專利名稱：故障安全照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及用于發(fā)光的照明設(shè)備。本發(fā)明具體而言涉及安全燈和警告燈。
背景技術(shù)：
在下文中，將使用措詞“燈”作為用于指示當(dāng)接收到足夠的電功率時(shí)能夠發(fā)光的設(shè)備的簡(jiǎn)短的措詞。該燈將具有用于到電源的連接的電氣端子。但是要注意到，燈可以實(shí)際包括與該端子串聯(lián)和/或并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)光生成元件，并且典型的實(shí)例是具有多個(gè)LED元件的燈?？梢韵氲蕉喾N希望監(jiān)視燈的操作的情況。這無需應(yīng)用于將燈用于照明的情況如果該燈有缺陷，則用戶將在他希望燈打開的情況中注意到?jīng)]有光。所述希望具體應(yīng)用于在·使用燈作為指示器或信號(hào)燈特別是當(dāng)該燈具有安全功能的情況中。信號(hào)燈通常用于發(fā)送裝置狀態(tài)的信號(hào)。大部分人將在他們的汽車中識(shí)別用于發(fā)信號(hào)表示汽油耗盡或者引擎溫度過高的燈的信號(hào)功能。通常該燈的關(guān)閉指示一起正常；當(dāng)該信號(hào)燈打開時(shí)其指示需要來自用戶的動(dòng)作的錯(cuò)誤情況。如果該燈出故障，則用戶得不到警告。在所述實(shí)例中，結(jié)果是不嚴(yán)重的(汽車由于汽油耗盡而停止)或者僅僅是財(cái)務(wù)方面的(電動(dòng)機(jī)毀壞)。但是存在燈警告燈的故障可能具有災(zāi)難性的后果的情況，例如在人員處理危險(xiǎn)機(jī)器的情況中或者例如在飛機(jī)的情況中。實(shí)際上，存在許多故障安全信號(hào)燈的使用甚至是由安全規(guī)章和/或法律條款規(guī)定的情況。故障安全燈具備能夠檢測(cè)燈是否處于正確的工作狀態(tài)的監(jiān)視電路。將實(shí)際燈與監(jiān)視電路的組合指示為安全故障照明系統(tǒng)?？梢砸远喾N方式完成燈的監(jiān)視。例如在白熾燈的情況中，即使燈關(guān)閉時(shí)也能夠監(jiān)視燈燈絲的阻抗。并且當(dāng)燈打開并且燈絲的溫度上升時(shí)，導(dǎo)致燈絲阻抗的改變，可以監(jiān)視燈絲的特征行為。該監(jiān)視甚至可以在燈被打開之前檢測(cè)損壞的燈絲。但是該方法在LED的情況中不可行，其中如今越來越多地使用LED作為信號(hào)燈。LED的故障可能以多種方式發(fā)生并且不是必然導(dǎo)致開路或短路。因此，當(dāng)施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)損壞的LED可以傳遞電流，因此其在電氣上看起來完好，而其實(shí)際上沒有正確地操作并且不產(chǎn)生光。代替監(jiān)視燈的電氣特性，有可能監(jiān)視燈的光輸出。在該情況中，監(jiān)視電路可以包括光檢測(cè)器和用于將測(cè)量光輸出與預(yù)設(shè)置光閾值進(jìn)行比較的比較器如果該監(jiān)視電路檢測(cè)到該光輸出小于預(yù)期，則其產(chǎn)生警告信號(hào)以此警告用戶。但是，問題在于該監(jiān)視電路自身可能出故障。如果出故障的監(jiān)視電路警示被監(jiān)視信號(hào)燈是有缺陷的而其實(shí)際上不是，則這僅僅是煩人的。相反，如果在被監(jiān)視信號(hào)燈實(shí)際有缺陷的情況中該出故障的監(jiān)視電路沒有警示，則上述嚴(yán)重的后果可能發(fā)生。事實(shí)上信號(hào)燈和它的監(jiān)視電路都有缺陷的可能性遠(yuǎn)小于信號(hào)燈單獨(dú)出故障的可能性。然而，本發(fā)明的目的在于提供一種具有改進(jìn)的安全等級(jí)的故障安全照明系統(tǒng)
發(fā)明內(nèi)容
具體而言，本發(fā)明的目的在于提供一種包括燈和燈監(jiān)視電路的故障安全照明系統(tǒng)，其能夠在燈的故障的情況中并且在監(jiān)視電路的故障的情況中生成告警信號(hào)，具有非常高的可靠性等級(jí)。在一個(gè)方面，根據(jù)本發(fā)明的故障安全照明系統(tǒng)包括自激振蕩電路，其中在該自激振蕩電路中包含該燈和光傳感器。包括該燈的該自激振蕩電路的任意組件的故障將阻止該電路振蕩?？梢允沁h(yuǎn)程檢測(cè)電路的檢測(cè)電路檢測(cè)該振蕩并且在沒有振蕩的情況中生成警報(bào)。在第二方面，檢測(cè)電路包括機(jī)電繼電器，并且該振蕩電路為該繼電器提供功率。該檢測(cè)電路的輸入部分包括用于接收來自該振蕩電路的AC功率的變壓器。因此，固有地保證該繼電器僅能夠被正確運(yùn)作振蕩電路促動(dòng)并且不能夠被任意組件的任意故障促動(dòng)。·在第三方面，以這樣一種方式接線繼電器端子，其中在該方式中能夠檢測(cè)該繼電器的可能的機(jī)械故障。在從屬權(quán)利要求中描述了其他有利的詳盡細(xì)節(jié)。


將參考附圖，通過一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的下文的描述來進(jìn)一步解釋本發(fā)明的這些以及其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中，相同的附圖標(biāo)記指示相同的或類似的部分，并且其中圖I是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的故障安全照明系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)的方框圖；圖2是示意性地顯示了燈單元和警報(bào)單元的一些更多細(xì)節(jié)的方框圖；圖3是更詳細(xì)地示出了燈單元的可能的實(shí)施方式的方框圖；圖4A-4C示出了故障安全繼電器電路的第一實(shí)施方式；圖5A-5C示出了故障安全繼電器電路的第二實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式圖I是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的故障安全照明系統(tǒng)I的總體設(shè)計(jì)的方框圖。系統(tǒng)I包括燈單元20和警報(bào)單元30。取決于應(yīng)用，警報(bào)單元30可以被容納在與燈單元20相同的外罩中，但是警報(bào)單元30可以遠(yuǎn)離燈單元20定位，如圖所示。燈單元20包括至少一個(gè)燈L。雖然本發(fā)明的原理還可以應(yīng)用在燈L的白熾燈類型的情況中，但是本發(fā)明主要意圖用于由一個(gè)或多個(gè)LED實(shí)現(xiàn)的燈L，如圖所示。由附圖標(biāo)記10指示用于燈L的電源。電源具有用于提供DC總線電壓Ub的輸出端子11、12。燈單元20具有耦合到電源輸出端子11、12的功率輸入端子21、22?？梢酝ㄟ^其中一個(gè)總線中的開關(guān)打開/關(guān)閉燈L。燈單元20還有可能持續(xù)地接收電源電壓并且由在控制輸入端子23處接收的控制信號(hào)打開/關(guān)閉。燈單元20具有耦合到警報(bào)單元30的輸入端子33的監(jiān)視器輸出端子24。警報(bào)單元30具有耦合到功率供給總線、用于接收供給電壓Us的功率輸入端子31、32 ;該供給電壓可以是但通常不是與燈單元20相同的電源。警報(bào)單元30還包括用于輸出燈狀態(tài)指示信號(hào)或警報(bào)信號(hào)SA的輸出端子39。該信號(hào)可以具有用于指示被監(jiān)視的燈L是否正確地運(yùn)行的兩個(gè)值。該信號(hào)可以具有例如視覺信號(hào)、聲學(xué)信號(hào)或者電氣信號(hào)的形式以便被信號(hào)處理器例如計(jì)算機(jī)處理。圖2是示意性地顯示了燈單元20和警報(bào)單元30的一些更多細(xì)節(jié)的方框圖。除了燈L之外，燈單元20還包括為了接收由燈L生成的光的一部分而裝配的光傳感器26。優(yōu)選經(jīng)由帶通濾波器27將傳感器26的輸出信號(hào)經(jīng)由放大器28反饋回?zé)鬖，以便構(gòu)成自激振蕩電路25。將認(rèn)識(shí)到振蕩電路25只可以形成閉合環(huán)路，以便如果從燈L到傳感器26的路徑閉合(即當(dāng)燈L生成足夠光輸出)時(shí)則能夠振蕩。為了簡(jiǎn)單起見在圖2中沒有顯示用于確定振蕩頻率的組件。要注意到，振蕩頻率的精確的值不是至關(guān)重要的，但是應(yīng)該優(yōu)選高于IOOHz以便能夠被人眼注意到。在合適的實(shí)施方式中，振蕩頻率處于大約20kHz的量級(jí)。進(jìn)一步注意到帶通濾波器的中心通道頻率適應(yīng)于振蕩頻率。傳感器26不是僅作為監(jiān)視元件，監(jiān)視燈的正確運(yùn)行。由于傳感器26被包含在自激振蕩電路25中，所以傳感器26實(shí)質(zhì)上允許自激振蕩電路25振蕩。實(shí)際上這適用于自激振蕩電路25的全部組件如果任何這樣的組件出故障則自激振蕩電路25不能振蕩。因此，固有地監(jiān)視自激振蕩電路25的全部組件的正確運(yùn)行。警報(bào)單元30被設(shè)計(jì)為監(jiān)視自激振蕩電路25的振蕩。實(shí)質(zhì)上，警報(bào)單元30包括輸入變壓器34，輸入變壓器34具有用于優(yōu)選地經(jīng)由第二放大器29接收由自激振蕩電路25生成的輸入AC功率信號(hào)的輸入繞組，因而變壓器34不負(fù)載自激振蕩電路25。將變壓器34的輸出繞組與二極管35和電容器36串聯(lián)，并且將繼電器38的促動(dòng)線圈37與所述電容器36并聯(lián)。因此，僅當(dāng)變壓器34轉(zhuǎn)換操作功率時(shí)才促動(dòng)繼電器38，其中僅當(dāng)從正確振蕩的振蕩電路接收交變電流時(shí)變壓器34才可以轉(zhuǎn)換操作功率。如果自激振蕩電路25不振蕩(或者不在正確的頻率上振蕩或者沒有在足夠的振幅上振蕩)，則變壓器34的輸出電壓將不足以促動(dòng)繼電器38。其沒有注意到燈20中導(dǎo)致變壓器34的輸入繞組之間的短路的任意故障最差能夠?qū)⒆儔浩鬟B接到恒定電壓Ub，其中恒定電壓Ub不能導(dǎo)致變壓器轉(zhuǎn)換功率。圖3是更詳細(xì)地示出了燈單元20的可能的實(shí)施方式的方框圖。在該情況中將燈L實(shí)現(xiàn)為與功率輸入端子21、22之間的晶體管V3和電阻器R9串聯(lián)的LED的串聯(lián)布置。在功率輸入端子21、22之間，將光傳感器26與電阻器Rl與電感器LI、電容器C4和耦合到晶 體管V5的基極的可變電阻分壓器Rl的并聯(lián)布置串聯(lián)。經(jīng)由電阻器R4和電容器C5，將晶體管V5耦合到晶體管V3的基極以閉合自激振蕩反饋回路25?？梢匀菀卓闯?，該反饋是建設(shè)性的，即光輸出的增加導(dǎo)致傳感器電流的增加，因此V5的基極的電壓增加，因此V5的集電極電流增加，并且因此V3的集電極電流增加。電感器LI與電容器C4的并聯(lián)布置確定自激振蕩電路25的諧振頻率。該并聯(lián)布置還作為帶通濾波器。可變電阻分壓器Rl (其還可以是固定比率電阻分壓器)具有感測(cè)諧振并聯(lián)布置L1/C4的輸出電壓的功能以便進(jìn)一步處理向著放大器28的信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測(cè)試了該設(shè)置。當(dāng)組件LI和C4中的一個(gè)(或兩個(gè))被斷開(即被高阻抗替代)或短路(即被低阻抗替代)時(shí)，這總是導(dǎo)致振蕩停止。基極被耦合到晶體管V5的集電極的晶體管Vl周圍的電路實(shí)現(xiàn)第二放大器29，第二放大器29提供用于警報(bào)單元30的變壓器34的驅(qū)動(dòng)電壓，幅度受到齊納管V4和V6的串聯(lián)布置的限制。當(dāng)比較圖3與圖2時(shí)，可以將晶體管V3周圍的電路視為實(shí)現(xiàn)第一放大器28，第一放大器28的輸入端子耦合到第二放大器29的輸出端子，在該情況中，可以將晶體管V5周圍的電路視為圖2中未顯示的附加放大器，該附加放大器的輸入被耦合到帶通濾波器27并且它的輸出被稱合到第一放大器28和第二放大器29的輸入端子?？商鎿Q地，有可能將晶體管V3和V5周圍的電路視為構(gòu)成第一放大器28的兩級(jí)實(shí)現(xiàn)，在該情況中，將第二放大器29視為使它的輸入端子被稱合到該第一放大器28的中間結(jié)點(diǎn)?？梢匀菀椎乜闯鲋挥旭詈想娙萜鰿2傳遞交變信號(hào)即只有自激振蕩電路25正在振蕩時(shí)放大器29才可以產(chǎn)生AC輸出電壓。關(guān)于繼電器，該繼電器還有可能例如由于它的觸點(diǎn)粘在一起而出故障。本發(fā)明還提供了用于檢測(cè)該故障的技術(shù)方案。圖4A-4C示出了第一實(shí)施方式。繼電器38具有兩個(gè)具有各自的觸點(diǎn)臂的觸點(diǎn)的集合41、42。每個(gè)集合具有中央觸點(diǎn)C、第一觸點(diǎn)a和第二觸點(diǎn)b。第一集合41的中央觸點(diǎn)c被連接到第一輸入端子31，同時(shí)第二集合42的中央觸點(diǎn)c經(jīng)由第一電壓傳感器43被 連接到第二輸入端子32。將兩個(gè)第一觸點(diǎn)a連接在一起，并且將兩個(gè)第二觸點(diǎn)b連接在一起。將第二電壓傳感器44連接在第二輸入端子32與兩個(gè)第二觸點(diǎn)b之間。兩個(gè)電壓傳感器都生成輸出信號(hào)，如水平箭頭所指示，以便由用戶直接觀察以便被信號(hào)處理器等處理。如果繼電器處于未促動(dòng)的休止?fàn)顟B(tài)，則兩個(gè)觸點(diǎn)臂將中央觸點(diǎn)c與第一觸點(diǎn)a連接(圖4A)。第一電壓傳感器43感測(cè)到完全的輸入電壓Us，而第二電壓傳感器44不感測(cè)到任何電壓。這種情況指示燈L要么被故意關(guān)閉要么因?yàn)楣收详P(guān)閉，或者繼電器38由于在未促動(dòng)狀態(tài)中例如因?yàn)槔^電器線圈損壞被粘住而出故障。如果繼電器被促動(dòng)，則兩個(gè)觸點(diǎn)臂將中央觸點(diǎn)c與第二觸點(diǎn)b連接(圖4C)?，F(xiàn)在兩個(gè)電壓傳感器43和44都感測(cè)到完全的輸入電壓Us。該情況指示燈L的正確的運(yùn)行。如果其中一個(gè)繼電器觸點(diǎn)臂在不正確的位置中被粘住(圖4B)，則第一電壓傳感器43不感測(cè)到任何電壓。該情況中指示繼電器38的不正確的運(yùn)行。圖5A-6C示出了第二實(shí)施方式。圖5A顯示了處于關(guān)閉狀態(tài)的繼電器38。當(dāng)按下起始開關(guān)S I時(shí)，促動(dòng)繼電器線圈37，并且繼電器觸點(diǎn)切換到這樣一種位置上，其中在該位置處繼電器觸點(diǎn)提供用于保持繼電器的電流的路徑(圖5B);現(xiàn)在可以釋放該起始開關(guān)S
I。當(dāng)按下停止開關(guān)S2時(shí)，電路被斷開并且繼電器38返回到圖5A的狀態(tài)；現(xiàn)在可以釋放停止開關(guān)而無需促動(dòng)繼電器。但是當(dāng)觸點(diǎn)41粘住時(shí)(圖5C)，按下起始開關(guān)S I沒有效果。如果觸點(diǎn)41和42都粘住，當(dāng)釋放停止開關(guān)時(shí)將立即促動(dòng)繼電器?？偠灾景l(fā)明提供了包括燈和用于監(jiān)視燈的正確運(yùn)行的監(jiān)視電路的故障安全照明系統(tǒng)，該監(jiān)視電路包括定位為接收由燈生成的光的光學(xué)傳感器。根據(jù)本發(fā)明，該監(jiān)視電路包括自激振蕩環(huán)路，該自激振蕩環(huán)路包括燈和光學(xué)傳感器，其中，該燈與該光學(xué)傳感器之間的光學(xué)路徑是該環(huán)路的基本部分，因而只有該光學(xué)傳感器從該燈接收到足夠的該光環(huán)路才可以振蕩。雖然在附圖和前文的描述中詳細(xì)說明并且描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員而言應(yīng)該很顯然將該說明和描述視為是說明性的或示例性的而不是限制性的。本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方式；而是在所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的保護(hù)范圍中多種變化和修改是可能的。例如，在圖2中，帶通濾波器27和放大器28的相對(duì)次序不是本質(zhì)的。并且可以在另一個(gè)位置處例如在第一放大器28的輸出處將第二放大器29耦合到環(huán)路25。
此外，又可能集成警報(bào)單元和燈單元，但是還能夠遠(yuǎn)程放置該警報(bào)單元。在實(shí)施所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，經(jīng)過附圖、本文的公開以及所附權(quán)利要求的學(xué)習(xí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解并且實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施方式的其他變形。在權(quán)利要求中，詞語 “包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所述的多個(gè)項(xiàng)的功能。在互相不同的從屬權(quán)利要求中陳述特定措施的事實(shí)不是指示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中任意附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為限制其范圍。
權(quán)利要求
1.一種故障安全照明系統(tǒng)(1)，包括 燈(L)； 用于監(jiān)視所述燈(L)的正確運(yùn)行的監(jiān)視電路，所述監(jiān)視電路包括定位為接收所述燈(L)生成的光的光學(xué)傳感器(26)； 其中，所述監(jiān)視電路包括自激振蕩環(huán)路(25)，所述自激振蕩環(huán)路(25)包括所述燈(L)和所述光學(xué)傳感器(26)，其中，所述燈(L)與所述光學(xué)傳感器(26)之間的光學(xué)路徑是所述環(huán)路(25)的基本部分，因而只有所述光學(xué)傳感器(26)從所述燈(L)接收到足夠的光，所述環(huán)路(25)才能夠振蕩。
2.如權(quán)利要求I所述的故障安全照明系統(tǒng)(I)，其中，所述自激振蕩環(huán)路(25)包括放大器(28) ο
3.如權(quán)利要求I所述的故障安全照明系統(tǒng)(I)，其中，所述自激振蕩環(huán)路(25)包括帶通濾波裝置(27)。
4.如權(quán)利要求I所述的故障安全照明系統(tǒng)(1)，其中，所述自激振蕩環(huán)路(25)的任意組件的故障將阻止所述自激振蕩環(huán)路(25)振蕩。
5.如權(quán)利要求I所述的故障安全照明系統(tǒng)(I)，其中，所述監(jiān)視電路進(jìn)一步包括警報(bào)單元(30)，所述警報(bào)單元(30)包括機(jī)電繼電器(38)和變壓器(34)，所述變壓器(34)具有耦合到繼電器線圈(37)以便促動(dòng)所述繼電器(38)的次級(jí)繞組，其中，所述變壓器(34)具有耦合到所述自激振蕩環(huán)路(25)以便振蕩時(shí)接收源自所述自激振蕩環(huán)路(25)的輸入AC功率信號(hào)的初級(jí)繞組。
6.如權(quán)利要求5所述的故障安全照明系統(tǒng)(I)，進(jìn)一步包括耦合在所述自激振蕩環(huán)路(25)與所述變壓器(34)之間的放大器(29)。
7.如權(quán)利要求I所述的故障安全照明系統(tǒng)(I)，其中，所述繼電器(38)包括互相連接以便檢測(cè)繼電器故障的兩個(gè)繼電器觸點(diǎn)集合(41、42)。
8.如權(quán)利要求7所述的故障安全照明系統(tǒng)(I)，其中，每個(gè)集合具有中央觸點(diǎn)(C)、第一觸點(diǎn)(a)和第二觸點(diǎn)(b)，其中，所述繼電器具有休止?fàn)顟B(tài)，在所述休止?fàn)顟B(tài)中，各自的臂將每個(gè)中央觸點(diǎn)(C)與對(duì)應(yīng)的第一觸點(diǎn)(a)連接，并且其中，所述繼電器具有促動(dòng)狀態(tài)，在所述促動(dòng)狀態(tài)中，各自的臂將每個(gè)中央觸點(diǎn)(C)與對(duì)應(yīng)的第二觸點(diǎn)(b)連接； 其中，將兩個(gè)第一觸點(diǎn)(a)連接在一起并且將兩個(gè)第二觸點(diǎn)(b)連接在一起； 其中，將所述第一集合(41)的所述中央觸點(diǎn)(c)連接到第一輸入端子(31)，同時(shí)將所述第二集合(42)的所述中央觸點(diǎn)(c)經(jīng)由第一電壓傳感器(43)連接到第二輸入端子(32)； 其中，將第二電壓傳感器(44)連接在所述第二輸入端子(32)與兩個(gè)互相連接的第二觸點(diǎn)(b)之間； 并且其中，將兩個(gè)輸入端子(31、32)連接到電源(Us)。
全文摘要
一種故障安全照明系統(tǒng)(1)包括燈(L)和用于監(jiān)視該燈(L)的正確運(yùn)行的監(jiān)視電路，該監(jiān)視電路包括定位為接收由該燈(L)生成的光的光學(xué)傳感器(26)。該監(jiān)視電路包括自激振蕩環(huán)路(25)，自激振蕩環(huán)路(25)包括該燈(L)和該光學(xué)傳感器(26)，其中，該燈(L)與該光學(xué)傳感器(26)之間的光學(xué)路徑是該環(huán)路(25)的基本部分，因而只有該光學(xué)傳感器(26)從該燈(L)接收到足夠的光，該環(huán)路(25)才可以振蕩。
文檔編號(hào)H05B33/08GK102934520SQ201180028434
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
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