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，電流從電源流動到負(fù)載并且流回到電源。典型地通過使用絕緣導(dǎo)體和電氣部件來實現(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非計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，外殼或面板可能沒有被接地或者地面可能不足以安全地攜帶泄漏電流。在這些情形下，接觸到外殼或面板的任何人可能會遭受電擊。

現(xiàn)有技術(shù)的dc電流泄漏檢測器往往會難以校準(zhǔn)并且缺乏靈敏度。現(xiàn)有技術(shù)的電流泄漏檢測器的缺陷使電氣設(shè)備的操作者易遭受潛在的傷害。因此，存在有對于可以在操作者接觸到危險設(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)的電流泄漏檢測器的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

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

在又一方面，優(yōu)選的實施例包括用于檢測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)利用偏置電路來將磁場傳感器的響應(yīng)置于優(yōu)選的響應(yīng)范圍內(nèi)的步驟。

附圖說明

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

圖2是圖1的電流泄漏檢測器的電路圖。

圖3是用于校準(zhǔn)圖1的電流泄漏檢測器的方法的過程流程圖。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，圖1示出了結(jié)合在泵送系統(tǒng)102內(nèi)的電流泄漏檢測器100的描繪。將會意識到，電流泄漏檢測器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器100的目前優(yōu)選的應(yīng)用。

泵送系統(tǒng)102包括由電動機(jī)106驅(qū)動的潛水泵104。當(dāng)被通電時，馬達(dá)106移動泵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112和變壓器114。以這種方式，可以通過馬達(dá)驅(qū)動112、變壓器114和電源110來控制并影響馬達(dá)106的操作特征。盡管泵送系統(tǒng)102被描繪為用來從地下水庫回收流體的潛水系統(tǒng)，但是將會意識到，泵送系統(tǒng)102還可以包括在表面設(shè)施之間移動流體的表面泵送系統(tǒng)。

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

轉(zhuǎn)向圖2，在其中示出的是電流泄漏檢測器100的目前優(yōu)選的實施例的電路圖。在優(yōu)選的實施例中，電流泄漏檢測器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)動器134、控制單元136和開關(guān)138。在圖1中的電流泄漏檢測器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來在開關(guān)138被閉合時向負(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的相對的側(cè)。在優(yōu)選的實施例中，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的相對的鐵心柱（legs）上，使得當(dāng)通過第一和第二傳感線圈122、124的電流相同時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，則通過第一和第二傳感線圈122、124的電流將會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而輸出模擬信號。

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以及由gmr傳感器126生成的響應(yīng)信號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。信號可不成比例地小并且可由不正確的極性來表征。

為了改進(jìn)gmr傳感器126的響應(yīng)，電流泄漏檢測器100利用偏置線圈132來在gmr傳感器126處提供基線磁場。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)測且有用的范圍的偏置磁場。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通知第一和第二傳感線圈122、124之間的場不平衡。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)動器134和控制單元136的集合。

通常，控制單元136將控制信號提供給偏置線圈驅(qū)動器134。偏置線圈驅(qū)動器134然后將響應(yīng)驅(qū)動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。gmr傳感器126產(chǎn)生表示偏置磁場的信號。將由gmr傳感器126輸出的信號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)字化的信號傳回到控制單元136以完成偏置電路140回路。

在優(yōu)選的實施例中，偏置電路140被使用來利用由控制單元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)動器134將偏置電流（ib）發(fā)送到偏置線圈132時，方法在步驟202開始。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，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。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（vmin）的電平。通過控制單元136來記錄由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。通過控制單元136來記錄由gmr傳感器126輸出的最大電壓。接下來，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)生中點電壓（vmid）的初始偏置電流（ib0）可不代表被用來在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)電流泄漏檢測器100的方法200。一旦電流泄漏檢測器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^調(diào)節(jié)供給偏置線圈132的偏置電流（ib）來執(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，可以閉合開關(guān)138以將電流從電源116通過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更精確地檢測到并且被控制單元136報告。在優(yōu)選的實施例中，如果檢測到泄漏電流條件，則控制單元136觸發(fā)警報或者通知?？刂茊卧?36還可以被配置成在檢測到泄漏電流條件的情況下斷開開關(guān)138或者以其它方式切斷電源116。

將會理解，雖然在前面的描述中已經(jīng)闡述了本發(fā)明的各種實施例的許多特征和優(yōu)勢，連同本發(fā)明的各種實施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)，但是本公開僅僅是說明性的，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)人員將會意識到，本發(fā)明的教導(dǎo)可以被應(yīng)用于其它系統(tǒng)，而不會背離本發(fā)明的范圍和精神。