CN1279337C - 异常检测方法和保护装置 - Google Patents

Abstract

电子设备中普通的异常发热检测方法局限于被监视的目标，并且不能应付意外过热目标的发热。为了解决这个问题，从分布在要保护的设备内的多个温度传感器获取温度数据，根据获取的温度数据计算表示设备内温度分布图的参数，当计算的表示温度分布图的参数偏离预定参考时输出一个报警信号。

Description

异常检测方法和保护装置

发明领域

 本发明涉及异常检测方法和保护装置，更具体地说，涉及检测一个装置的任何异常发热的技术。

发明背景

电装置采用各种过热保护。图1示出了用于检测任何异常发热的典型电路，图2是其操作流程图。

测定电路2通过温度传感器4的输出检测发热部件3的温度，温度传感器附着于被保护和监视的装置1内的发热部件3(S1)。如果电路2到一个温度已经超过预定温度(S2)，其输出一个报警信号5(S3)。

例如，日本专利公开号2000-32653公开了一个例子，其中有一个元件(温度传感器4)的阻抗随温度的增加而增加，加热部件3彼此相邻排列。日本实用新型公开号63-35967公开了一种在相对于被监视的目标对称的位置安装多个温度传感器的方法，并根据被监视目标的左右温度差(通过这些传感器被检测)检测任何异常发热。此外，日本专利公开号5-60617公开了一种通过红外线摄象机测量一个被监视目标的温度分布并检测任何异常发热的方法，。

图1和2所示异常发热检测方法，以及日本专利公开号2000-32653和日本实用新型公开号63-35967中公开的方法被限定于要被监视的特定对象，不能应付不希望过热的目标的发热。也就是说，在预期产生热量并且在部件温度超过预定值时进行热保护的部件附近设置温度传感器是通用惯例。然而，不预期产生热量的部件的异常发热可以被忽略。

另一方面，从温度分布来检测任何异常发热的方法(日本专利公开No.5-60617)不局限于更检测的一个对象。但是，考虑硬件和成本，难以用红外摄象机监视在室内使用的电气设备的内部。

发明内容

本发明用于单独或同时解决上述问题，其目的在于检测设备内任何位置的异常发热。

为了实现上述目的，本发明的一个优选实施例公开了一种检测设备温度异常的方法，包括步骤：从分布在设备内的多个温度传感器获取温度数据；根据获取的温度数据获取参数，该参数表示设备内的温度分布图；当获取的参数偏离表示温度分布图的预定参数时，输出一个表示设备温度异常的信号。

并且，本发明的优选实施例公开了一种保护装置，该装置包括：分布在要保护的设备内的多个温度传感器；一个获取部分，用于从多个温度传感器获取温度数据，并根据获取的温度数据获取表示设备内温度分布图的参数；和判定器，用于当获取的参数偏离表示温度分布图的预定参数时，输出一个表示设备温度异常的信号。

通过下面结合附图的描述，本发明的其它特征和优越性将更加明显，在附图中，相同的标号表示相同或类似的部件。

附图说明

图1示出了用于检测任何异常发热的典型电路；

图2是流程图，示出了用于检测任何异常发热的典型电路的操作；

图3示出了根据本发明一个实施例的异常发热检测方法；

图4是流程图，示出了根据本发明一个实施例的异常发热检测方法；

图5是透视图，用于说明更保护和监视的设备

图6是流程图，示出了在第一实施例中异常发热检测顺序；

图7示出了测量电路的一个例子；

图8是流程图，示出了在第二实施例中异常发热检测顺序；

图9是透视图，示出了要保护和监视的设备，和在第三实施例中温度传感器分布的一个例子。

优选实施例

下面将参考附图详细描述根据本发明一个实施例的异常发热检测方法。

图3是用于解释本实施例的异常发热检测方法。

多个温度传感器4排列在要监视的设备1内。各温度传感器4被分布在要被监视的目标内，它们其中的一些可以被排列在发热部件3附近。

每一个温度传感器4可以使用热电偶、热敏电阻、铂电阻温度计或类似装置。作为一种简单的传感器，一种利用二极管或晶体管的正向电压降的温度特性的传感器，可以使用与二极管结合的温度检测IC以及类似装置等等。在该实施例中，优先使用能够以模拟方式检测温度的传感器。

判定电路2通常包括一个微型计算机和类似装置，如果温度分布具有一个好的曲线，判定电路2根据从各温度传感器4获得的测量结果进行检验，并根据检验结果输出一个报警信号5。注意到温度分布图通常通过多项式近似法利用曲线近似被分析，并且这种方案被优先用在该实施例中。并且也可以使用各种其它方案如使用传感器之间的温度差别，以及类似方案。

由于本实施例的目的是“为保护异常发热”而不是为了获得三维温度分布，因此在本实施例中温度分布图不需要精确表达三维绝对位置和在该点的温度。因此，温度传感器4不需要以相等的间隔排列，并且一些温度传感器4可以排列在发热部件3的附近或者各温度传感器4可以任意排列。在要被监视的设备1内的不同位置排列多个温度传感器4是很重要的。

不必说，如在现有技术中的对温度绝对值的识别可以与本实施例的异常发热检测结合。

图4是流程图，示出了本实施例的异常发热检测方法。

判定电路2获取所有温度传感器4(S11)的温度值，并且如果发现温度传感器4显示一个超过预定温度的温度(S12)，则输出一个报警信号5(S15)。如果所有温度传感器4的温度值等于或低于预定值(S12)，判定电路2根据这些温度值计算表示温度分布图的参数(S13)。如果温度分布图和参考图之间的差别等于或大于一个预定值，判定电路2确定温度分布为异常(S14)，并输出一个报警信号5(S15)。

依此方式，该实施例的特性特征在于分布在设备1内的多个温度传感器4检测设备1内的温度分布图，并且如果温度分布具有任何异常，其被检测。换句话说，该实施例特征在于一起判定多个温度传感器4的检测值，而不是单独判定它们。因此，能够检测在意外的位置(部件)的异常发热，并且能够提高发热保护的可靠性。

第一实施例

下面将解释，通过比较由曲线近似获得的“幂函数”的系数与参考系数，用于判定温度分布图的基本排列。

[要保护和监视的设备]

图5是一个用于解释要保护和监视的设备1的视图。设备1是一个无间断电源，该电源包括一个变压器31、一个整流器和变换器主电路32、一个蓄电池33、和一个控制电路34。注意到在整流器和变换器主电路32内使用的功率半导体器件被固定到一个公用散热片。

[温度传感器的分布]

由于除控制电路34外所有部件产生不可忽视的热量，如图所示，温度传感器4a到4c被固定。每一个温度传感器4使用专用IC，用来线性地把温度转换成电压。对于这种温度测量IC，例如，LM35(国家半导体公司)被商用。对于25℃的温度，这种IC输出一个25mv的电压，并且如果该输出电压被输出到一个具有A/D转换器的单片CPU，能够容易地进行温度测量。在第一实施例中，从IC的输出被放大，并且被输入到一个单片CPU以构成判定电路2。

[确定参考系数]

一指定的负载在环境温度25℃的情况下被连接到设备1(图5所示无间断电源)，以正常操作该设备。在设备1内的温度达到一个温度状态之后，各温度传感器4的温度被测量。结果，温度传感器4a显示65℃、4b显示40℃；4c显示40℃。

根据这些测量结果，执行二次函数的曲线近似。注意到通用惯例是把函数的幂设置为通过测量点的数量减去1获得的一个值。但是，由于计算是随着幂的增加变得复杂，通过例如最小平方的方法可以减小幂。如上所述，由于在第一实施例中获得一个三维精确温度分布没有意义，通过分配给温度传感器4a到4c的ID＝0到2作为X轴(横坐标)上的数字表达值来计算曲线图参数(参数系数R0到R2)，完成曲线近似。更具体地说，测量的温度T和X(＝ID)之间的关系通过下式确定：

T＝R0+R1*X+R2*X²    …(1)

由于三个温度T被测量，获得具有三个未知量的联立方程，通过解方程获得参考系数R0到R2。由于一个恒定项R0被作为一个表示环境温度的参数，在下面的判定中无须使用。前述方法是R0＝65，R1＝-37.5，R2＝12.5。

[在与温度传感器分开的位置判定异常发热]

实验上，一个小灯泡(消耗功率为5W)被放置在控制电路34附近(图5中的范围35)，并被接通从而在意外位置模拟异常发热。结果，在控制电路34周围的温度传感器4b和4c中观察到温度上升：温度传感器4a显示65℃、4b显示47℃；4c显示42℃。当根据这些结果按与上述相同的程序计算对应于参考系数R0到R2的系数A0到A2时，A0＝65、A1＝-24.5、A2＝6.5。

依据异常发热(模拟)，通从参考系数Rk和Ak中过去掉恒定项R0和A0，差值E为：

$E=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{Rk}-\mathrm{Ak}|=|R2-A2|+|R1-A1|\·\·\·\left(2\right)$

得出“19”。

因此，在上述实验中为了检测异常发热(约5W)，判定阈值被设定为19或更小。

图6是流程图，示出了在第一实施例中异常发热的检测顺序，其对应于图4所示流程图中步骤S13中的步聚。

判定电路2测量温度传感器4的温度T0、T1、…、Tn(步骤S21)，并通过前述多项式近似法计算系数A0、A1、…、An(S22)。判定电路2通过参考系数Rk计算差值E(S23)，并检查差值E是否等于或大于判定阈值(S24)。

如果在控制电路34周围产生约5W的异常发热，差值E约为19。因此，如果判定阈值被设定为19或更小，能够检测控制电路34周围5W的异常发热。

因此，如果差值E等于或大于判定阈值，在步骤S26中电路2返回表示异常的信息；否则，在步骤S25中电路2返回表示正常的信息。

依此方式，能够充分地检测到在没有安装传感器的意外位置的任何异常发热。

注意到本发明的要点在于“为了从多个温度传感器检测的温度数据计算表示温度分布图的参数，并根据这些参数识别异常发热”。因此，能够获得检测设备内没有安装温度传感器的部分的任何发意外异常发热的效果。因此，在本发明的精神和范围内能够进行各种改型。

第二实施例

下面将解释较低成本的一个实施例。在第二实施例中，二极管用作每一个温度传感器。该传感器利用一个跨过PN结的正向电压降或齐纳电压的温度依赖性，并通过向二极管提供一个恒定电流，根据跨过二极管两个端子的电压测量温度。如果使用该二极管，能够低成本地进行温度检测。

图7示出了测量电路的一个例子。一个横跨提供有恒定电流的二极管303的两个端子的电压被放大器301放大，并被提供到一个具有A/D转换器的单片计算机302。注意到在第二实施例中要求的温度值无须是温度计测量的值，但可以是取决于温度的物理量，并且无须考虑其线性，也就是说，可以通过这些信息量计算温度分布图参数。

注意到下面的描述是以与第一实施例中相同的设备和温度传感器分布为前提的。考虑该设备40℃的上限使用温度，确定单个温度传感器测定的温度判定阈值。

[确定参考系数]

在环境温度25℃的情况下规定的负载被连接到设备1(图5所示不间断电源)，以正常操作该设备。设备1内部的温度达到温度状态后，测量相应温度传感器4的温度。结果，温度传感器4a显示65℃；4b显示40℃；4c显示40℃。注意，测量值本身是取决于温度的电压值，但在进行下面的描述时为了便于理解，把电压值转换成温度值。

在第二实施例中，与作为基准的给定温度传感器(例如4a)温度T0的温度差绝对值的总和被用作温度分布图参数D，通过下式确定：

$D=\underset{K=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{Tk}-T0|=|\mathrm{Tb}-\mathrm{Ta}|+|\mathrm{Tc}-\mathrm{Ta}|\·\·\·\left(3\right)$

注意，通过在等式(3)中替代前述测量值获得的基准图参数R为“50”。

在环境温度40℃作为设备1的上限使用温度的情况下，规定的负载被连接到设备1，以正常地操作该设备。设备1内部的温度达到温度状态后，测量相应温度传感器4的温度。结果，温度传感器4a显示80℃；4b显示55℃；4c显示55℃。图参数D＝“50”保持不变，但是测量的温度已经升高，与环境温度上升相一致。

因此，对应于温度传感器4a到4c的异常发热判定阈值分别被设定为95℃、70℃、和70℃，以防止即使在40℃的环境温度情况下发判定错误。当通过单个温度传感器测定的温度判定异常发热时，使用这些判定阈值检查异常发热。因此，考虑到环境温度的上升，必须设定相对较大的判定阈值。

[在远离温度传感器的位置判定异常发热]

在40℃的环境温度下，如在第一实施例中一样，实验上，一个小灯泡(损耗功率为5W)被放置在控制电路34附近(图5中的范围35)并被接通，从而模仿在意外位置的异常发热。结果，在控制电路34周围的温度传感器4b和4c中观测到温度上升；温度传感器4a显示80℃；4b显示62℃；4c显示57℃。

由于异常发热判定阈值分别为95℃、70℃、和70℃，各温度传感器的检测结果不超过它们的判定阈值，没有检测到异常发热。另一方面，基于等式(3)的图参数为“41”，在正常状态下与图参数D＝50的差值E为“9”。因此，如果判定阈值被设定为9或更小，能够检测到异常发热。当环境温度降低到25℃时，同时小灯泡(损耗功率5W左右)被放置在控制电路34附近并接通，温度传感器4a显示65℃；4b显示47℃；4c显示42℃。在该例中，图参数D＝“41”保持不变，并不受环境温度变化的影响。

图8是流程图，示出了在第二实施例中异常发热检测程序，它是对应于图4所示流程图中的步骤S13的程序。注意，图8中相同的步骤号码表示执行与图6所示流程图中相同的程序。

判定电路2测量温度传感器4(S21)的温度T0、T1、…、Tn(步骤S21)，并通过等式(3)图参数D(S32)。判定电路2通过参考系数R计算差值E(S33)，并检查差值E是否等于或大于判定阈值(S24)。

如果在控制电路34周围产生约5W的异常发热，差值E约为9。因此，如果判定阈值被设定为9或更小，能够检测控制电路34周围5W的异常发热。

因此，如果差值E等于或大于判定阈值，在步骤S26中电路2返回表示异常的信息；否则，在步骤S25中电路2返回表示正常的信息。

依此方式，当在异常发热的判定中使用温度分布图时，能够判定异常发热而不受环境温度的影响。由于温度分布图本身不受环境温度的影响，考虑了环境温度的影响而加上余量的判定阈值无须比照由温度传感器单独检测异常发热的情况来设定。换句话说，基于温度分布图检测异常发热的方法比由传感器单独检测异常发热的情况更灵敏。

第三实施例

第三实施例将说明前述异常发热检测方法也能够检测设备1的设定方向的任何异常。

要保护和监视的设备1是一个连接到商业电源系统的变换器，用于太阳能发电机中。对于温度传感器4，五个热电偶被分布在设备1中，如图9所示。图9中的标号6表示通风孔，当设备1正常设置时，其位于设备1的上表面。

如在上面的实施例中，在参考状态下测量各温度传感器4的温度，并通过下式计算图参数S：

$S=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(T_{K+1}-T_K)}^2$

$={(T_5-T_4)}^2+{(T_4-T_3)}^2+{(T_3-T_2)}^2+{(T_2-T_1)}^2\·\·\·.\left(4\right)$

第三实施例的图参数S是相邻温度传感器4之间温度差的平方的总和。平方是必不可少的，但是简单差值意味着仅使用第一和最后项，即，等式(4)中的T5和T1，并且一些非线性成分(例如功率)优选包括在公式中。

在第三实施例中，变换器的方向被旋转90°而环境温度相比参考状态没有改变，从而通风孔6位于设备1的侧表面上。以此方式，由于散热片和通风孔6的方向与正常状态不同，设备1内部热量增加，并且确认温度分布的不同曲线图参数S。

依此方式，即使是轻微的异常如设备1的异常设定方向，也能够敏锐地检测到。当然，即使当设备1被正常设定，如果通风孔6关闭或通风孔上的间隙很小，这种异常表现为曲线图参数S的变化。因此，能够检测设备1的通风问题。

如上所述，根据本实施例，通过分布在要保护的设备内的多个温度传感器测量的温度，评估设备内的温度分布或曲线图，当该分布或曲线图偏离预定的参考状态时，确定为异常发热。依此方式，能够获得下面的杰出效果，并且工业实用性很高。

(1)能够检测没有安装温度传感器的位置的异常发热。

(2)能够高灵敏度检测异常发热而不受设备环境温度的影响。

在上述实施例中，在控制电路周围模拟异常发热，并根据作为这种模拟结果导致的曲线图参数变化设置判定阈值。如果异常发热很可能产生在多个位置，可以在这些位置中的每一个位置模拟异常发热，并且可以根据从这些模拟结果获得的曲线图参数设置判定阈值。如果异常发热可能产生在多个位置，并且已经产生异常发热的位置将被检测，温度传感器4检测的温度可以根据位置进行加权，以计算曲线图参数。

并且，在设备内模拟发热以预先获得温度分布曲线图，通过比较预先获得的温度分布图和获得温度分布，能够估算除测量点外的温度。在这种情况下，根据各种加热位置和加热温度，优选获得多个温度分布图。

第四实施例

第四实施例将说明根据分布在设备1内的温度传感器的排列检测前述异常发热，以及从传感器获得的温度数据和参考数据之间的差值。

在控制电路34附近的区域35内产生模拟异常发热，如图5所示。结果，在控制电路34附近的温度传感器4b和4c内观测到温度上升，并且温度传感器4b和4c的温度超过预定参考值。另一方面，由于温度传感器4a远离控制电路34，其温度将不超过预定参考值。

如果不清楚异常发热的位置，将在显示出温度超过或偏离参考值的温度传感器附近估计异常发热源的位置。此外，将从温度传感器的温度和参考值之间的差值估算异常发热的程度。因而，将根据显示出温度超过或偏离参考值的温度传感器的排列以及温度传感器的温度和参考值之间的差别程度检测异常发热。当差别较小并且每一个显示出温度超过或偏离参考值的传感器的位置集中时，将估算异常发热的位置在该集中部分。

优选地，参考值被设置到每一个温度传感器4a、4b和4c，因为设备1达到温度状态后温度传感器4a、4b和4c的温度通常彼此不同。此外，对应于放置在温度状态下温度较高位置的温度传感器的参考值被设定为一个高值，从而能够防止异常发热检测误差。

本发明可以应用于多个设备(例如主机、借口、阅读器、打印机)构成的系统或包括一单一设备(如复印机、传真)的装置。

此外，也可以通过向一个系统或装置提供存储有执行前述程序的程序代码的存储介质、通过该系统或装置的计算机(例如CPU、MPU)从该存储介质读取程序代码，来实现本发明的目的。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码实现根据本实施例的功能，并且存储程序代码的该存储介质构成本发明。

此外，存储介质，如软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失性存储卡、和ROM，能够被用于提供程序代码。

此外，除了根据上述实施例的前述功能通过执行由计算机读取的程序代码来实现外，本发明还包括一种情况，在这种情况下，根据程序代码的指定，基于计算机工作的OS(操作系统)或类似的东西执行部分或全部程序，并实现根据上述实施例的功能。

此外，本发明还包括一种情况，在这种情况下，从存储介质读取的程序代码被写入一个插入计算机的功能扩充卡或设置在连接到计算机的功能扩充单元内的存储器后，根据程序代码的指定，包含在该功能扩充卡或单元内的CPU等执行部分或全部程序，并实现根据上述实施例的功能。

在不脱离本发明的精神和范围的前提下，能够进行本发明很多明显的、广泛发、不同的实施方式，可以理解，本发明不局限于除所附实施例中限定之外的其具体的实施例。

Claims (2)

1.一种检测设备温度异常的方法，包括步骤：

从分布在设备内的多个温度传感器获取温度数据；

根据获取的温度数据获取表示设备内温度分布图的参数；和

当获取的参数偏离表示温度分布图的预定参数时，输出一个表示设备温度异常的信号，

其中，根据通过温度数据的曲线近似获得的多项式的系数计算表示温度分布图的参数。

2.一种保护装置，包括：

分布在要保护的设备内的多个温度传感器；

获取部分，用于从所述多个温度传感器获取温度数据，并根据获取的温度数据获取表示设备内温度分布图的参数；和

判定器，用于当获取的参数偏离表示温度分布图的预定参数时，输出一个表示设备温度异常的信号，

其中，根据通过温度数据的曲线近似获得的多项式的系数计算表示温度分布图的参数。

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