[发明专利]电感电路分断电弧放电时间检测电路及方法

权利要求书

1.一种电感电路分断电弧放电时间检测电路，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)、比较输出电路(4)、电弧时间测试及显示驱动电路(5)和电弧时间显示电路(6)；

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和电阻R4，所述电阻R1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+，所述电阻R3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-，取样点正极电压通过串联的电阻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的同相输入端连接，取样点负极电压通过串联的电阻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的反相输入端连接；

所述分相延缓电路(3)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的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8的阻值满足关系式所述电阻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；

所述比较输出电路(4)包括比较器U2、D触发器U3、电阻R10、电阻R11和电阻R12，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R10与外部供电电源的输出端VCC连接，所述D触发器U3的信号输入端D与信号输出端连接，所述D触发器U3的时钟信号输入端CP与比较器U2输出端连接，所述D触发器U3的信号输出端Q经过串联的电阻R11和电阻R12接地，所述电阻R11和电阻R12的连接端为所述比较输出电路(4)的输出端OUT；

所述电弧时间测试及显示驱动电路(5)为单片机，所述电弧时间显示电路(6)为液晶显示屏；所述仪用放大器U1的型号为AD623。

2.按照权利要求1所述的电感电路分断电弧放电时间检测电路，其特征在于：所述单片机的型号为STC89C51，所述液晶显示屏的型号为LCD1602，所述单片机上接有时钟电路，所述时钟电路由电容C2、电容C3和晶振Y1组成，所述晶振Y1的一端与所述单片机的第18引脚连接且公共电容C2接地，所述晶振Y1的另一端与所述单片机的第19引脚连接且公共电容C3接地；所述单片机的第29引脚和第40引脚均与外部供电电源的输出端VCC1连接，所述单片机的第20引脚接地，所述单片机的第13引脚与所述比较输出电路(4)的输出端OUT连接，所述液晶显示屏的第6引脚、第5引脚和第4引脚依次与所述单片机的第32引脚、第33引脚和第34引脚连接，所述液晶显示屏的第1引脚和第16引脚均接地，所述液晶显示屏的第2引脚和第15引脚均与外部供电电源的输出端VCC1连接，所述液晶显示屏的第3引脚通过电阻R13接地。

3.按照权利要求1所述的电感电路分断电弧放电时间检测电路，其特征在于：所述比较器U2的型号为LM2903。

4.按照权利要求1所述的电感电路分断电弧放电时间检测电路，其特征在于：所述D触发器U3的型号为74HC75。

5.一种利用如权利要求1所述的检测电路对电感电路分断电弧放电时间进行检测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、检测电路连接：将需要检测分断电弧放电时间的电感电路(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，将需要检测分断电弧放电时间的电感电路(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接在需要检测分断电弧放电时间的电感电路(1)的取样点正极与负极之间；

步骤二、电压信号处理：需要检测分断电弧放电时间的电感电路(1)工作过程中，电压信号处理电路(2)对需要检测分断电弧放电时间的电感电路(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输出给分相延缓电路(3)；

步骤三、电感电路分断电弧放电时间检测，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，电感电路(1)正常工作，此时，电感电路(1)中的电感充电储能，直到电感电流到达最大值时，电感电路(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的输出电压也为零；电压信号处理电路(2)输出的电压分为两路,一路经过所述分相延缓电路(3)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，另一路经过所述分相延缓电路(3)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，由于电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8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输出低电平，使得D触发器U3处于锁存状态，D触发器U3没有检测到变化的电压信号，输出低电平；

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，由于电感电路(1)的回路电流不能突变，致使分断点发生电压突变，电感电路(1)开始产生电弧放电；电压信号处理电路(2)输出的电压分为两路,一路经过所述分相延缓电路(3)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，另一路经过所述分相延缓电路(3)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，虽然电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8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D触发器U3为上升沿触发，因此，D触发器U3输出高电平；D触发器U3输出的高电平经过电阻R11和电阻R12分压后输出给电弧时间测试及显示驱动电路(5)，当电弧时间测试及显示驱动电路(5)检测到高电平到来时，开始计时；

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，电压信号处理电路2输出的电压分为两路,一路经过所述分相延缓电路3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，另一路经过所述分相延缓电路3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，由于电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8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输出维持低电平，D触发器U3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,安全火花试验装置G的两个电极彻底分离，电感电路(1)再次产生了一个突变的电压信号，电压信号处理电路2输出的电压分为两路，一路经过所述分相延缓电路3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，另一路经过所述分相延缓电路3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，虽然电阻R5的阻值、电阻R6的阻值、电阻R7的阻值和电阻R8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再次输出高电平，D触发器U3检测到这一从低到高变化的电压信号，输出状态逻辑翻转为低电平，需要检测分断电弧放电时间的电感电路(1)电弧放电结束；D触发器U3输出逻辑状态翻转时，产生一个下降沿输出给电弧时间测试及显示驱动电路(5)，电弧时间测试及显示驱动电路(5)停止计时，电弧时间测试及显示驱动电路(5)将计时得到的时间记为电感电路(1)分断电弧放电时间，并输出给电弧时间显示电路(6)进行显示。