本實用新型屬于感性電路電感斷開電弧檢測技術領域，具體涉及一種電感斷開電弧建立與結束時刻檢測電路。

背景技術：

在煤礦、石化等危險環(huán)境中存在大量的易燃、易爆氣體或物質(zhì)，應用于這些場合的電子電器設備必須滿足本質(zhì)安全的要求。對于含有電感和電容等儲能元件的電子設備，電感開路以及電容短路所引起的電火花將有可能引燃易燃、易爆氣體或物質(zhì)，對這些環(huán)境中的人身及設備構成嚴重威脅。安全火花試驗裝置是用來對在爆炸性環(huán)境中使用的帶有電阻、電感、電容或混合電路的本安防爆設備進行火花試験的一種裝置。電感槽的電極一為斜面銅輪，由2r/min的微型電機帶動其水平旋轉，另一極為12根鍍鋅銅絲，由30r/min的可逆電機帶動其垂直旋轉，兩電極不斷地分離，每分離一次，便產(chǎn)生一次火花。爆炸性本安評價是采用安全火花試驗裝置在特定的試驗條件下對本安產(chǎn)品采用爆炸性試驗逐一檢測，其成本高、周期長，且不能指導產(chǎn)品的設計與制造。非爆炸性本安評價是基于能量等效原理，依據(jù)已有的電感和電容臨界點燃曲線，通過理論分析與計算，實現(xiàn)電路本安性能的判定，而其中關鍵在于提取相應的放電能量。模擬電容性電路短路火花試驗的等效電路已有研究，而電感性電路由于其放電過程復雜使得研究進展非常緩慢，雖然在理論的基礎采用數(shù)學建模的方式建立起電感斷開電弧放電的數(shù)學模型，但這些模型大多建立在電弧放電時間的基礎上，而電弧放電時間是一個與電路參數(shù)相關的隱函數(shù)，因此所建立的模型存在很大的局限性。

如果能夠?qū)崿F(xiàn)對電感斷開電弧放電的檢測，確定電弧建立時刻和電弧熄滅時刻，建立相應的電感斷開放電電弧電阻模型，在電弧建立時刻接入電弧電阻，在電弧熄滅時刻移去電弧電阻，借助于電路仿真軟件提取到電感斷開電弧放電的波形，即可代替安全火花試驗裝置對電感性電路進行本安性能的判定；此外，還可以設計出電感性電路本安保護電路，比如電弧建立時刻，在電感兩端并接一個電阻或者限壓器件等，因此對電感斷開電弧放電的檢測，更準確的是電感斷開電弧放電時刻的檢測很有必要。

為了解決以上問題，申請?zhí)枮?01611261062.3的中國專利公開了一種電感斷開電弧起止時刻檢測電路及方法，其電路結構簡單，實現(xiàn)方便，但是，它所檢測的電感斷開電弧起止時刻為檢測前后兩次產(chǎn)生的突升的電壓，但根據(jù)小電感感性電路的分斷電弧放電特性曲線可知，當電感較小時，分斷電弧放電電壓一直在上升，沒有明顯的第二次突升現(xiàn)象，因此對于小電感的分斷電弧放電，采用申請?zhí)枮?01611261062.3的專利電路及方法不能準確檢測其分斷電弧放電結束時刻。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種電感斷開電弧建立與結束時刻檢測電路，其電路結構簡單，設計合理，實現(xiàn)方便且成本低，工作穩(wěn)定可靠，能夠快速有效的檢測感性電路電感斷開電弧電弧建立與熄滅時刻，適用范圍廣，實用性強，具有良好的推廣應用價值。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：一種電感斷開電弧建立與結束時刻檢測電路，其特征在于：包括依次連接的電壓信號處理電路、分相延緩電路和比較輸出電路；

所述電壓信號處理電路包括儀用放大器U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R17和穩(wěn)壓二極管D1，所述電阻R1的一端為電壓信號處理電路的取樣點負極電壓輸入端VIN-，所述電阻R3的一端為電壓信號處理電路的取樣點正極電壓輸入端VIN+，取樣點負極電壓輸入端VIN-由串聯(lián)的電阻R1和電阻R2構成的分壓電阻網(wǎng)絡連接到地，所述電阻R1和電阻R2的連接端與儀用放大器U1的反相輸入端連接，取樣點正極電壓輸入端VIN+由串聯(lián)的電阻R3和電阻R4構成的分壓電阻網(wǎng)絡連接到地，所述電阻R3和電阻R4的連接端與儀用放大器U1的同相輸入端連接，所述儀用放大器U1的兩個增益電阻連接端之間接有增益調(diào)節(jié)電阻RG，所述穩(wěn)壓二極管D1的陽極接地，所述穩(wěn)壓二極管D1的陰極與儀用放大器U1的電壓參考端連接，所述儀用放大器U1的電壓參考端還通過電阻R17與外部供電電源的輸出端VCC連接；

所述分相延緩電路包括第一分相延緩電路和第二分相延緩電路，所述第一分相延緩電路包括電容C1，由電阻R5和電阻R7組成的第一比例電阻網(wǎng)絡，以及由電阻R6和電阻R8組成的第二比例電阻網(wǎng)絡；所述電阻R5的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R5的另一端通過電阻R7接地，所述電阻R6的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R6的另一端通過電阻R8接地，所述電容C1的一端與電阻R6和電阻R8的連接端連接，所述電容C1的另一端接地；所述第二分相延緩電路包括電容C2，由電阻R11和電阻R13組成的第三比例電阻網(wǎng)絡，以及由電阻R12和電阻R14組成的第四比例電阻網(wǎng)絡；所述電阻R11的阻值、電阻R12的阻值、電阻R13的阻值和電阻R14的阻值滿足關系式所述電阻R11的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R11的另一端通過電阻R13接地，所述電阻R12的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R12的另一端通過電阻R14接地，所述電容C2的一端與電阻R12和電阻R14的連接端連接，所述電容C2的另一端接地；

所述比較輸出電路包括比較器U2、比較器U3、D觸發(fā)器U4、開關二極管D2、開關二極管D3、電阻R9、電阻R10、電阻R16和電阻R15，所述比較器U2的同相輸入端與電阻R5和電阻R7的連接端連接，所述比較器U2的反相輸入端與電阻R6和電阻R8的連接端連接，所述比較器U2的輸出端通過電阻R9與外部供電電源的輸出端VCC連接；所述比較器U3的同相輸入端與電阻R12和電阻R14的連接端連接，所述比較器U3的反相輸入端與電阻R11和電阻R13的連接端連接，所述比較器U3的輸出端通過電阻R10與外部供電電源的輸出端VCC連接；所述開關二極管D2的陽極與所述比較器U2的輸出端連接，所述開關二極管D3的陽極與所述比較器U3的輸出端連接，所述開關二極管D2的陰極和開關二極管D3的陰極均與所述D觸發(fā)器U4的時鐘引腳CLD連接，所述D觸發(fā)器U4的清零引腳通過電阻R16與外部供電電源的輸出端VCC連接，且通過電容C3接地，所述D觸發(fā)器U4的電源引腳Vcc和預置引腳均與外部供電電源的輸出端VCC連接，所述D觸發(fā)器U4的接地引腳GND接地，所述D觸發(fā)器U4的信號輸入端引腳D和信號輸出端引腳連接，所述D觸發(fā)器U4的信號輸出端引腳Q為所述比較輸出電路的輸出端OUT，所述比較器U2的反相輸入端通過電阻R15與所述D觸發(fā)器U4的信號輸出端引腳Q連接；所述電阻R5的阻值、電阻R6的阻值、電阻R7的阻值、電阻R8的阻值和電阻R15的阻值滿足關系式

上述的一種電感斷開電弧建立與結束時刻檢測電路，其特征在于：所述儀用放大器U1的型號為AD623。

上述的一種電感斷開電弧建立與結束時刻檢測電路，其特征在于：所述比較器U2和比較器U3的型號均為LM2903。

上述的一種電感斷開電弧建立與結束時刻檢測電路，其特征在于：所述D觸發(fā)器U4的型號為DM74S74。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本實用新型的電路結構簡單，設計合理，實現(xiàn)方便且成本低，工作穩(wěn)定可靠。

2、本實用新型能夠準確的檢測出感性電路電感斷開電弧電弧建立時刻和電弧熄滅時刻，是其他設計所不能達到的。

3、本實用新型通過選用的儀用放大器能夠?qū)崿F(xiàn)對感性電路中任意分斷的兩點之間電壓的取樣，且對所采樣的電路自身干擾較小。

4、本實用新型選用的儀用放大器、比較器和D觸發(fā)器響應速度非?？?，可以檢測到微秒級別以上的電壓突變情況，能夠?qū)崟r的檢測感性電路電感斷開電弧電弧建立與熄滅時刻，實時檢測效果明顯。

5、本實用新型能夠適用于各種感性電路電感斷開電弧試驗中，與安全火花試驗裝置相配合，較好地模擬電感斷開電弧放電的過程，所模擬的電感斷開電弧放電過程與實際火花試驗較為接近，特別是電感斷開電弧放電能量的誤差較小，借助于仿真軟件，能夠方便快速地提取電感斷開電弧放電波形，對電感性電路進行非爆炸性本安判定能夠提供有力的支持，其適用范圍廣。

6、本實用新型對分相延緩電路以及比較輸出電路進行擴充，增加了一條包含兩路比例電阻網(wǎng)絡及一個比較器組成的支路，能夠檢測電弧放電電壓突降時刻，并將其作為感性電路斷開電弧放電結束時刻，由于不管電感取值的大小，只要在分斷電弧放電結束時刻，電弧放電電壓一定會產(chǎn)生一次突降，所以，采用檢測電弧放電電壓突降時刻作為感性電路斷開電弧放電結束時刻更加準確可靠，能夠使檢測結果更為精準。

7、本實用新型的實用性強，具有良好的推廣應用價值。

綜上所述，本實用新型的電路結構簡單，設計合理，實現(xiàn)方便且成本低，工作穩(wěn)定可靠，能夠快速有效的檢測感性電路電感斷開電弧電弧建立與熄滅時刻，適用范圍廣，實用性強，具有良好的推廣應用價值。

下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路原理框圖。

圖2為本實用新型的電路原理圖。

圖3為本實用新型的應用實例圖。

附圖標記說明:

1—感性電路；2—電壓信號處理電路；3—分相延緩電路；

4—比較輸出電路。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的一種電感斷開電弧建立與結束時刻檢測電路，包括依次連接的電壓信號處理電路2、分相延緩電路3和比較輸出電路4；

如圖2所示，所述電壓信號處理電路2包括儀用放大器U1、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R17和穩(wěn)壓二極管D1，所述電阻R1的一端為電壓信號處理電路2的取樣點負極電壓輸入端VIN-，所述電阻R3的一端為電壓信號處理電路2的取樣點正極電壓輸入端VIN+，取樣點負極電壓輸入端VIN-由串聯(lián)的電阻R1和電阻R2構成的分壓電阻網(wǎng)絡連接到地，所述電阻R1和電阻R2的連接端與儀用放大器U1的反相輸入端連接，取樣點正極電壓輸入端VIN+由串聯(lián)的電阻R3和電阻R4構成的分壓電阻網(wǎng)絡連接到地，所述電阻R3和電阻R4的連接端與儀用放大器U1的同相輸入端連接，所述儀用放大器U1的兩個增益電阻連接端之間接有增益調(diào)節(jié)電阻RG，所述穩(wěn)壓二極管D1的陽極接地，所述穩(wěn)壓二極管D1的陰極與儀用放大器U1的電壓參考端連接，所述儀用放大器U1的電壓參考端還通過電阻R17與外部供電電源的輸出端VCC連接；

如圖2所示，所述分相延緩電路3包括第一分相延緩電路和第二分相延緩電路，所述第一分相延緩電路包括電容C1，由電阻R5和電阻R7組成的第一比例電阻網(wǎng)絡，以及由電阻R6和電阻R8組成的第二比例電阻網(wǎng)絡；所述電阻R5的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R5的另一端通過電阻R7接地，所述電阻R6的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R6的另一端通過電阻R8接地，所述電容C1的一端與電阻R6和電阻R8的連接端連接，所述電容C1的另一端接地；所述第二分相延緩電路包括電容C2，由電阻R11和電阻R13組成的第三比例電阻網(wǎng)絡，以及由電阻R12和電阻R14組成的第四比例電阻網(wǎng)絡；所述電阻R11的阻值、電阻R12的阻值、電阻R13的阻值和電阻R14的阻值滿足關系式所述電阻R11的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R11的另一端通過電阻R13接地，所述電阻R12的一端與儀用放大器U1的輸出端連接，所述電阻R12的另一端通過電阻R14接地，所述電容C2的一端與電阻R12和電阻R14的連接端連接，所述電容C2的另一端接地；

如圖2所示，所述比較輸出電路4包括比較器U2、比較器U3、D觸發(fā)器U4、開關二極管D2、開關二極管D3、電阻R9、電阻R10、電阻R16和電阻R15，所述比較器U2的同相輸入端與電阻R5和電阻R7的連接端連接，所述比較器U2的反相輸入端與電阻R6和電阻R8的連接端連接，所述比較器U2的輸出端通過電阻R9與外部供電電源的輸出端VCC連接；所述比較器U3的同相輸入端與電阻R12和電阻R14的連接端連接，所述比較器U3的反相輸入端與電阻R11和電阻R13的連接端連接，所述比較器U3的輸出端通過電阻R10與外部供電電源的輸出端VCC連接；所述開關二極管D2的陽極與所述比較器U2的輸出端連接，所述開關二極管D3的陽極與所述比較器U3的輸出端連接，所述開關二極管D2的陰極和開關二極管D3的陰極均與所述D觸發(fā)器U4的時鐘引腳CLD連接，所述D觸發(fā)器U4的清零引腳通過電阻R16與外部供電電源的輸出端VCC連接，且通過電容C3接地，所述D觸發(fā)器U4的電源引腳Vcc和預置引腳均與外部供電電源的輸出端VCC連接，所述D觸發(fā)器U4的接地引腳GND接地，所述D觸發(fā)器U4的信號輸入端引腳D和信號輸出端引腳連接，所述D觸發(fā)器U4的信號輸出端引腳Q為所述比較輸出電路4的輸出端OUT，所述比較器U2的反相輸入端通過電阻R15與所述D觸發(fā)器U4的信號輸出端引腳Q連接；所述電阻R5的阻值、電阻R6的阻值、電阻R7的阻值、電阻R8的阻值和電阻R15的阻值滿足關系式

具體實施時，所述儀用放大器U1的電源端與外部供電電源的輸出端VCC連接，所述儀用放大器U1的接地端接地；所述比較器U2的電源端與外部供電電源的輸出端VCC連接，所述比較器U2的接地端接地；所述比較器U3的電源端與外部供電電源的輸出端VCC連接，所述比較器U3的接地端接地。所述外部供電電源的輸出端VCC輸出的電壓為5V。

另外，具體實施時，電阻R16的阻值和電容C3的容值應滿足R16·C3＞R6·C1，從而使得D觸發(fā)器U4的上電復位時間足夠長，確保在D觸發(fā)器U4上電復位期間，外部供電電源對電容C1進行充電，從而使得比較器U2反相輸入端電壓大于同相輸入端，比較器U2穩(wěn)定輸出為低電平。

本實施例中，所述儀用放大器U1的型號為AD623。

本實施例中，所述比較器U2和比較器U3的型號均為LM2903。

本實施例中，所述D觸發(fā)器U4的型號為DM74S74。

采用本實用新型進行感性電路電感斷開電弧建立與結束時刻檢測的方法，包括以下步驟：

步驟一、檢測電路連接：將感性電路1的取樣點正極與電壓信號處理電路2的取樣點正極電壓輸入端VIN+連接，將感性電路1的取樣點負極與電壓信號處理電路2的取樣點負極電壓輸入端VIN-連接；并將安全火花試驗裝置G接在感性電路1的取樣點正極與負極之間；

所述感性電路1由串聯(lián)的電感電路和限流電阻RL組成，所述電感電路中電感的一端為感性電路1的取樣點正極，所述限流電阻RL未與所述電感電路連接的一端為感性電路1的取樣點負極。

步驟二、電壓信號處理：感性電路1工作過程中，電壓信號處理電路2對感性電路1的取樣點正極與負極電壓的雙端輸入差分信號進行放大處理后，轉換成單端電壓信號分為四路輸出給分相延緩電路3，第一路經(jīng)過所述第一分相延緩電路中的第一比例電阻網(wǎng)絡分壓后輸出到比較輸出電路4中比較器U2的同相輸入端，第二路經(jīng)過所述第一分相延緩電路中的第二比例電阻網(wǎng)絡分壓后輸出到比較輸出電路4中比較器U2的反相輸入端，第三路經(jīng)過所述第二分相延緩電路中的第三比例電阻網(wǎng)絡分壓后輸出到比較輸出電路4中比較器U3的反相輸入端，第四路經(jīng)過所述第二分相延緩電路中的第四比例電阻網(wǎng)絡分壓后輸出到比較輸出電路4中比較器U3的同相輸入端；

步驟三、感性電路電感斷開電弧建立與結束時刻檢測，具體過程為：

當安全火花試驗裝置G的兩個電極處于閉合狀態(tài)時，感性電路1正常工作，此時，感性電路1中的電感充電儲能，直到電感電流到達最大值時，感性電路1的取樣點正極與取樣點負極之間的電壓為零，電壓信號處理電路2中儀用放大器U1的輸出電壓為儀用放大器U1的電壓參考端的電壓；由于所述電阻R5的阻值、電阻R6的阻值、電阻R7的阻值、電阻R8的阻值和電阻R15的阻值滿足關系式因此所述比較器U2的反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓，因此比較器U2輸出低電平；由于所述電阻R11的阻值、電阻R12的阻值、電阻R13的阻值和電阻R14的阻值滿足關系式因此所述比較器U3的反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓，因此比較器U3輸出低電平；D觸發(fā)器U4的時鐘引腳CLD為低電平，其輸出保持低電平；其中，V_IN為感性電路1的輸入電壓，RL為感性電路1中的限流電阻RL的阻值；

當利用安全火花試驗裝置G進行開閉爆炸性試驗時，安全火花試驗裝置G的兩個電極由閉合開始分離，由于感性電路1的回路電流不能突變，致使分斷點發(fā)生電壓突變，感性電路1開始產(chǎn)生電弧放電，產(chǎn)生了突升的電壓；雖然電阻R5的阻值、電阻R6的阻值、電阻R7的阻值、電阻R8的阻值和電阻R15的阻值滿足關系式但由于電容C1延緩了所述第二比例電阻網(wǎng)絡分壓后輸出的電壓的變化，使得比較器U2的同相輸入端的電壓大于其反相輸入端的電壓，比較器U2輸出高電平；由于電阻R11的阻值、電阻R12的阻值、電阻R13的阻值和電阻R14的阻值滿足關系式因此比較器U3的同相輸入端的電壓仍然小于其反相輸入端的電壓，比較器U3輸出保持低電平；D觸發(fā)器U4檢測到比較器U2輸出的高電平，開始輸出高電平；將D觸發(fā)器U4開始輸出高電平的時刻記錄為感性電路電感斷開電弧建立時刻；之后，D觸發(fā)器U4輸出的高電平通過電阻R15反饋到比較器U2的反相輸入端，使得比較器U2的反相輸入端的電壓大于其同相輸入端的電壓，比較器U2輸出低電平，D觸發(fā)器U4的輸出仍然維持高電平；

隨著時間的推進，安全火花試驗裝置G的兩個電極分離的程度逐漸增大，電弧電流近似線性衰減，此時分斷處的電弧電壓緩慢上升，由于電阻R5的阻值、電阻R6的阻值、電阻R7的阻值、電阻R8的阻值和電阻R15的阻值滿足關系式因此比較器U2的同相輸入端的電壓小于其反相輸入端的電壓，比較器U2輸出保持低電平；由于電阻R11的阻值、電阻R12的阻值、電阻R13的阻值和電阻R14的阻值滿足關系式因此比較器U3的同相輸入端的電壓小于其反相輸入端的電壓，比較器U3輸出保持低電平；D觸發(fā)器U4輸出保持高電平；

隨著安全火花試驗裝置G的兩個電極距離進一步加大，電弧電流突然下降為零，安全火花試驗裝置G的兩個電極徹底分離，此時感性電路1兩個電極的分離處產(chǎn)生一個突降的電壓信號，雖然電阻R11的阻值、電阻R12的阻值、電阻R13的阻值和電阻R14的阻值滿足關系式但由于電容C2延緩了所述第四比例電阻網(wǎng)絡分壓后輸出的電壓的變化，因此比較器U3的同相輸入端的電壓大于其反相輸入端的電壓，使得比較器U3輸出高電平；D觸發(fā)器U4檢測到這一高電平信號，輸出狀態(tài)邏輯翻轉為低電平，感性電路1電弧放電結束；將D觸發(fā)器U4的輸出邏輯狀態(tài)翻轉產(chǎn)生下降沿的時刻記錄為感性電路電感斷開電弧結束時刻。

例如，如圖3所示，所述感性電路1由電感電路和限流電阻RL組成，所述電感電路由串聯(lián)的直流電壓源Vi和電感L組成，所述電感L的一端與直流電壓源Vi正極輸出端連接，所述電感L的另一端為感性電路1的取樣點正極，所述限流電阻RL的一端與直流電壓源Vi負極輸出端連接且接地，所述限流電阻RL的另一端為感性電路1的取樣點負極。

當安全火花試驗裝置G的兩個電極處于閉合狀態(tài)時，感性電路1正常工作，此時，電感L1充電儲能，比較器U2輸出低電平，比較器U3輸出低電平，D觸發(fā)器U4的時鐘引腳CLD為低電平，其輸出保持低電平；

當利用安全火花試驗裝置G進行開閉爆炸性試驗時，安全火花試驗裝置G的兩個電極由閉合開始分離，由于感性電路的回路電流不能突變，致使分斷點發(fā)生電壓突變，感性電路1開始產(chǎn)生電弧放電，產(chǎn)生了突升的電壓；比較器U2輸出高電平，D觸發(fā)器U4檢測到比較器U2輸出的高電平，開始輸出高電平，將D觸發(fā)器U4開始輸出高電平的時刻記錄為感性電路電感斷開電弧建立時刻；之后，D觸發(fā)器U4輸出的高電平通過電阻R15反饋到比較器U2的反相輸入端，使得比較器U2的反相輸入端的電壓大于其同相輸入端的電壓，比較器U2輸出低電平，D觸發(fā)器U4的輸出仍然維持高電平；

隨著時間的推進，安全火花試驗裝置G的兩個電極分離的程度逐漸增大，電弧電流近似線性衰減，此時分斷處的電弧電壓緩慢上升，比較器U2輸出保持低電平，比較器U3輸出保持低電平，D觸發(fā)器U4輸出保持高電平；

隨著安全火花試驗裝置G的兩個電極距離進一步加大，電弧電流突然下降為零，此時感性電路1兩個電極的分離處產(chǎn)生一個突降的電壓信號，因此比較器U3的同相輸入端的電壓大于其反相輸入端的電壓，使得比較器U3輸出高電平，D觸發(fā)器U4檢測到這一高電平信號，輸出狀態(tài)邏輯翻轉為低電平，感性電路1電弧放電結束；將D觸發(fā)器U4的輸出邏輯狀態(tài)翻轉產(chǎn)生下降沿的時刻記錄為感性電路電感斷開電弧結束時刻。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內(nèi)。