并接一个电阻或者限压器件等，因此对电感分断电弧放电的检测，更准确的是电感分断电弧放电时刻的检测很有必要。
技术实现思路
本专利技术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断开电弧起止时刻、适用范围广、实用性强、具有良好的推广应用价值的电感断开电弧起止时刻检测电路。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种电感断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：包括依次连接的电压信号处理电路、分相延缓电路和比较输出电路；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和电阻R4，所述电阻R1的一端为电压信号处理电路的取样点正极电压输入端VIN+，所述电阻R3的一端为电压信号处理电路的取样点负极电压输入端VIN-，取样点正极电压通过串联的电阻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的同相输入端连接，取样点负极电压通过串联的电阻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的反相输入端连接；所述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的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式所述电阻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；所述比较输出电路包括比较器U2、D触发器U3和电阻R10，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R10与外部供电电源的输出端VCC连接，所述D触发器U3的信号输入端D与信号输出端连接，所述D触发器U3的时钟信号输入端CP与比较器U2输出端连接，所述D触发器U3的信号输出端Q为所述比较输出电路的输出端OUT。上述的电感断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述仪用放大器U1的型号为AD623。上述的电感断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述比较器U2的型号为LM2903。上述的电感断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述D触发器U3的型号为74HC75。本专利技术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断开电弧起止时刻的电感断开电弧起止时刻检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、检测电路连接：将需要检测电感断开电弧起止时刻的电感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，将需要检测电感断开电弧起止时刻的电感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接在需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路的取样点正极与负极之间；步骤二、电压信号处理：需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路工作过程中，电压信号处理电路对需要检测电感断开电弧起止时刻的电感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输出给分相延缓电路；步骤三、电感断开电弧起止时刻检测，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，需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路正常工作，此时，需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路中的电感充电储能，直到电感电流到达最大值时，需要检测电感断开电弧起止时刻的电感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的输出电压也为零；电压信号处理电路输出的电压分为两路,一路经过所述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，另一路经过所述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，由于电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8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输出低电平，使得D触发器U3处于锁存状态，D触发器U3没有检测到变化的电压信号，输出低电平；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，由于需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路的回路电流不能突变，致使分断点发生电压突变，需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路开始产生电弧放电；电压信号处理电路输出的电压分为两路,一路经过所述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，另一路经过所述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，虽然电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8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D触发器U3为上升沿触发，因此，D触发器U3输出高电平；将D触发器U3开始输出高电平的时刻记录为电感断开电弧起始时刻；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感断开电弧起止时刻检测电路，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)和比较输出电路(4)；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和电阻R4，所述电阻R1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+，所述电阻R3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‑，取样点正极电压通过串联的电阻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的同相输入端连接，取样点负极电压通过串联的电阻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的反相输入端连接；所述分相延缓电路(3)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的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式

【技术特征摘要】
1.一种电感断开电弧起止时刻检测电路，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)和比较输出电路(4)；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和电阻R4，所述电阻R1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+，所述电阻R3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-，取样点正极电压通过串联的电阻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的同相输入端连接，取样点负极电压通过串联的电阻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的反相输入端连接；所述分相延缓电路(3)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的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式所述电阻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；所述比较输出电路(4)包括比较器U2、D触发器U3和电阻R10，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R10与外部供电电源的输出端VCC连接，所述D触发器U3的信号输入端D与信号输出端连接，所述D触发器U3的时钟信号输入端CP与比较器U2输出端连接，所述D触发器U3的信号输出端Q为所述比较输出电路(4)的输出端OUT。2.按照权利要求1所述的电感断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述仪用放大器U1的型号为AD623。3.按照权利要求1所述的电感断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述比较器U2的型号为LM2903。4.按照权利要求1所述的电感断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述D触发器U3的型号为74HC75。5.一种利用如权利要求1所述的检测电路进行电感断开电弧起止时刻检测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、检测电路连接：将需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路(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，将需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路(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接在需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路(1)的取样点正极与负极之间；步骤二、电压信号处理：需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路(1)工作过程中，电压信号处理电路(2)对需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路(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输出给分相延缓电路(3)；步骤三、电感断开电弧起止时刻检测，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，需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路(1)正常工作，此时，需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路(1)中的电感充电储能，直到电感电流到达最大值时，需要检测电感断开电弧起止时刻的电感电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，汪子为，张琼，赵亚娟，李青青，王肖，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61