專利名稱：檢測(cè)光和聲波的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的 實(shí)施例一般涉及檢測(cè)系統(tǒng)，并且更具體地，涉及檢測(cè)光和聲波的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知的電功率電路和開關(guān)設(shè)備通常具有由絕緣體(例如，空氣或氣體或固體電介質(zhì))間隔開的導(dǎo)體。但是，如果導(dǎo)體的位置相互離得太近，或者如果導(dǎo)體間的電壓超過(guò)了導(dǎo)體間絕緣體的絕緣特性，會(huì)產(chǎn)生電弧。導(dǎo)體間的絕緣體可能會(huì)變得電離化，使得絕緣體導(dǎo)電,產(chǎn)生電弧。由于兩個(gè)相導(dǎo)體之間、或者相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體之間、或者相導(dǎo)體和接地點(diǎn)之間的故障所導(dǎo)致的能量的快速釋放引起電弧閃光。電弧閃光溫度能夠達(dá)到或超過(guò)20，000°C,S能將導(dǎo)體和相鄰的設(shè)備汽化。另外，電弧閃光能夠以熱、強(qiáng)光、壓力波、和/或聲波的形式釋放大量的能量，足以損壞導(dǎo)體和相鄰的設(shè)備。但是，產(chǎn)生電弧閃光的故障的電流水平通常小于短路時(shí)的電流水平，以致于斷路器通常不能跳閘或者呈現(xiàn)延遲跳閘，除非該斷路器是為處理電弧故障狀況專門設(shè)計(jì)的。雖然存在機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)強(qiáng)制利用個(gè)人防護(hù)衣和設(shè)備來(lái)規(guī)范電弧閃光問(wèn)題，但是還沒(méi)有通過(guò)消除電弧閃光的規(guī)范來(lái)建立的裝置。標(biāo)準(zhǔn)電路保護(hù)裝置，例如保險(xiǎn)絲和斷路器，通常不能足夠迅速的反應(yīng)以減輕電弧閃光。一種呈現(xiàn)足夠快速響應(yīng)的已知的電路保護(hù)裝置為電短路器(crowbar)，其通過(guò)利用有意制造電“短路”的機(jī)械過(guò)程和/或電-機(jī)械過(guò)程從電弧閃光點(diǎn)處將電能轉(zhuǎn)移出。這種有意的短路故障隨后通過(guò)跳閘保險(xiǎn)絲或斷路器來(lái)清除。然而，利用短路器制造的有意短路故障可能允許相當(dāng)水平的電流流過(guò)相鄰電設(shè)備，因而仍會(huì)損害該設(shè)備。光傳感器可用來(lái)檢測(cè)電弧閃光期間發(fā)出的光的存在。然而，這樣的傳感器通常也對(duì)低亮度級(jí)敏感，以致于也能檢測(cè)到并非電弧閃光的光并且觸發(fā)電路保護(hù)裝置的“損害跳閘”。例如，典型的電弧閃光事件在距離電弧閃光事件三至四英尺處能產(chǎn)生光通量在100，000勒克司(Iux)量級(jí)的光，而已知的光傳感器大概在7001UX或更小時(shí)就飽和了。斷路器閘期間發(fā)出的光、空間照明發(fā)出的光、或者直射陽(yáng)光發(fā)出的光都會(huì)使光傳感器錯(cuò)誤地檢測(cè)到電弧閃光事件。至少一些已知電弧閃光檢測(cè)系統(tǒng)采用了特別的通孔圖案或適當(dāng)安置光傳感器，以便例如在斷路器中斷期間釋放的光不足以使光傳感器飽和。然而，減少斷路器中斷期間的發(fā)光量可能對(duì)斷路器的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因而，需要一種電弧閃光檢測(cè)系統(tǒng)，其可靠檢測(cè)電弧閃光事件并減少電路保護(hù)裝置的不希望的損害跳閘。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種具有傳感器頭的傳感器，傳感器頭包括配置成從第一光源接收光并在聲波入射時(shí)反射光的聲檢測(cè)器。該傳感器還包括至少一個(gè)光纖和在傳感器頭與該至少一個(gè)光纖的至少其中之一內(nèi)的至少一個(gè)熒光材料。該至少一個(gè)熒光材料配置成從傳感器外的第二光源接收光，并響應(yīng)從第二光源接收的光來(lái)發(fā)出可見(jiàn)光。
在另一實(shí)施例中，提供包括傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)。該傳感器包括傳感器頭，該傳感器頭包括配置成從第一光源接收光并且在聲波入射時(shí)反射光的聲檢測(cè)器。該傳感器還包括至少一個(gè)光纖和在傳感器頭與該至少一個(gè)光纖的至少其中之一內(nèi)的至少一個(gè)熒光材料。該至少一個(gè)熒光材料配置成從傳感器外的第二光源接收光，并響應(yīng)從第二光源接收的光來(lái)發(fā)出可見(jiàn)光。該檢測(cè)系統(tǒng)還包括信號(hào)處理裝置，該信號(hào)處理裝置包括處理器，其被編程為接收表示該聲檢測(cè)器反射的光的第一測(cè)量，接收表示至少一個(gè)熒光材料發(fā)出的可見(jiàn)光的第二測(cè)量，以及基于接收的可見(jiàn)光和反射的光確定電弧閃光事件的發(fā)生。在又一個(gè)實(shí)施例中，提供一種利用至少一個(gè)傳感器檢測(cè)電弧閃光的方法，包括由位于該至少一個(gè)傳感器內(nèi)的聲檢測(cè)器接收至少一個(gè)聲波，以及由于該至少一個(gè)聲波引起的振動(dòng)而由聲檢測(cè)器反射光。該方法還包括接收來(lái)自該至少一個(gè)傳感器外的光源的光，將從外部源接收的光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，以及基于該反射的光和可見(jiàn)光檢測(cè)電弧閃光的發(fā)生。


圖I是供檢測(cè)電弧閃光使用的示范傳感器的截面圖。
圖2是供檢測(cè)電弧閃光使用的另一示范傳感器的截面圖。圖3是供檢測(cè)電弧閃光使用的示范檢測(cè)系統(tǒng)的框圖。圖4是示范的電力系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式圖I是可用來(lái)檢測(cè)電弧閃光的示范的傳感器100的截面圖。在一示范實(shí)施例中，傳感器100包括傳感器頭102和至少一個(gè)光纖104。傳感器頭102包括聲檢測(cè)器106，比如膜片106，其位于靠近光纖104的下游端108，該光纖具有光纖芯110和光纖護(hù)套112。光束114通過(guò)光纖104向下游傳遞，也就是說(shuō)，通過(guò)光纖芯110，并引導(dǎo)到膜片106上。例如由電弧閃光產(chǎn)生的聲波116和/或產(chǎn)生的壓縮波引起膜片106振動(dòng)并使光束114的反射118 (以下稱之為“反射的光118”)向上游通過(guò)光纖芯110。膜片106的振動(dòng)使反射的光118的一個(gè)或多個(gè)特性(比如光118的強(qiáng)度、相位、偏振和/或頻率)不同于光束114的特性。本文所采用的術(shù)語(yǔ)“下游”指的是朝向光纖104的下游端108并且基本上與光纖104平行的方向。本文所采用的術(shù)語(yǔ)“上游”指的是遠(yuǎn)離光纖104的下游端108并且基本上與光纖104平行的方向。另外，本文使用的“電弧閃光”指的是由于兩個(gè)導(dǎo)電體之間的故障引起的能量快速釋放。該能量快速釋放導(dǎo)致在故障附近，例如在傳感器100外的環(huán)境中，產(chǎn)生聲波116和光120。在一備選的實(shí)施例中，傳感器100包括兩個(gè)或更多光纖104。在該實(shí)施例中，一個(gè)光纖104向膜片106傳送光束114，另一個(gè)光纖104向上游傳送反射的光118以進(jìn)行處理和/或分析，如本文更全面描述的那樣。在一示范實(shí)施例中，膜片106包括薄膜制成的不透明材料并且設(shè)置在伸長(zhǎng)型(elongated)位置。在聲波116入射時(shí)和/或在其它合適的壓縮波入射時(shí)膜片106振動(dòng)。為了在操作過(guò)程中保護(hù)膜片106，膜片106被封裝在能夠使聲波116到達(dá)膜片106的保護(hù)套122和保護(hù)屏124中。光纖夾持器126位于光纖104附近并耦接到光纖104。光纖夾持器126包括配置成將產(chǎn)生于電弧閃光的光散射進(jìn)入光纖芯Iio的半透明區(qū)域128。在一示范實(shí)施例中，半透明區(qū)域128由熒光材料涂敷，和/或熒光材料在區(qū)域128內(nèi)。相應(yīng)地，在一示范實(shí)施例中，半透明區(qū)域128的熒光材料使進(jìn)入?yún)^(qū)域128的光120，例如紫外光120，轉(zhuǎn)換為與進(jìn)入的光120具有不同光譜或波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。更具體的，熒光材料吸收進(jìn)入半透明區(qū)域128的紫外光120并發(fā)出一個(gè)或多個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)的光(以下稱為“可見(jiàn)光”)朝向光纖芯110或者進(jìn)入光纖芯110在一個(gè)實(shí)施例中，在半透明區(qū)域128內(nèi)定義一個(gè)或多個(gè)開口 130以提高檢測(cè)來(lái)自電弧閃光的光的能力。在一實(shí)施例中，開口 130的直徑大約在O. 5毫米(mm)到2毫米。備選地，開口 130可具有任何合適的直徑以使傳感器100具有如本文描述的功能。由電弧閃光產(chǎn)生的光120通過(guò)開口 130朝光纖芯110引導(dǎo)。在另一實(shí)施例中，保護(hù)屏124和膜片106使相當(dāng)數(shù)量的光被引導(dǎo)到光纖芯110。
在操作過(guò)程中，光纖芯110將光束114引導(dǎo)到膜片106上。如果電弧閃光發(fā)生,膜片106基于由電弧閃光產(chǎn)生的聲波116的強(qiáng)度和頻率產(chǎn)生振動(dòng)?；谠撜駝?dòng)，從膜片106反射獨(dú)特圖案的光。光纖104的下游端108和膜片106之間的距離被優(yōu)化為使得光纖芯110接收從膜片106反射的光而沒(méi)有明顯的傳輸損耗。另外，電弧閃光產(chǎn)生的光120由半透明區(qū)域128吸收，并且由區(qū)域128的熒光材料轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。半透明區(qū)域128向光纖芯110發(fā)出可見(jiàn)光。對(duì)從膜片106反射的光和從半透明區(qū)域128的熒光材料發(fā)出的可見(jiàn)光進(jìn)行處理和/或分析，以檢測(cè)電弧閃光的發(fā)生，如本文更全面描述的那樣。這種感測(cè)聲波116和光120的綜合方法將錯(cuò)誤報(bào)警減至最小并能夠?qū)崿F(xiàn)早期電弧閃光檢測(cè)。圖2是可用于檢測(cè)電弧閃光的示范傳感器200的截面圖。除非另有說(shuō)明，傳感器200與傳感器100 (如圖I所示)類似，并且相同的組件在圖2中通過(guò)與圖I中所用相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)記。在一不范實(shí)施例中，傳感器200包括第一光纖104和第二光纖202。第一光纖104向膜片106傳輸光束114并且傳輸由膜片106反射的光118以用于檢測(cè)由電弧閃光產(chǎn)生的聲波116。第二光纖202耦合到膜片106的上游的光纖夾持器126。另外，第二光纖202由熒光材料涂敷，和/或熒光材料在光纖202內(nèi)。相應(yīng)地，第二光纖202吸收光120，比如由電弧閃光產(chǎn)生的紫外光120，并且發(fā)出可見(jiàn)光204。對(duì)可見(jiàn)光204和由膜片106反射的光118進(jìn)行處理和/或分析以確定電弧閃光是否發(fā)生，如本文更全面描述的那樣。備選地，傳感器200不包括第二光纖202,并且第一光纖104包括如上所述的突光材料。在一示范實(shí)施例中，半透明區(qū)域128不包括熒光材料以使得第二光纖202，而不是區(qū)域128，響應(yīng)于電弧閃光產(chǎn)生的光而發(fā)出可見(jiàn)光204。備選地，第二光纖202和半透明區(qū)域128都包括一個(gè)或多個(gè)熒光材料以便于光纖202和區(qū)域128響應(yīng)于電弧閃光產(chǎn)生的光120發(fā)出可見(jiàn)光204。對(duì)從第二光纖202和半透明區(qū)域128發(fā)出的可見(jiàn)光204進(jìn)行處理和/或分析，如本文更全面描述的那樣。圖3是可用來(lái)檢測(cè)開關(guān)裝置和/或任何的其它電路或者電力系統(tǒng)(未示出)內(nèi)的電弧閃光的示范的檢測(cè)系統(tǒng)300的框圖。在一示范實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)300包括信號(hào)處理裝置302和包括耦合到傳感器頭102的光纖104的傳感器100。雖然檢測(cè)系統(tǒng)300參考傳感器100進(jìn)行描述的，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，檢測(cè)系統(tǒng)300可以包括傳感器200來(lái)代替?zhèn)鞲衅?00，或者在傳感器100之外進(jìn)一步包括傳感器200。信號(hào)處理裝置302包括通過(guò)隔離器306和光纖分路器308耦合到光纖104的光源304。在一個(gè)實(shí)施例中，光源304包括發(fā)光二極管。在另一個(gè)實(shí)施例中，光源304包括發(fā)出處于大約近紅外波長(zhǎng)的光的激光二極管。在一示范的實(shí)施例中，隔離器306阻止反射的光118和/或可見(jiàn)光204進(jìn)入光源304。在一示范的實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置302包括光纖分路器308，其將光束114從光源304向下游導(dǎo)向到傳感器頭102以及將反射的光118和可見(jiàn)光204向上游導(dǎo)向到信號(hào)處理裝置302內(nèi)的第一濾光器310和第二濾光器312。在一個(gè)實(shí)施例中,光纖稱合器314 f禹合到光纖分路器308。在這樣的實(shí)施例中，光纖耦合器314將反射的光118和可見(jiàn)光204引導(dǎo)到第一濾光器310和第二濾光器312。第一濾光器和第二濾光器310和312使預(yù)先確定的波長(zhǎng)的光傳輸?shù)降谝还怆姍z測(cè)器316和第二光電檢測(cè)器318，并濾除或者阻隔其余波長(zhǎng)的光。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)第一濾光器和第二濾光器310和312都包括帶通濾波器。備選地，第一濾光器310和/或第二濾光器312可包括能使信號(hào)處理裝置302實(shí)現(xiàn)此處所述功能的任何其它的過(guò)濾器。在一示范的實(shí)施例，第一濾光器310濾除的波長(zhǎng)高于和低于反射的光118的期望波長(zhǎng)范圍。因此，第一濾光器310濾除可見(jiàn)光204,并且濾光器310輸出反射的光118。第二濾光器312濾除 的波長(zhǎng)高于和低于可見(jiàn)光204的期望波長(zhǎng)范圍。因此，第二濾光器312濾除反射的光118，并且濾光器312輸出可見(jiàn)光204。第一光電檢測(cè)器316接收來(lái)自第一濾光器310的反射的光118,以及第二光電檢測(cè)器318接收來(lái)自第二濾光器312的可見(jiàn)光204。第一和第二光電檢測(cè)器316和318基于入射光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)產(chǎn)生成比例的或代表性的電壓信號(hào)。在一不范的實(shí)施例,信號(hào)處理裝置302包括從第一光電檢測(cè)器316和第二光電檢測(cè)器318接收電壓信號(hào)的處理器320。處理器320分析該電壓信號(hào)，如本文更全面描述的這樣，并且當(dāng)處理器320確定電弧閃光已經(jīng)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生電弧故障信號(hào)322。處理器320包括任何合適的可編程電路，該可編程電路可包括一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和微控制器、微處理器、精簡(jiǎn)指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)，以及能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其它電路。上述示例僅僅是示范的，并因此無(wú)意于以任何形式限定術(shù)語(yǔ)“處理器”的定義和/或含義。在一示范的實(shí)施例，處理器320耦合到，或者包括，存儲(chǔ)器器件(未示出)。該存儲(chǔ)器器件包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，比如(非限制)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，閃速存儲(chǔ)器，硬盤驅(qū)動(dòng)器，固態(tài)驅(qū)動(dòng)器，軟盤，閃速驅(qū)動(dòng)，壓縮盤，數(shù)字視頻盤，和/或能讓處理器300存儲(chǔ)、檢索、和/或執(zhí)行指令和/或數(shù)據(jù)的任何合適的存儲(chǔ)器。處理器320從存儲(chǔ)器器件接收指令，這些指令對(duì)處理器320編程以執(zhí)行本文所述步驟和功能。保護(hù)裝置324耦接到處理器320以減少檢測(cè)的電弧閃光。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)裝置324包括配置成一旦接收到信號(hào)，比如電弧故障信號(hào)322，就“跳閘”或激活的繼電器。一旦激活保護(hù)裝置324，就阻止電流流經(jīng)檢測(cè)的電弧故障附近的導(dǎo)體(未示出)。在動(dòng)作過(guò)程中，電弧閃光326發(fā)出聲波116和光120，并由傳感器100檢測(cè)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，半透明區(qū)域128、第一光纖104和/或第二光纖202的熒光材料吸收光120，并且將從區(qū)域128、光纖104和/或光纖202發(fā)出的可見(jiàn)光204傳輸?shù)叫盘?hào)處理裝置302。另外，光源304將光束114傳輸?shù)侥て?06 (在圖I中示出)。聲波116致使膜片106振動(dòng)以及致使光束114被膜片106反射為反射的光118。在一不范的實(shí)施例,將反射的光118傳輸?shù)叫盘?hào)處理裝置302。通過(guò)至少一個(gè)光纖104將反射的光118和/或可見(jiàn)光204傳輸?shù)叫盘?hào)處理裝置302。在一示范的實(shí)施例中，通過(guò)第一光纖104將反射的光118傳輸?shù)叫盘?hào)處理裝置302，并且通過(guò)第二光纖202將可見(jiàn)光204傳輸?shù)叫盘?hào)處理裝置302。備選地，可通過(guò)任何合適數(shù)目的光纖104將反射的光118和/或可見(jiàn)光204傳輸?shù)叫盘?hào)處理裝置302。當(dāng)反射的光118和可見(jiàn)光204由信號(hào)處理裝置302接收時(shí)，光纖耦合器314將反射的光118引導(dǎo)到第一濾光器310，將可見(jiàn)光204引導(dǎo)到第二濾光器312。經(jīng)過(guò)濾的反射的光118由第一濾光器310輸出，由第一光電檢測(cè)器316檢測(cè)和/或測(cè)量。標(biāo)識(shí)測(cè)量或檢測(cè)的反射的光118的第一電壓信號(hào)(以下稱之為“反射的光測(cè)量”)從第一光電檢測(cè)器316傳送到處理器320。另外，經(jīng)過(guò)濾的可見(jiàn)光204由第二濾光器312輸出并由第二光電檢測(cè)器318檢測(cè)和/或測(cè)量。表示測(cè)量或檢測(cè)的可見(jiàn)光204的第二電壓信號(hào)(以下稱之為“可見(jiàn)光測(cè)量”)從第二光電檢測(cè)器318傳送到處理器320。處理器320分析來(lái)自第一和第二光電檢測(cè)器316和318的信號(hào)并當(dāng)檢測(cè)到電弧閃 光326時(shí)產(chǎn)生電弧故障信號(hào)322。更準(zhǔn)確地說(shuō)，處理器320將反射的光測(cè)量與預(yù)先確定的第一、或反射的光的閾值進(jìn)行比較，以確定檢測(cè)的聲波116是否是由電弧閃光所產(chǎn)生。處理器320將可見(jiàn)光測(cè)量與預(yù)先確定的第二、或可見(jiàn)光的閾值進(jìn)行比較，以確定所檢測(cè)到的光120是否是由電弧閃光所產(chǎn)生。另外，處理器320確定接收到可見(jiàn)光測(cè)量的時(shí)間與接收到反射的光測(cè)量的時(shí)間之間的差(以下稱之為“定時(shí)間隙”)。處理器320將可見(jiàn)光測(cè)量和反射的光測(cè)量之間的定時(shí)間隙與預(yù)先確定的定時(shí)范圍或者定時(shí)窗口相比較以確定接收的信號(hào)是否由電弧閃光產(chǎn)生。在一示范的實(shí)施例中，定時(shí)窗口是在接收到可見(jiàn)光測(cè)量之后預(yù)期接收到反射的光測(cè)量以指示電弧閃光事件(例如，基于歷史數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、或其它合適的數(shù)據(jù))的預(yù)定的時(shí)間段。在一個(gè)實(shí)施例中，定時(shí)窗口介于大約500微秒到大約2毫秒之間。備選地，定時(shí)窗口可以是能夠使檢測(cè)系統(tǒng)300實(shí)現(xiàn)此處所述功能的任何合適的時(shí)間段。在一示范的實(shí)施例中，如果反射的光測(cè)量等于或者超過(guò)反射的光閾值，可見(jiàn)光測(cè)量等于或者超過(guò)可見(jiàn)光閾值，和/或定時(shí)間隙在定時(shí)窗口之內(nèi)，處理器320產(chǎn)生電弧故障信號(hào)322以表明發(fā)生電弧閃光?；陔娀」收闲盘?hào)322激活保護(hù)裝置324并配置成中斷功率以減輕電弧閃光。在一個(gè)實(shí)施例中，電弧故障信號(hào)322可能被傳送到遠(yuǎn)程系統(tǒng)(未示出)以產(chǎn)生警報(bào)，用于進(jìn)行錯(cuò)誤報(bào)告、存儲(chǔ)與電弧閃光326有關(guān)的數(shù)據(jù)、向用戶顯示、和/或?yàn)槿魏纹谕哪康?。在一備選的實(shí)施例中，可以省去光纖耦合器314和/或光纖分路器308。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)分離的光纖104來(lái)傳送光束114、反射的光118和/或可見(jiàn)光204。在另一個(gè)實(shí)施例中，光纖耦合器314和/或光纖分路器308可由單獨(dú)的光纖耦合器314替代，該光纖I禹合器向膜片106傳送光束114并且向第一濾光器310和第二濾光器312傳送反射的光118和可見(jiàn)光204。圖4是一示范的電力系統(tǒng)400的框圖。在一示范的實(shí)施例中，電力系統(tǒng)400包括檢測(cè)系統(tǒng)300、復(fù)數(shù)個(gè)檢測(cè)區(qū)402，和位于各檢測(cè)區(qū)402內(nèi)的至少一個(gè)電路保護(hù)裝置404。在一示范的實(shí)施例中，電路保護(hù)裝置404通過(guò)至少一個(gè)導(dǎo)體406或者總線耦接在一起。備選地，一個(gè)或多個(gè)電路保護(hù)裝置404可以耦接到與其它電路保護(hù)裝置404分離的導(dǎo)體406或者總線。在一示范的實(shí)施例中，電路保護(hù)裝置404包括至少一個(gè)斷路器，該斷路器一旦接收到控制信號(hào)，比如來(lái)自處理器320的電弧故障信號(hào)322,則將導(dǎo)體406的輸出端410與輸入端408電連接或電斷開。備選地，電路保護(hù)裝置404包括繼電器或者使電力系統(tǒng)400能夠?qū)崿F(xiàn)此處所述功能的任何其它的保護(hù)裝置。在一示范的實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)300包括至少一個(gè)光纖104，其位于至少一個(gè)檢測(cè)區(qū)402內(nèi)并且鄰近至少一個(gè)電路保護(hù)裝置404。另外，光纖104包括至少一種熒光材料，如本文結(jié)合圖1-3更全面描述的那樣。在一示范的實(shí)施例，光纖104位于各檢測(cè)區(qū)402內(nèi)以便于光纖104檢測(cè)在檢測(cè)區(qū)402內(nèi)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)電弧閃光。在一示范的實(shí)施例中，光纖104在各個(gè)檢測(cè)區(qū)402內(nèi)包括不同顏色的熒光材料以便于在吸收電弧閃光產(chǎn)生的光之后光纖104在各檢測(cè)區(qū)402內(nèi)發(fā)出不同顏色的可見(jiàn)光204。本文所采用的術(shù)語(yǔ)“顏色”指的是可見(jiàn)光波長(zhǎng)或光譜的預(yù)定范圍。備選地，檢測(cè)系統(tǒng)300可以包括用于各檢測(cè)區(qū)402的分離的光纖104，并且各光纖104包括不同顏色的熒光材料。如果在檢測(cè)區(qū)402內(nèi)發(fā)生了電弧閃光，與檢測(cè)區(qū)402相關(guān)的光纖104吸收來(lái)自電弧閃光的光。檢測(cè)區(qū)402之內(nèi)的光纖104的突光材料發(fā)出與該突光材料相關(guān)的顏色的可見(jiàn)光 204 (如圖2所示)并且將可見(jiàn)光204傳送到信號(hào)處理裝置302 (如圖3所示)。信號(hào)處理裝置302通過(guò)如圖3中所述的可見(jiàn)光204來(lái)確定或檢測(cè)電弧閃光的發(fā)生。另外，信號(hào)處理裝置302分析接收的可見(jiàn)光204的顏色(即波長(zhǎng)和/或頻率)。更具體地，在一示范的實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置302包括用于各檢測(cè)區(qū)402的分離的濾光器310和分離的光電檢測(cè)器316。各濾光器310被調(diào)諧到各檢測(cè)區(qū)402所用熒光材料的顏色，以使過(guò)濾器310僅僅允許與該熒光材料相關(guān)的可見(jiàn)光204的顏色通過(guò)并傳遞到光電檢測(cè)器316。與各檢測(cè)區(qū)402相關(guān)的光電檢測(cè)器316將可見(jiàn)光測(cè)量(包括指示接收光的顏色的數(shù)據(jù))傳送到處理器320。在一不范的實(shí)施例中，處理器320參考存儲(chǔ)器器件(未不出)內(nèi)的查找表或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，以將從電弧閃光接收的光的顏色與檢測(cè)區(qū)402關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而確定電弧閃光發(fā)生的位置(也就是檢測(cè)區(qū)402)。處理器320選擇與所確定的電弧閃光發(fā)生位置(即，所確定的檢測(cè)區(qū)402)相關(guān)的預(yù)定的可見(jiàn)光閾值。在一示范的實(shí)施例中，各檢測(cè)區(qū)402的可見(jiàn)光閾值與其它各檢測(cè)區(qū)402的可見(jiàn)光閾值是不同的。處理器320將從光電檢測(cè)器316接收的可見(jiàn)光測(cè)量與檢測(cè)區(qū)402相關(guān)的可見(jiàn)光閾值進(jìn)行比較，以用上述的相類似的方式確定接收的光是否指示電弧閃光。檢測(cè)系統(tǒng)300將電弧故障信號(hào)322傳送到電路保護(hù)裝置404或檢測(cè)區(qū)402內(nèi)與檢測(cè)的電弧閃光相關(guān)的裝置404，以減輕電弧閃光。相應(yīng)地，復(fù)數(shù)個(gè)檢測(cè)區(qū)402和電路保護(hù)裝置404可以由檢測(cè)系統(tǒng)300高效地監(jiān)測(cè)以確定電弧閃光的發(fā)生、發(fā)生時(shí)間和發(fā)生位置。本文描述的系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果包括以下至少一個(gè)(a)由位于至少一個(gè)傳感器內(nèi)的膜片接收至少一個(gè)聲波；(b)膜片由于至少一聲波引起的振動(dòng)而反射光；(C)接收來(lái)自至少一個(gè)傳感器外的源的光；(d)將從外部源接收的光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光；以及(e)基于該反射的光和該可見(jiàn)光檢測(cè)電弧閃光的發(fā)生。上文全面描述了供檢測(cè)光和聲波使用的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示范實(shí)施例。這些方法、系統(tǒng)和設(shè)備不局限于本文描述的具體的實(shí)施例，而是可單獨(dú)地或與本文描述的其它操作和/或組件分離地采用這些方法的操作和/或這些系統(tǒng)和/或設(shè)備的組件。進(jìn)一步，所描述的操作和/或組件還可在其它系統(tǒng)、方法和/或設(shè)備中定義或與其它系統(tǒng)、方法和/或設(shè)備一起使用，并且并不局限于僅僅與本文描述的系統(tǒng)、方法和設(shè)備結(jié)合實(shí)踐。
雖然本發(fā)明結(jié)合示范電功率系統(tǒng)環(huán)境來(lái)描述，但是本發(fā)明的實(shí)施例可結(jié)合許多其它通用或?qū)Ｓ孟到y(tǒng)環(huán)境或配置來(lái)操作。本文描述的系統(tǒng)環(huán)境并不對(duì)本發(fā)明任何方面的使用范圍或功能性提出任何限制。另外，本文描述的系統(tǒng)環(huán)境不應(yīng)被解釋為對(duì)示范的操作環(huán)境中示出的任何一個(gè)組件或組件結(jié)合有任何依賴性或要求。本書面描述使用示例來(lái)公開包括最佳模式的本發(fā)明，以及還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求定義，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權(quán)利要求字面語(yǔ)言無(wú)不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們規(guī)定為在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種傳感器(100),包括 傳感器頭(102)，其包括聲檢測(cè)器(106)，所述聲檢測(cè)器配置成 接收來(lái)自第一光源(304)的光(114);以及 在聲波(116)入射時(shí)反射所述光(118)； 至少一個(gè)光纖(104);以及 在所述傳感器頭和所述至少一個(gè)光纖的至少其中之一內(nèi)的至少一個(gè)熒光材料，所述至少一個(gè)熒光材料配置成 接收來(lái)自所述傳感器外的第二光源(326)的光(120);以及 響應(yīng)從所述第二光源接收的所述光來(lái)發(fā)出可見(jiàn)光(204)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器(100)，其中，所述傳感器頭(102)包括鄰近所述聲檢測(cè)器(106)的半透明區(qū)域(128)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器(100)，其中，所述至少一個(gè)熒光材料在所述半透明區(qū)域(128)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器(100),其中,所述至少一個(gè)光纖(104)包括用于傳輸來(lái)自所述第一光源(304)的所述光(114)和由所述聲檢測(cè)器反射的所述光(118)的第一光纖，以及用于傳輸所述至少一種突光材料發(fā)出的所述可見(jiàn)光(204)的第二光纖(202)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器(100)，其中，所述聲檢測(cè)器(106)是當(dāng)聲波(116)A射時(shí)振動(dòng)的膜片，其中所述振動(dòng)導(dǎo)致來(lái)自所述第一光源(304)的所述光(114)由所述膜片反射。
6.—種檢測(cè)系統(tǒng)(300),包括 傳感器(100)，其包括 包括聲檢測(cè)器(106)的傳感器頭(102)，所述聲檢測(cè)器配置成 接收來(lái)自第一光源(304)的光(114);以及 在聲波(116)入射時(shí)反射所述光(118)； 至少一個(gè)光纖(104);以及 在所述傳感器頭和所述至少一個(gè)光纖的至少其中之一內(nèi)的至少一個(gè)熒光材料，所述至少一個(gè)熒光材料配置成 接收來(lái)自所述傳感器外的第二光源(326)的光(120);以及 響應(yīng)從所述第二光源接收的所述光來(lái)發(fā)出可見(jiàn)光(204);以及 包括處理器(320)的信號(hào)處理裝置(302)，所述處理器編程為 接收表示由所述聲檢測(cè)器反射的所述光的第一測(cè)量； 接收表示所述至少一個(gè)熒光材料發(fā)出的所述可見(jiàn)光的第二測(cè)量；以及 基于接收的所述可見(jiàn)光和所反射的光來(lái)確定電弧閃光的發(fā)生。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測(cè)系統(tǒng)(300)，其中，所述處理器(320)進(jìn)一步編程為將所述第一測(cè)量與反射的光閾值進(jìn)行比較以及將所述第二測(cè)量與可見(jiàn)光閾值進(jìn)行比較。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測(cè)系統(tǒng)(300)，其中，所述處理器(320)進(jìn)一步編程為計(jì)算表示所述處理器接收所述第一測(cè)量的時(shí)間和所述處理器接收所述第二測(cè)量的時(shí)間之間的差的定時(shí)間隙。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)系統(tǒng)(300)，其中，所述處理器(320)被編程為當(dāng)確定以下至少一個(gè)時(shí)就確定電弧閃光(326)的所述發(fā)生 所述第一測(cè)量等于或者超過(guò)所述反射的光閾值； 所述第二測(cè)量等于或者超過(guò)所述可見(jiàn)光閾值；以及 所述定時(shí)間隙在預(yù)先確定的定時(shí)窗口內(nèi)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測(cè)系統(tǒng)(300)，其中，所述處理器(320)進(jìn)一步編程為當(dāng)確定已發(fā)生所述電弧閃光(326)時(shí)激活保護(hù)裝置(404)以減弱所述電弧閃光。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢測(cè)光和聲波的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。一種傳感器(100)，包括傳感器頭(102)，傳感器頭包括聲檢測(cè)器(106)，該聲檢測(cè)器配置成接收來(lái)自第一光源(304)的光(114)以及在聲波(116)入射時(shí)反射光(118)。該傳感器還包括至少一光纖(104)和在傳感器頭和該至少一光纖(104)的至少其中之一內(nèi)的至少一個(gè)熒光材料。該至少一個(gè)熒光材料配置成接收來(lái)自傳感器外的第二光源(326)的光(120)，并響應(yīng)從第二光源所接收的光來(lái)發(fā)出可見(jiàn)光(204)。
文檔編號(hào)G01J1/58GK102788942SQ20121025112
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者G·A·富爾曼, L·H·塞沃夫, M·M·吉博, M·S·皮倫, 吳俊濤, 毛志宏, 詹春 申請(qǐng)人:通用電氣公司