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用于檢測或預(yù)測電故障的方法
【專利摘要】一種預(yù)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(yù)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(jìn)的信號在行進(jìn)信號遇到線路傳輸參數(shù)中的不連續(xù)時(shí)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(shí)出現(xiàn)。在起始信號與反 射信號組合時(shí)，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(diǎn)上的連接裝置的損壞。在反射是真正原因時(shí)，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(shí)，可使裝置、應(yīng)用或電節(jié)點(diǎn)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(yù)測電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中的電故障的方法，該方法包括接收指示該 節(jié)點(diǎn)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(dá)到故障閾 值時(shí)確定故障以及指示故障的確定。
[0005] 提供一種檢測和預(yù)測電網(wǎng)絡(luò)（2)的節(jié)點(diǎn)（4)中的電故障的方法，所述方法包括： 接收指示所述節(jié)點(diǎn)（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(dá)到故障閾值時(shí)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(shí)時(shí)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(dá)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(dá)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(dá)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(jìn)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(yù)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(shí)施例具有故障檢測和預(yù)測電路的電網(wǎng)絡(luò)的示意圖。 【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明的實(shí)施例與檢測或預(yù)測電網(wǎng)絡(luò)(其傳輸至少一個(gè)可傳輸信號）的節(jié)點(diǎn)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(dá)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(gè)實(shí)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(yù)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(yù)測電路18在 節(jié)點(diǎn)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(yù)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(xiàng)存儲單元54接收并且存儲來自故障預(yù)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(gè)節(jié)點(diǎn)4的單個(gè)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(diǎn)，其中為了方便僅圖示一個(gè)。此外，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，經(jīng)過節(jié)點(diǎn)4， 其中監(jiān)測信號20被傳遞到故障預(yù)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(shí)施比較時(shí)，相對于參考傳輸信號22,故障預(yù)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(yù)測電路18配置成在監(jiān)測信號20偏離參考傳 輸信號22預(yù)定量時(shí)識別故障。
[0023] 當(dāng)故障預(yù)測電路18預(yù)測到故障時(shí)，故障預(yù)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(shí)間)寫到存儲器裝置。存儲單元54可耦合 于大量故障預(yù)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(shí)傳輸信號12的操作、在一段時(shí) 間內(nèi)登記的故障的數(shù)量、在特定傳輸電纜處的重復(fù)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(shí)施例的備選電網(wǎng)絡(luò)102。該第二實(shí)施例與第一實(shí)施 例相似；因此，類似的部件用增加100的類似數(shù)字標(biāo)識，其中理解第一實(shí)施例的類似部件的 描述適用于第二實(shí)施例，除非另外指出。第一實(shí)施例與第二實(shí)施例之間的差異是故障預(yù)測 電路118包括用于識別電故障的特定電路的一個(gè)示例。示出故障預(yù)測電路118,其包括正直 流（DC)電源28、負(fù)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(yù)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(fù)DC電源30。故障 預(yù)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(yù)測電路118進(jìn)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(diǎn)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(diǎn) 42。如圖示的，故障預(yù)測電路118進(jìn)一步包括高側(cè)運(yùn)算放大器（op-amp) 44 (其具有兩個(gè)輸 入和一個(gè)輸出）和低側(cè)〇p-amp 46,其具有兩個(gè)輸入和一個(gè)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(diǎn)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(diǎn)42作為輸入。
[0026] 高側(cè)和低側(cè)op-amp 44、46中的每個(gè)與通常反向偏置的二極管48陰極連接，其中 每個(gè)二極管48的相對端或陽極連接到公共故障節(jié)點(diǎn)50。該故障節(jié)點(diǎn)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(yù)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(diǎn)50另外可包括元件部 分，其適于使得故障節(jié)點(diǎn)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(yù)測電路118,其中故 障節(jié)點(diǎn)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(gè)不同信號的任何裝置接收。在一個(gè)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(gè)示例中，它可以是來自另一個(gè)裝置(例如存儲單元54)的高信號的電輸 出。
[0028] 當(dāng)監(jiān)測信號20電壓在高故障閾值信號節(jié)點(diǎn)40電壓以下時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)50在高側(cè)和低側(cè)op-amp44、46都輸出高信號時(shí)具有高信 號。然而，當(dāng)高側(cè)、低側(cè)或兩個(gè)op-amp 44、46都輸出低信號時(shí)，故障節(jié)點(diǎn)50將具有低信號。
[0030] 1C芯片52配置成當(dāng)它在故障節(jié)點(diǎn)50處接收高信號時(shí)產(chǎn)生低信號，或不產(chǎn)生信號。 相反，1C芯片52配置成當(dāng)它在故障節(jié)點(diǎn)50處接收低信號時(shí)在故障指示符輸出26處產(chǎn)生 高信號。進(jìn)一步配置1C芯片52使得一旦它在故障節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(shí)，經(jīng)過節(jié)點(diǎn)4,其中監(jiān)測信號20被傳遞到故障預(yù)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(yù)先選擇關(guān)于高和低故障閾值信號節(jié)點(diǎn)40、42值中的每個(gè)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(fù)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(diǎn)40、42處的電壓 值。例如,如果正DC電源28已知為+10V，負(fù)DC電源30已知為-10V，每個(gè)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(gè)選為22K Ω，期望的 高和低故障閾值信號節(jié)點(diǎn)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(shí)施比較中，故障預(yù)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(diǎn)40、42相比較。其中比較達(dá)到故障閾值（S卩，當(dāng)比較指示監(jiān)測信號 20位于故障閾值范圍外部時(shí))，出現(xiàn)故障。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，當(dāng)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(shí)，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(shí)間變化的信號的故障預(yù)測也是有用的。
[0034] 當(dāng)故障預(yù)測電路118確定已經(jīng)出現(xiàn)故障時(shí)，電路118在故障指示符輸出26處指示 故障的確定。故障預(yù)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(diǎn)。
[0035] 本公開預(yù)想除在上文的圖中示出的之外的許多其他可能的實(shí)施例和配置。例如， 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例預(yù)想使高和低邏輯信號反相。此外，本發(fā)明的一個(gè)這樣的實(shí)施例可使 故障預(yù)測電路18和存儲單元54嵌入單個(gè)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(jì)和放置使得可以實(shí)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(gè)實(shí)施例可以通過額外的模擬開關(guān)來復(fù) 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(gè)或兩 個(gè)來支持信號集合的監(jiān)測。
[0036] 在另一個(gè)實(shí)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(yù)測電路118。在該意義上，在必要時(shí)存儲單元54 和可選的1C芯片52操作來管理故障預(yù)測電路118的故障控制。此外，如果故障預(yù)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(jī)制使得通過以安全的方式制定 預(yù)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(shí)施例提供預(yù)測電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中的電故障的方法?？稍谏衔牡膶?shí)施例 中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)優(yōu)勢是故障數(shù)據(jù)可被維護(hù)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(dāng)前發(fā)明的實(shí)施例導(dǎo) 致優(yōu)越的商業(yè)優(yōu)勢，這部分是由于在修理和再認(rèn)證的診斷階段所花費(fèi)的時(shí)間較少。這些優(yōu) 勢進(jìn)而產(chǎn)生更高的電網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)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(shí)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(yù)測電網(wǎng)絡(luò)（2)的節(jié)點(diǎn)（4)中的電故障的方法，所述方法包括： 接收指示所述節(jié)點(diǎn)（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(dá)到故障閾值時(shí)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(shí)時(shí)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(dá)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(dá)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(dá)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(fèi)恩斯特拉 申請人:通用電氣航空系統(tǒng)有限責(zé)任公司