一种故障电弧检测装置的制作方法

1.本发明涉及工频交流电供电系统的故障电弧检测及其引发的火灾的保护领域。


背景技术：

2.据统计故障电弧引起的火灾占全部火灾很大的比例，因此急需一种保护设备来检测故障电弧，并在故障电弧还没有引燃可燃物之前的短暂时间内，将电路断开，从而熄灭故障电弧，进而避免它引起火灾。目前已有的故障电弧检测产品的主要问题是故障电弧检测的准确率比较低，检测的误报率和漏报率比较高，经常发生故障电弧误报和漏报。因此需要设计一种故障电弧检测装置，这种检测装置能尽量多地收集，处理和使用故障电弧的特征信息，更加准确地检测出故障电弧，提高故障电弧检测的准确率，降低故障电弧检测的误报率和漏报率。


技术实现要素：

3.设计了一种故障电弧检测装置，这种检测装置能尽量多地收集处理和使用故障电弧的特征信息，更加准确地检测出故障电弧，提高故障电弧检测的准确率，降低故障电弧检测的误报率和漏报率。使用硬件电路、处理器和软件共同配合，设计完成了该故障电弧检测装置。
4.设计了一个4维向量空间，定义为m向量空间，定义m空间的基本子空间spm (m，n，p，q)。信号到来时，通过计算该信号落入各个m空间的基本子空间的概率分布，从而构建出反应该信号在m向量空间上的概率分布特征的m空间的特征向量，将该信号的m空间的特征向量与已知的预先采集的信号基和电弧基的数据库做比较，从而检测出故障电弧。具体如下，使用了磁芯的相对磁导率u不同的一组线圈作为信号的检测线圈，工频交流电的l线穿过这组线圈的中心。这组线圈共有nu只，以相对磁导率u的对数值为单位构建数轴，称为u轴。在u轴上，取nu个点，这些点从小到大排列，记为u(m)，m是整数变量，0《m《nu 1，以u轴为其中的一个维度，构建一个多维空间m。每个线圈输出的信号都经过放大器放大，使用运算放大器实现信号放大功能，每个线圈的匝数、骨架材料的磁导率、信号放大器的增益共同决定了放大器输出端信号的幅度和整体的增益。以各个线圈所对应着的放大器的输出信号幅度值范围内的幅度值的对数值为第二个数轴，称为a轴。在a轴上，取na个点，这些点从小到大排列，记为a(n)，n是整数变量，0《n《na 1，以a 轴为第二个维度，构建这个多维空间m。以各个线圈所对应着的放大器的输出信号的频率值范围内的频率值的对数值为第三个数轴，称为f轴。在f轴上，取nf个点，这些点从小到大排列，记为f(p)，p是整数变量，0《p《nf 1，以f轴为第三个维度，构建这个多维空间 m。以工频交流电的周期t为坐标的最大值，以一个周期内的时间t为数轴上坐标点构建第四个数轴，称为t轴。在t轴上，取nt个点，这些点从小到大排列，记为t(q)，q是整数变量，0《q《nt 1，以t轴做为第四个维度，构建这个多维空间m。所有这4个维度的数轴上的点都是即可以均匀地选取也可以非均匀地选取，但是要保证在同一套装置中，一旦选定之后，保持一致，不能变化。目前构建好的多维空间m是四维空间，选
择坐标点{u(m)， a(n)，f(p)，t(q)}和{u(m)，a(n 1)，f(p 1)，t(q 1)}，以这两个坐标点为对角顶点的三维立方体记为m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)。在一个工频交流电周期t内的信号s1都会多次落入m空间内，落入整个m空间信号的总次数为nm_s1(m)，落入m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)的次数为nm_s1(m，n，p，q)，则，nm_s1(m，n，p， q)在4个维度相加的总和等于nm_s1(m)，信号s1落入m空间的基本子空间spm (m，n，p，q)的概率记为posb_s1(m，n，p，q)，则，posb_s1(m，n，p，q) ＝nm_s1(m，n，p，q)/nm_s1(m)。对于任何一个信号，定义一个信号s1在m空间的特征向量，称为该信号s1的m空间特征向量，表示为s1_v{posb_s1(m，n，p，q)，// (m(0，nu]，n(0，na]，p(0，nf]，q(0，nt])}，它是由遍布于m空间的总数为 tt的概率数值组成，它表示的是数列{posb_s1(1，1，1，1)，posb_s1(1，1，1， 2)，......，posb_s1(m，n，p，q)，......，posb_s1(nu，na，nf，nt)}，每个概率数值称为向量s1_v的坐标,符号“_v”表示向量，以下相同，向量s1_v是tt维的向量，由这个tt维坐标构成的空间称为tt空间。信号s1的m空间特征向量位于tt空间之内。tt值等于nu乘以na乘以nf乘以nt，tt值是m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)的总数。定义两个信号的m空间特征向量的tt空间距离为d(s1_v，s1_v)，它是由这两个向量在每一个相同的m空间的基本子空间的对应的两个概率值，即向量的坐标值分别对应相减，然后分别求平方，得到各个向量坐标差值的平方，再然后将所有的向量坐标差值的平方求和，得到所有坐标的差值的平方和，然后再开平方，得到了信号s1和s2的m空间特征向量的tt空间距离d(s1_v，s1_v)。定义一个加权向量c_v{c(m，n，p，q)，//(m (0，nu]，n(0，na]，p(0，nf]，q(0，nt])}，它表示的是数列{c(1，1，1，1)，c (1，1，1，2)，......，c(m，n，p，q)，......，c(nu，na，nf，nt)}，该向量也是tt维向量。使用c_v对s1_v加权，得到加权向量cs1_v，c_v&s1_v＝cs1_v，“&”表示两个向量的加权乘，过程如下，使用向量c_v中的每个坐标与s1_v中的每一个对应的坐标分别相乘就得到了cs1_v{c(m，n，p，q)*posb_s1(m，n，p，q)，//(m(0，nu]，n (0，na]，p(0，nf]，q(0，nt]))}。它表示的是数列{c(1，1，1，1)*posb_s1(1， 1，1，1)，c(1，1，1，2)*posb_s1(1，1，1，2)，......，c(m，n，p，q)*posb_s1 (m，n，p，q)，......，c(nu，na，nf，nt)*posb_s1(nu，na，nf，nt)}，“*”表示数值的乘法运算，该向量也是tt维向量，定义这种运算为两个向量的加权乘，得到的运算结果仍然是一个坐标维数为tt维的向量。
5.判断故障电弧是否发生的关键参数是判断反应该信号落入这个m空间的基本子空间 spm(m，n，p，q)的概率分布的m空间特征向量s1_v到信号基sts_v(n)和电弧基 sta_v(m)的tt空间距离。采集收到的信号s1的m空间特征向量s1_v，事先建立标准正常信号样本的m空间特征向量sts_v(n)和标准故障电弧信号样本的m空间特征向量 sta_v(m)的数据库，n和m表示m空间标准特征向量数据库中的不同的数据的序号，分别计算向量s1_v到sts_v(n)和sta_v(m)的tt空间距离d(s1_v，sts_v(n)) 和d(s1_v，sta_v(m))，预先设定向量的tt空间距离的判则dth(sts)和dth(sta)，比较d(s1_v，sts_v(n))和dth(sts)及，d(s1_v，sta_v(m))和dth(sta)的关系，从而检测故障电弧信号。为了完成上述的故障电弧的检测，必须事先采集标准正常信号样本和标准故障电弧信号样本在各个m空间的基本子空间的概率分布，事先建立标准信号样本的m空间特征向量sts_v (n)和标准故障电弧信号样本的m空间特征向量sta_v(m)的数据库，分别称为信号基和电弧基，它们位于tt空间。为了将复杂的工作简化，分两步建立信号基和电弧基。第一步，选取日常生活中常见的标准的10种用电器，如下，功率电阻、led灯、卤素灯、空压机、开
关电源、空调、电钻、电冰箱、电视机、洗衣机，建立一个基础信号基和基础电弧基。第二步，在这标准的10种用电器之外额外增加不同的用电器，建立信号基和电弧基。
6.建立基础信号基和基础电弧基所选取的10种标准的用电器，记为apl(h)， 0《h《11，h为整数，建立第一个数轴，记为apl轴，以apl(h)作为数轴上的10个点，以 apl(1)为起始点，对单一的用电器进行采样，只需采样这10种情况。对于同一种类的用电器，有不同的额定功率和额定电流，设计的故障电弧检测装置的最小的工作电流的对数值是li(1)，选取i个不同的用电器的额定电流值作为采样值，以li(1)为数轴的起点，以li (i)为数轴上坐标的最大值，建立第二个数轴，记为li轴，该轴上的点记为li(i)， 0《i《i 1。由apl和li共同构成一个平面，记为，apl-li，在这个平面上，共有10乘i个点。按照这10乘i个点的位置，采集信号落入m空间的基本子空间spm(m，n，p，q) 的次数nm(m，n，p，q)，然后按照前述公式，计算出信号落入spm(m，n，p，q)的概率posb(m，n，p，q)，从而得到m空间特征向量apl_v(h，i)，它是tt维的向量。下一步是找到apl_v(h，i)对于不同的h和i的值之间是否有冗余，计算向量apl (h，i)和apl_v(hx，ix)之间的tt空间距离d(apl_v(h，i)，apl_v(hx， ix))，其中h不等于hx，i不等于ix。定义一个tt空间距离dth(apl)门限，当d (apl_v(h，i)，apl_v(hx，ix))《dth(apl)，认为该数据是冗余的，这时只能选择其中的一个用电器的数据作为基础信号基和基础电弧基，将另一个用电器从这10种标准用电器中移出。另选一种用电器进入这10种标准的用电器之中，重复上述的计算过程，直到找到10种用电器，任意2种用电器之间的tt空间距离d(apl_v(h，i)，apl_v(hx， ix))》dth(apl)恒成立为止，其中h不等于hx，i不等于ix。在只有信号没有故障电弧的情况下，重复多次上述的测量，将得到的数据进行平均，这样得到了10个m空间特征向量bsts_v(n)，n(0，10]，它们就是基础信号基。使用选定的这10种标准用电器，接入故障电弧发生器，在产生故障电弧，并且将故障电弧与标准的信号进行叠加的基础上，重复多次上述的测量，将得到的数据进行平均，然后得到了10个m空间特征向量bsta_v (n)，n(0，10]，它们就是基础电弧基。这些基础信号基和基础电弧基是整个基础信号基和基础电弧基的一部分子集，称它们为基本基础信号基和基本基础电弧基。dth(apl)值的获取方式如下，将d(apl_v(h，i)，apl_v(hx，ix))，h不等于hx，i不等于ix，对于所有的h(0，10]i(0，i]进行算术平均，然后选择该算术平均值的一个比例，例如5％，作为 dth(apl)初始值，然后根据装置的运行情况，调整该比例，从而期望获得最优的值。以 dth(apl)为基础，选取一个适当的比例rt2，用dth(apl)乘以rt2得到dth(apl2)， dth(apl2)为以后使用的一个门限值。
7.将这选好的10种标准用电器进行两两组合，同一种标准用电器也两部组合，共有 100乘i种情况，将每一种两两组合后叠加在一起的信号视为一种信号，检测计算这样的每种组合信号的m空间特征向量sts_v(n)。计算任意2种组合信号之间的tt空间距离d (apl_v(h，i)，当d(apl_v(h，i)，apl_v(hx，ix))《dth(apl2)时，其中h不等于hx，i不等于ix，认为该数据是冗余的，放弃其中的一个m空间特征向量sts_v (n)，直到d(apl_v(h，i)，apl_v(hx，ix))》dth(apl2)，其中h不等于hx，i不等于ix，恒成立为止，将去除冗余的m空间特征向量sts_v(n)加入基础信号基。在上述两两组合的信号中加入电弧信号，检测计算得到m空间特征向量sta_v(m)，使用上述的去除冗余的办法，将去除冗余后的m空间特征向量sta_v(m)加入基础信号基。然后进行每3种用电器的组合，重复上述的计算过程，可以选择进行到5种用电器
进行组合为止，检测计算m空间特征向量sts_v(n)和sta_v(m)，进行去除冗余处理，将去除冗余后得到的数据加入基础信号基和基础电弧基，这时认为已经建立了完备的基础信号基和基础电弧基了。
8.信号基和电弧基的建立基于基础信号基和基础电弧基，找来各种用电器，使用基本基础信号基和基本基础电弧基的建立过程，在对正常信号和故障电弧进行数据采样，获得该用电器在li轴上i个点的m空间特征向量，然后分别求它们到这基本基础信号基和基本基础电弧基的tt空间距离。设定一个距离的判别门限，低于这个距离的判别门限的，不采用，高于这个距离判别门限的，将得到的该用电器的m空间特征向量加入信号基和电弧基。然后将该用电器与以前获得信号基的用电器分别进行两、三、四、五种组合，同样根据 m空间特征向量到信号基和电弧基的tt空间距离来判断是否加入信号基和电弧基。随着不断地积累，这个信号基和电弧基将会越来越完备，这个信号基和电弧基记为sts_v(n)和 sta_v(m),n(0，ns]，m(0，ma]，ns和ma分别为信号基和电弧基数据库中的数据总数量。
9.设计预先判断加权向量cy_v和精准判断加权向量cj_v，cy_v和cj_v均为nu 乘以na乘以nf乘以nt维数的向量，即tt维向量。设置cy_v的目的是尽量减少计算量，减轻处理器的运算负担，代价是降低了检测的精准度。设置cj_v的目的是尽量提高检测的精准度，代价是处理器的运算量比较大。这两个向量的设置可以通过对不同的信号s1 落入m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)的概率posb_s1(m，n，p，q)进行加权，来突出和调整不同的m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)对于故障电弧检测的影响程度。如果对应于该子空间的权向量的坐标值为0，那么该m空间的基本子空间对故障电弧的检测完全没有影响，这时候，加权向量起到m空间的基本子空间过滤作用。为了降低运算量，加权向量cy_v的坐标值尽量取更多的0。使用加权向量的故障电弧的检测过程如下，当有信号s1进入装置的时候，装置检测计算生成s1的m空间特征向量s1_v。sts_v (n)和sta_v(m)，n(0，ns]，m(0，ma]，是装置的信号基和电弧基，首先使用 cy_v对s1_v，sts_v(n)和sta_v(m)进行向量的加权乘，即，cy_v&s1_v， cy_v&sts_v(n)，cy_v&sta_v(m)，然后计算向量的tt空间距离d(cy_v &s1_v，cy_v&sts_v(n))，d(cy_v&s1_v，cy_v&sta_v(m)，得到的数值分别称为信号s1与该装置的第n个信号基和第m个电弧基的使用cy_v加权的tt空间距离。信号基和电弧基的cy加权判断门限分别是dth(cy-sts)和dth(cy-sta)。
10.将d(cy_v&sts_v(nx)，cy_v&sts_v(n))，n(0，ns]，n不等于nx，d (cy_v&sta_v(mx)，cy_v&sta_v(m))，m(0，ma]，m不等于mx，对于所有的 n和m进行算术平均，然后选择该算术平均值的一个比例，例如5％，作为dth(cy-sts)和 dth(cy-sta)初始值，然后根据装置的运行情况，调整该比例，从而期望获得最优的值。
11.当至少存在一个nx，nx(0，ns]，使得d(cy_v&s1_v，cy_v&sts_v(nx))《 dth(cy-sts)，且对于所有的m，m(0，ma]，d(cy_v&s1_v，cy_v&sta_v(m))》 dth(cy-sta)恒成立，则判断s1是正常的信号，装置通过管脚输出正常信号指示。
12.当至少存在一个mx，mx(0，ma]，使得d(cy_v&s1_v，cy_v&sta_v(mx)) 《dth(cy-sta)，且对于所有的n，n(0，ns]，d(cy_v&s1_v，cy_v&sts_v(n))》 dth(cy-sts)恒成立，则判断s1是故障电弧的信号，将相邻多个m空间的故障电弧的检测结果做判断，采用少数服从多数的原则，如果检测为故障电弧的结果占多数，则装置通过管脚输出高电平故障电弧指示信号，控制脱扣机构脱扣或者控制报警机构报警。
13.当至少存在一个nx，nx(0，ns]，使得d(cy_v&s1_v，cy_v&sts_v(nx))《 dth(cy-sts)，且同时至少存在一个mx，mx(0，ma]，使得d((cy_v&s1_v，cy_v &sta_v(mx))《dth(cy-sta)，或者，对于所有的n，n(0，ns]，d(cy_v&s1_v， cy_v&sts_v(n))》dth(cy-sts)恒成立，且同时对于所有的m，m(0，ma]，d(cy_v &s1_v，cy_v&sta_v(m))》dth(cy-sta)恒成立，这时认为使用cy_v向量的加权精度不够，再使用cj_v向量对信号s1的m空间特征向量s1_v进行加权计算，这种情况也可能是dth(cy-sts)和dth(cy-sta)设置不合理，重新进行调整。
14.使用cj_v向量，计算加权距离d(cj_v&s1_v，cj_v&sts_v(n))和d(cj_v &s1_v，cj_v&sta_v(n))，然后与cj_v加权信号基和cj_v加权电弧基的判断门限 dth(cj-sts)和dth(cj-sta)进行类似的比较判断。
15.当至少存在一个nx，nx(0，ns]，使得d(cj_v&s1_v，cj_v&sts_v(nx))《 dth(cy-sts)，且对于所有的m，m(0，ma]，d(cj_v&s1_v，cj_v&sta_v(m))》dth (cy-sta)恒成立，则判断s1是正常的信号，装置通过管脚输出正常信号指示。
16.当至少存在一个mx，mx(0，ma]，使得d(cj_v&s1_v，cj_v&sta_v(mx))《 dth(cj-sta)，且对于所有的n，n(0，ns]，d(cj_v&s1_v，cj_v&sts_v(n))》dth (cj-sts)恒成立，则判断s1是故障电弧信号，将相邻多个m空间的故障电弧的检测结果做判断，采用少数服从多数的原则，如果检测为故障电弧的结果占多数，则装置通过管脚输出高电平故障电弧指示信号，控制脱扣机构脱扣或者控制报警机构报警。
17.当至少存在一个nx，nx(0，ns]，使得d(cj_v&s1_v，cj_v&sts_v(nx))《 dth(cj-sts)，且同时至少存在一个mx，mx(0，ma]，使得d(cj_v&s1_v，cj_v &sta_v(mx))《dth(cj-sta)，或者，对于所有的n，n(0，ns]，d(cj_v&s1_v，cj_v &sts_v(n))》dth(cj-sts)恒成立，且同时对于所有的m，m(0，ma]，d(cj_v &s1_v，cj_v&sta_v(m))》dth(cj-sta)恒成立，则装置的信号基和电弧基的构成不合理，或者是判断门限dth(cj-sts)和dth(cj-sta)的设计不合理，重新构造该装置的信号基和电弧基或者判断门限dth(cj-sts)和dth(cj-sta)。
18.将d(cj_v&sts_v(nx)，cj_v&sts_v(n))，n(0，ns]，n不等于nx，对于所有的n进行算术平均，将d(cj_v&sta_v(mx)，cj_v&sta_v(m))，m(0，ma]， m不等于mx，对于所有的m进行算术平均，然后分别选择这两个算术平均值的一个比例，例如5％，作为dth(cj-sts)和dth(cj-sta)初始值，以后可以根据装置的运行情况，调整该比例，从而期望获得最优的值。
19.将相邻多个m空间的故障电弧的检测结果做判断，采用少数服从多数的原则，即，如果检测到的故障电弧的次数大于总的m空间的数目的一半m/2，就判定为存在故障电弧。例如相邻的9个m空间，如果有5次检测到了故障电弧，因为5次大于总数的一半4.5 次，因此判定为有故障电弧。
附图说明
20.图1是一种具体实施方式的框图。
具体实施方式
21.采取硬件电路、性能强大的处理器和软件共同相互配合，完成这个装置。
22.总体来讲，系统的每个数据维上使用的数据采样点越多，m空间的基本子空间spm (m，n，p，q)的数量越多，获取的信息量越大，这样更容易提高故障电弧信号的判断的准确
率。但是，采样数据点越多，m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)的数量越多，系统实现起来越复杂，系统的成本越高。随着集成电路技术的发展，在集成电路芯片上集成复杂电路的能力越来越强，可以通过专用集成电路，完美地解决复杂度和准确度之间的矛盾，这个装置的很多电路单元类似，因此，很适合在集成电路芯片上实现。
23.选择不同磁导率的材料做线圈的骨架，对于较高磁导率的骨架，可以选择不同磁导率的铁氧体做骨架，对于较低磁导率的骨架，可以选择磁导率接近的特殊的工程塑料做骨架。因为体积等因素的限制，一般选择几个线圈，如果不考虑体积的限制，可以选很多个线圈。本装置对线圈的骨架材料的磁导率的精确性要求较低，在不同的实现中，材料的磁导率可以在一定范围内变动，这样便于选择材料来实现该装置，但是在同一个实现中，对材料的磁导率的一致性要求较高，这点比较容易做到，线圈可以做得很薄。每个线圈输出的信号都经过放大器放大，使用运算放大器实现信号放大功能，每个线圈的匝数、骨架材料的磁导率、信号放大器的增益共同决定了放大器输出端信号的幅度和整体的增益。在使用10a功率电阻做标准负载的时候，通过调整每个线圈的匝数、骨架材料的磁导率、信号放大器的增益等，将放大器的输出信号的幅度调整到理想的幅度范围，通常是3.3v。每个放大器后面都接nf个滤波器，综合考虑成本和体积，nf选择为几个就可以了，如果体积和成本允许，可以选择多个。滤波器的频响曲线的边缘不要求很陡峭，滤波器之间存在着一定的频率混叠是没有问题的，滤波器可以使用简单的由一个电容和一个电阻构成的一阶阻容滤波器即可，这样，这套滤波器电路非常容易实现，并容易集成到集成电路中，而且这套滤波电路基本不用调试，非常便于批量生产，当然也可以使用高阶的l-c滤波器。每个滤波器后面可以接比较电平不同的一组比较器，比较器的比较电平由小到大顺序排列，根据条件，每个滤波器后面连接几个到十几个比较器，如果设计专用芯片来实现这个装置，可以使用较多的比较器，这样更能提高故障电弧检测的准确性。工频交流电通过ac/dc转换，给整个装置供电。工频交流电通过t维信号生成电路生产t维信号，该电路构成如下，l线直接连接到一个二极管，正半周期时，二极管导通，负半周期时，二极管截止。二极管之后连接到由两个电阻构成的分压电路，分压比是101:1左右，总电阻值为2-3兆欧，在大阻值的电阻两端并联3.3v 稳压管，这样就得到了与工频交流电完全同步的工频方波，对该方波进行nt倍的倍频，就得到了t维信号。m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)信号获取电路由高速计数器电路构成，由t维信号进行控制，t维信号的电平由低变高的时候，开始进行高速计数，在电平变低然后又变高的时候，由处理器读取计数值，同时计数器清零，继续开始进行新的高速计数，也可以通过软件实现m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)信号获取。信号基和电弧基的计算和数据库的管理、不同向量的tt空间上距离的计算、向量加权、故障电弧的识别和检测等其余的工作全部由高速高性能处理器及运行于处理器上的软件共同完成。装置检测到故障电弧之后，通过管脚输出高电平故障电弧指示信号，控制脱扣机构脱扣，从而切断用电设备的供电电源，从而熄灭电弧，达到防火的目的。或者这个故障电弧指示信号通知报警设备报警。该装置有运行指示灯和故障电弧指示灯信号输出。
24.通过大量的实验，发现故障电弧信号本身是一个随机过程，在相同的条件下，信号具有很强的随机性，故障电弧信号接近于平稳或准平稳随机过程。因此从概率和随机过程的角度设计故障电弧检测装置更能准确地接近物理现象的本质，因此更能得到较高的检测的准确率。
25.m空间包含很多的m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)，特别是当每一个维上的数据数量增加的情况下，m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)的数量急剧增加，m 空间特征向量的维数、信号基和电弧基的维数急剧增加，向量之间的tt空间距离和加权 tt空间距离也急剧增加，这样便于根据tt空间距离的大小准确地识别故障电弧信号，因为tt空间距离的增大，使得通过tt空间距离来检测故障电弧更加容易和精准，更能得到较高的检测的准确率。
26.这套装置将与故障电弧和正常信号有关系的信息都进行了充分的利用，因此更能得到较高的检测的准确率，实践证明，本装置能够获得较高的故障电弧的识别的准确率和较低的故障电弧的漏报和误报率。
27.这套装置将线圈和电路很好地封装在了一个装置之中，装置的外壳采用阻燃塑料外壳，使用电子灌封胶灌封，很好地固定了各个零件的相对位置，由于灌封胶的绝缘电阻很高，也解决了小体积故障电弧检测装置的元器件之间爬电距离太小的问题。
28.实现范例1，选择3个线圈，第一个线圈选择u《10的特殊的工程塑料做骨架，第二个线圈选择1000《u《2000的nizn(mgzn)铁氧体做骨架。第三个线圈选择4000《u《5000 的mnzn铁氧体做骨架，不同的磁导率的材料做骨架的线圈的电-磁-电的信号放大作用及频响曲线是不同的，考虑到产品成本和体积，不宜选择太多的线圈。每个线圈输出的信号都经过放大电路放大，每个放大器后面都接3个滤波器，滤波器使用简单的由一个电容和一个电阻构成的一阶阻容滤波器，每个滤波器后面连接4个比较器。在这个范例中，t维信号的最大值nt选择为8，因为2的整数倍的倍频电路的实现比较容易，m空间的基本子空间spm (m，n，p，q)信号获取电路由高速计数器构成。信号基和电弧基的计算和数据库的管理、不同向量的tt空间上距离的计算、向量加权、故障电弧的识别和检测等其余的工作全部由高速高性能处理器及运行于处理器上的软件共同完成，装置通过输出管脚控制故障电弧指示信号灯和运行指示灯。
29.实现范例2，在很多应用场景下，产品受限于成本和体积，希望体积尽可能的小，成本尽可能的低，因此设计了一个能工作的最小故障电弧识别装置。在该装置中，选择1个线圈，它使用u《10的特殊的工程塑料做骨架，因为线圈体积较大，而且没有办法做成集成电路，因此在最小系统中，只选择了一个线圈。线圈输出的信号经过放大器电路放大，放大器后面接了2个滤波器，滤波器使用了简单的一阶阻容滤波器。在这个范例中，为了进一步减小体积，采用了滤波器后的比较器组的非对称安排，滤波器1的输出直接进入高速高性能处理器，由处理器经过模数变换后，由软件完成比较功能。滤波器2的输出进入一组由共计4 只比较器构成的比较器组，由硬件完成幅度比较功能。工频交流电通过ac/dc转换，给整个装置供电。在这个范例中，t维信号的最大值nt选择为8，因为2的整数倍的倍频的实现比较容易，该t维信号生成的功能由软件在处理器芯片中完成。m空间的基本子空间spm (m，n，p，q)信号获取、信号基和电弧基的计算和数据库的管理、不同向量的tt空间上距离的计算、向量加权、故障电弧的识别和检测等其余的工作全部由高速高性能处理器及运行于处理器上的软件共同完成，装置通过输出管脚控制故障电弧指示信号灯和运行指示灯。
30.实现范例3，本装置中含有很多功能接近但是数量较多的信号放大器，滤波器，比较器和子空间spm(m，n，p，q)信号获取功能装置，这些装置每个品种之内功能类似，数量较多，非常适合使用集成电路实现。线圈没有办法集成到芯片之中，只能连接在集成电路之外。本装置中使用了3个线圈，第一个线圈选择u《10的特殊的工程塑料做骨架，第二个线圈
选择1000《u《2000的nizn(mgzn)铁氧体做骨架，第三个线圈选择4000《u《5000的 mnzn铁氧体做骨架，不同的骨架的线圈的电-磁-电的信号放大作用及频响曲线是不同的。考虑到模拟信号和数字信号相互干扰的问题，设计了模拟信号芯片(die)和数字信号芯片 (die)两个集成电路芯片(die)来实现这个装置，然后采用多芯片封装(mcp)技术，将这样设计的模拟信号芯片和数字信号芯片封装在一起，构成一个芯片。信号放大器，滤波器，比较器部分设计在一个芯片上，称为模拟信号芯片，信号放大器需要授权使用现有的集成电路设计库中的ip。每个放大器后面都接3个滤波器，滤波器的实现有两种方法，1，使用简单的由一个电容和一个电阻构成的一阶阻容滤波器，因为在集成电路中集成大阻值的电阻和大容量的电容有一定的困难，因此电阻和电容由芯片外接的分立的电阻电容元件完成，采用一阶电路阻容滤波电路，因此对应于这个实现的装置，共需要外接12只滤波电容和12 只滤波电阻，2，在集成电路上，通过运算放大器实现一阶有源滤波器，这样电容器的容值可以很小，方便集成在模拟信号芯片上，每只滤波器后面接4只比较器，共有36只比较器，这些比较器需要授权使用现有的集成电路设计库中的ip，将这些比较器集成在模拟信号芯片上。工频交流电通过t维信号生成电路生成t维信号，t维信号的最大值nt选择为 8，因为2的整数倍的倍频电路的实现比较容易，在数字集成电路上实现也比较方便，倍频电路在数字信号芯片上实现。m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)信号获取电路由16 位高速计数器构成，由t维信号进行控制，m空间的基本子空间spm(m，n，p，q)信号的获取电路使用高速计数器，完全集成在了数字信号芯片上，选用集成电路设计库中的高性能快速处理器的ip，将它设计集成到数字信号芯片上，然后采用多芯片封装(mcp)技术，模拟信号芯片和数字信号芯片封装在一起，构成一个芯片，预留足够的gpio管脚。信号基和电弧基的计算和数据库的管理、不同向量的tt空间上距离的计算、向量加权、故障电弧的识别和检测等其余的工作全部由高速高性能处理器及运行于处理器上的软件共同完成，装置通过输出管脚控制故障电弧指示信号灯和运行指示灯。