CN101650402B - 瞬时值比较检测方法 - Google Patents

Abstract

一种以连续周期性变化的电信号为介体通过对被监测对象的同步跟踪和设置幅度随被监测对象动态变化的参照基准进行比较判断实现对被监测对象偶然突发中断进行检测或者对被监测对象偶然突发波形间断、波形凹陷畸变事件进行捕捉和检测的方法。最能体现本发明理念、原理的模拟波形动态基准比较断电检测电路，断电检测时间实测典型值小于0.2毫秒，最短约0.1毫秒，最长小于2毫秒，并且断电点发生在高幅度区域时所需检测时间最短，即使断电点发生在低幅度区域也远优于其他检测方法，达到了接近器件响应速度极限的无可比拟的效果。在不间断电源或其他需要准确知道异常发生时刻的重要场合应用本发明原理设计检测、监测电路，能大大提升产品性能质量。

Description

瞬时值比较检测方法

技术领域

本发明涉及一种以连续周期性变化的电信号为介体对被监测对象是否发生中断、间断、消失等偶然突发事件进行监测、检测的方法，同时适用于对供电系统中是否发生中断、间断、波形凹陷畸变等偶然突发事件或断电进行检测的方法。它是一种通过比较被监测对象电信号的瞬时值幅度是否异常来判断被监测对象是否异常的方法。

在不间断电源(Uninterruptible Power System，简称UPS)和其它一些重要场合，都需要设置断电检测电路对供电系统进行实时监测。

背景技术：

下面主要以供电中断、间断、断电检测为例，阐述本发明的相关情况。

在日常生产生活用电中，某些场合需要在瞬间判断出外来供电发生断电，以便进行应急处理。如：在不间断电源(Uninterruptible Power System，简称UPS)尤其是在有外来供电时逆变器不工作的后备式不间断电源中，或者其他需要知道供电中断准确时刻的场合，需要快速检测出供电中断的信号，以便采取相应的对策，进行及时的处置，避免因此给用电设备造成不良影响。在不间断电源，尤其是在后备式不间断电源中，断电检测时间是影响其供电恢复时间(由外来供电到由逆变器输出供电的时间间隔)指标能否达到标准要求的一个关键参数，因而都要设置有断电检测电路，以便快速、准确地检测到供电中断的信号，及时地发出控制信号使逆变器尽快投入运行而实现后备电力输出，实现在标准规定的时间内将用电设备由外部系统供电向由逆变器输出供电的切换，实现不间断的供电，以避免因为供电间断时间过长对用电设备、尤其是信息处理设备造成不良影响。还有一种运用不间断供电原理将逆变器与开关电源结合在一起的不间断开关电源(Uninterruptible Switching Power Supply，简称USPS)，也需要及时监测到外部系统供电中断信号，以便及时地启动逆变器实现向计算机、信息处理设备或其他不允许供电中断的设备不间断地供电。因此，由外部系统供电中断时刻到检测电路输出信号时刻之间的断电检测时间，成为直接决定不间断电源(UPS和USPS)供电恢复时间长短的主要因素，成为影响产品能否符合标准要求的重要指标。

在本发明提出之前，不间断电源(UPS和USPS)中主要采用平均值法和数字跟踪法等断电检测方法。数字跟踪法通过数字电路对供电信号进行移相、倍频、分频(如把供电信号一个正弦波周期分为4个、8个等份等等)等复杂处理，产生一系列随时间变化出现但幅度高度不变的参照基准信号与供电输入取样信号进行比较，主要是从信号之间的时序逻辑关系是否异常的角度，判断供电是否中断。数字跟踪法的检测电路比较复杂，等份数受到限制，等份数的限制就限制了在一个正弦波周期内进行逻辑判断的次数，因而缩短断电检测时间就受到检测方法本身的限制。从已有介绍数字跟踪法的分析资料来看，数字跟踪法检测电路的断电检测时间一般在4～6毫秒左右，虽然比平均值法(断电检测时间一般在10～20毫秒)快了不少，但是距离实际需要仍有距离，故其优势并不是太大。因而一般在有低成本要求场合，在小功率、低价格的后备式不间断电源中，基本没有采用。

在后备式不间断电源中，基于成本、设计人员技术局限和线路简单等原因，较多采用的是平均值法检测电路。平均值法检测电路的典型做法是将取自外部系统供电信号经过整流滤波后，直接与设定的基准电压进行比较，其典型线路如附图1所示。

从图1可以看到，取自外来供电的信号经过全波整流滤波后，分压后送到比较器直接与设定的基准电压进行比较。当比较器同相端的供电输入信号电压值Va低于比较器反相端的基准电压值Vr时，触发比较器动作状态反转输出断电信号Vo。由于电容器是储能元件，具有平滑滤波作用，因而供电输入信号Va实际上是在直流之上叠加100赫兹三角波的，供电中断后，供电输入信号Va的衰减降低是从三角波的某一点开始的。平均值检测法各信号波形关系加图2所示。

平均值法检测电路的原理是，当供电正常时，取自外部系统供电信号经过全波整流滤波得到在直流之上叠加100赫兹的三角波的输入信号，如果供电输入信号Va波形谷点的幅度高于比较器的设定参考基准电压Vr时，比较器不会发生动作而改变其供电正常时的状态；而当供电断电时，供电输入信号电压Va的幅度随着供电中断后滤波电容器的放电而降低，当输入信号电压Va的幅度下降到低于比较器的设定参考基准Vr时，引致比较器触发而改变其供电正常时的状态，输出断电信号Vo。这种方法，本质上是对多个正弦波在电容器储存能量的平均值进行检测，是通过监测信号输入回路中电容器上储存的能量消失、下降，达到判断供电中断的目的。严格来说，平均值法检测电路只适合用来作为缓慢变化信号的检测，而不适合用来作为要求较高的断电检测，更不适合用来作为偶然突发信号的捕捉和检测。如果对平均值法检测电路提出更高的检测速度或者用平均值法进行偶然突发信号的捕捉和检测，就像把一个要求执行者即时实时执行的命令，却延误多时以后再下达到执于者。

平均值法检测电路的致命缺点就是因为线路中有储能元件滤波电容器存在。由图1电路原理和图2输入信号波形可以看出，若滤波电容器的容量小，100赫兹三角波的谷点电压值较低，三角波的幅度却比较高，为了保证不会发生误动作，需要把设定基准电压值调低；如果滤波电容器的容量大，100赫兹三角波的幅度低而比较平滑，三角波的幅度比较低而三角波的谷点电压值却较高，则需要把设定基准电压值调高。但是由于滤波电容器容量加大之后，滤波电容器储存的能量增多，导致供电断电后，输入信号的下降速度会较缓慢。从理论上说，为了得到较短的断电检测时间，希望断电后输入信号的下降速度要快，希望断电后输入信号快速下降到低于设定基准电压值，为此需要减小滤波电容器的容量以加快其放电，需要提高设定基准电压值以缩小与三角波谷点的差值，达到减少判断检测时间的目的。但是滤波电容器的容量减小后，输入信号上三角波的幅度又增加了，三角波的峰谷差距加大了，谷点电压值降低了，又需要把设定基准电压值调低以防止发生误动作，最终导致了在峰点附近断电时的检测时间大幅增加。这两种情况都有导致检测时间变长的趋势，这就形成了矛盾。因此在平均值法检测电路中，滤波电容器的折中选择比较困难，在实际生产中调试也比较麻烦。平均值法检测电路的断电检测需要时间最长的情况，是外部系统供电中断点发生在正弦波峰值附近滤波电容器充电达到峰点电平时刻的情形，因为这个时候滤波电容器储存的能量最多。在最好情况下，平均值法检测电路的断电检测时间一般在10毫秒左右甚至更长。由于逆变器控制启动和切换都需要有一定的时间，从供电中断发生到监测输出断电信号，再到启动逆变器并切换到由逆变器输出恢复供电，这中间间断供电的时间(又称为供电恢复时间)，往往就超出了标准规定的允许值。设计者就目睹某不间断电源生产企业，因为无法缩短断电检测时间，而在参与标准制定时，极力主张把供电恢复时间定在10毫秒以上甚至20毫秒，为此而争论不休的状况。供电中断20毫秒，这就相当于中断了一个完整的正弦波周期，这不已经是间断供电电源了吗？闹出了笑话。

通过上述分析可以看出，平均值法检测电路有以下缺点：1，断电检测时间长。一般在10毫秒以上甚至更长。2，外部系统供电电压高低对断电检测时间的长短会产生较大的影响。外部系统供电电压高时，由于滤波电容器储存电能较多，断电检测时间会变长，外部系统供电电压低时，由于滤波电容器储存电能较少，断电检测时间则会变短。3，外部系统供电中断时刻对断电检测时间有重大影响并且与实际需要相反。最长断电检测时间出现在供电中断发生在正弦波电压峰值附近区域。因为在供电电压峰值附近区域发生断电时，检测电路中的滤波电容器充电获得最高能量，输入信号电压值升到最高，输入信号电压下降缓慢，输入信号电压Va下降到比较器设定基准电压值Vr所需的时间最长。4，生产调试困难。

发明内容

本发明的目的就是要克服其他检测方法的不足，加快供电中断的检测，缩短断电检测时间，改变供电中断点发生在峰值附近区域时需要检测时间最长的状况，以及实现对被监控对象信号发生中断、间断、波形凹陷畸变等偶然突发事件的捕捉和检测。

本发明的内容是一种通过监测被监控对象信号的瞬时值幅度是否异常来判断被监控对象是否正常的方法。这个方法的核心理念，是通过对被监控对象的同步跟踪，设置幅度随被监控对象动态变化的参照基准，通过对被监控对象某一时刻的瞬时值幅度是否异常的比较判断，实现对被监控对象的最快速检测。这个方法可以用来检测供电是否中断或者实现对被监控对象发生中断、间断、波形凹陷畸变等偶然突发事件的捕捉和检测。在检测外部系统供电是否中断的事例中，这个方法的基本原理，是在半个或一个周期内对正弦波的瞬时值采样后，将某一时刻的实际瞬时值幅度与该时刻对应正常情况下应有的瞬时值幅度进行比较判断，从瞬时值幅度的是否异常来判断供电是否断电。在对被监控对象发生中断、间断、波形凹陷畸变等偶然突发事件的捕捉和检测中，原理与检测供电是否中断基本相同，就是依据被监控对象某一瞬间瞬时值幅度是否异常来判断被监控对象是否发生中断、间断或消失。

瞬时值比较检测法可以通过单片机查值和模拟波形动态基准比较两种方式来实现。

单片机查值瞬时值比较检测法的原理是，从被监控对象信号获取起始标志信号并采样取得某一时刻的被监控对象信号瞬时幅度数值，与通过查询预先设定的数值表的方式取得在该时刻对应的参考值进行比较，如果被监控对象信号某一时刻幅度数值高于或等于查表取得的参考值，根据被监控对象信号与外部系统被监控对象的确定对应关系，就能判定为被监控对象正常，如果被监控对象信号某一时刻幅度数值低于查表取得的参考值，则判定为被监控对象已经异常。这个实施方法，已经体现了瞬时值比较检测法同步跟踪检测、动态参照基准、瞬时值比较等理念。

模拟波形瞬时值比较检测法的原理是，模拟产生一个频率及相位与被监控对象信号同步、波形接近被监控对象波形、幅度跟随被监控对象信号趋势同向变化的动态基准信号，让被监控对象信号和模拟波形动态基准信号直接进行比较，通过判断被监控对象信号在某一时刻的幅度是否异常，来判断产生检测信号。如果被监控对象在某一时刻的幅度高于动态基准信号在该时刻的幅度就判定为被监控对象正常，如果被监控对象输入信号在某一时刻的幅度低于动态基准信号的幅度就判定为被监控对象异常。这个实施方法，通过模拟与被监控对象信号波形变化趋势一致的波形作为比较基准的方式，实现被监控对象输入信号幅度与动态基准幅度的比较，也已经体现了瞬时值比较检测法同步跟踪检测、动态基准比较、瞬时值比较的理念。

由实现方法的差异可以看出，采用单片机查值瞬时值比较法的检测电路，由于单片机执行程序有固定周期时间因而采样次数和比较判断次数是有限制的，被监控对象信号瞬时值采样需要经过模数(A-D)转换因而会有一定时间滞后，因此，检测速度要比模拟波形瞬时值比较检测法稍慢。模拟波形瞬时值比较检测法的采样是连续不间断的，采样次数和比较判断次数是不受限制的，比较判断和采样是并行的，既没有因为需要信号变换处理而产生的滞后，也没有执行周期的制约，被检测信号输入回路更没有储能元件电容器不会发生信号传输的人为延时，因此，模拟波形动瞬时值比较检测法的检测速度，不仅比平均值检测法要大大加快，比需要移相、分频复杂处理的数字跟踪法要快，理论上比单片机查值瞬时值比较检测法也要快。实际上，模拟波形瞬时值比较检测法只监测异常情况，只对异常情况进行采样判断，对正常情况根本无需处理，以逸待劳，不做无用功，因此能够用最少的资源实现最快速的检测，因而特别适合用于偶然突发信号的捕捉和检测。采用模拟波形瞬时值比较检测法的断电检测试验电路，实测数据已经达到了其他检测方法无可比拟的效果：断电检测时间典型值小于0.2毫秒，最短约0.1毫秒，最长小于2毫秒，大大低于平均值法检测电路的10～20毫秒，还大大低于现有资料上号称最先进的数字跟踪法的4～6毫秒。试验数据已经说明，前述分析是正确而且符合实际的。

从具体实现电路的角度看，模拟波形瞬时值比较法的检测电路采用模拟元件，价格低廉，如已经试验验证的模拟波形瞬时值比较断电检测试验电路，只需要价格便宜的555时基电路和339四比较器各一块以及少量电阻器、小容量电容器、二极管，线路也比较简单，因而成本较低。单片机查值瞬时值比较检测法的断电检测电路，需要用到有模数(A-D)转换功能的单片机，需要编写控制程序，线路比较复杂，对设计技术人员的技术素质要求较高，既需要硬件电路设计人才，还需要软件程序人才，因而无论元器件成本还是设计费用，单片机查值瞬时值比较检测法都会比模拟波形瞬时值比较检测法高。结合已经试验验证可行的模拟波形瞬时值比较检测法断电检测电路的成本和检测结果分析，另外考虑到供电断电检测只需要判断供电是否异常，只需定性而无需精确测量瞬时值的精确量值，在精确测量中有优势的单片机，在供电断电检测的定性检测中并不能发挥优势，是大材小用。因此，可以认为，用模拟波形瞬时值比较检测法检测供电中断，比单片机查值瞬时值比较检测法更加具有优势。另外，单片机查值瞬时值比较检测法的硬件线路并不算太复杂，稍有单片机应用基础并对单片机具体型号的功能、接法有所了解的人，都可以进行硬件线路的构建，单片机查值瞬时值比较检测法的查值、比较，都是由软件程序实现的，所以难点在于单片机软件程序的编写、调试。鉴于此，下面着重结合已经试验验证可行的模拟波形瞬时值比较检测法断电检测电路，介绍瞬时值比较检测法的原理。

瞬时值比较检测法与其他检测方法相比有着本质的区别。

平均值法主要从能量消减、变化的角度对被监测对象进行监测。平均值法检测电路中有滤波电容器这样的储能元件，在被监测对象中断、间断、消失后，储能元件能量消减、变化的速度，受到被监测对象信号输入回路中储能元件所储存能量的多少以及储能元件放电负载电阻值大小等多种因素的影响，这就限制了平均值法检测速度的提高。平均值法本质上是对被监测对象信号在中断、间断、消失之前在储能元件所储存能量的平均值进行检测，考量的是能量的有无或多少，考量的是被监测对象在储能元件所储存能量的变化。所以说，平均值法是一种间接的检测方法，是隔靴搔痒之法。

数字跟踪法主要从时序逻辑的角度对被监测对象进行监测，考量的是在有限个数检测点中的某个检测时间点被监测对象信号与参照信号之间时间逻辑上的有无，考量的是被监测对象信号在时间上的变化逻辑上是否正常，与信号的强弱、信号幅度的大小或者高低没有关系，因而也是一种间接的检测方法。虽然数字跟踪法跟踪了被监测对象信号在时间上的变化，跳出了能量检测的理念，理念境界、格局得到了的提升，检测效果得到改进，比平均值法有了长足进步，但是因为受到方法本身取样比较次数的限制，制约着检测速度的进一步提升，而要增加取样比较次数却在工程技术层面又存在障碍。因而数字跟踪法仍然无法完全胜任对被监测对象发生偶然突发事件的监测、检测。

瞬时值比较检测法从被监测对象信号幅度变化的角度对被监测对象进行监测、检测，考量的不仅仅是被监测对象信号在时间上的变化，更重要的是考量被监测对象信号幅度的变化是否异常，完全超越了数字跟踪法监测被监测对象信号在时间上的变化在逻辑上是否异常的理念。瞬时值比较检测法不仅对被监测对象信号进行同步跟踪，而且随着信号幅度的变化对被监测对象信号进行逼近贴身式、跟踪盯梢式的动态监控、比较、检测，比较的参照基准还是按照被监测对象信号的变化规律、趋势动态变化的，并且在取样比较次数上有了极大的提升。如果说单片机查值瞬时值比较法受到由于检测程序指令执行有固定的周期和信号模数转换需要一定时间的限制，取样比较次数仍有所限制的话，作为瞬时值比较检测法典型代表的模拟波形动态基准瞬时值比较法，就完全没有取样比较次数的限制。模拟波形动态基准瞬时值比较法的采样是连续不间断的，比较判断和采样是并行的，采样次数和比较判断次数是不受任何限制的。严格来说，模拟波形瞬时值比较检测法对被监测对象信号进行逼近贴身式、跟踪盯梢式的监控、检测，不是要监测被监测对象信号是否变化，只是要监测被监测对象信号幅度的变化是否异常，只对幅度异常情况进行采样判断，对于被监测对象信号幅度正常的变化根本就不做任何处理。因而模拟波形瞬时值比较检测法对于被监测对象信号幅度的异常变化，有着极高的响应速度，能够完全胜任对被监测对象信号发生中断、间断、波形凹陷畸变等偶然突发事件进行监测、检测。

瞬时值比较检测法与其他检测方法的本质区别，不仅在于方法的创新，更主要的是在于理念上的创新。如果说平均值法、数字跟踪法是一维的检测方法，那么瞬时值比较检测法就是二维的检测方法；如果说平均值法、数字跟踪法是用定量的方法检测被监测对象的变化，那么瞬时值比较检测法就是用动态变化的方法检测被监测对象变化；如果说平均值法、数字跟踪法是通过对被监测对象变化引起某种变化的检测而达到对被监测对象是否异常判断的间接检测方法，那么瞬时值比较检测法则是对被监测对象信号变化本身是否异常进行检测的直接检测方法；如果说平均值法、数字跟踪法是等待被监测对象信号异常情况出现的被动检测方法，那么瞬时值比较检测法则是贴身跟随迎接被监测对象信号变化异常情况出现的主动检测方法。正是由于理念上的创新、提升、超越，抓住了问题的本质和根本，才带来了方法上突破，才能克服了局限，实现了飞跃和超越，做到了其他检测方法无法做到的事情，达到了其他检测方法无法达到的境界和无可比拟的效果。

附图说明

图1是平均值检测法典型线路原理示意图；

图2是平均值法检测电路信号波形关系示意图；

图3是单片机查值瞬时值比较检测法的查值比较原理示意图；

图4是模拟波形瞬时值比较检测法的原理电路及信号波形关系示意图；

图5是采用模拟波形瞬时值比较法的断电检测电路原理图；

图6是采用模拟波形瞬时值比较法的断电检测电路在供电中断点发生在正弦波峰值区间时的各信号波形关系示意图；

图7是采用模拟波形瞬时值比较法的断电检测电路在供电中断点发生在正弦波幅度下降段接近过零点附近时的各信号波形关系示意图。

图8是采用单片机查值瞬时值比较检测法进行供电电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测的原理示意图；

图9是采用模拟波形瞬时值比较法进行供电电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测的电路原理示意图；

图10是采用模拟波形瞬时值比较法进行供电电力系统正弦波发生瞬间间断或者波形凹陷畸变等等偶然突发事件进行捕捉、检测电路各信号波形关系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明瞬时值比较检测法在单片机查值和模拟波形动态基准比较两种实施方式下的具体实施情况。

首先介绍单片机查值实施方式下，单片机查值瞬时值比较检测法的实施方法。

图3是单片机查值瞬时值比较检测法的查值比较原理示意图。在图3中，Vin是被监测对象输入信号。Vb是从被监测对象输入信号获取的过零同步标志信号，是控制检测电路协调运行的外部控制标志信号，用来确定查值区间的起止。Va是被监测对象输入信号Vin在半个正弦波周期内经过单片机模数转换后所得幅度量值的组合幅度连线所形成的图形。Vr是储存在单片机系统存储单元中用来判断供电输入信号幅度是否异常的参考量值，是通过查表取得的一系列逐步升高而后又逐步降低的阶梯状数值。阶梯的数量受到单片机系统指令程序执行周期的制约，并由指令程序执行周期和期望的检测速度或准确度共同决定。Vo是单片机输出接口输出的数据信息。由图3可以看到，单片机系统在从被监测对象输入信号中获取标志信号Vb的参与下，对被监测对象输入信号Vin进行模数转换后得到某一时刻被监测对象输入信号的幅度量值Va，单片机系统按照一定的间隔时间，把某一时刻的被监测对象输入信号的幅度量值Va与从存储单元中查得与该时刻对应的参考量值Vr进行比较判断：如果被监测对象输入信号的幅度量值Va小于从存储单元中查得的参考量值Vr就判断为被监测对象异常，已经发生了被监测对象中断、间断等异常现象，从单片机的输出接口输出数据信息Vo；如果被监测对象输入信号的幅度量值Va大于或等于从存储单元中查得的参考量值Vr就判断为被监测对象正常，继续进行下一个间隔时间的查值——比较操作，直到完成一个循环周期(半个被监测对象周期)后，标志信号Vb出现，单片机系统又开始下一个检测循环周期的操作。

在单片机查值瞬时值比较法的实际检测电路中，要保证标志信号Vb在一个查值周期(通常是半个被监测对象周期)的唯一性和正确性，因为它是单片机系统能否完成查值-比较-检测的前提，没有这个标志信号的参与，比较就无从进行，一切都会乱套。标志信号Vb一般可以由被监测对象信号波形的特征点来获取，产生的方法可以参照图5采用模拟波形瞬时值比较法的检测电路原理图中的过零同步信号产生电路部分，并结合具体检测电路设计的需要调整适宜的输出极性。

至于单片机系统控制程序的设计编写和硬件设计，这里就不再介绍。

下面介绍模拟波形动态基准比较实施方式下，模拟波形瞬时值比较检测法的具体实施情况。

图4是模拟波形瞬时值比较检测法的原理电路及信号波形关系示意图。

从图4原理图和信号波形关系可以看出，在被监测对象信号正常时，施加到检测比较器同相输入端的被监测对象信号波形Va的幅度，在任何时刻都高于施加到检测比较器反相输入端的动态基准信号Vr，因而检测比较器输出为高，表明被监测对象正常。当被监测对象发生中断、间断、消失等异常情况时，被监测对象信号波形Va的幅度迅速下降到模拟波形动态基准信号Vb电平(图4b中的A点)之下，触发检测比较器动作而改变原来被监测对象信号正常时的状态，输出端Vo输出低电平信号，表明被监测对象已经发生中断、间断、消失等异常情况。即使被监测对象发生中断、间断、消失的时刻发生在被监测对象信号波形幅度下降段接近过零点附近，由于模拟波形动态基准信号Vr是变化的，当后一个动态基准信号Vr波形上升段幅度高于垫高电平(图4b中的B点)时，触发检测比较器动作而改变原来被监测对象正常时的状态，输出端Vo输出低电平信号，表明被监测对象已经发生中断、间断、消失等异常情况。

图4b中的动态基准信号Vr的波形与被监测对象是相同的，这在用于供电电力正弦波中由于某种原因导致部分波形缺失、间断等偶然突发事件的捕捉和检测是需要的。但是实际应用中，尤其是在供电的断电检测中，并不一定需要产生如此标准、与被监测对象输入信号如此相似的波形作为参考基准。把被监测对象信号Va和动态基准信号Vr的波形都表达完整，完全是为了便于全面完整理解的需要。

在断电检测实际应用中，通过试验后总结发现，加大供电输入信号Va输入幅度，直到在比较器输入保护元件的箝位作用下，供电输入信号Va的波形就变成了平台形，就可以加大了动态基准信号Vr的波形幅度，就加大了供电输入信号Va上升段和下降段幅度的变化速率，就有利于把动态基准信号Vr做成梯形，这样或许对于提高检测速度，缩短断电检测时间会有帮助。

在介绍了模拟波形瞬时值比较检测法的原理之后，接着阐述采用模拟波形瞬时值比较法的断电检测电路实现方法。

图5是采用模拟波形瞬时值比较法的断电检测电路原理图。该断电检测电路是在设计者完成试验和测试后整理出来的。

从图5可以看出，模拟波形瞬时值比较法断电检测电路由供电输入信号产生、比较检测输出、供电过零同步信号产生、动态基准模拟波形产生等部分组成。

供电输入信号产生电路包括D2、R6、R7、R8和ZD1等元件。D2、R6、R8把经过桥式整流器整流的供电信号进行分压，在检测比较器IC1-A(339四比较器中的一个)的同相输入端得到一个叠加在垫高电平之上的供电输入信号Va。为了加大供电输入信号的上升、下降速率，以加快检测速度，缩短断电检测时间，应加大R6、R8的比值以提升供电输入信号Va的幅度。D2的作用是防止垫高电平对过零同步信号产生电路造成影响。ZD1的作用是产生垫高电平。垫高电平值的选取，应考虑C5放电到过零同步脉冲终止时这段放电曲线，要贴近供电输入信号Va幅度下降段的曲线，既不与其相交又不能下垂太多，同时还要确保在过零同步脉冲区域内，垫高电平仍略高于C5上的电平，以防止检测比较器IC1-A误触发。设计者在试验过程中，曾经在1伏到3伏间进行过几个方案的试验。因为没有合适的稳压二极管，尝试过用几个二极管串接产生的正向压降或者一个发光二极管的压降，来作为垫高电平使用，试验数据表明，对断电检测时间测试值大小没有太明显的影响。看来垫高电平可以适当提高，以改善C5放电曲线后段的下垂情况。在后面的改进提升小结段落，有涉及垫高电平的讨论，请参阅。

过零同步信号产生电路包括R9～R14、D3、D4、C2和IC1-C、IC1-D等元件。供电过零信号是参与检测电路工作的重要标志信号。配合调整R9、R10和R13、R14的电阻值，改变各自分压比可以调整过零同步脉冲前沿发生的时刻；配合调整R12的电阻值和C2的电容量，改变R12和C2的时间常数，就可以调整过零同步信号后沿结束的时刻，从而调整过零同步脉冲宽度以及其前后沿相对于过零点的位置。供电过零信号通过C2耦合，是为了过零标志信号获取电路与同步信号输出电路之间实现隔离，并且保证在没有足够幅度的交变信号作用时，不会输出过零同步信号。IC1-D的作用，一方面是形成过零同步信号的后沿，确定过零同步信号的宽度，同时也是配合动态基准信号模拟波形产生电路对同步控制信号Vb的极性需要，对过零同步信号进行反相输出。根据以往试验的经验和数据，IC1采用LM 339等集电极开路输出的高速比较器较好，过零同步脉冲应基本对称于过零点。试验数据表明，过零同步信号脉冲宽度可取1毫秒左右甚至更短，较窄的过零同步信号脉冲宽度，有利于缩短在过零点之前附近发生断电情形时出现的最长断电检测时间。

动态基准信号模拟波形产生电路由R15～R18、D5～D8、ZD2、ZD3、C3～C5和IC2(555时基电路)组成。R15、R16、C3、C4和IC2组成多谐振荡器电路。在没有供电过零信号作用时，该电路产生频率约为100赫兹的脉冲方波(脉冲方波的宽度受到供电输入信号Va波形形状以及动态基准信号Vr的幅度等因素影响，可按在最低供电输入电压时Vr与Va贴近而又不相交的原则确定)。在受到过零同步信号作用时，该电路变成了受过零同步脉冲控制的脉冲展宽电路，输出与供电频率一致的展宽脉冲方波。展宽脉冲方波的宽度(占空比)，可通过调整R15、R16和C3的参数来实现。一般地，方波的宽度约为R15、R16电阻值之和与C3电容量值乘积的1.1倍。D5、D6和ZD2的作用是把过零同步信号施加给555时基电路并能相互隔离，使555时基电路在有供电输入信号时产生输出的波形与供电输入信号同步，而在没有过零同步信号时则不受影响，作为多谐振荡器电路产生脉冲方波输出。加入ZD2的目的，是确保在过零同步信号作用时，C3上的电平强制在略低于三分之一Vcc水平，以保证在过零同步信号结束后，脉冲展宽电路立即由低电平转为高电平输出，保证展宽脉冲方波宽度的一致性并实现与供电输入信号同步。R17、R18、D7、D8和C5组成动态基准信号Vr模拟波形形成电路。R17和D8构成C5的充电回路，在方波输出的高电平区间对C5进行充电，R18和D7则构成C5的放电回路，在方波输出的低电平区间对C5进行放电。充电回路和放电回路分开设置是为了便于调整参数，使C5的充电曲线与正弦波的幅度上升段、放电曲线与正弦波的幅度下降段更加贴近。ZD3的作用是对C5上产生的波形进行限幅，削去C5上产生的波形的尖顶部分，形成一个近似梯形波。

比较检测输出电路由R1～R5、D1、C1和IC1-A、IC1-B等元件组成，其中IC1-A承担比较检测任务，IC1-B承担迟滞输出任务。D1的作用是保证断电检测信号(Vo由高变低)不经过延时就直接输出，而供电恢复后给出的供电正常信号(Vo由低变高)，需要经过R2和C1的时间常数以及IC2-B反相输入端参考电压共同决定的延时时间(一般3～5秒)确认正常之后，才能输出。

模拟波形瞬时值比较断电检测电路可以形象地称为模拟波形动态基准比较断电检测电路。它的工作情况简述如下。

从供电输入信号产生电路得到的供电输入信号Va，直接加到检测比较器IC1-A的同相输入端，动态基准信号模拟波形产生电路产生的模拟波形动态基准信号Vr，直接加到检测比较器IC1-A的反相输入端，供电输入信号Va以正弦波半波形态与变化趋势和供电输入信号同向的模拟波形动态基准信号Vr直接进行比较。在供电正常时，供电输入信号Va波形的电平在任何时刻都高于动态基准信号Vr的电平，因而检测比较器IC1-A的输出为高，经过IC1-B延时约3～5秒后在其输出端输出高电平信号Vo，表明供电供电正常。

从双踪示波器将供电输入信号波形Va和动态基准信号波形Vr重叠起来就可以清楚地看出，在供电正常情况下，供电输入信号波形Va与动态基准信号波形Vr是同步的，供电输入信号波形Va包容动态基准信号波形Vr又相互贴近，并且在任何时刻，供电输入信号波形Va的幅度都高于动态基准信号波形Vr的幅度。

下面按供电中断点不同的情形，分别介绍模拟波形瞬时值比较断电检测电路的工作情况。

供电中断发生在正弦波瞬时值峰值区间时，检测电路各信号波形关系如图6所示。

当供电中断点发生在正弦波瞬时值较高区间时，供电输入信号波形Va的幅度迅速下降到低于动态基准信号Vr电平之下时，触发比较器IC1-A动作而改变原来供电正常时的状态，由高电平变为低电平，并且无需延时即在IC1-B的输出端Vo输出低电平信号，表明供电已经中断。

由图6各信号波形关系并结合图5检测电路原理图可以看出，当供电在正弦波瞬时值峰值区间发生中断时，供电输入信号Va幅度迅速下降，在过零同步信号出现之前，已经触发了检测比较器IC1-A的状态反转，输出了断电信号Vo。当供电信号幅度继续下降到过零同步信号产生电路的门限值时，过零同步信号Vb的前沿出现，脉冲展宽电路被过零同步信号强制复位，C5由充电状态改变为放电状态，C5上的电压开始下降。不受供电输入影响的过零同步信号Vb的后沿出现后，IC2输出端被置位，输出端变为高，脉冲展宽电路变成了多谐振荡器，C5由放电状态改变为充电状态，C5上的电压开始上升，直到经过一个脉冲宽度的时间之后，C5才由充电状态改变为放电状态，C5上的电压才开始下降，之后遵循多谐振荡器的输出规律变化。当然，断电信号输出之后发生的情况，与断电检测本身没有直接关系，在此做简要说明，只是为了便于理解检测电路的实际工作情况。

供电中断点发生在正弦波幅度上升段或幅度下降段的情形，与供电中断点发生在峰值区间时的情形是基本相似的，在此不再讨论。

供电中断发生在正弦波幅度下降段接近过零点附近时，检测电路各信号波形关系如图7所示。

从图7波形关系可以看出，当外部系统供电中断时刻发生在正弦波幅度下降段接近过零点附近时，由于这段区间动态基准信号Vr曲线有下垂现象，所以，虽然供电输入信号Va幅度迅速下降到垫高电平，在极端情形下，动态基准信号Vr当时的电平仍然有可能低于垫高电平，因而有可能不出现供电输入信号由高变低而触发检测比较器IC1-A改变状态的情况。但是，供电信号消失后，过零同步信号Vb就比供电正常的情况时提前出现了，经过过零同步信号宽度的时间后，过零同步信号Vb结束，脉冲展宽电路变成了多谐振荡器，输出端变为高，C5比供电正常的情况时提前进入充电状态，C5上的电压上升，动态基准信号Vr比供电正常的情况时提前升高了。当C5上的电压上升到高于垫高电平时，就出现动态基准信号Vr由低升高而形成输入信号Va低于基准信号Vr的情况，从而触发检测比较器IC1-A改变状态输出断电低电平信号Vo。

至于供电中断时刻发生在正弦波幅度上升段接近过零点附近时，由于这时过零同步信号已经结束或即将结束，新的动态基准信号正在产生或即将产生，由于动态基准信号在初始阶段上升速率很高，动态基准信号由低升高而形成输入信号低于基准信号的情况很快就会出现，从而触发检测比较器输出断电信号。因此，在这个断电状况下，断电检测信号不会出现被延时一个过零同步信号宽度的时间后输出的情况。

综合前述，采用模拟波形瞬时值比较法的断电检测电路，对供电中断有极高的检测相应速度。除了在断电时刻发生在正弦波幅度下降段接近过零点附近情形时，会因为需要在下一个比较周期处理，因而延时一个过零同步脉冲宽度的时间之外，在其他区段，都实现了高速检测，断电检测时间可以达到0.1毫秒的水平。

下面扼要介绍采用模拟波形瞬时值比较法的断电检测电路的实测结果。

配合自制测试辅助工装(要求：能够产生提前触发示波器扫描的触发信号、能够产生可以指定关断时刻的电子开关关断信号)和电子开关，通过存储示波器可以清楚地看到，发生各种情形供电中断情形时，试验测试结果与前述分析结论是一致的。从理论分析到实际电路试验检测结果都表明，模拟波形瞬时值比较法检测电路的最长检测时间，是比过零同步脉冲宽度稍大，出现在断电中断时刻发生在正弦波幅度下降段接近过零点附近的情形下。

通过用记忆示波器观测，采用模拟波形瞬时值比较法检测电路的断电检测时间典型值为小于0.2毫秒(曾经观测到的最短断电检测时间约0.1毫秒)，最长断电检测时间也小于2毫秒，发生在过零点之前附近区域，也就是与过零同步脉冲宽度基本接近。据笔者分析，断电检测时间约0.1毫秒，已经接近了受到信号传输延时和元器件响应速度等综合因素制约的极限。

整理试验检测结果发现，供电峰值附近区域发生断电时检测时间最短，在正弦波半波后段即将过零附近区域发生断电时断电检测需要时间最长。这样的实测结果正是产品设计实际需要和可以接受的。后备式不间断电源是作为防止由于供电中断造成数据丢失的计算机周边设备存在的，它的负载就是计算机，准确来说，就是为计算机中提供电能的开关电源。在最近几年计算机用开关电源控制线路普及功率因数校正(PFC)技术之前，计算机用开关电源是容性负载，功率因数为0.65左右。由于开关电源中存在对供电整流后进行滤波的大电容器，决定了只有在每个半波较高的峰值区段供电电源才能对开关电源的大电容器充电提供能量。因此，若在供电电压峰值附近区域发生断电，检测电路不能用尽可能短的时间检测出来的话，那么中断供电的最长时间就有可能是正弦波半周期(即10毫秒)的整数倍。采用模拟波形动态基准比较法的检测电路，能够对峰值附近区域断电高速检出，即使在不提供能量的过零点附近断电，也能在2毫秒之内快速检测出来，就为把后备式不间断电源的供电恢复时间控制在5毫秒甚至3毫秒之内提供了可能。

下面结合模拟波形瞬时值比较检测法(模拟波形动态基准比较检测法)试验电路的检测数据，就瞬时值比较检测法做一个小结。

1，以模拟波形动态基准比较检测法为代表的瞬时值比较检测法，是运用创新理念、全新的方法而取得的创新成果。

模拟波形动态基准比较检测法及检测电路，是在创新思想、理念指导下，在全面深入细致地分析现有检测方法的基础上，根据实际需要提出来的一种全新的创新检测方法和检测电路。经过实施方案试验，通过实测试验数据对比，证明这种创新的检测方法和检测电路理论上是可行，实际应用简便，达到了设计目标，解决实际问题。模拟波形动态基准比较检测法的创新之处，不仅在于模拟跟踪和波形动态基准比较，更重要的是，它把全局动态监测变为特定局部半个周期内的动态检测，把监测累积能量消失的间接检测方法和数字跟踪法的有限几个点时序逻辑的跟踪比较，改变为监测输入信号在半个周期内任意时刻瞬时值幅度的直接检测方法。正是因为理念、方法的创新，带来了突破，取得了理想的效果。

2，体现瞬时值比较检测法理念的模拟波形动态基准比较断电检测电路，具有其他断电检测方法无可比拟的优点：1，断电检测时间极短。最短断电检测时间能达到0.1毫秒水平。2，外部系统供电电压高低对断电检测时间的长短不会产生明显影响。检测电路的信号输入回路没有电容器，不会产生人为延时。3，外部系统供电中断时刻对断电检测时间没有大的影响并且与实际需要相同。最短断电检测时间出现在供电中断发生在电压峰值附近区域，最长断电检测时间出现在供电中断发生在电压过零前附近。但即使最长断电检测时间也小于2毫秒，大大优于其他检测方法。4，生产中无需调试。检测电路中没有需要现场调试的元件，设计确定各元件参数后，只要装配无误，就能正常实现断电检测功能，生产中无需调试，只需测试检查功能正常就可以了。

3，模拟波形动态基准比较断电检测电路后续改进提升的思考与对策。

模拟波形动态基准比较断电检测电路，在过零点前的小区间之外的区域，最快断电检测时间约为0.1毫秒，已经接近了受到信号传输延时和元器件响应速度等综合因素制约的极限，对于一般应用场合，基于工程技术层面考虑，已经没有提升必要和意义。需要改进提升之处，主要是提升断电时刻发生在正弦波幅度下降段接近过零点附近情形时的检测速度。根据试验中的情况和观测数据，这部分的改进和提升，可以从几个方面入手：一，减小过零同步脉冲的宽度，如将过零同步脉冲的宽度减小到0.2毫秒左右。二，改善模拟波形动态基准信号下降段的下垂状况，使其尽可能接近直线，形成梯形。为此，一种方法是使用放电曲线前段较直的那一段，另一种方法是改善放电特性，把放电电阻器改为具有随放电电压下降而等效电阻值增大特性的元件。这两种情形的任一改变，都可能会使波形产生电容器在放电时间结束时的电平变高，因而需要提高垫高电平来配合。三，加大供电输入信号的幅度和动态基准信号的幅度。如供电输入信号的幅度加大到高于检测电路工作电压，使供电输入信号因比较器输入保护元件动作而箝位削顶，波形变成一个平顶台形。这样就为提高动态基准信号的幅度提供了可能，模拟波形动态基准信号就可以更加接近梯形。另外，提高检测电路工作电压也有利于提高动态基准信号的幅度。这样改变之后，供电输入信号的上升段和下降段会变得更陡，模拟波形动态基准信号的上升边和下降边的斜率就能加大，使供电输入信号曲线和模拟波形动态基准信号贴得更近。按前述几点进行改动，线路形式应该不需要改变，只需要根据实际需要，分别改变R6、R8～R10、R12～18以及ZD1～ZD3、C2、C3、C5等相关元件的参数。

如果在某些确实要求更高的应用，要想再提升高瞬时值幅度区间的检测速度，那么可能需要采取选用更快响应速度的元器件、改进试验电路板的布线设计以减小布线电容对信号传输影响等措施。

需要指出的是，如果外部供电电源是由自备发电机而非由市电电网提供，由于自备发电机供电频率变化较大，要采取对策才能适应：在单片机查值实施方法中，控制程序中要有标志信号周期长度的测量，每个查值周期根据上一周期的周期时间长度调整本周期内各个查值比较间隔时间的长度。在模拟波形瞬时值比较实施方法中，模拟波形的下降段不要与供电输入信号的幅度下降段贴得太近，也就是展宽脉冲的宽度不要太宽，以保证在发电机供电频率最大(周期时间最短)的情形下检测电路能够正常工作。

下面介绍应用瞬时值比较法实现对供电电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测的情况。

采用单片机查值瞬时值比较检测法对电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测，可以采取如下对策。

采用单片机查值瞬时值比较检测法对电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测的方法是比较简单的，只需要在检测程序加入一个间断终止子程序就可以了。这个间断终止子程序至少要达到这样的要求：当在某一时刻检测到供电输入信号的幅度量值小于从存储单元中查得的参考量值，判断为供电异常情况之后，立即启动间断终止子程序，查表取值比较操作仍然按原来的步骤进行，但是比较判断逻辑是相反的，即，如果供电输入信号的幅度量值大于从存储单元中查得的参考量值时，才判断为间断已经结束，从单片机输出接口输出数据信息，结束间断终止子程序调用；如果比较判断供电输入信号的幅度量值仍然小于或等于从存储单元中查得的参考量值，就继续进行下一个间隔时间的查值——比较操作，直到完成一个循环周期(半个正弦波周期)后，单片机系统又开始一个循环周期(半个正弦波周期)的操作，直到供电输入信号的幅度量值大于从存储单元中查得的参考量值时，才判断为间断已经结束，从单片机的输出接口输出数据信息，结束间断终止子程序调用。

图8是采用单片机查值瞬时值比较检测法进行供电电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测的原理示意图。由图8可以看出，由于输入信号Vin发生了间断，输入信号Vin经过单片机模数转换后所得幅度量值的组合幅度连线所形成的图形Va形成了间断。在间断开始点，输入信号Vin经过单片机模数转换后所得幅度量值接近为零或一个很低的量值，而对应于该时刻的查表所得参考量值Vr较高，判断为供电电力系统正弦波发生了间断或凹陷异常，在单片机输出接口输出间断起始数据Vo1。此时，单片机系统启动调用间断终止子程序，间断终止子程序开始运行，按原定间隔时间执行查值——比较，如果本循环周期结束仍未出现输入信号Vin经过单片机模数转换后所得幅度量值大于参考量值Vr的情况，则进入下一个循环周期，直到输入信号Vin出现。在间断结束点，输入信号Vin经过单片机模数转换后所得幅度量值Va为一个正常较高的量值，高于对应于该时刻的查表所得参考量值Vr，判断为供电电力系统正弦波发生的间断已经结束，在单片机输出接口输出间断终止数据Vo2，停止调用间断终止子程序，返回执行主程序。

采用模拟波形瞬时值比较法捕捉、检测正弦波发生瞬间间断的对策如下。

采用模拟波形动态基准比较检测法，对电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测相对要复杂一些。但是由于没有单片机查值瞬时值比较检测法中程序执行周期的限制，没有模数转换所需时间的延误，模拟波形动态基准比较检测法的检测速度可能会快一些，精确度可能会高一些。为了实现对电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测，需要在模拟波形动态基准比较断电检测电路的基础上，要增加一个与断电检测电路基本相似的间断终止检测单元。并且间断终止检测单元要在断电检测电路的基础上进行必要的改动。1，间断终止检测输出电路要求实现这样的功能：要受控于断电检测单元的断电输出信号，即要在断电输出信号发生之后才进行间断终止检测的比较判断，并且比较逻辑要与断电比较检测逻辑相反，即要在断电输出信号有效期间，并且供电输入信号幅度高于垫高电平而由低升高出现高于模拟波形动态基准信号电平幅度情形时，才判断为间断终止，输出间断终止信号。2，要排除因为被监测对象信号间断而出现的虚假同步信号，保证同步信号的唯一性。为此需要对同步信号产生电路加入一个门控电路，可以用过零同步脉冲产生一个展宽脉冲，用这个脉冲来封锁被监测对象信号间断而出现的虚假同步信号。这个封锁脉冲的宽度为被监测对象信号周期时间减去同步脉冲宽度时间以及预留缓冲时间。如果同步脉冲宽度为1毫秒，为防止电路参数不一致和频率变化而造成的偏差预留缓冲时间0.3毫秒，则对于电力系统正弦波发生瞬间间断检测来说，这个封锁脉冲的宽度可取为8.7毫秒。有了封锁脉冲之后，在过零同步脉冲之后的8.7毫秒，电力系统正弦波发生瞬间间断造成的瞬时值降低就不会在同步脉冲产生电路出现虚假的同步信号。这样就大大提升了可靠性和准确性。通过前面的讨论分析，再加上为控制需要配置的电路，整理得到采用模拟波形瞬时值比较法进行供电电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测的电路原理示意图，如图9所示。

在图9所示的供电系统波形间断检测电路包括间断起始检测单元和间断终止检测输出单元两部分。间断起始检测单元与图5所示的断电检测电路几乎是一样的，各元件的编号仍保持与图5电路一致，只是增加了输入信号的负载电阻器R0，使在没有输入信号时Va的电平略低于垫高电平约0.2伏，以配合确认输入信号Va是在间断后的幅度增加过程中对其进行间断终止检测的需要，同时也是防止由于垫高电平的存在而造成在过零点附近出现误判。与断电检测电路相比，供电系统波形间断检测电路增加了上电初始化电路、封锁脉冲产生电路、初次同步脉冲启动电路和间断终止检测输出等部分电路。

上电初始化电路包括R23、R32、R33、D24、D25、C21和IC4-A等元件，作用是在检测电路上电时，封锁过零同步信号产生电路在上电时出现的上电脉冲，并禁止封锁脉冲产生电路和模拟波形产生电路工作。

初次脉冲启动电路包括R21、R22、D21～D23、D26～D28、D31和IC4-C(339集电极开路四比较器)等元件，作用是在上电初始化延时时间结束后，在有电力系统输入信号Vin输入时产生的第一个过零同步脉冲前沿到来时解除对模拟波形产生电路和封锁脉冲产生电路的封锁，到过零同步脉冲结束后，模拟波形产生电路和封锁脉冲产生电路才同时开始工作。上电初始化电路和初次脉冲启动电路共同作用，使间断检测电路建立正确的初始状态。

封锁脉冲产生电路包括R24～R26、ZD4、D29、D30、C22、C23和IC2-B(556双时基电路)、IC4-B等元件，作用是产生一个在同步脉冲之后封锁住过零同步信号产生电路，避免因为电力系统正弦波发生瞬间间断造成的瞬时值降低而产生虚假的同步信号，同时保证被监测对象的正常周期过零信号能够通过。

间断终止检测输出电路包括R27～R31、D32、C24和IC3(339集电极开路输出四比较器)等元件。其中，IC3-D是间断开始信号Vo1的控制门，其作用是在间断开始信号Vo1输出(低电平)后，解除对间断终止输出比较器IC3-B输入端的封锁，允许其接受来自检测比较器IC3-A的检测输出信号。IC3-C是对象幅度的控制门，其作用是把被监测对象输入信号Va与垫高电平进行比较，只有当输入信号Va电平高于垫高电平时，IC3-C关断，解除其对间断终止输出比较器IC3-B输入端的封锁，允许其接受来自检测比较器IC3-A的检测输出信号。也就是说，间断终止输出比较器IC3-B要在同时满足前述两个条件之后，才能接受来自检测比较器IC3-A的检测输出信号，才能开始进行间断终止检测输出。

检测比较器IC3-A的作用是把输入信号Va与模拟波形进行比较。间断终止输出比较器IC3-B被接成自锁电路，输入端的电容器C24是为了提升抗干扰能力而配置的。由于间断终止输出比较器IC3-B的输入端受到间断开始信号Vo1的控制门和对象幅度的控制门共同作用，因此，在间断开始信号Vo1输出有效(低电平)，同时输入信号Va电平高于垫高电平，才能进行间断终止检测，否则禁止进行进行间断终止的比较检测。在同时满足间断开始信号Vo1输出有效(低电平)同时输入信号Va电平高于垫高电平两个条件的情形下，间断终止输出比较器IC3-B一旦接到IC3-A送来的高电平信号，就会触发翻转输出高电平间断终止信号Vo2，并进入自锁定状态，维持间断终止信号Vo2输出。

通过以上分析，图9所示采用模拟波形瞬时值比较法原理的检测电路，实现了对供电电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测。

图10是采用图9所示模拟波形瞬时值比较法进行供电电力系统正弦波发生瞬间间断或者波形凹陷畸变等偶然突发事件进行捕捉、检测的主要信号波形关系示意图。当被监测对象发生间断或者波形凹陷畸变，输入信号Va就发生间断或者波形凹陷畸变，输入信号Va的幅度急剧下降到间断开始检测单元的模拟波形动态基准Vr1之下，触发间断开始检测比较器IC1-A改变原来的高电平状态，输出变为低电平，间断开始输出比较器IC1-B输出端Vo1输出了低电平间断开始信号。IC1-B输出端Vo1输出了低电平信号之后，使控制门IC3-D关断而解除封锁，相当于Vo门电平为高，但由于间断终止输出比较器IC3-B的输入端同时受到间断开始信号控制门IC3-D和对象幅度控制门IC3-C的控制，IC3-D关断解除封锁之后是否开始进行间断终止检测，还需要由IC3-C来决定：如果Va是低于垫高电平，表明被监测对象消失或间断没有终止，IC3-C输出导通实施封锁，相当于Vi门电平为低，维持对间断终止输出比较器IC3-B输入端的封锁控制；如果Va是高于垫高电平，则表明被监测对象已经存在，被监测对象幅度已经在增长之中，间断可能即将终止，IC3-C输出关断解除封锁，相当于Vi门电平为高，解除了对间断终止输出比较器IC3-B输入端的封锁控制。随着被监测对象幅度的增长，当被监测对象输入信号Va的幅度上升到高于模拟波形动态基准Vr当时的幅度时，触发间断终止检测比较器IC3-A翻转而改变原来的低电平状态，输出变为高电平，继而触发间断终止输出比较器IC3-B翻转而改变原来的低电平状态，输出变为高电平并自锁，其输出端Vo2锁定输出高电平信号，表明被监测对象的间断已经终止或者波形凹陷畸变已经回复正常。控制管理系统接到Vo1和Vo2两个间断起止信号，就可以进行记录、处理了。

这样，实现了供电电力系统正弦波发生瞬间间断或者波形凹陷畸变等偶然突发事件进行捕捉、检测，系统把检测信号记录之后，就可以进行相应的处理了。

图10中各信号波形关系清晰明了，读者一看就明白，不做更详细的解释了。

采用前述模拟波形动态基准比较断电检测电路和参照断电检测电路修改后形成的间断终止检测电路组合起来，对电力系统正弦波发生瞬间间断等偶然突发事件进行捕捉、检测，虽然能够达到目的，但是必须说明，是有一定不足之处的。其不足之处主要在于前述断电检测电路是对正弦波半波进行观测的，过零点附近的检测速度比高瞬时值幅度区间要低。因此，根据前述对策讨论设计完成的正弦波瞬间间断检测电路，在一般要求不是太高的应用场合是可行的，成本也是较低的。但鉴于它的不足，对于更高要求的应用场合，需要重新设计检测电路，并采取必要的对策。如，要把半正弦波周期检测改为完整一个正弦波周期检测，并把作为动态基准比较的模拟波形改为与被监控对象一致的波形(正弦波)。这样就对被监控对象实行同步跟踪监控，就真正实现了对被监控对象的无缝检测。如此改变，虽然检测电子线路复杂了不少，但是现在电子技术发达，不少都有比较现成的模块，设计这样的电子检测线路，难度并不大。比如，正弦波产生可以选用具有同步锁相功能的正弦波发生器模块，同步、锁相、波形产生等等全部集成在一块集成电路内，并且类似功能的集成电路不少，用起来是很方便的。虽然设计者选用不同的器件会带来具体电路有所差异，但是不管具体检测电路怎么变化，都一定要遵循同步、跟踪、模拟波形、动态基准、瞬时值比较这些理念，要与被监控对象身贴身地进行监控检测，这样才能得到最快的检测速度，最短的检测时间，最好的检测效果。脱离了这些理念，是不可能达到目的的，是不可能达到最好检测效果的。检测电路监控整个正弦波周期，模拟波形改为与被监控对象一致的正弦波，虽然使检测线路复杂了，但是都属于成熟的电子技术，并不是什么高不可攀、深不可测的难度，具备一些电子线路基础的人，在明白了瞬时值比较检测法的理念和原理之后，运用这些理念和原理，进行探索试验，就能设计出更加完备的检测电路。因此，具体的检测电路线路，在此也不作讨论。

Claims (6)

1.一种以连续周期性变化的电信号为介体，通过对被监测对象的同步跟踪设置幅度随被监测对象动态变化的参照基准以及对被监测对象某一时刻的瞬时值幅度是否异常的比较判断实现对被监测对象是否偶然突发中断或者间断、波形凹陷畸变事件进行检测的方法；所述方法具有如下的步骤：

-检测电路从被监测对象取得信号后从信号波形的特征点取得控制检测电路同步协调运行的标志信号；

-输入信号采样；

-设置幅度随被监测对象动态变化的参照基准，亦即设置单片机查值实施方式下的数值表中随被监测对象动态变化的参考值或者通过模拟波形动态基准比较实施方式下的模拟波形产生电路产生出随被监测对象动态变化的模拟波形动态基准信号；

-进行比较和判断：如果在从被监测对象采样取得某一时刻的被监测对象信号瞬时幅度数值与通过查询预先设定的数值表的方式取得的在该时刻对应的参考值进行比较中，被监测对象信号某一时刻幅度数值低于查表取得的参考值，或者如果在被监测对象信号与模拟波形动态基准信号进行比较中，被监测对象信号在某一时刻的幅度低于模拟波形动态基准信号的幅度，则判定被监测对象已经异常。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，检测电路把从被监测对象采样取得的某一时刻实际瞬时值幅度与该时刻对应正常情况下应有的瞬时值幅度进行比较判断，从被监测对象某一时刻瞬时值幅度是否异常判断被监测对象是否异常。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是在模拟波形动态基准比较实施方式下，检测电路把从被监测对象取得的信号输送到比较器的一个输入端，把随被监测对象信号变化趋势同向变化的模拟波形作为参照基准输送到比较器的另一个输入端，通过把被监测对象信号在某一时刻的幅度与模拟波形动态基准信号在该时刻的幅度进行比较，就比较结果是否异常而做出被监测对象是否异常的判断。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是在单片机查值实施方式下，检测电路把监测变换得到的被监测对象信号在某一时刻的幅度数值与通过查询预先设定的数值表的方式取得的随被监测对象信号变化趋势变化的该时刻对应的参考值进行比较，就比较结果是否异常而做出被监测对象是否异常的判断。

5.根据上述任何一项权利要求所述的方法，其特征是检测电路是在从被监测对象信号取得的标志信号参与下工作的。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征是检测电路是由被监测对象标志信号产生电路、模拟波形产生电路、比较检测输出电路组成的。

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