Procedimiento y sistema de monitorización de la interferencia electromagnética en el dominio del tiempo.

Un procedimiento (30) de monitorización de la interferencia electromagnética, comprendiendo el procedimiento: capturar y / o generar una pluralidad de ondas discretas de dominios temporales, y una pluralidad de gráficos de dispersión

(32);

almacenar la pluralidad de ondas discretas de dominios temporales, y los gráficos de dispersión, capturados y / o generados;

aplicar una transformada rápida de Fourier (FFT) para cada una de las ondas discretas de dominios temporales almacenadas, tal y como es recibida, para producir de este modo salidas de la FFT (34);

almacenar las salidas de la FFT en una base de datos (36);

generar un espectrógrafo o espectrograma estadísticamente representativo en el dominio de frecuencia, en base a, al menos, las salidas de la FFT almacenadas y los gráficos de dispersión, o datos asociados a los gráficos de dispersión (38);

combinar las FFT constituyentes del espectrógrafo o espectrograma estadísticamente representativo, de tal forma que emule un espectro que hubiera sido producido por un receptor o analizador de espectro de la EMI (interferencia electromagnética); y

combinar las salidas resultantes de un cierto número de iteraciones de este proceso para producir un espectro de EMI que sea esencial y estadísticamente equivalente a un espectro de EMI asociado a un origen de señal a examinar.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2009/054089.

Solicitante: ESKOM HOLDINGS SOC LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Sudáfrica.

Dirección: Megawatt Park, Maxwell Drive Sunninghill Sandton 2196 Johannesburg SUDAFRICA.

Inventor/es: HIGGINS,SIMON.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > Dispositivos para realizar medidas o indicaciones... > G01R29/08 (Medida de las características del campo electromagnético)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > G01R31/00 (Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > Dispositivos para realizar medidas de la resistencia,... > G01R27/28 (Medida de la atenuación, de la ganancia, del desfase o de las características derivadas en redes eléctricas cuadripolares, es decir, redes de doble entrada; Medida de la respuesta transitoria (en los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > Dispositivos para realizar medidas de frecuencia;... > G01R23/16 (Análisis de espectros; Análisis de Fourier)

PDF original: ES-2543093_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y sistema de monitorización de la interferencia electromagnética en el dominio del tiempo Antecedentes de la invención ESTA invención se refiere a un procedimiento y a un sistema para la monitorización de las interferencias electromagnéticas.

La mayoría de los aparatos o equipos de alto voltaje (HV) emiten señales de Interferencia Electromagnética (EMI) . Estas señales o emisiones abarcan normalmente un amplio ancho de banda y están determinadas, entre otras cosas, por el voltaje de funcionamiento, el diseño y la geometría del aparato, la clase y condición de aislación. Además, según el procedimiento de adquisición, los espectros asociados a estas señales pueden verse contaminados por componentes pertenecientes a fuentes externas. Específicamente, el generador de espectros de EMI abarca un ancho de banda desde frecuencias muy bajas hasta frecuencias de alrededor de 1 GHz. El componente más importante de esta banda tiene una frecuencia de entre 150 kHz y 250 MHz, aproximadamente. Las señales en este ancho de banda habitualmente se acercan a la verdadera aleatoriedad, y la discrepancia entre los valores de máximo (PK) y cuasi-máximo (QP) puede llegar hasta alrededor de 10 dB.

Los espectros de EMI se capturan mediante el uso de un equipo de adquisición de dominio de frecuencia, por ejemplo, los analizadores de espectro o los receptores de pruebas de EMI (también conocidos como receptores de frecuencia de radio o voltímetros selectivos de frecuencia) . Estos tipos de aparatos son relativamente caros y una adecuada representación de caóticas señales de EMI de banda ancha requiere la implementación de muy largos tiempos de escaneo cuando se usan estos dispositivos de adquisición de dominio de frecuencias. El alto coste de estos dispositivos y los largos tiempos de escaneo requeridos perjudican la practicidad de un amplio despliegue de sistemas de monitorización en línea y en tiempo real, en base a estas opciones de adquisición.

Otro enfoque alternativo es el de capturar un cierto número de representaciones del dominio del tiempo de la emisión electromagnética y después, en el pos-procesamiento, compilar estas capturas del dominio del tiempo en un largo tren de pulsos que sea estadísticamente representativo de la emisión original. Generalmente, este tren de pulsos, estadísticamente representativo, se procesa luego mediante una transformada discreta de Fourier de tiempo corto (STFT) para producir un espectrograma que sea estadísticamente representativo de la emisión de EMI original. En particular, la STFT es una serie de transformadas rápidas de Fourier (FFT) , donde la entrada a cada FFT es un subconjunto del tren de pulsos general, mucho más corto en longitud que el tren de pulsos entero. Las sucesivas FFT procesan incrementalmente los subconjuntos desplazados de todo el tren de pulsos. La salida es un conjunto de las FFT, representando cada una el espectro de la emisión de EMI en un punto distinto en el tiempo. Un tal conjunto de las FFT se llama un espectrograma. Las FFT del espectrograma pueden combinarse entre sí para producir una salida equivalente a un receptor de EMI. La metodología de combinación depende de la selección del detector (máximo, cuasimáximo, etc.) . Dichos sistemas se denominan normalmente sistemas de EMI de Dominio Temporal (TDEMI) .

El documento US 2002 / 114383 divulga el uso de módems de DSL como colectores de datos, procesando los módems los datos, por ejemplo, para permitir la interpretación más sencilla de las características de línea. En particular, los módems pos-procesan datos que incluyen la calibración, la compensación de filtro, la determinación de la mezcla de SNR (relación entre señal y ruido) a partir de tablas de bits y ganancias, y de la conversión de frecuencia. El proceso de interpretación usa los datos pos-procesados y determina la caracterización del bucle, la detección de interferentes, una estimación de la reducción de datos y una estimación de la frecuencia de datos. Las salidas de estas determinaciones permiten al menos la caracterización de las condiciones de línea entre los dos módems.

El documento US 2002 / 093341 divulga un sistema de medición de ondas electromagnéticas que incluye una unidad de emisión de ondas electromagnéticas, una unidad de recepción de ondas electromagnéticas, medios de cambio de las condiciones de medición para cambiar las condiciones de medición y una unidad de control para controlar la unidad de emisión de ondas electromagnéticas. El medio de cambio de las condiciones de medición se basa en datos de medición reales del circuito electrónico objeto, cuyos datos han sido previamente medidos bajo una condición de medición predeterminada, y en datos de condición de medición de la condición de medición predeterminada, de tal forma que las ondas electromagnéticas que se parezcan a aquellas del circuito electrónico objeto se emitan a partir de la unidad de emisión de ondas electromagnéticas en la misma condición que la condición de medición predeterminada.

El documento WO 2006 / 015038 divulga procedimientos y aparatos que inyectan ruido a una sustancia, detectan la combinación del ruido y de la señal emitida por la sustancia, ajustan el ruido hasta que la señal de combinación asume las características de la señal generada por la sustancia mediante resonancia estocástica, y aplican dichas señales de característica a sistemas químicos, bioquímicos o biológicos sensibles. La señal generada puede almacenarse, manipularse y / o transmitirse a un receptor remoto.

El artículo de Kaisma M et al: "Uso de espectrogramas en el análisis de la EMI: un panorama general", Conferencia y Exposición de Electrónica de Energía Aplicada, 2005, APEC 2005, Vigésima Anual del IEEE, Austin, Texas, EE UU, 6 al 10 de marzo de 2005, Piscataway, NJ, EE UU, IEEE, EE UU, vol. 3, 6 de marzo de 2005 (2005-03-06) , páginas 1953 a 1958, XP010810124, ISBN: 978-0-7803-8975-5, divulga una técnica de medición que conlleva una aplicación de EMI, y en la cual se logran las mediciones usando un detector continuo analógico de EMI.

En el artículo de Yuang-Shung Lee et al: "Sistema de medición del dominio temporal para la EMI conducida y la separación de señales de ruido DM / DM", Electrónica de Energía y Sistemas de Control, 2005. PEDS 2005. Conferencia Internacional en Kuala Lumpur, Malasia, 28 al 01 de noviembre de 2005, Piscataway, NJ, EE UU, IEEE, vol. 2, 28 de noviembre de 2005 (2005-11-28) , páginas 1640-1645, XP010909910, ISBN: 978-0-7803-9296-0, se usa un osciloscopio digital para capturar los espectros de EMI de una forma continua y después aplicar una Transformada de Fourier para producir un equivalente digitalizado de los espectros de EMI.

El artículo de J. Nelson et al: "Sistema HEV - Investigación de EMC durante operaciones transitorias", Compatibilidad Electromagnética, 2007. EMC Zurich 2007. 18º Simposio Internacional de Zurich, IEEE, PI, 1 de septiembre de 2007 (2007-09-01) , páginas 205 a 208, XP031164430, ISBN: 978-3-9523286-1-3, divulga la aplicación de técnicas de EMI para identificar los transitorios inducidos del par de carga y del gradiente de velocidad en motores eléctricos, mediante el uso de un detector continuo analógico de EMI y de un sistema de digitalización que aplica un análisis de Fourier de la señal, con la señal medida de forma continua.

El artículo de Barford L et al: "Análisis de Fourier a partir de mediciones en red, usando sincronización temporal", Conferencia de Tecnología de Instrumentación y Medición, 2005. IMTC 2005. Anales del IEEE, Ottawa, ON; Canadá, 16 al 19 de mayo de 2005, Piscataway, NJ, EE UU, IEEE vol. 3, 16 de mayo de 2005 (2005-05-16) , páginas 1637 a 1641, XP010900727, ISBN: 978-0-7803-8879-6, divulga la reconstitución... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento (30) de monitorización de la interferencia electromagnética, comprendiendo el procedimiento:

capturar y / o generar una pluralidad de ondas discretas de dominios temporales, y una pluralidad de gráficos de dispersión (32) ;

almacenar la pluralidad de ondas discretas de dominios temporales, y los gráficos de dispersión, capturados y / o generados;

aplicar una transformada rápida de Fourier (FFT) para cada una de las ondas discretas de dominios temporales almacenadas, tal y como es recibida, para producir de este modo salidas de la FFT (34) ;

almacenar las salidas de la FFT en una base de datos (36) ;

generar un espectrógrafo o espectrograma estadísticamente representativo en el dominio de frecuencia, en base a, al menos, las salidas de la FFT almacenadas y los gráficos de dispersión, o datos asociados a los gráficos de dispersión (38) ;

combinar las FFT constituyentes del espectrógrafo o espectrograma estadísticamente representativo, de tal forma que emule un espectro que hubiera sido producido por un receptor o analizador de espectro de la EMI (interferencia electromagnética) ; y combinar las salidas resultantes de un cierto número de iteraciones de este proceso para producir un espectro de EMI que sea esencial y estadísticamente equivalente a un espectro de EMI asociado a un origen de señal a examinar.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que cada iteración usa capturas de dominio temporal logradas con diferentes configuraciones de hardware de captura.

3. El procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, comprendiendo el procedimiento almacenar el respectivo espectrógrafo o espectrograma en la base de datos y / o presentar el espectrógrafo o espectrograma a un usuario (40) .

4. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada captura procesada de dominio temporal comprende al menos un pulso y un valor de desplazamiento temporal correspondiente, asociado al mismo.

5. El procedimiento según la reivindicación 4, comprendiendo el procedimiento:

determinar una amplitud máxima del pulso recibido (72) ;

usar el valor de desplazamiento temporal recibido y la amplitud máxima determinada para permitir que la captura del dominio temporal se remita a una ubicación específica en el gráfico de dispersión con el sello temporal más adecuado (74) ; y determinar o calcular, a partir de esta ubicación en el gráfico de dispersión, los valores de intensidad, para determinar al menos una tasa probable de repetición de pulsos similares al pulso recibido.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, comprendiendo el procedimiento el uso de la tasa determinada de repetición cuando se genera el espectrograma o espectrógrafo, para representar por ello el número de veces que se repite un pulso.

7. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el procedimiento: determinar, a partir de cada gráfico de dispersión, una cantidad total de pulsos; pasar, en cada punto de frecuencia bajo consideración, el valor correspondiente desde cada FFT en el espectrograma,

en una secuencia determinada por una formación de secuenciación, a un filtro de respuesta de impulso infinito (IIR) , en cascada de primer orden, con una temporización adecuada, determinada por la cantidad total determinada de pulsos; combinar las salidas del filtro de IIR para producir un espectro de cuasi-máximos final;

pasar, en cada punto de frecuencia bajo consideración, el valor correspondiente desde cada FFT en el espectrograma a un algoritmo detector de máximos; y combinar salidas del algoritmo detector de máximos para producir un espectro de máximos final.

8. Un sistema (10) de monitorización de la interferencia electromagnética, comprendiendo el sistema:

un módulo de captura de ondas (6) dispuesto para capturar y / o generar una pluralidad de ondas discretas de dominio temporal;

un módulo de generación de gráficos de dispersión (8) , configurado para generar una pluralidad de gráficos de dispersión;

un módulo receptor de datos (12) , dispuesto para recibir la pluralidad de ondas discretas de dominio temporal y gráficos de dispersión, capturados y / o generados;

un módulo de la transformada rápida de Fourier (FFT) (14) , dispuesto para aplicar el análisis de la transformada rápida de Fourier (FFT) a cada una de las ondas discretas de dominio temporal según se recibe, y producir salidas de la FFT;

una base de datos (16) dispuesta para almacenar las salidas de la FFT en la misma;

un módulo generador de espectrógrafos (18) , dispuesto para generar un espectrógrafo o espectrograma estadísticamente representativo en el dominio de frecuencia en base, al menos, a las salidas de la FFT almacenadas y a los análisis de gráficos de dispersión; y un procesador (17) dispuesto para:

combinar las FFT constituyentes del espectrógrafo o espectrograma estadísticamente representativo, de tal forma que emule un espectro que hubiera sido producido por un receptor o analizador de espectro de la EMI (Interferencia Electromagnética) ; y combinar las salidas resultantes a partir de un cierto número de iteraciones de este proceso, para producir un espectro de EMI que sea esencial y estadísticamente equivalente a un espectro efectivo de EMI, asociado a un origen de señal a examinar.

9. El sistema según la reivindicación 8, comprendiendo el sistema un módulo detector de máximos (PK) y cuasimáximos (QP) (24) , dispuesto para aplicar algoritmos de PK y QP, respectivamente, a las salidas del espectrograma, de forma que se produzca un resultado de salida del dominio de frecuencia que sea estadísticamente representativo del origen de señal a examinar.

10. El sistema según las reivindicaciones 8 o 9, comprendiendo el sistema un módulo de corrección de amplitud (28) , dispuesto para operar sobre al menos las salidas del módulo de FFT, para eliminar los efectos de ruido equivalente.

11. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, comprendiendo el sistema uno o más filtros de respuesta de impulso infinito (IIR) (26) , dispuestos para modelar el comportamiento de un circuito analógico de detección de cuasi-máximos de constantes de carga, descarga y medición de un receptor convencional de EMI.

12. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que el módulo de captura de ondas (6) está configurado para producir más de un conjunto diferente de capturas de dominio temporal, cada una con diferentes valores de configuración.

13. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el módulo de corrección de amplitud

(28) está dispuesto para aplicar una corrección inversa de amplitud de filtro, para corregir la atenuación de baja frecuencia asociada a las ondas capturadas de dominio temporal.

14. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en el que el módulo detector de PK (24) está dispuesto para determinar la amplitud máxima del pulso recibido.

15. El sistema según la reivindicación 14, en el que el procesador (17) está dispuesto para:

usar un valor recibido de desplazamiento temporal y la amplitud máxima determinada del pulso recibido, para permitir que la captura del dominio temporal se remita a una ubicación específica en el gráfico de dispersión con un sello temporal adecuado; y 12

determinar a partir de esta ubicación en el gráfico de dispersión los valores de intensidad, para determinar por ello al menos una probable tasa de repetición de pulsos similares a los pulsos recibidos.

16. El sistema según la reivindicación 15, en el que el módulo generador de espectrógrafos (18) está dispuesto para usar la tasa de repetición determinada cuando se genere el espectrograma o espectrógrafo, representando de este 5 modo el número de veces que se repite un pulso.

17. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en el que el procesador (17) está dispuesto para: determinar, a partir de cada gráfico de dispersión, la cantidad total de pulsos; pasar, en cada punto de frecuencia bajo consideración, el valor correspondiente de cada FFT en el espectrograma, en 10 una secuencia determinada por una formación de secuenciación, al filtro de respuesta de impulso infinito (IIR) , con una temporización adecuada, determinada por el número total de impulsos determinados;

combinar las salidas de filtro de IIR para producir un espectro cuasi-máximo final; pasar, en cada punto de frecuencia bajo consideración, el valor correspondiente de cada FFT en el espectrograma al módulo detector de PK; y combinar las salidas del módulo detector de PK para producir un espectro máximo final.