CN1339110A

CN1339110A - 测试导电体的敷层的装置和方法

Info

Publication number: CN1339110A
Application number: CN00803489.3A
Authority: CN
Inventors: D·M·普罗
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2002-03-06
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2002536643A; CA2361764A1; BR0007967A; EP1232398A1; CN1202426C; US6184691B1; WO2000046607A1

Abstract

本发明公开了一种测试在导体上的敷层比如在导线(W)上的电介质敷层的装置和方法。高压源(24)在第二端子(b)上耦合到互感器,初级绕组(42)经过轮(30)耦合到导体(W)。在敷层中的缺陷引起流经初级绕组(42)中的电流的变化,这一变化在互感器的次级绕组(44)中感应出电流。通过传感器(60)检测在次级绕组(44)中的电流,以公知的数据采集设备可以采集缺陷数据。

Description

测试导电体的敷层的装置和方法

发明背景

本发明涉及测试在导体上的敷层。更具体地说，本发明涉及一种检测在导体比如导线上的敷层的击穿的方法和装置。

大量的商用绝缘线比如磁线都是通过在裸导体比如裸铜线、铝线或其它的导体上施加电介质敷层制造的。例如，在裸线上施加液态树脂涂层材料并通过使涂敷有涂层的导体经过烤炉固化。可以使用许多敷层以提供所需的敷层绝缘特性和/或敷层的电介质特性。理想的是在电介质敷层中不存在孔隙或漏电或其它的击穿。然而，这并不容易实现，但通常制造商要确保特定的导线每单位长度仅有或小于特定的可接收的数量的故障。为确保这些，制造商基本要对整个长度的导线进行测试。不同的导线具有不同的绝缘的或电介质的敷层。在此所使用的术语“绝缘体”或“绝缘的”是指相对于导电体具有相对较低的导电率的任何材料。在此所使用的术语“电介质”是指便于以电场的形式存储能量的绝缘体。在此所使用的术语“击穿”是指敷层的任何缺陷、故障、损坏或其它不希望的特性。

由于导线的产生量大，处理这些大量的导线很困难且昂贵，因此通常在导线离开烘焙炉时或在将它放在其它的处理步骤中进行测试。在处理的过程中通常以高达每秒几百英尺的速度传输导线。因此理想的是在导线以很高的速度运动的同时测试敷层。大家所公知的是在导线和敷层的外表面上施加较高的电压以测试敷层的击穿。例如，在导线接地的同时可以使导线通过连接到高压源(例如3000VDC)的正端的轮。测量电流的波动以检测敷层击穿。理想的是应用相对较高的电压以甚至对没有完全击穿的情况产生电流。例如，对于许多导线，当敷层的电阻率小于它本身十分高的阈值时需要进行检测。

为了精确地检测并对敷层的击穿的情况进行记数，采集与所记数的击穿相关的数据，使用报告中所采集的数据并进行质量控制，理想的是将检测装置与现代的数据采集设备比如可编程控制器、个人计算机、程序控制器等相连接。通常这些数据采集设备是数字的并以1至5伏特的逻辑电平运行。因此需要应用体积较大且昂贵的信号处理部件来将以较高的检测信号电压运行的缺陷检测设备连接到运行在较低的电压下的数据采集设备。例如，应用高压电阻网络阵列来将较高的检测信号电压降成适合于数据采集的电平。例如，美国专利US3,413,54公开了一种磁线的绝缘缺陷检测装置，这种装置应用高功率电阻和其它的部件来分配用于驱动记录器的电压。

因此，检测绝缘击穿的常规的方法和装置要求大量的高压部件，特别是功率电阻，因此相对较大且昂贵。此外，常规的装置并不容易与数字数据采集设备相连接，因此不利于数据采集和处理控制。

发明概述

本发明涉及测试在导电体上的敷层的装置和方法。本发明的第一方面是一种测试装置，该测试装置包括测试电压源、具有初级绕组和次级绕组的互感器和传感器。测试电压源连接到初级绕组并适合于连接到导体以形成回路，在该回路中由于测试电压源的电压引起的电流从该敷层到达导体流经初级绕组。流经初级绕组的电流的变化在次级绕组中感应出电流。该传感器耦合到次级绕组以检测流经次级绕组的电流，该电流表示导电体的敷层的击穿。

本发明的第二方面是一种测试装置，该测试装置包括具有测试电压源的电源和许多检测电路，每个检测电路包括一个互感器和一个传感器。该测试电压源连接到互感器的初级绕组，并适合于连接到导体以形成回路，在该回路中由于测试电压源的电压引起的电流从该敷层到达导体流经初级绕组。流经初级绕组的电流的变化在互感器的次级绕组中感应出电流。该传感器耦合到次级绕组以检测流经次级绕组的电流，该电流表示导电体的敷层的击穿。该检测电路彼此并联地耦合到该电源。

本发明的第三方面是测试在导电体上的敷层的方法，包括如下的步骤：在导电体和敷层上施加测试电压，使由于测试电压引起的电流流经互感器的初级绕组，以及感测由于敷层击穿所引起的在初级绕组中的电流的波动在互感器的次级绕组中感应的电流。

附图概述

通过优选的实施例和附图描述本发明，在附图中：

附图1所示为根据本发明的优选实施例的测试装置的示意图；

附图2所示为应用本发明的装置所检测的导线的绝缘击穿的泊松分布图；

附图3所示为应用常规的电阻/分压器网络所检测的导线的绝缘击穿的泊松分布图。

优选实施例的详细描述

附图1所示为本发明的一个优选实施例，它适合于测试在导线比如磁线上的电介质敷层或其它绝缘体的完整性。电介质测试系统10包括电源20、互感器40和传感器60，这些将在下文中详细讨论。电源20包括低压源22(例如24VDC)、高压源24(例如3000VDC)、功率电阻46和稳压器26。稳压器26包括稳压二极管30和电容器28的并联电路，起消除高频率噪声的作用并对在将电源20的端子上电压钳位在例如15VDC。因此，在电源20的端子上获得整齐的低压DC输出。端子a形成了参考电压源的第一端，而地端是其第二端。相反，高压源24使在电源20的端子b上出现高压DC输出。端子b形成了测试电压源的第一端，而地端形成了其第二端。按下文所描述的方式，应用在端子b上的高压作为测试电压，而应用在端子a上的低压来产生参考电压和逻辑电压。照下文所述的方式，功率电阻46限制流经互感器40的初级绕组的电流，基于电压源24和互感器40的具体技术参数和其它的系统参数，功率电阻46可以是任何尺寸或将其省略。

互感器40包括以常规的方式设置在磁芯中的初级绕组42和次级绕组44。互感器40可以是标准的高压脉冲互感器，比如(但并不限于)由CIRCLED CO.所生产的3114、3610、3316、1637和2007型互感器。根据在此所公开的内容本领域的熟练人员能够很容易地选择互感器40的具体特性。在优选的实施例中，初级绕组42具有大约14匝而次级绕组44具有大约3100匝。注意，上述的特定数量对应于根据低压输入要求高压脉冲输出而设计的脉冲互感器。在该优选的实施例中，应用高压输入产生低压输出。因此，应用所指定的这些互感器的“初级”绕组作为在优选的实施例中的次级绕组44和应用所指定的“次级”绕组作为在优选的实施例中的初级绕组42。

电源20的端子b耦合到初级绕组42的一端。初级绕组42的另一端耦合到与在初级绕组42和在导线W上的敷层之间起电触点作用的接触轮36。接触轮36包括公知的任何所需的绝缘部件和旋转藕接头。可替换的是，可以应用电刷或任何其它的电极等以将初级绕组42电耦合到导线W的敷层。在测试操作的过程中以下文所述的方式使导线W经过接触轮36。

次级绕组44耦合到传感器60。具体地说，次级绕组44耦合到比较器62的倒相输入端，该比较器62可以是标准的非倒相增益型的运算放大器。以公知的方式选择反馈电路64、电阻58和电阻56以在运算放大器中获得所需的增益。稳压器48包括并联的电阻50和稳压二极管52并与次级绕组44并联以形成电路。稳压器48使电流稳定并消除了流经比较器62的倒相端的电流的噪声。

电源20的端子a连接到带分接头的电阻器54的一端。带分接头的电阻器44的其它端子连接地。带分接头电阻器44的抽头通过电阻56耦合到比较器62的非倒相端。电阻56起限制输送到比较器62的非倒相端的电流的作用。基于系统10的参数、所测试的导体和敷层的类型、在敷层中所检测的击穿的阈值以及其它实际考虑的参数，调整带分接头的电阻器44以给比较器62提供所需的参考电压，根据在此所公开的内容对于在本领域的普通技术人员来这些都是显然的。

比较器62的输出通过上拉电阻66耦合到电源20的端a以将比较器的输出稳定在例如15伏特。如上文所指出，比较器62的输出还通过电阻64反馈回到倒相输入中。比较器62的电源端耦合到电源20的端子a，而比较器62的地端以公知的方式接地。

比较器62的输出还耦合到起“冲息式(one shot)”装置作用的单稳态多谐振荡器68的输入中。换句话说，每次输入到单稳态多谐振荡器68中都产生所选择的周期的单次脉冲输出。通过以所示的方式连接电阻72和电容器70并选择电阻72和电容器70的值以公知的方式选择脉冲输出的周期。然而，根据所使用的特定的单稳多谐振荡装置还可以通过其它的调整机构比如DIP开关、pol等选择该周期。单稳态多谐振荡器68耦合到电源20的端a和在适合的端上接地以提供功率。单稳态多谐振荡器68的输出通过变换器74耦合到可编程控制器76的输入/输出(I/O)接口。根据不同的I/O接口技术参数也可以省去变换器74。

在导线离开烘焙炉时或任何其它的时候或位置上可以测试导线W。在优选的实施例中，从源滚筒32将导线退绕在卷绕滚筒34上时测试导线W。接触轮36与地绝缘并随着导线W经过接触轮36时在其导电表面与导线W接触时旋转。如果需要的话，可以具有不止一个接触轮以确保与导线的整个周边保持良好的接触。导线的导体以公知的方式接地，如连接100所示意地示出，即连接到电源24的第二端子。因此，当在其敷层中具有故障或缺陷的导线W的部分与接触轮36接触时，电流从电源20的端b从互感器40的次级绕组42流到地端。当然，敷层本身具有随着其长度不同而不同的一定的导电率值，因此在任何时候不同幅值的较小电流都可以流经初级绕组42。然而，可以调整输送到比较器62的非倒相输入端的参考电压值以使传感器60可以忽略由于敷层的导电率在可接收的水平之内的波动引起的电流波动。

在使用中，设定带有分接头的电阻器54以给比较器62的非倒相输入端输送适当的参考电压。例如，基于系统10的参数，确定在比较器62的倒相输入端上的1.5VDC的电压表示敷层的最高的可接收的导电率。设定带分接头的电阻器54以给比较器62的非倒相输入端提供1.5VDC以与比较器62的倒相输入端进行比较。这就相当于建立了比较器62的初始稳定状态。当在导线的敷层被击穿的导线部分穿过接触轮36时，由于缺陷敷层的导电率增加了，造成较大的电流从电源20的端b经过互感器40的初级绕组42流到地端。通过初级绕组42的电流的这种变化在包括次级绕组44和稳压器48的电路中感应出了电流。因此较小的电流流经电阻58，因此在比较器62的倒相输入端中存在电压变化。如果在倒相输入端的瞬时电压大于在非倒相端的参考电压，电流在比较器62的输出中流动从而以公知的方式补偿这种电压差。

比较器62的输出耦合到单稳态多谐振荡器68的输入中。因此比较器62的输出使所需的周期的脉冲从单稳态多谐振荡器68中输出到检测在导线W的敷层中的击穿的可编程的控制器76。对可编程控制器76进行编程以采集击穿脉冲作为沿着导线的位置的函数数据。任何类型的统计采样或变换都可以实现给出所需的报告和/或控制导线制造过程以使缺陷最小并记录缺陷。

下文的表1提供了优选实施例的各种电气元件和电子元件的参数，本申请人已经发现这个优选的实施例能够得到理想的结果。当然，基于特定的应用也可以改变或省去这些元件及其参数。

表1

元件	参数
元件	参数	低压源22	24VDC
高压源24	3000VDC	低压源22	24VDC
高压源24	3000VDC	电容器28	100μf，35VDC
稳压二极管30	15伏，5瓦	电容器28	100μf，35VDC
稳压二极管30	15伏，5瓦	互感器40	Circle D^TMpart no.3114-12A2，3150初级匝数，14 1/2次级匝数，峰值初级电流60安
电阻46	50兆欧姆Victoreen SLIM-MOX102 1％	互感器40	Circle D^TMpart no.3114-12A2，3150初级匝数，14 1/2次级匝数，峰值初级电流60安
电阻46	50兆欧姆Victoreen SLIM-MOX102 1％	晶体管50	1.5兆欧姆
稳压二极管52	15V，0.5瓦	晶体管50	1.5兆欧姆
稳压二极管52	15V，0.5瓦	调谐电位器54	50千欧姆
电阻56	1千欧姆	调谐电位器54	50千欧姆
电阻56	1千欧姆	电阻58	10千欧姆
电容器62	National Semiconductor^TM1/2 LM393	电阻58	10千欧姆
电容器62	National Semiconductor^TM1/2 LM393	电阻64	10兆欧姆
电阻66	4.7千欧姆	电阻64	10兆欧姆
电阻66	4.7千欧姆	单稳态多谐振荡器68	Motorola^TM1/2 4528
电容器70	0.1μf	单稳态多谐振荡器68	Motorola^TM1/2 4528
电容器70	0.1μf	电阻72	10千欧姆
变换器74	Motorola^TM4049	电阻72	10千欧姆

附图2所示为应用本发明的优选实施例在大约10英里的导线上检测到的击穿的泊松分布曲线。随着每100英尺的导线经过该检测装置，检测并记录在该100英尺的导线中出现的击穿的数量。该图的X轴表示每100英尺的击穿，而y轴表示所检测的值的频率。例如，附图2表示在每100英尺上检测到击穿1在导线长度上检测到115次，可以看出，随着每100英尺的导线的击穿的增加，检测频率呈指数规律降低并接近于零。当该导线离开导线压扎烘焙炉时采集在附图2中所示的数据。平均击穿等于每100英尺的导线0.328。这些结果表示导线的质量较高。

附图3所示为应用常规装置在大约10英里的导线中所检测的击穿的泊松分布曲线，该常规的装置具有电阻/分压网络以降低检测电压。与附图2类似，该图的X轴表示每100英尺的击穿，而y轴表示所检测的值的频率。例如，附图3表示在每100英尺上检测到击穿1在导线长度上检测到132次。可以看出在附图3中所示的数据的分布与附图2的分布类似。平均击穿等于每100英尺导线0.379。在附图2的数据和附图3的数据之间的相关是-0.065。当导线离开与附图2的数据中所示的用的烘焙炉平行的导线压扎烘焙炉时采集在附图3中所示的数据。因此，可以预期的是该结果应该类似。所有的测试都是在每分钟200英尺的速度下进行的。

可以看到本发明能够精确地检测在导线中的缺陷而不需要大量的高功率电子部件。本发明可以容易地连接到过程控制和数据采集系统。应用互感器降低了检测电压，由此不需要高功率的电阻/分压器网络，因此可以将测试装置集成到较小的外壳中。例如，可以将测试装置安装在仪表壳、机壳等中的单回路板中。优选的实施例的传感器包括比较器和其它的信号处理/调节电路。然而，可以应用任何类型的传感器来(直接或间接地)检测在互感器的次级绕组中所感应的电流。可以基于数据采集类型或所使用的缺陷指示修改信号处理电路或省去它。例如，可以将电流表、记录器、记录笔或简单的指示灯用作传感器来指示敷层的击穿。基于具体的应用构造电源和其它部件。例如，根据所使用的传感器的类型，可以不需要低压电源。可以应用单个电源与互感器的许多测试电路和彼此平行的传感器连接以同时测试平行的导线。测试电压源可以直接或间接地电耦合到导体以使缺陷产生电流。此外，可以改变各种稳压器和其它的信号调节部件或省略这些部件。互感器的初级绕组以任何方式耦合到导体、敷层以及电源以使缺陷产生的电流流经初级绕组。本发明可以用于测试磁导线、其它的导线或具有敷层的任何其它导体。

通过优选实施例已经描述了本发明。然而在不脱离所附加的权利要求所限定的本发明的范围的前提下可以作出各种改变。

Claims

1.一种测试在导电体上的敷层的装置，包括：

具有两个端子的测试电压源；

具有初级绕组和次级绕组的互感器，所说的测试电压源耦合到初级绕组并适合于连接到所说的导体以形成回路，在该回路中由流经所说的敷层到达所说的导体的所说的测试电压源的电压引起的电流流经所说的互感器的所说的初级绕组；以及

传感器，该传感器耦合到次级绕组以检测由所说的初级绕组的电流的变化所感应的流经所说的次级绕组的电流，该电流指示在导电体的敷层中的击穿。

2.如权利要求1中所述的一种装置，其中所说的测试电压源的所说的端子中的一个端子耦合到所说的初级绕组的第一端子，所说的初级绕组的第二端子适合于连接到敷层，所说的测试电压源的所说的端子的其它端子耦合到所说的导体。

3.如权利要求1中所述的一种装置，其中导电体是细长的导线，而该敷层是设置在导线周围的电绝缘体。

4.如权利要求3中所述的一种装置，其中电绝缘体是电介质材料。

5.如权利要求1中所述的一种装置，进一步包括耦合到所说的传感器的参考电压源，所说的传感器包括比较器以比较由所说的参考电压源所产生的参考电压和由流经所说的互感器的所说的次级绕组的电流所引起的电压。

6.如权利要求3中所述的一种装置，进一步包括耦合到所说的传感器的参考电压源，所说的传感器包括比较器以比较由所说的参考电压源所产生的参考电压和由流经所说的互感器的所说的次级绕组的电流所引起的电压。

7.如权利要求4中所述的一种装置，进一步包括耦合到所说的传感器的参考电压源，所说的传感器包括比较器以比较由所说的参考电压源所产生的参考电压和由流经所说的互感器的所说的次级绕组的电流所引起的电压。

8.如权利要求2中所述的一种装置，进一步包括导电接触轮，当细长的导线经过所说的接触轮时所说的导电接触轮适合于与该电绝缘体旋转接触，所说的初级绕组的第二端子连接到所说的接触轮。

9.如权利要求5中所述的一种装置，进一步包括耦合到所说的比较器的输出的单稳多谐振荡装置，由此对于在敷层中的每个击穿都提供预定周期的脉冲输出。

10.一种测试在许多导电体上的敷层的装置，包括：

具有两个端子的测试电压源的电源；

许多检测电路，每个检测电路包括具有初级绕组和次级绕组的互感器，所说的测试电压源耦合到所说的初级绕组，并适合于连接到所说的导体以形成回路，在该回路中由流经所说的敷层到达所说的导体的所说的测试电压源的电压引起的电流流经所说的互感器的所说的初级绕组，所说的检测电路进一步包括耦合到所说次级绕组的传感器以检测由流经所说的初级绕组的电流的变化感应产生的流经所说的次级绕组的电流，以指示导电体的敷层的击穿；

其中所说的检测电路彼此并联地耦合到所说的电源。

11.如权利要求10中所述的一种装置，其中所说的测试电压源的所说的端子中的一个端子耦合到所说的初级绕组的第一端子，每个所说的初级绕组的第二端子适合于连接到相关导体的敷层，所说的测试电压源的所说端子的其它端子耦合到所说的相关导体。

12.如权利要求10中所述的一种装置，其中导电体是细长的导线，而该敷层是设置在导线周围的电绝缘体。

13.如权利要求12中所述的一种装置，其中电绝缘体是电介质材料。

14.如权利要求10中所述的一种装置，其中所说的电源进一步包括耦合到所说的传感器的参考电压源，每个所说的传感器包括比较器以比较由所说的参考电压源所产生的参考电压和由流经所说的互感器的所说的次级绕组中相应的一个次级绕组的电流所引起的电压。

15.如权利要求10中所述的一种装置，进一步包括与每个所说的检测电路相关联的导电接触轮，当导体经过所说的接触轮时该导电接触轮适合于与相关的导体的敷层旋转接触，所说的初级绕组中相应的一个初级绕组分别连接到所说的接触轮的每个接触轮。

16.如权利要求14中所述的一种装置，所说的传感器中的每个传感器进一步包括耦合到所说的比较器的输出的单稳多谐振荡装置，由此对于在敷层中的每个击穿都提供预定周期的脉冲输出。

17.一种测试在导电体上的敷层的方法，包括如下的步骤：

在导电体和敷层之上施加测试电压；

使由于测试电压引起的电流流经互感器的初级绕组；以及

感测由于敷层击穿所引起的在初级绕组中的电流的波动在互感器的次级绕组中感应的电流。

18.如权利要求17中所述的一种方法，其中导电体是细长的导线，而该敷层是设置在导线周围的电绝缘体。

19.如权利要求18中所述的一种方法，其中电绝缘体是电介质材料。

20.如权利要求17中所述的一种方法，其中所说的感测步骤包括将参考电压和由流经所说的互感器的所说的次级绕组的电流所引起的电压进行比较。