SE510079C2 - Sätt och anordning för att fånga upp och behandla elektriska signaler - Google Patents

Description

510 079 10 15 20 25 30 35 40 45 2/ 10 Det, elektriskt fält mätande, kända systemet enligt WO 97/09627 beskriver hur icke önskade lågfrekventa elektriska fält, alstrade av elektroniska apparater, kan mätas men är ej avpassat för att kunna agera såsom personskydd respektive kunna agera i miljöer där högspända - växelströmsledare förefinns.

Föreliggande uppfinning avser att undanröja respektive minska _ nackdelarna enligt ovan och andra nackdelar med de kända lösningarna och har vid det ibeskrivningsinledningen omnämnda sättet utformats å att frikopplat från direkta elektriska förbindelser med omgivningen avkänns ett mått på elektrisk faltstyrka ien punkt medelst åtminstone en avkänningsenhet, vilken är försedd med två elektriska ledare med inbördes olika stora areor, vilka elektriskt sett isoleras inbördes, varvid sagda avkänningsenhet med sin mindre area alltid lokaliseras närmare sagda fältstyrkas upphov än dess större area, och av att över nämnda två elektriska ledare med skilda areor alstrad växelspänning signalbehandlas och presenteras såsom ett mått på nämnda risk för elektriskt överslag.

Vidare har anordningen enligt föreliggande uppfinning i syfte att lösa dessa uppgifter utformats med åtminstone en avkänningsenhet, vilken är försedd med två elektriska ledare med inbördes olika stora areor, vilka är elektriskt sett inbördes isolerade medelst ett isolerande skikt, varvid sagda avkänningsenhet med sin mindre area, är lokaliserad närmare sagda faltstyrkas upphov än dess större area, och av att över nämnda två elektriska ledare alstrad växelspänning blir signalbehandlad med hjälp 'av avpassade elektriska kretsar och därefter presenterad såsom ett mått på nämnda risk för elektriskt överslag.

Närmare detaljer hos uppfinningen framgår av de efterföljande patentkraven och av beskrivningen nedan av ett såsom exempel valt utförande av uppfinningen.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i anslutning till bifogade ritningar, av vilka fig,_1 i perspektivisk vy visar ett såsom exempel valt ut- förande av en mottagningsenhet, fig, 2 visar en elektriskt sett ekvivalent krets till mottagningsenheten enligt fig. 1, fig,_3_ visar ett såsom exempel valt blockschema över en exemplifierande mät- och indikatorenhet, till vilken mottagningsenheten enligt fig. 1 är kopplad i enlighet med föreliggande uppfinning och fig. 4-10 visar såsom exempel valda kopplingsschemor över olika, i nämnda mät- och indikatorenhet enligt föreliggande uppfinning ingående, elektriska kopplingar, vilkas detaljer kommer att beröras närmare nedan ianslutning till beskrivning av deras huvudsakliga uppgifter.

Den i fig. 1 visade mottagningsenheten innefattar såsom grundläggande detaljer en första elektriskt ledande yta 1c - exempelvis 10 15 20 25 30 35 40 45 510 079 3/10 en tunn, flexibel kopparremsa - med en viss yta eller area, en andra elektriskt ledande yta 2c med en viss större - exempelvis ca 2 gånger och bestående av en tunn, flexibel koppar-remsa -- yta eller area relativt sagda första elektriskt ledande yta lc och en mellan dessa två elektriskt ledande ytor lc och 2c lokaliserad, lämpligen flexibel elektrisk isolator 3c, vilken följaktligen elektriskt sett isolerar och separerar - exempelvis med 6-10 mm, ju mera dock, desto bättre - sagda elektriskt ledande, olika stora ytor lc och 2c. Sistnämnda två ytor lc och 2c är lokaliserade så att den till storlek mindre ytan lc alltid är vänd mot och den större ytan 2c alltid från en företrädesvis högspänd växelströmskälla, vars potentiella risk att alstra elektriska överslag ien punkt till en person eller eventuellt ett föremål avses att utrönas och utvärderas med hjälp av föreliggande uppfinning. Potentiella fältriktningar indikeras med heldragna pilar i fig. l.

Den forsta elektriskt ledande ytan lc, den andra elektriskt ledande ytan 2c och det isolerande skiktet 3c kan i sig bestå av böjliga band, vilka kan formas till en väsentligen ringformad eller till del av en ring formad, öppnings- och stängningsbar enhet för att med fördel kunna appliceras kring en persons utskjutande delar såsom fot- eller handled, exempelvis på motsvarande sätt som ett armbandsur kan appliceras kring en handled med hjälp av spännen, kardborreband, fällbara länkar, etc.

I fig. 1 visas emellertid såsom ett ytterligare exempel ett tredje utförande, där mottagningsenheten består av ett antal, huvudsakligen identiska delar, vilka är inbördes ledade, lämpligen via de isolerande skiktens Sa, 3b, 3c, Sd, 3d ändkanter, och vilka elektriskt sett är kopplade i serie med de elektriska ledarna med liten area la, lb, lc, Id, le seriekopplade för sig via lämpligen ledade länkar Sa-Sd och med de elektriska ledarna med stor area 2a, 2b, 2c, 2d, Ze seriekopplade för sig via lämpligen ledade länkar 6a, 6b, 6c, 6d. Därutöver är företrädesvis de yttre, isolerande skikten 3a och 3f mekaniskt ihopkopplade medelst varandra inbördes överlappande justeringsband 4a, 4b, vilka i föreliggande fall exempelvis är försedda med kardborreband för att mekaniskt kunna kopplas ihop inbördes, varigenom - såsom framgår av fig. l - mottagningsenhetens öppning kan anpassas till olika storlekar på exempelvis de hand-, fotleder eller andra utskjutande delar, vilka skall förses med mottagningsenheten eller -enheter enligt föreliggande uppfinning.

Genom fig. 2 åskådliggöres den elektriska ekvivalenskretsen till mottagningsenheten enligt fig. 1. Denna ekvivalenta elektriska krets innefattar en kapacitans med ett relativt lågt värde 7, som utgör kapacitansen för den elektriska ledaren med liten area 1 relativt den 510 079 10 15 20 25 30 35 40 45 4/ 10 omgivande luften kring den elektriska ledaren med liten area 1. Det förutsätts i detta exemplifierande fall vidare att en person bär mottagningsenheten enligt fig. 1 kring sin ena handled med den elektriska ledaren med stor area 2 vänd mot handleden. Den kapacitans som föreligger mellan ifrågavarande persons kropp och den elektriska ledaren med stor area 2 är i fig. 2 betecknad med 8 och har en kapacitans, _ vilken är avsevärt större än kapacitansen för den elektriska ledaren med liten area 1 relativt den omgivande luften.

Vissa variationer kan föreligga från person till person och även i beroende av personens kapacitans eller kapacitiva koppling till jord - blöt mark, etc - men praktiska prov visar att denna parameter har en liten inverkan på mätresultatet.

Mottagningsenhetens referens är i fig. 3 markerad med 9b och väljes att utgöras av den elektriska ledarens med stor area 2 aktuella potential och en signal är markerad med 9a med i relation väsentligen till ifrågavarande elektrisk fältstyrka i mätpunkten för den elektriska ledaren med liten area 1 varierande spänning. Referensen 9b och den varierande spänningen 9a signalbehandlas efter uppfångandet och matas för detta syfte enligt fig. 3 vid 9 - som i sig såsom exempel kan bestå av två icke på ritningarna visade anslutningsstift till mottagningsenhetens elektriska ledare med liten area 1 och elektrisk ledare med stor area 2 till ett skydd 10.

Detta skydd 10 är principiellt nyttjat av det skälet att den signal 9a som inkommer på den elektriska ledaren med liten area 1 kan innehålla kraftiga störningar av skilda slag, vilka störningar den efterföljande signalbehandlande elektroniken måste skyddas från. Skyddet 10 innefattar generellt - såsom åskådliggöres närmare i fig. 4, vänstra delen - att signalen 9a ledes genom en induktans 10a på exempelvis 4,7 llH seriekopplad med ett motstånd 10b på exempelvis 1 mQ och övertoner till nämnda signal 9b är därefter avkopplade via en zenerdiod l0c av exempelvis typ BZWOÖO, varigenom eventuella transienter över zener- dioden l0c kopplas till kretsens jord.

Skyddet 10 innefattar - såsom speciellt framgår av fig. 4 - vidare en krets, vilken principiellt agerar såsom lågpassfilter och vilken kan innefattar ett motstånd 10d på exempelvis 1 mQ, en kondensator 10e på exempelvis 1 nF, kopplad till kretsens jord, och en kondensator 10f på e exempelvis 1 nF ledande signalen vidare till en ytterligare krets, vilken principiellt agerar såsom ett högpassfilter och vilken kan innefatta ett . motstånd llg på exempelvis 10 mQ, kopplat till kretsens jord, en kondensator llh på exempelvis 1 nF ledande signalen vidare till en kopplingspunkt mellan den positiva ingången till en operations- 10 15 20 25 30 35 40 45 5 'i Û Û 7 9 S/ 10 Förstärkare 13 av exempelvis typ LMC6482 och ett motstånd 11i på exempelvis 10 mQ, till vars andra ände är kopplad en andra referensspänning 12, som indikeras närmare nedan. Nämnda andra referensspänning 12 är via ett motstånd 14a på exempelvis 10 kQ kopplad dels till operationsförstärkarens 13 negativa ingång, dels till ett inställbart motstånds 15a på 100 kQ ena stationära ände, vilket inställbara motstånds ISaandra, stationära ände och variabla del är inbördes ihopkopplade och anslutna till operationsförstärkarens 13 utgång 13a.

Efter skyddet 10 är ett skarpt bandpassfilter 16 - se speciellt fig. 3 och 5 - för exempelvis nätfrekvens 50 Hz inkopplat, till vilket operationsförstärkarens 13 utgång 13a är kopplad, se speciellt fig. 5.

Nämnda bandpassfilter 16 innefattar ett motstånd 16a på exempelvis 47 kfl kopplat i serie med operationsförstärkarens 13 utgång 13a, vars motstånds 16a andra ände är sammankopplad med en knutpunkt mellan en kondensator 16b på exempelvis 10 nF, vars andra ände är kopplad till kretsens jord, och en kondensator 16c på exempelvis 10 nF, vars andra ände är kopplad till en knutpunkt mellan ett motstånd 16d på exempelvis 56 kQ och en kondensator 16e på exempelvis 10 nF.

Kondensatorns 16e andra ände är kopplad till en operationsförstärkares 16g av exempelvis typ LMC6482 positiva ingång, till vilken även den andra referensspänningen 12 är kopplad via ett motstånd 16f på exempelvis 1,8 kQ. Motståndets 16d andra ände är kopplad till operationsförstärkarens 16g negativa ingång och till dess utgång l6h.

Signalen behandlas således efter uppfångandet i mottagningsenheten enligt fig. 1 för att sortera bort oviktig och/eller icke relevant information genom ovan nämnda skydd 10 och bandpassfilter 16. Dels dämpas höga frekvenser ut, dels filtreras likspänning bort, varigenom inverkan från högfrekventa strålningskällor elimineras, exempelvis från radio- och telefontrafik, ljusbågar, coronaurladdningar, m. fl.

Efter bandpassfltret 16 är en förstärkare 17 med förstärkningsfaktorinställning inkopplad, se fig. 3 och speciellt fig. 6 för närmare detaljer. Förstärkaren 17 innefattar ett motstånd 17a på exempelvis 10 kQ, till vars ena ände utgången l6h från bandpassfiltret 16 är kopplad och vars andra ände är kopplad till en operationsförstärkares 17d med beteckningen LMC6482 negativa ingång, till vilken dessutom är kopplade två motstånd 17b och 17c på exempelvis 56 kQ respektive 12 kQ, med vilken sistnämndas andra ände även är seriekopplad en vippströmställares 17e ena ände, i handeln betecknad med exempelvis SPDT och agerande såsom en mätområdesomkopplare - kan exempelvis ändra mätområde med en faktor sex -, varefter motståndets 17b andra 510 079 10 15 20 25 30 35 40 45 6/ 10 ände och vippströmställarens 17e andra ände är sammankopplade med operationsförstärkarens 17d utgång 17f. Operationsförstärkarens 17d positiva ingång är vidare kopplad till den andra referensspänningen 12.

Ett bärbart batteri 21 - se speciellt fig. 10 - av exempelvis typ 3,6 V litium med kapacitet 2100 mAh förser anordningen med erforderlig matningsenergi via en vippströmställare 21d med exempelvis handelsbeteckning SPDT, vilken vippströmställare 21d i aktiverat tillstånd matar en positiv spänning från batteriet 21a till en utgång 21e, över vilken till kretsens jord är kopplade två kondensatorer 21b och l2c, vilka var och en exempelvis har kapacitansen 10 LLF. Denna utgång 21e är i sin tur kopplad till flera punkter i övriga figurer 7-8, vilka punkter alla är markerade med 21e irespektive figurer. I fig. 9 visas en ytterligare del av en spänningsmatning, där den andra referensspänningen 12 tillhandahålles via en kopplingspunkt som innefattar ett motstånd på exempelvis 1 kQ sammankopplad med en kondensator 21g på exempelvis 10 |J.F, vars andra sida är kopplad till kretsens jord.

Motståndets 21f andra ände är kopplat till kortslutna ingångar 6 och 7 hos en LED-drivkrets 18k av exempelvis typ LM3419 och ett motstånd 181 på exempelvis 22 kQ är därjämte kopplat från de kortslutna ingångarna 6 (RHI) och 7 (RFF) hos de ljusemitterande diodernas drivkrets 18k.

Utgången 17f, se speciellt fig. 6, är vidare kopplad till en ände hos ett motstånd 18b på exempelvis 10 kQ, se speciellt fig. 7, vänstra delen.

Den andra referensspänningen 12 är även kopplad till ena sidan av ett motstånd 18a på exempelvis 10 m9, vars andra ände är kopplat till sagda operationsförstärkares ingång 9, och motståndets 18b andra ände är kopplad till sagda operationsförstärkares 13 ingång 10, till vilken även ett motstånd 18c på exempelvis 10 kQ är kopplad. Operationsförstärkarens 13 ingång 11 är kopplad till kretsens jord och operationsförstärkarens 13 anslutning 4 är kopplad till utgången 21e, se speciellt fig. 10.

Operationsförstärkarens 13 utgång8 är kopplad till en diods 18f av exem- pelvis typ IN4148 plussida medan diodens 18f negativa sida är kopplad via ett motstånd 18g på exempelvis 10 kQ till en utgång 18i, till vilken utgången 21e även är kopplad via ett motstånd 18h på 2,2 mQ och till vilken utgång 18)' även ena änden av en kondensator 18i på exempelvis 10 pl* är kopplad, vars andra ände är kopplad till kretsens jord. Ett motstånd 18e på exempelvis 10 mQ är därjämte kopplat mellan operationsförstärkarens anslutning 9 och utgången 18i.

Signalen omvandlas och mäts således av omvandlaren 18, vilken , avgör vilka av LED-dioderna 20a- 20e som skall tändas. Ju högre insignal, desto fler LED-dioder tänds och LED-stapeln 20a-20e drivs av LED- drivaren 18k. 5 10 15 20 25 5 1 Û Ü 7 9 7/ 10 Såsom vidare framgår speciellt av fig. 8 är sistnämnda utgång 18j kopplad till LED-drivarens 18k anslutning 5 (SIG). Utgången 21e är vidare kopplad till LED-drivarens 18k ingångar 9 (MODE) och 3 (V+).

LED-drivarens 18k anslutningar 8 (ADJ), 4 (RLO) och 2 (V-) är samtliga kopplade till kretsens jord. LED-drivarens anslutningar 12, 14, 16, 18 och 1 är var och en kopplad till LED-dioder 20a, 20b, 20c, 20d, respektive 20e, vilka var och en är av exempelvis typ LTL3S3CKH4 röd IOOOrncd.

Anslutna till dioderna 20a., 20b, 20c, 20d, 20d är dessutom, via ledningar 4, 3, 2, 1 enligt fig. 8 till höger, ett akustiskt larm 19, vilket innefattar en omkopplare 19f av exempelvis typ BCD DRR4010.

Sistnämnda är inrättad att via ett motstånd 19d på exempelvis 3,3 kQ styra ut en transistor 19a av exempelvis typ PNP BC327 att via ett motstånd 19b på exempelvis 47 Q driva en summer 19b av exempelvis typ MEB- 12C-5. Till omkopplarens 19f utgång är dessutom utgången 21e kopplad via ett motstånd 19e på exempelvis 10 kQ.

Ljudsignalen på summern 19e kan ställas in exempelvis för att ljuda då en viss LED-diod (av exempelvis 4) tänds för att markera att en viss avkänningsnivå har överskridits.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till det ovan beskrivna utföringsexemplet utan enbart av bifogade patentkrav, vilkas innehåll givetvis även innefattas och ingår i beskrivningen.

Claims (8)

510 079 10 15 20 25 30 35 40 8/10 Patentkrav

1. Sätt att fånga upp och behandla elektriska signaler för att ge en relevant uppfattning om eventuell risk för elektriskt överslag från företrädesvis högspända växelströmsledare till företrädesvis en person, k ä n n e t e c k n a t av att frikopplat från direkta elektriska förbindelser med omgivningen avkänns ett mått på elektrisk fältstyrka i en punkt medelst åtminstone en avkänningsenhet, vilken är försedd med två elektriska ledare med inbördes olika stora areor, vilka elektriskt sett isoleras inbördes, varvid sagda avkänningsenhet med sin mindre area alltid lokaliseras närmare sagda fältstyrkas upphov än dess större area, och av att över nämnda två elektriska ledare med skilda areor alstrad växelspänning signalbehandlas och presenteras såsom ett mått på nämnda risk för elektriskt överslag.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att två kapacitanser med två inbördes väsentligt skiljaktiga laddningskapaciteter skapas medelst en första kapacitiv koppling av sagda ledare med mindre area till sagda en punkt hos omgivningen och medelst en andra kapacitiv koppling av sagda ledare med större area till en person eller eventuellt ett föremål, som är i direkt eller indirekt kontakt med densamma, varvid den första kapacitiva kopplingen har låg kapacitans och den andra kopplingen har en hög kapacitans, och av att variationer i nämnda kapacitansers laddning jämföres och används såsom ett mått på sagda risk för elektriskt överslag.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda ledare lokaliseras huvudsakligen kon- centriskt på inbördes avstånd åtminstone såsom en del av en ring.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3 k än n e t e c k n a t av att två eller flera avkänningsenheter nyttjas, vilka lokaliseras iinbördes avvikande riktningar och vilkas elektriska ledare med skilda areor var för sig kopplas i serie, varigenom ur funktionell synvinkel två inbördes isolerade, elektriska ledare med skilda areor bibehålls.

5. Anordning för att med hjälp av bl a av ett elektriskt batteri och frikopplad från direkta elektriska förbindelser med omgivningen samt en signalbehandlingsenhet fånga upp och behandla elektriska signaler för att ge en relevant uppfattning om eventuell risk för elektriskt överslag _ från företrädesvis högspända växelströmsledare till företrädesvis en erson för enomförande av sättet enli krav 1, g 10 15 20 25 30 5 1 Û Û 7 9 9/10 k än n e t e c k n ad av åtminstone en avkänningsenhet (1-3), vilken är försedd med två elektriska ledare (lc, 2c; etc) med inbördes olika stora areor, vilka är elektriskt sett inbördes isolerade medelst ett isolerande skikt (3c;), varvid sagda avkänningsenhet med sin mindre area (lc;), är lokaliserad närmare sagda fältstyrkas upphov än dess större area, och av att över nämnda två elektriska ledare (lc, 2c; etc) alstrad växelspänning blir sígnalbehandlad med hjälp av avpassade elektriska kretsar och därefter presenterad såsom ett mått på nämnda risk för elektriskt överslag.

6. Anordning enligt krav S, k än n e t e c k n ad av två eller flera avkänningsenheter (lc, 2c, 3c; lb, 2b, 3b; la, 2a, 3a; etc), vilka lokaliseras i inbördes avvikande riktningar och vilkas elektriska ledare med skilda areor var för sig är kopplade i serie, varigenom ur funktionell synvinkel två inbördes isolerade, elektriska ledare är bibehållna.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda avkänningsenhet (lc, 2c, 3c) respektive nämnda avkänningsenheter (la-âa; 1b-3b; etc) är sammankopplingsbara till en väsentligen ringformad enhet medelst lösgörbara justeringsband (4a, 4b), vilka exempelvis är försedda med inbördes vid kontakt läsande samverkande organ.

8. Anordning enligt något av föregående krav, k än n e t e c k n a d av att signalbehandlingen av den av sagda avkänningsenhet/er uppfångade signaler innefattar ett skydd (10) mot elektriska störningar respektive mot sådana elektriska signaler, vilka saknar intresse i sammanhanget, en förstärkare (17), företrädesvis med möjlighet att välja förstärkningsfaktor, och en signal- och i förekommande fall larmåtergivningsanordning (18-20).