用于檢測或預測電故障的方法
【專利摘要】一種預測電網(wǎng)絡(luò)中的電故障的方法，其中接收指示傳輸?shù)男盘?，與參考信號相比，做出確定并且如果該比較啟示故障，則指示該故障的確定。
【專利說明】用于檢測或預測電故障的方法 【背景技術(shù)】
[〇〇〇1] 對于例如功率或數(shù)據(jù)等可傳輸信號的電纜提供可傳輸信號從源到目的地的傳輸。 這樣的電纜具有多種應(yīng)用，并且非常適合于資源或裝置之間的長或短距離傳輸。
[0002] 沿電傳輸線行進的信號在行進信號遇到線路傳輸參數(shù)中的不連續(xù)時將在相反的 方向上部分或完全反射。反射可以例如在傳輸線失效或即將失效時出現(xiàn)。在起始信號與反 射信號組合時，線路反射引起若干不可取的效應(yīng)。所得的信號可以引起間歇失效、信號退化 和甚至受影響節(jié)點上的連接裝置的損壞。在反射是真正原因時，靈敏的電子器件可將不可 取的效應(yīng)登記為部件失效。
[0003] 在出現(xiàn)傳輸線反射時，可使裝置、應(yīng)用或電節(jié)點離線或退出服務(wù)用于診斷和修理。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明涉及檢測和預測電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點中的電故障的方法，該方法包括接收指示該 節(jié)點上的傳輸信號的監(jiān)測信號、將該監(jiān)測信號與參考傳輸信號比較、在該比較達到故障閾 值時確定故障以及指示故障的確定。
[0005] 提供一種檢測和預測電網(wǎng)絡(luò)（2)的節(jié)點（4)中的電故障的方法，所述方法包括： 接收指示所述節(jié)點（4)上的傳輸信號（12)的監(jiān)測信號（20); 將所述監(jiān)測信號（20 )與參考傳輸信號（22 )比較； 在所述比較達到故障閾值時確定故障；以及 指示所述故障的確定。
[0006] 優(yōu)選的，所述接收包括實時接收所述監(jiān)測信號（20)與所述傳輸信號（12)。
[〇〇〇7] 優(yōu)選的，所述接收包括接收所述傳輸信號（12)作為所述監(jiān)測信號（20)。
[0008] 優(yōu)選的，所述參考傳輸信號（22)與所述傳輸信號（12)有聯(lián)系。
[0009] 優(yōu)選的，所述參考傳輸信號（22)是所述傳輸信號（12)的完美版本。
[〇〇1〇] 優(yōu)選的，達到故障閾值的所述比較包括所述監(jiān)測信號（20)位于故障閾值范圍外 部。
[0011] 優(yōu)選的，達到故障閾值的所述比較包括所述監(jiān)測信號（20)大于高故障閾值（40)。
[0012] 優(yōu)選的，達到故障閾值的所述比較包括所述監(jiān)測信號（20)小于低故障閾值（42)。
[0013] 優(yōu)選的，所述指示包括記錄所述故障用于后續(xù)檢索。
[0014] 優(yōu)選的，記錄所述故障包括將所述故障存儲在存儲器裝置54中。
[0015] 優(yōu)選的，所述方法進一步包括在所述指示后清除所述故障。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 在圖中： 圖1是具有故障檢測和預測電路的電網(wǎng)絡(luò)的示意圖。
[0017] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例具有故障檢測和預測電路的電網(wǎng)絡(luò)的示意圖。 【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明的實施例與檢測或預測電網(wǎng)絡(luò)(其傳輸至少一個可傳輸信號）的節(jié)點中的 電故障的方法有關(guān)。設(shè)想任何類型的可傳輸兀件，其的不例包括數(shù)據(jù)的電傳輸。此外，任何 目的可由可傳輸信號達成，例如提供功率或數(shù)據(jù)用于傳送。
[0019] 圖1是對于本發(fā)明的一個實施例的電網(wǎng)絡(luò)2的示意圖示。應(yīng)注意該電網(wǎng)絡(luò)2可以 是任何類型的電網(wǎng)絡(luò)，其中傳輸功率和/或數(shù)據(jù)。更特定地預想電網(wǎng)絡(luò)2是對于飛行器的 配電網(wǎng)絡(luò)，和/或?qū)τ陲w行器的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0020] 電網(wǎng)絡(luò)2包括通過傳輸電纜10而連接的源14和目的地16。故障預測電路18在 節(jié)點4處耦合于傳輸電纜10并且接收指示電纜10上的傳輸信號12的監(jiān)測信號20作為輸 入。傳輸信號發(fā)生器6向故障預測電路18提供參考傳輸信號22,其是傳輸信號12的理想 或完美版本。選項存儲單元54接收并且存儲來自故障預測電路18的故障指示符輸出26。 另外，盡管網(wǎng)絡(luò)2用具有單個節(jié)點4的單個電纜10來圖示，網(wǎng)絡(luò)2可具有任何數(shù)量的電纜 和節(jié)點，其中為了方便僅圖示一個。此外，節(jié)點4和對應(yīng)的監(jiān)測信號20可定位在電纜上的 任何期望點處。
[0021] 在操作中，傳輸信號12可從源14傳輸?shù)侥康牡?6,并且在這樣做時，經(jīng)過節(jié)點4， 其中監(jiān)測信號20被傳遞到故障預測電路18,其通過將監(jiān)測信號20與參考傳輸信號22比較 而處理對于故障的監(jiān)測信號20。
[0022] 在實施比較時，相對于參考傳輸信號22,故障預測電路18將監(jiān)測信號20與故障閾 值或故障閾值范圍相比較。換句話說，故障預測電路18配置成在監(jiān)測信號20偏離參考傳 輸信號22預定量時識別故障。
[0023] 當故障預測電路18預測到故障時，故障預測電路18輸出故障指示符輸出26,該 存儲單元54可將故障數(shù)據(jù)事件(其包括故障的時間)寫到存儲器裝置。存儲單元54可耦合 于大量故障預測電路18,在該情況下存儲單元54可記錄額外的故障數(shù)據(jù)，例如傳輸電纜10 的位置。存儲單元54可備選地記錄故障數(shù)據(jù)，例如在故障時傳輸信號12的操作、在一段時 間內(nèi)登記的故障的數(shù)量、在特定傳輸電纜處的重復故障的數(shù)量，等。故障數(shù)據(jù)可存儲在存儲 單元54中用于后續(xù)檢索。
[0024] 圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的備選電網(wǎng)絡(luò)102。該第二實施例與第一實施 例相似；因此，類似的部件用增加100的類似數(shù)字標識，其中理解第一實施例的類似部件的 描述適用于第二實施例，除非另外指出。第一實施例與第二實施例之間的差異是故障預測 電路118包括用于識別電故障的特定電路的一個示例。示出故障預測電路118,其包括正直 流（DC)電源28、負DC電源30、第一二極管32、第二二極管34、第一電阻器36和第二電阻 器38。設(shè)置故障預測電路118的一部分使得下面的部件采用串聯(lián)配置分別連接：正DC電 源28、第一電阻器36、第一二極管32、第二二極管34、第二電阻器38和負DC電源30。故障 預測電路118的該部分接收第一二極管32與第二二極管34之間的參考傳輸信號22作為 輸入。
[0025] 故障預測電路118進一步包括安置在第一電阻器36與第一二極管32之間的高故 障閾值信號節(jié)點40,和安置在第二電阻器38與第二二極管34之間的低故障閾值信號節(jié)點 42。如圖示的，故障預測電路118進一步包括高側(cè)運算放大器（op-amp) 44 (其具有兩個輸 入和一個輸出）和低側(cè)〇p-amp 46,其具有兩個輸入和一個輸出。高側(cè)op-amp 44接收監(jiān)測 信號20和高故障閾值信號節(jié)點40作為輸入。低側(cè)op-amp 46接收監(jiān)測信號20和低故障 閾值信號節(jié)點42作為輸入。
[0026] 高側(cè)和低側(cè)op-amp 44、46中的每個與通常反向偏置的二極管48陰極連接，其中 每個二極管48的相對端或陽極連接到公共故障節(jié)點50。該故障節(jié)點50為可選的集成電路 (1C)芯片52提供輸入，該可選的集成電路（1C)芯片52具有通過故障預測電路118外部的 源而接收的額外的清除信號輸入24和故障指示符輸出26。故障節(jié)點50另外可包括元件部 分，其適于使得故障節(jié)點50可以將二極管48的信號輸出正確地轉(zhuǎn)換成1C芯片52的可接 受數(shù)字邏輯輸入。
[0027] 另外，設(shè)想沒有可選的1C芯片52和清除信號輸入24的故障預測電路118,其中故 障節(jié)點50直接映射到電路118的故障指示符輸出26。清除信號輸入24可從允許傳輸至 少兩個不同信號的任何裝置接收。在一個示例中，它可以是允許將高信號傳輸?shù)?C芯片的 物理按鈕。在另一個示例中，它可以是來自另一個裝置(例如存儲單元54)的高信號的電輸 出。
[0028] 當監(jiān)測信號20電壓在高故障閾值信號節(jié)點40電壓以下時，高側(cè)op-amp將輸出高 信號。如果監(jiān)測信號20電壓變得高于高故障閾值信號節(jié)點40電壓，高側(cè)op-amp將輸出低 信號。同樣，如果監(jiān)測信號20電壓在低故障閾值信號節(jié)點42電壓以上，低側(cè)op-amp將輸 出高信號。如果監(jiān)測信號20電壓變得低于低故障閾值信號節(jié)點42電壓，低側(cè)op-amp將輸 出低信號。
[0029] 該配置操作使得故障節(jié)點50在高側(cè)和低側(cè)op-amp44、46都輸出高信號時具有高信 號。然而，當高側(cè)、低側(cè)或兩個op-amp 44、46都輸出低信號時，故障節(jié)點50將具有低信號。
[0030] 1C芯片52配置成當它在故障節(jié)點50處接收高信號時產(chǎn)生低信號，或不產(chǎn)生信號。 相反，1C芯片52配置成當它在故障節(jié)點50處接收低信號時在故障指示符輸出26處產(chǎn)生 高信號。進一步配置1C芯片52使得一旦它在故障節(jié)點50處接收低信號，芯片52將繼續(xù) 在故障指示符輸出26處產(chǎn)生高信號而不管來自故障節(jié)點50的任何后續(xù)輸入，直到芯片52 從清除信號輸入24接收清除信號。
[0031] 在第二實施例的電網(wǎng)絡(luò)102的操作中，傳輸信號12可從源14傳輸?shù)侥康牡?6,并 且在這樣做時，經(jīng)過節(jié)點4,其中監(jiān)測信號20被傳遞到故障預測和檢測電路118,其通過將 監(jiān)測信號與參考傳輸信號22比較而處理對于故障的監(jiān)測信號20。
[0032] 預先選擇關(guān)于高和低故障閾值信號節(jié)點40、42值中的每個的配置來限定閾值信 號范圍用于比較。根據(jù)正DC電源28、負DC電源30以及第一和第二二極管32、34的電特 性分別選擇第一和第二電阻器36、38,以便限定高和低故障閾值信號節(jié)點40、42處的電壓 值。例如,如果正DC電源28已知為+10V，負DC電源30已知為-10V，每個第一和第二二極 管32、34用典型的0. 7V下降操作，并且第一和第二電阻器36、38可每個選為22K Ω，期望的 高和低故障閾值信號節(jié)點40、42值分別是在參考信號22以上的+0. 7V和參考信號22以下 的-0. 7。該示例示出為示例，由此得到可接受極限的包絡(luò)并且它絕不解釋為明確限制或設(shè) 置極限邊界的方法。
[0033] 在實施比較中，故障預測電路118使用高側(cè)和低側(cè)op-amp44、46將監(jiān)測信號20與 高和低故障閾值信號節(jié)點40、42相比較。其中比較達到故障閾值（S卩，當比較指示監(jiān)測信號 20位于故障閾值范圍外部時)，出現(xiàn)故障。在本發(fā)明的該實施例中，當監(jiān)測信號20大于高故 障閾值信號40或監(jiān)測信號20在低故障閾值信號42以下時，監(jiān)測信號20將位于故障閾值 范圍外部。信號22到該電路的注入起作用使得高側(cè)和低故障閾值也可是動態(tài)的，以便對于 隨時間變化的信號的故障預測也是有用的。
[0034] 當故障預測電路118確定已經(jīng)出現(xiàn)故障時，電路118在故障指示符輸出26處指示 故障的確定。故障預測電路118繼續(xù)指示故障已經(jīng)出現(xiàn)直到電路118被清除信號輸入24 重設(shè),在這之后電路118開始再次監(jiān)測電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點。
[0035] 本公開預想除在上文的圖中示出的之外的許多其他可能的實施例和配置。例如， 本發(fā)明的一個實施例預想使高和低邏輯信號反相。此外，本發(fā)明的一個這樣的實施例可使 故障預測電路18和存儲單元54嵌入單個集成電路上，作為更廣泛的電系統(tǒng)的部分。另外， 可重新設(shè)置各種部件的設(shè)計和放置使得可以實現(xiàn)許多不同的一致配置，例如根據(jù)需要包括 瞬態(tài)噪聲濾波器或鉗位二極管。另外，電路的另一個實施例可以通過額外的模擬開關(guān)來復 用而掃描具有相同或相似特性的各種網(wǎng)或中繼參考信號6和監(jiān)測信號20中的任一個或兩 個來支持信號集合的監(jiān)測。
[0036] 在另一個實施例中，在存儲單元54記錄故障數(shù)據(jù)后，存儲單元54可通過向1C芯 片52發(fā)送清除信號輸入24而重設(shè)故障預測電路118。在該意義上，在必要時存儲單元54 和可選的1C芯片52操作來管理故障預測電路118的故障控制。此外，如果故障預測電路 118檢測到故障，故障指示符輸出26信號可用于采用安全機制使得通過以安全的方式制定 預定事件發(fā)展(例如切換到備用網(wǎng)絡(luò)或關(guān)閉系統(tǒng)）而以安全的方式控制故障。
[0037] 本文公開的實施例提供預測電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點中的電故障的方法?？稍谏衔牡膶嵤├?中實現(xiàn)的一個優(yōu)勢是故障數(shù)據(jù)可被維護人員使用來指示失效或正失效的傳輸電纜。傳輸電 纜缺陷的較早檢測和修理轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)絡(luò)的更高可靠性和質(zhì)量。此外，當前發(fā)明的實施例導 致優(yōu)越的商業(yè)優(yōu)勢，這部分是由于在修理和再認證的診斷階段所花費的時間較少。這些優(yōu) 勢進而產(chǎn)生更高的電網(wǎng)絡(luò)正常運行時間和更低的修理成本。這些優(yōu)勢關(guān)于類別3電子器件 (例如飛行器和核電站監(jiān)測）特別重要。
[0038] 該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人 員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，其包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明 的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到的其他示例。這樣的其他 示例如果它們具有不與權(quán)利要求的文字語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要 求的文字語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0039] 部件列表
【權(quán)利要求】
1. 一種檢測和預測電網(wǎng)絡(luò)（2)的節(jié)點（4)中的電故障的方法，所述方法包括： 接收指示所述節(jié)點（4)上的傳輸信號（12)的監(jiān)測信號（20); 將所述監(jiān)測信號（20 )與參考傳輸信號（22 )比較； 在所述比較達到故障閾值時確定故障；以及 指示所述故障的確定。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收包括實時接收所述監(jiān)測信號（20)與所述傳 輸信號（12)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收包括接收所述傳輸信號（12)作為所述監(jiān)測 信號（20)。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述參考傳輸信號（22)與所述傳輸信號（12)有聯(lián) 系。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述參考傳輸信號（22)是所述傳輸信號（12)的完 美版本。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中達到故障閾值的所述比較包括所述監(jiān)測信號（20)位 于故障閾值范圍外部。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中達到故障閾值的所述比較包括所述監(jiān)測信號（20)大 于高故障閾值（40)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中達到故障閾值的所述比較包括所述監(jiān)測信號（20)小 于低故障閾值（42)。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述指示包括記錄所述故障用于后續(xù)檢索。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中記錄所述故障包括將所述故障存儲在存儲器裝置 54中。
【文檔編號】G01R31/00GK104101798SQ201410144116
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月11日
【發(fā)明者】R.D.費恩斯特拉 申請人:通用電氣航空系統(tǒng)有限責任公司