CN1330854A

CN1330854A - 老化灯丝的检测

Info

Publication number: CN1330854A
Application number: CN99812382A
Authority: CN
Inventors: 奥克·彼得松
Original assignee: SAFETY GATE INTERNATIONAL AB
Current assignee: SAFETY GATE INTERNATIONAL AB
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2002-01-09
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: WO2000024229A1; JP2002528871A; CA2347483C; EP1121839B1; CN1239051C; BR9914680A; US6556017B1; SE515414C2; EP1121839A1; ES2221481T3; JP4535621B2; DE69917920T2; SE9803620D0; ATE268979T1; DE69917920D1; CA2347483A1; SE9803620L; AU1427600A

Abstract

一种在由恒定电流供电的照明电路中检测老化的灯丝的方法和装置,该方法和装置特别适用于机场照明的灯监测系统。当提供到该照明电路(11)的恒定电流开始变化时,确定电流变化时的灯丝的电阻值以及预定时间周期之后的灯丝的电阻值,通过将上述所确定的电阻值间的差值与阈值进行比较来对灯丝(3)的老化进行判定,因此,可以不必保留以前测定的电阻值的记录,当差值达到阈值时,可以更换灯(4)。

Description

老化灯丝的检测

技术领域

本发明涉及一种在由恒定电流供电的照明电路中检测老化的灯丝的方法和装置，并特别适用于包含在机场照明系统中的白炽灯。

现有技术

在机场，使用照明系统来指挥着陆和滑行期间的飞机。这些照明系统包括大量的灯，而且快速地替换出现故障的灯至关重要，特别是在低能见度期间。否则，飞机迷失滑行跑道或错过停止信号的后果是严重的。由于可视灯检查增加了事故的风险并由此会提高成本，因此，已经开发了自动灯监测系统。

利用对应于每个灯的隔离变压器将这些照明系统中的灯周期性地连接到所谓的串联电路中。经一个电力电缆串联这些灯并将从恒定电流调整器(CCR)提供的恒定电流源提供给这些灯。在灯发光期间，其亮度变差。这部分是由于这样一个事实：通常为螺旋状的灯丝的材料蒸发，并且升华到玻离泡上，在其上吸收部分发射光。但是，由于将所使用的这种类型的灯设计成使蒸发的材料再次升华到灯丝，所以上述情况发生的可能性极低。

灯老化的一个更可能的原因是：蒸发的材料以使在相邻的灯丝线圈之间形成短路桥的方式升华。如果将由恒定电流供电的灯中的部分灯丝短路，则由于灯的额定瓦数与灯丝的电阻成正比，所以灯的额定瓦数变小。因此，灯亮度将减小。最终，由于灯丝完全短路或常常由于灯丝断开而导致灯不能工作。当给灯提供恒定电压时，与此情况相反。此时，灯的额定瓦数与灯丝电阻成反比(亮度≈瓦数²)，灯丝短路将导致由于过度的功耗其会即刻烧掉。

在灯由于灯丝断开而不能工作的情况中，由于变压器次级侧的阻抗此时变为无穷大，所以与该灯相连的隔离变压器初级和次级侧上的高电压上升。高电压出现在经该变压器提供的AC电流的每个周期的开始处。

但是，可以将所使用的隔离变压器设计成使高电压仅短时间出现，此后该变压器线圈饱和。当线圈饱和，由于变压器的阻抗因此变低，所以跨在该变压器两端的电压下降到一个低值。

在灯由于灯丝短路而不能工作的情况中，变压器两端电压仅略微减小。当在变压器和灯之间的长电缆中存在相当大的电压降时，这是真实的。

已销售的公知的灯监测系统可以检测由于灯丝断开而导致的灯故障。一个通用类型的灯监测系统可以监测由恒定电流所提供的电流和电压，以及由恒定电流源提供的施加到串联电路上的电压，并由此可以检测由故障灯所导致电路中的阻抗变化。

另一种类型的监测系统包括设置在每个灯上的监测单元，其中该监测单元检测在隔离变压器饱和之前发生在电流的每半个周期处的电压增加，或者该监测系统仅检测开路中的“无电流”状态。

这些系统都不能检测部分或完全短路的灯丝。

当灯在出现故障之前以一种可预测的方式老化时，还存在一些可以根据灯发光时间来预测其故障的系统。对于每个串联电路，可以保持与该电路已经接通的累积时间有关的记录。在一个先进的形式中，为一个最大电流值或为电路通电时的每个电流值，保持一个单独的累积时间记录。根据这些记录，在某个靠经验建立起的发光时间之后替换这些灯。

一个复杂因素是，这些照明系统目前一般允许有选择地开关，即，不是所有处于串联电路中的灯都一起接通和断开。仅是那些有必要在特定时刻引导飞机的灯才同时接通和断开，这样使得根据其发光时间与所使用亮度的组合来预测每个灯的剩余寿命变得复杂。

根据所附独立的方法和装置权利要求，本发明提供了一种检测老化灯丝的方法和装置。通过所附从属权利要求来定义本发明的多个实施例。

发明综述

本发明旨在提供一种用于监测系统的检测方法，该方法可以在由恒定电流供电的照明电路中检测部分或完全短路的灯。

为了达到此目的，提出了一种方法，该方法用于在由恒定电流供电的照明电路中检测老化的灯丝。当馈送到该照明电路的恒定电流开始发生变化时，可以确定或测量该电流变化时的电阻值以及预定时间周期之后的电阻值，由此，通过上述确定或测量的电阻值之间的差值与所述差值的阈值进行比较来对灯丝的老化进行判定，因此，可以不需要保留以前电阻值测量的记录。

本发明的一个实施例包括，当所述电阻差值等于或小于阈值时，应该更换该灯。

另一个实施例包括，通过测量照明电路两端电压以及与该照明电路串联设置的一个电阻两端的电压来确定电阻值，所测定的两个值之间的商乘以所述电阻的电阻值等于照明电路的电阻值。

另一个实施例包括，对于不同的电流值，所述阈值是不同的。

另一个实施例包括，对于灯的不同的额定瓦数，所述阈值是不同的。

在另一个实施例中，对于每个电流值，靠经验建立所述阈值。

同样，根据本发明，提出了一种监测装置，该监测装置用于在由恒定电流供电的照明电路中检测老化的灯丝。其包括：

与所述照明电路相连的灯监测装置，用于检测流经所述照明电路的所述恒定电流的变化；

电阻值确定或测量装置，用于确定或测量在所述电流变化时照明电路的电阻值和预定时间周期之后照明电路的电阻值；

差值确定或测量装置，用于测量上述确定或测量的电阻值间的差值；

评估装置，通过将所述电阻值差值与所述差值的阈值进行比较来评估所述电阻值差值；以及

由此，通过将测量的电阻值之差与所述阈值进行比较来检测灯丝的老化，并因此不需要保留以前电阻值检测的记录。

该装置还能够实施在方法权利要求中描述的上述方法。

附图简述

为了更好地全面理解本发明及其目的和有益效果，可以参考结合附图所进行的下面的说明，其中：

图1示意性说明了现有技术中的机场照明系统；

图2示意性说明了现有技术中的照明电路；以及

图3示意性说明了灯丝电阻是如何随时间变化的。

最佳实施例的详细说明

本发明利用这样一个事实：当电流流过白炽灯时，灯丝加热，并且灯丝的电阻值是灯丝温度的函数。热的灯丝的电阻值可以高于冷的灯丝的电阻值几倍。如果流过灯的电流值改变，则灯丝温度和电阻值在电流达到其稳定值之后的一段时间之后达到稳定状态值，这段时间一般为几秒钟。

图1示出了根据在相关的未决申请中所教导的原理的现有技术中的机场照明系统，所述未决申请是转让给本发明受让人的国际公开文本WO94/13119和WO95/24820，这两份申请分别是由Lars Millgard和由Lars Millgard等人申请的，题目为“用于传送脉冲信号的系统和方法”以及“串联电缆上的通信”国际申请。本发明可以使用这样一种系统以实现其目的。

如图1所示的机场灯监测系统包括多个灯4的电流提供回路2，在该图中仅完整地示出了所述灯回路中的一个。每个灯4经隔离变压器6的次级线圈5和灯监测开关(LMS)10与其相关回路2相连，所述隔离变压器6的初级线圈8与电流提供回路串联。由恒定电流调整器(CCR)12经通信串联电路调制解调器(SCM)14给每个电流提供回路2供电。集线器单元(CU)16以多站结构连接到通信单元4的组18上。下面将进一步描述单元14和16。

如上所述，CU单元16和其相关元件一起构成子单元20，该子单元可以表示为机场照明系统的一部分。该照明系统可以包括所需数量的由20′和20″所表示的相同子单元。

所述子单元中的CU单元16经多站调制解调器与中心集线器单元22相连。

中心CU单元22可以与带有显示器25的计算机24相连。该计算机24可以连接到其它系统上，例如通过局域网(LAN)26。单元22和计算机24可以被设置在控制室27中，或设置在其它一些合适的地方。

SCM单元14检测来自LMS模块的响应并经本机CU单元16将没有响应的模块地址通知给中心集线器单元22。在中心集线器单元22中，将这些地址存储在可由控制室27中的计算机24访问的数据库中。

在显示器25上，可以显示故障灯4的数量和每个故障灯的位置。可以通过计算机24将不同的警告标准设置在中心集线器单元22中。

通过叠加在电力电缆的50Hz或60Hz电流上的高频信号来执行LMS模块和相关通信单元间的通信。

在图2中示出了LMS模块10的示意框图，还示出了带有灯丝3的灯4与带有变压器6次级线圈5的电路的连接。

示意性示出的LMS模块10包括与灯4串联的一个开关30，该开关30用于中断该照明电路中的电流。模块10还包括：一个控制电路或逻辑单元32，例如，用于控制开关30的微处理器；一个地址存储器34，用于存储上述地址；一个接收器36，被连接用来接收来自单元14的同步信号并将其发送到逻辑单元32中；以及一个用于逻辑单元32和接收器36的直流电源单元38。

跨接在次级线圈5两端并与灯4并联的还有由控制电路32控制的开关42。以一种本领域技术人员公知的方式，例如可以基于场效应晶体管来设计开关30。

用于存储每个LMS模块10的地址的存储器可以是一个可编程只读存储器。

根据本发明，如图2所示，提出了一种方法，该方法包括对于照明电路11的电阻值的检测，该电阻值与流过灯的电流值的改变有关。该变化可以是由于恒定电流调整器的设置的改变或是由于通过监测单元中的开关功能所引起的电流中的短暂中断从而产生所需要的电流变化，即所谓的亮度控制。

在提供给灯的电流值变化之后不久至少进行两次测量。首先，直接在变化之后，其次是当它已经达到稳定状态之时，由此，可以根据所获得的两个电阻值之差来判断是部分或完全短路。参见图3，可以为每个所使用的电流值来靠经验建立限制或阈值ΔTr。

一种测量照明电路中电阻值的方法包括测量照明电路两端和与该照明电路串联设置的一个电阻(未示出)两端的电压。上述两个电压值之间的商乘以所述电阻的电阻值等于照明电路的电阻值。

用于机场照明的灯的电阻值与给该灯供电的电缆具有相同的级别。由6.6A电流供电的45W的灯的电阻值是1ohm级，该电流值是在较低能见度时所常用的电流。由2.8A电流供电的45W的灯的电阻值是大约0.5Ω，该电流值是在高能见度时所常用的电流。一般的供电电缆，对于一对2.5mm²的导线，其具有大约0.014Ω/m的电阻值。

在监测系统中，单独监测这些灯，监测单元不可能与灯一起设置。缺少空间，因此将监测单元与隔离变压器一起设置在变压器槽中。因此，从监测单元到灯的次级电缆一般可以为30到40m长，该长度对应于0.5Ω级别的电阻。即使由于灯丝完全短路，与该电缆的电阻值相比，电阻值变化因此是非常小的。

另外，电缆电阻值作为电缆温度的函数而变化，当远距离进行阻抗测量时，这又是一个复杂的因素。

图3示意性地示出了灯丝电阻值是如何随时间变化的。为了确定灯丝电阻值，以时间t为基准测量照明电路11两端的电压U_L。

图3中示意性地示出了，如果灯4没有老化或没有部分短路，电压U_L如何随时间保持一个恒定的高电压，即曲线40。另外，虚线表示的曲线42描述了当灯老化或部分短路时，该电压是如何下降的。最后，可以看出，对于完全短路的灯，电压U_L是如何下降到较低的一个恒定值44。根据完全短路的灯4的恒定电压44，冷的灯丝具有与短路的灯的电阻值一致的电阻值。

尽管在图3中没有示出，可以理解，对于部分短路或老化的灯4的电压降而言，存在无限多条曲线42。

此外，本发明包括一个监测装置，用于在由恒定电流供电的照明电路中检测老化的灯丝。

该装置提供了一种与照明电路11相连的灯监测装置10，除了其它工作之外，还检测在流经该照明电路的恒定电流的变化。控制单元36测量本发明实施例中的电压降ΔTr。另外，根据图3中的示意性图以及作为阈值的一个例子，将ΔTr设定为限制值或阈值，因此，当电压U_L由于灯老化而下降到恒定电压电平42时，LMS电路10可以发出有关灯4必须更换的信号到CU22中。

它另外还提供了电阻值确定装置，用于确定照明电路11的电阻值，即，所述电流改变时照明电路11两端的电阻值以及预定时间周期之后的照明电路11两端的电阻值，通过测量如上所述的电压电平来得到电阻值。为了确定和评估上述确定的电阻值，提供用于测量所测量电阻值间的差值的差值测量装置和用于与用于将所述电阻差值与阈值进行比较来估算所述电阻差值的估算装置。

因此，确定的电阻值之间的差值与从上述电压降测量所推导出的电阻值阈值比较来检测老化的灯丝。这样可以实现，不需要保留以前电阻值确定和测量的记录。因此，通过使测量值与阈值比较，可以实时建立，有多少灯丝已经短路或老化。

当电阻值差等于或小于电阻阈值时，可以更换灯，根据欧姆定律，电阻阈值与电压阈值ΔTr成正比。

在本发明的一个实施例中，通过测量照明电路两端的电压以及与照明电路11串联设置的电阻(未示出)两端的电压来测量和确定一个电阻值。这两个测定值之间的商乘以该电阻的值等于照明电路的电阻值。

同样地，在另一个实施例中，对于不同的电流值阈值有所不同，考虑到与回路2有关的不同的操作条件，这是非常有利的，该回路2包括灯，诸如重负载、镜像负载等。机场和机场之间照明装置是不同，因此，回路和回路之间也是不同的，因此，可以理解，可以靠经验为本发明实施例中的每个电流值建立阈值。

尽管结合特定实施例描述了本发明，很明显，对于本领域的技术人员来说，可以按照上述说明和所附权利要求进行替换、修改和改变。

Claims

1.一种在由恒定电流供电的照明电路(11)中检测老化的灯丝(3)的方法，其特征在于，当提供到该照明电路(11)中的恒定电流开始变化时，确定电流变化时的电阻值以及预定时间周期之后的电阻值，通过将上述所确定的电阻值间的差值与所述差值的阈值进行比较来对灯丝(3)的老化进行判定，因此，可以不必保留以前测定的电阻值的记录。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，当所述电阻值差等于或小于该阈值时，更换灯(4)。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，通过测定照明电路(11)两端的电压(U_L)以及与照明电路串联设置的电阻两端的电压来测定电阻值，上述电压测定值间的商乘以上述电阻的电阻值等于该照明电路(11)的电阻值。

4.根据权利要求1-3的方法，其特征在于，对于不同的电流值，所述阈值不同。

5.根据权利要求1-3的方法，其特征在于，对于不同的灯的额定瓦数，所述阈值不同。

6.根据权利要求4-5的方法，其特征在于，为每个恒定电流靠经验建立所述阈值。

7.一种监测装置，用于在由恒定电流供电的照明电路(11)中的检测老化的灯丝(3)，其特征在于它包括：

与所述照明电路(11)相连的灯监测装置(10)，用于检测流经所述照明电路(11)的所述恒定电流的变化；

电阻值确定装置，用于确定在所述电流变化时照明电路(11)的电阻值和预定时间周期之后照明电路(11)的电阻值；

差值确定装置，用于确定上述确定的电阻值间的差值；

由此，通过将测量的电阻值之差与所述阈值(ΔTr)进行比较来检测灯丝(3)的老化，因此不需要保留以前确定的电阻值的记录。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，当所述电阻值差值等于或小于该阈值时，更换灯(4)。

9.根据权利要求7或8的装置，其特征在于，通过测量照明电路(11)两端的电压(U_L)以及与照明电路串联设置的电阻两端的电压来测量电阻值，上述测定的电压值间的商乘以上述电阻的电阻值等于照明电路(11)的电阻值。

10.根据权利要求7-9的装置，其特征在于，对于不同的电流值，所述阈值(ΔTr)不同。

11.根据权利要求7-9的装置，其特征在于，对于不同的灯(4)的额定瓦数，所述阈值(ΔTr)不同。

12.根据权利要求10-11的装置，其特征在于，为每个恒定电流靠经验建立所述阈值(ΔTr)。