CN106707005B - 感性电路断开电弧起止时刻检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种感性电路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和稳压二极管D1；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；比较输出电路包括比较器U2和U3，D触发器U4，开关二极管D2和D3；其方法包括步骤：一、检测电路连接，二、电压信号处理，三、感性电路断开电弧起止时刻检测。本发明工作稳定可靠，能够快速有效的检测感性电路断开电弧放电起止时刻，适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于感性电路断开电弧放电检测技术领域，具体涉及一种感性电路断开电弧起止时刻检测电路及方法。
背景技术
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验的一种装置。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感性电路断开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。
如果能够实现对感性电路断开电弧放电的检测，确定电弧建立时刻和电弧熄灭时刻，建立相应的感性电路断开放电电弧电阻模型，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感性电路断开电弧放电的波形，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，因此对感性电路断开电弧放电的检测，更准确的是感性电路断开电弧放电时刻的检测很有必要。
为了解决以上问题，申请号为201611261062.3的中国专利公开了一种电感断开电弧起止时刻检测电路及方法，其电路结构简单，实现方便，但是，它所检测的电感断开电弧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201611261062.3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感性电路断开电弧放电起止时刻、适用范围广、实用性强、具有良好的推广应用价值的感性电路断开电弧起止时刻检测电路。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种感性电路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、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
上述的感性电路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。
上述的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述比较器U2和比较器U3的型号均为LM2903。
上述的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，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感性电路断开电弧放电起止时刻的感性电路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、感性电路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，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；将D触发器U4开始输出高电平的时刻记录为感性电路断开电弧放电起始时刻；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；将D触发器U4的输出逻辑状态翻转产生下降沿的时刻记录为感性电路断开电弧放电终止时刻。
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、本发明感性电路断开电弧起止时刻检测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、本发明的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，能够准确的检测出感性电路断开电弧放电起始时刻和终止时刻，是其他设计所不能达到的。
3、本发明的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，通过选用的仪用放大器能够实现对感性电路中任意分断的两点之间电压的取样，且对所采样的电路自身干扰较小。
4、本发明的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，选用的仪用放大器、比较器和D触发器响应速度非常快，可以检测到微秒级别以上的电压突变情况，能够实时的检测感性电路断开电弧放电起止时刻，实时检测效果明显。
5、本发明的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，能够适用于各种感性电路断开电弧放电试验中，与安全火花试验装置相配合，较好地模拟感性电路断开电弧放电的过程，所模拟的感性电路断开电弧放电过程与实际火花试验较为接近，特别是感性电路断开电弧放电能量的误差较小，借助于仿真软件，能够方便快速地提取感性电路断开电弧放电波形，对电感性电路进行非爆炸性本安判定能够提供有力的支持，其适用范围广。
6、本发明的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，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感性电路断开电弧放电终止时刻，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感性电路断开电弧放电终止时刻更加准确可靠，能够使检测结果更为精准。
7、本发明的感性电路断开电弧起止时刻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感性电路断开电弧放电起止时刻。
8、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感性电路断开电弧放电起止时刻，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为本发明感性电路断开电弧起止时刻检测电路的电路原理框图。
图2为本发明感性电路断开电弧起止时刻检测电路的电路原理图。
图3为本发明感性电路断开电弧起止时刻检测方法的方法流程框图。
图4为本发明感性电路断开电弧起止时刻检测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。
具体实施方式
如图1所示，本发明的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，包括依次连接的电压信号处理电路2、分相延缓电路3和比较输出电路4；
如图2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2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2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；所述比较器U3的电源端与外部供电电源的输出端VCC连接，所述比较器U3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。
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·C1，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。
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3所示，本发明的感性电路断开电弧起止时刻检测方法，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、感性电路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，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；将D触发器U4开始输出高电平的时刻记录为感性电路断开电弧放电起始时刻；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；将D触发器U4的输出逻辑状态翻转产生下降沿的时刻记录为感性电路断开电弧放电终止时刻。
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，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，将D触发器U4开始输出高电平的时刻记录为感性电路断开电弧放电起始时刻；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；将D触发器U4的输出逻辑状态翻转产生下降沿的时刻记录为感性电路断开电弧放电终止时刻。
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保护范围内。
Claims (4)
1.一种感性电路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、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
所述仪用放大器U1的型号为AD623，所述比较器U2和比较器U3的型号均为LM2903。
2.按照权利要求1所述的感性电路断开电弧起止时刻检测电路，其特征在于：所述D触发器U4的型号为DM74S74。
3.一种利用如权利要求1所述的检测电路进行感性电路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、感性电路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，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；将D触发器U4开始输出高电平的时刻记录为感性电路断开电弧放电起始时刻；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；将D触发器U4的输出逻辑状态翻转产生下降沿的时刻记录为感性电路断开电弧放电终止时刻。
4.按照权利要求3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。
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