本發(fā)明通常涉及電氣裝置的領(lǐng)域，并且更具體地，但是并非作為限制地，涉及電流泄漏檢測(cè)器和校準(zhǔn)的方法。

背景技術(shù)：

在許多常規(guī)的電路中，電流從電源流動(dòng)到負(fù)載并且流回到電源。典型地通過(guò)使用絕緣導(dǎo)體和電氣部件來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的電流通路。如果絕緣失敗或者電路以其它方式被損害，電流可“泄漏”進(jìn)裝置的非計(jì)劃中的區(qū)域。泄漏電流是逸出預(yù)期的電路通道并且通過(guò)非計(jì)劃中的路線返回到電源的電流。

泄漏電流可以從電路行進(jìn)入導(dǎo)電外殼或面板。如果外殼或面板被適當(dāng)?shù)亟拥?，則泄漏電流被轉(zhuǎn)向地面。然而，在某些情況下，外殼或面板可能沒(méi)有被接地或者地面可能不足以安全地?cái)y帶泄漏電流。在這些情形下，接觸到外殼或面板的任何人可能會(huì)遭受電擊。

現(xiàn)有技術(shù)的dc電流泄漏檢測(cè)器往往會(huì)難以校準(zhǔn)并且缺乏靈敏度?，F(xiàn)有技術(shù)的電流泄漏檢測(cè)器的缺陷使電氣設(shè)備的操作者易遭受潛在的傷害。因此，存在有對(duì)于可以在操作者接觸到危險(xiǎn)設(shè)備之前或者警告操作者電流泄漏事件或者移去電源（或者兩者）的改進(jìn)的電流泄漏檢測(cè)器的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在目前優(yōu)選的實(shí)施例中，電流泄漏檢測(cè)器被配置用于檢測(cè)電源和負(fù)載之間的電流泄漏。電流泄漏檢測(cè)器包括第一傳感線圈和與第一傳感線圈相對(duì)布置的第二傳感線圈。電流泄漏檢測(cè)器進(jìn)一步包括接近第一傳感線圈和第二傳感線圈的磁場(chǎng)傳感器，并且磁場(chǎng)傳感器具有響應(yīng)范圍。電流泄漏檢測(cè)器還包括被配置成調(diào)節(jié)磁場(chǎng)傳感器的響應(yīng)范圍的偏置電路。

在另一方面，優(yōu)選的實(shí)施例包括電動(dòng)裝置，所述電動(dòng)裝置包括電源、負(fù)載以及用于檢測(cè)電源和負(fù)載之間的電流泄漏的電流泄漏檢測(cè)器。電流泄漏檢測(cè)器包括第一傳感線圈和與第一傳感線圈相對(duì)布置的第二傳感線圈。電流泄漏檢測(cè)器進(jìn)一步包括接近第一傳感線圈和第二傳感線圈的磁場(chǎng)傳感器，并且磁場(chǎng)傳感器具有響應(yīng)范圍。電流泄漏檢測(cè)器還包括被配置成調(diào)節(jié)磁場(chǎng)傳感器的響應(yīng)范圍的偏置電路。

在又一方面，優(yōu)選的實(shí)施例包括用于檢測(cè)電源和被連接到電源的負(fù)載之間的電流泄漏的方法。所述方法包括在電源和負(fù)載之間提供第一傳感線圈以及提供與負(fù)載和電源之間的第一傳感線圈相對(duì)布置的第二傳感線圈的步驟。所述方法繼續(xù)提供接近第一和第二傳感線圈的磁場(chǎng)傳感器以及提供偏置電路的步驟。所述方法繼續(xù)利用偏置電路來(lái)將磁場(chǎng)傳感器的響應(yīng)置于優(yōu)選的響應(yīng)范圍內(nèi)的步驟。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例構(gòu)造的并且在電潛泵送系統(tǒng)內(nèi)安裝的電流泄漏檢測(cè)器的描繪。

圖2是圖1的電流泄漏檢測(cè)器的電路圖。

圖3是用于校準(zhǔn)圖1的電流泄漏檢測(cè)器的方法的過(guò)程流程圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，圖1示出了結(jié)合在泵送系統(tǒng)102內(nèi)的電流泄漏檢測(cè)器100的描繪。將會(huì)意識(shí)到，電流泄漏檢測(cè)器100可以被結(jié)合在任何電氣設(shè)備內(nèi)并且電流泄漏檢測(cè)器100結(jié)合在泵送系統(tǒng)102內(nèi)的討論只是電流泄漏檢測(cè)器100的目前優(yōu)選的應(yīng)用。

泵送系統(tǒng)102包括由電動(dòng)機(jī)106驅(qū)動(dòng)的潛水泵104。當(dāng)被通電時(shí)，馬達(dá)106移動(dòng)泵104，所述泵104將井眼108中的流體用力推到表面。馬達(dá)106配備有來(lái)自表面安裝的電源110的電功率。電源110可以包括發(fā)電機(jī)和到電網(wǎng)的連接。泵送系統(tǒng)102進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)和控制提供給馬達(dá)106的功率的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)112和變壓器114。以這種方式，可以通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)112、變壓器114和電源110來(lái)控制并影響馬達(dá)106的操作特征。盡管泵送系統(tǒng)102被描繪為用來(lái)從地下水庫(kù)回收流體的潛水系統(tǒng)，但是將會(huì)意識(shí)到，泵送系統(tǒng)102還可以包括在表面設(shè)施之間移動(dòng)流體的表面泵送系統(tǒng)。

第一電流泄漏檢測(cè)器100優(yōu)選地被結(jié)合在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)112內(nèi)（如圖1中所示）并且被使用來(lái)監(jiān)控被傳到變壓器114的電流。第二電流泄漏檢測(cè)器100可以被放置在變壓器114內(nèi)并且被使用來(lái)監(jiān)控被傳到馬達(dá)106的電流。每個(gè)電流泄漏檢測(cè)器100被配置成監(jiān)控傳入和傳出負(fù)載的電流。在圖1中所描繪的示范實(shí)施例中，負(fù)載或者是變壓器114或者是電動(dòng)機(jī)106。將會(huì)意識(shí)到，由電流泄漏檢測(cè)器100觀測(cè)的負(fù)載可以是從電源汲取電流的任何電負(fù)載。將會(huì)進(jìn)一步意識(shí)到，在優(yōu)選的實(shí)施例中可以使用附加的或者更少的電流泄漏檢測(cè)器100。

轉(zhuǎn)向圖2，在其中示出的是電流泄漏檢測(cè)器100的目前優(yōu)選的實(shí)施例的電路圖。在優(yōu)選的實(shí)施例中，電流泄漏檢測(cè)器100包括電源116、負(fù)載118、線圈鐵心120、第一傳感線圈122、第二傳感線圈124、巨磁阻（gmr）傳感器126、傳感器放大器128、傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）130、偏置線圈132、偏置線圈驅(qū)動(dòng)器134、控制單元136和開(kāi)關(guān)138。在圖1中的電流泄漏檢測(cè)器100的示范應(yīng)用中，負(fù)載118是馬達(dá)106和變壓器114。使用電源116來(lái)在開(kāi)關(guān)138被閉合時(shí)向負(fù)載118提供功率。電源116還優(yōu)選地被配置成直接或間接向控制單元136、偏置線圈驅(qū)動(dòng)器134、傳感器放大器128和傳感器adc提供功率。

電流從電源116通過(guò)第一傳感線圈122被引導(dǎo)到負(fù)載118。電流從負(fù)載118通過(guò)第二傳感線圈124返回到電源116。第一和第二傳感線圈122、124各自纏繞線圈鐵心120的相對(duì)的側(cè)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，線圈鐵心120形成為具有“塊c”形狀的整體軟鐵磁芯。第一和第二傳感線圈122、124具有基本上相同的匝數(shù)并且在鐵心上反相纏繞，但是不必在線圈鐵心120的相對(duì)的鐵心柱（legs）上，使得當(dāng)通過(guò)第一和第二傳感線圈122、124的電流相同時(shí)由第一和第二傳感線圈122、124產(chǎn)生的凈磁矯頑力基本上被消除。

如果在負(fù)載118與第一和第二傳感線圈122、124之間存在泄漏電流，則通過(guò)第一和第二傳感線圈122、124的電流將會(huì)不相等并且由第一和第二傳感線圈122、124生成的矯頑磁力將不會(huì)被抵消。gmr傳感器126被磁耦合到第一和第二傳感線圈122、124并且被配置成響應(yīng)于由第一和第二傳感線圈122、124中的電流不平衡生成的矯頑磁力的存在所生成的磁場(chǎng)而輸出模擬信號(hào)。

由第一和第二傳感線圈122、124生成的矯頑磁力所生成的磁場(chǎng)以及由gmr傳感器126生成的響應(yīng)信號(hào)兩者都是非常非線性的。如果由第一和第二傳感線圈122、124生成的矯頑磁力是小的，gmr傳感器126可不產(chǎn)生有代表性的輸出信號(hào)。信號(hào)可不成比例地小并且可由不正確的極性來(lái)表征。

為了改進(jìn)gmr傳感器126的響應(yīng)，電流泄漏檢測(cè)器100利用偏置線圈132來(lái)在gmr傳感器126處提供基線磁場(chǎng)。偏置線圈132選擇性地施加將由gmr傳感器126提供的響應(yīng)移入更可預(yù)測(cè)且有用的范圍的偏置磁場(chǎng)。由偏置的基線范圍，gmr傳感器126可以更精確且魯棒地用信號(hào)通知第一和第二傳感線圈122、124之間的場(chǎng)不平衡。為了將gmr傳感器126的響應(yīng)置于偏置的基線范圍內(nèi)，電流泄漏檢測(cè)器100包括偏置電路140。偏置電路140可以被表征為gmr傳感器126、傳感器放大器128、傳感器adc130、偏置線圈132、偏置線圈驅(qū)動(dòng)器134和控制單元136的集合。

通常，控制單元136將控制信號(hào)提供給偏置線圈驅(qū)動(dòng)器134。偏置線圈驅(qū)動(dòng)器134然后將響應(yīng)驅(qū)動(dòng)電流施加于偏置線圈132。偏置線圈132接著產(chǎn)生被gmr傳感器126拾取的偏置磁場(chǎng)。gmr傳感器126產(chǎn)生表示偏置磁場(chǎng)的信號(hào)。將由gmr傳感器126輸出的信號(hào)提供給傳感器放大器128并且然后提供給傳感器adc130。接著將數(shù)字化的信號(hào)傳回到控制單元136以完成偏置電路140回路。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，偏置電路140被使用來(lái)利用由控制單元136執(zhí)行的算法在所選擇的偏置的基線范圍內(nèi)校準(zhǔn)gmr傳感器126。在圖3中描繪了校準(zhǔn)電流泄漏檢測(cè)器100的目前優(yōu)選的方法200。當(dāng)控制單元136指示偏置線圈驅(qū)動(dòng)器134將偏置電流（ib）發(fā)送到偏置線圈132時(shí)，方法在步驟202開(kāi)始。由gmr傳感器126辨認(rèn)出由偏置線圈132生成的磁矯頑力所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并且由控制單元136登記由偏置線圈132生成的磁矯頑力所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在步驟204，將偏置電流（ib）調(diào)節(jié)到gmr傳感器126輸出最小信號(hào)（vmin）的電平。通過(guò)控制單元136來(lái)記錄由gmr傳感器126輸出的最小電壓。

在步驟206，控制單元136將供給偏置線圈132的電流調(diào)節(jié)到產(chǎn)生可以被傳感器放大器128接受的、由gmr傳感器126輸出的最大電壓（vmax）的程度。通過(guò)控制單元136來(lái)記錄由gmr傳感器126輸出的最大電壓。接下來(lái)，在步驟208，控制單元136將初始偏置電流（ib0）設(shè)置成在gmr傳感器126處產(chǎn)生近似于由控制單元136記錄的最小電壓（vmin）和最大電壓（vmax）之間的中位值（vmid）的電壓的值。由于偏置線圈132和gmr傳感器126的響應(yīng)中的組合的非線性，在gmr傳感器126處產(chǎn)生中點(diǎn)電壓（vmid）的初始偏置電流（ib0）可不代表被用來(lái)在gmr傳感器126處產(chǎn)生最小電壓（vmin）和最大電壓（vmax）的偏置電流之間的中位值。

在電源116被連接到負(fù)載118之前優(yōu)選地執(zhí)行校準(zhǔn)電流泄漏檢測(cè)器100的方法200。一旦電流泄漏檢測(cè)器100被置于操作中，在步驟210，可以連續(xù)地或周期性地重新校準(zhǔn)gmr傳感器126以解決系統(tǒng)的變化。這樣的變化可以包括例如負(fù)載118的變化以及第一和第二傳感線圈處的溫度變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)供給偏置線圈132的偏置電流（ib）來(lái)執(zhí)行重新校準(zhǔn)，以找到由gmr傳感器126輸出的中位電壓（vmid）。

在操作中并且在已經(jīng)確定了初始偏置電流（ib0）之后，可以閉合開(kāi)關(guān)138以將電流從電源116通過(guò)第一和第二傳感線圈122、124引導(dǎo)到負(fù)載118。偏置線圈132施加初始偏置磁場(chǎng)以將gmr傳感器126的響應(yīng)置于期望的范圍內(nèi)，使得第一和第二傳感線圈122、124之間的任何不平衡被gmr傳感器126更精確地檢測(cè)到并且被控制單元136報(bào)告。在優(yōu)選的實(shí)施例中，如果檢測(cè)到泄漏電流條件，則控制單元136觸發(fā)警報(bào)或者通知。控制單元136還可以被配置成在檢測(cè)到泄漏電流條件的情況下斷開(kāi)開(kāi)關(guān)138或者以其它方式切斷電源116。

將會(huì)理解，雖然在前面的描述中已經(jīng)闡述了本發(fā)明的各種實(shí)施例的許多特征和優(yōu)勢(shì)，連同本發(fā)明的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)，但是本公開(kāi)僅僅是說(shuō)明性的，并且可以在細(xì)節(jié)上（尤其是與在由其中表達(dá)所附的權(quán)利要求的術(shù)語(yǔ)的廣泛的一般含義充分表明的本發(fā)明的原理內(nèi)的零件的結(jié)構(gòu)和布置有關(guān)）進(jìn)行變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，本發(fā)明的教導(dǎo)可以被應(yīng)用于其它系統(tǒng)，而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍和精神。