CN103748477B - 用于设备组成部分的状态监控的装置和方法 - Google Patents

Abstract

为了检测设备组成部分的当前状态、即特别是为了显示电导体、电缆或类似的当前是否导电，建议与要监控的设备组成部分连接的场产生装置以及用于产生OMR半导体元件的两个电极之间的电压的电压源，其中所述场产生装置在设备部分的附近产生磁场，并且与有机磁阻OMR半导体元件连接，所述OMR半导体元件位置固定地被布置在要监控的设备组成部分的附近。所述装置和方法具有下述优点，即显示可以简单并且便宜地被施加到几乎任意的设备部分上，也可以事后被施加在已经存在的设备中。相应的显示以最简单的方式本地受限制地显示所期望的信息：如果电导体现在配备电流，那么附加的分析是不需要的。

Description

用于设备组成部分的状态监控的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于工业设备的电流可能流经的设备组成部分、特别是电导体的状态监控的装置。

背景技术

电导体的瞬时的无电流或导电的视觉表示由于安全原因并且也由于功能的原因在很多电气仪器和设备以及开关柜中、例如在中压技术中是必需的。

目前的解决方案基于用于电流或电压的不同的传感器原理，其用于状态监控的输出信号通常基于低压范围内的电变量（电压、电流、电阻）的输出（转换器）。该电变量通常被发送给输出仪器并且相应地被可视化（灯、显示器）。因为电流的测量由这些传感器在本地实现，所以必须根据电流流动在多个位置或支路处进行测量。因此直接的光学的本地的分配是不可能的。

发明内容

本发明的任务是，说明能够实现电流可能流经的设备组成部分的状态的监控并且在此避免所提及的缺点的方法和装置。

该任务通过根据权利要求1的装置并且通过根据权利要求8的方法来解决。根据本发明的装置为了检测设备组成部分的当前状态而具有与要监控的设备组成部分连接的场产生装置，以及有机磁阻OMR半导体元件和用于产生OMR半导体元件的两个电极之间的电压的电压源，其中该场产生装置在设备部分的附近产生磁场，该OMR半导体元件位置固定地被布置在要监控的设备组成部分的附近。

在根据本发明的用于确定可能导电的设备组成部分、特别是技术设备的电导体的状态的方法中产生磁场，该磁场在设备组成部分的附近借助有机磁阻OMR半导体元件来检测。根据所检测的磁场，借助该半导体元件来设定电变量。

根据本发明的装置的有利的改进方案由从属权利要求给出。

利用根据本发明的装置，可以按照根据本发明的方法以如下方式来确定当前状态、特别是电流通过。通过场产生装置在设备组成部分上相关地产生磁场。在设备组成部分的附近借助OMR半导体元件来检测该场。因此能够实现，借助OMR半导体元件根据所检测的磁场来设定电变量。该电变量例如可以是在电极之间下降的电压或由该电压引起的电流。

根据本发明的装置和根据本发明的方法具有下述优点，即显示可以简单并且便宜地被施加到几乎任意的设备部分上，也可以事后被施加在已经存在的设备中。相应的显示以最简单的方式本地受限制地显示所期望的信息（如果电导体现在配备电流），附加的分析是不需要的。

OMR半导体元件可以被构造为至少局部地包围电导体或所期望的设备部件的层。因此，与利用霍尔传感器或AMR传感器的检测相比，借助OMR半导体元件相对大面积地检测磁场。由此在测量时得出导致波动小的测量信号的平均效应。根据本发明的装置的优选的实施方式具有OMR半导体元件，该OMR半导体元件具有空心圆柱体的形状。该空心圆柱形的OMR半导体元件在此在周向上包围导体，使得极为有效地抑制测量信号的波动。空心圆柱体的段的形式的OMR半导体元件可以证实为同样有利的，因为该OMR半导体元件（例如出于修理的目的）可以以少的花费被去除。

如果OMR半导体元件被布置在柔性衬底上，则得出另一个优点。这允许装置的壳体的很简单的、节省空间的构造并且能够实现传感器系统的简单的、低成本的安装。

根据本发明的装置的另一种改进方案设置用于测量变量的测量装置，该变量与流经OMR半导体元件的电流和/或施加在OMR半导体元件上的电压成比例。该变量例如可以是电流或电压本身或在另一元件上下降的电压，该另一元件被与OMR半导体元件相同的电流流经。基于变量的测量信号，可以有利地提供自动的监控或形成用于显示的控制信号。

如果OMR半导体元件以运行范围之内的恒定电压来运行，在该运行范围内OMR半导体元件具有最大的场灵敏度，则得出特别好的测量效果。相应地，根据本发明的装置的一种有利的改进方案规定，电压源被设计为恒定电压源。场灵敏度在此说明相对于磁场强度的变化dH的OMR半导体元件的电阻的变化dR，即dR/dH。

按照根据本发明的装置的另一种有利的改进方案，由OMR半导体元件形成OLED，即有机发光二极管（OLED－organiclightemittingdiode）。这可以通过被用于制造OMR半导体元件的有机半导体材料的相应的选择来实现。借助OLED，能够以可简单实现的方式实现存在于电导体或设备部件上的导电的视觉表示。

如果在OLED的电极之间产生的电压被设定到如下值，在该值的情况下只有当所测量的值满足预定的标准时OLED才发光，则给出光学显示的另一种有利的方式。

在另一种有利的构型方式中，OMR半导体元件或OLED可逆地被安置在设备组成部分上。在此利用“可逆地”来限定，相应的装置被相应地配备，使得该装置可没有问题地并且无残余地、即以不是牢固地固定的方式被加固在设备部分上，特别是被实施为带并且特别是具有集成的电源。具体的构型可以以例如作为夹条带或粘合带的形式来实现。

附图说明

在下文中借助具体的实施例来描述本发明。为此：

图1a、1b示出按照根据本发明的装置的两种实施方式的传感器的示意图，

图2示出OLED的特性曲线的按原理的变化，

图3a、3b示出不同构型的根据本发明的装置的两种实施方式的示意图，以及

图4示出根据本发明的装置在工业设备中的示例性的应用。

具体实施方式

导电的简单的视觉表示基于OMR半导体元件或有机磁阻发光二极管（OLED）的特性和如在图2中示出的电流I和磁场的物理关系。

每个电流I根据全电流定律产生磁旋场H。在超过一定的场强时，OMR半导体元件（在下文中被简称为OLED）在可见范围内（有色地）进行发射。因此，在简单的图像中可以如下表示在OLED的恒定的电压供应的情况下的功能原理：

利用恒定的控制电压28，OLED22被正好保持在用于光的良好地可见的发射的电流阈值（光致发光阈值）之下。通过外部的磁场，OLED中的电流由于OMR效应在如下程度上被提高，即出现良好地可见的发光效应。因此在没有用于表示电流的其它的技术辅助手段的情况下，沿着整个被涂覆的电连接的可视化是可能的。

由有机半导体材料够成的处于套筒22上的层经由两个电极24、26与电压源28电连接。电压源28在电极24、26之间产生具有电压值U0的电压U。对于没有电流在导体上流动的情况，因此具有电流强度I0的电流I流经OLED。这对应于有机半导体材料的U/I特性曲线K1上的工作点A。当有机半导体材料被具有确定的较大的场强的磁场穿过时，得出特性曲线K2。因此，对于电压源28产生具有电压值U0的恒定电压U的情况，电流I上升了电流强度值dI。与此相反，如果通过电压源28产生具有电流强度I0的恒定电流I，则电压U降低了电压值dU。

如果使用恒定电压源、例如电池作为电压源28，那么可以为了磁场的定量的测量而借助在图1a和1b中所示出的装置获得相对于I0大约百分之十到百分之三十的电流提高dI。这能够实现磁场强度的变化的很精确的测量。

电流I和电压Um是通过OLED的磁阻效应根据磁场被改变的电变量。代替电压Um，也可以通过测量电路来测量测量电流。

有机半导体材料是OLED，当流经OLED的电流I的电流强度超过确定的电流强度值时该OLED发光。以如下方式设定电压源28的电压U，即如果对轴14起作用的电流大于预先设定的最大允许的值，则发光效应开始。因此，于是直接通过OLED的发光区域L1到L12向设备A的操作人员显示，电流I在导体L上流动。

在一种实施方式中，为了形成层，可以将有机半导体材料施加到柔性衬底上。该有机半导体材料例如可以是聚乙烯（PET）或聚酰亚胺（PT），如例如以名称Kepton可获得的。

在图3a中被示出的实施方式中，OMR半导体元件/OLED被实施为具有集成电源Int的带。具体地，这可以以例如也作为夹条带（Klippband）或粘合带OLED的形式实现，图3b。

在该形式中，该OMR半导体元件可以事后在不介入现有的设备的情况下被固定在要监控的在图中以横截面被示出的导体L上并且根据需要也可以又被去除。以此通过电流的同时的并行的监控也已经可以在设备中使开动或故障查找显著地变得容易。

通过导电的设备部分、例如导体的平面的并且连续的涂层和光发射与电流强度的明确的本地的关系来给出沿着整个导电体（Stromführung）的直接的信息，参看图4中的工业设备A的示例性图示。这允许各个导线的运行状态或电流通过的快速的检测并且因此在评估导电的设备部分上的导电时的高安全性。如果存在电流，被引导围绕所涉及的导体的套筒或被施加到所涉及的导体上的涂层发光L1－L10、L12，或者不发光L11。因此可以在工作失常时一目了然地并且在没有其它的分析工具的情况下检测，例如是否在电源中存在干扰。

Claims (11)

1.用于确定可能导电的设备组成部分的状态的装置，具有：

－与要监控的设备组成部分连接的场产生装置，所述场产生装置在设备部分的附近产生磁场，

－有机磁阻OMR半导体元件（22），所述OMR半导体元件位置固定地被布置在要监控的设备组成部分的附近，和

－用于产生所述OMR半导体元件的两个电极（24、26）之间的电压的电压源（28、29），

其特征在于，所述电压源（28）被设计为恒定电压源并且所述OMR半导体元件被设计，使得所述OMR半导体元件以运行范围之内的恒定电压来运行，在该运行范围内所述OMR半导体元件具有最大的场灵敏度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述可能导电的设备组成部分是技术设备的电导体。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述OMR半导体元件（22）被构造为层，所述层至少局部地包围导电的设备组成部分，其中所述层具有空心圆柱体的形状。

4.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中所述OMR半导体元件（22）被布置在柔性衬底上。

5.根据权利要求1至3之一所述的装置，该装置具有用于测量变量的测量装置，所述变量与流经所述OMR半导体元件的电流和/或施加在所述OMR半导体元件上的电压成比例。

6.根据权利要求1至3之一所述的装置，其中由OMR半导体元件（22）形成OLED，其中电压优选地被设定到如下值，在该值的情况下只有当要监控的设备组成部分满足预定的标准时OLED才发光。

7.根据权利要求4所述的装置，其中所述OMR半导体元件（22）可逆地被安置在设备组成部分上。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述OMR半导体元件（22）以夹条带、搭扣带或粘合带的形式被安置在设备组成部分上。

9.用于确定可能导电的设备组成部分的状态的方法，具有下述步骤：

－在设备组成部分上产生磁场，

－借助有机磁阻OMR半导体元件（22）检测设备组成部分的附近的磁场，利用恒定电压源（28、29），用于产生所述OMR半导体元件的两个电极（24、26）之间的电压，使得所述OMR半导体元件以运行范围之内的恒定电压来运行，在该运行范围内所述OMR半导体元件具有最大的场灵敏度，

－根据借助半导体元件所检测的磁场设定电变量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述可能导电的设备组成部分是技术设备的电导体。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进行所确定的状态的表示，在该状态中由所述OMR半导体元件形成OLED，并且所述电压被设定到如下值，在该值的情况下只有当要监控的设备组成部分满足预定的标准时OLED才发光。