CN115360587B - 一种电火花能量测量方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置，电火花发生装置包括：第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路，第一放电元件包括放电电极以及放电电极间形成的火花间隙，低压续弧电路包括第一电容，方法：包括控制电火花发生装置在放电电极间产生电火花，采集第一电容的第一电信号和第一放电元件的等效电容值，根据第一电信号得到第一放电元件的第一等效电阻值和第一等效电感值，控制火花间隙短路，采集第一电容的第二电信号，根据第二电信号、第一等效电阻值和第一等效电感值、等效电容值，得到火花间隙从高压击穿电路获取的第一能量，非常高效且可以用于大规模地测量使用。

Description

一种电火花能量测量方法、装置及系统

技术领域

本申请属于电火花能量测量技术领域，特别是涉及一种电火花能量测量方法、装置及系统。

背景技术

所有的汽油发动机和点燃式发动机上都安装有火花塞，火花塞的作用是将高压导线输出的脉冲高压电引进燃烧室，利用火花塞的放电电极之间的间隙产生的电火花，点燃气缸内的混合气。

随着汽车发动机节能减排技术的快速发展，对于火花塞电极放电时，电极间隙之间的电火花能量的测量与控制需求也越来越高，火花塞主要由中心电极、侧电极、陶瓷电阻体、金属壳体等组成，是通过来自高压导线输出的脉冲高压来击穿中心电极与侧电极之间的间隙产生电火花来实现点火，计算电火花能量需要测量中心电极与侧电极两端的脉冲电压与流经的电流，由于普通的电压或电流检测仪器一般只能连接到火花塞的金属壳体上，而且电极间的脉冲高压达到数万伏常常会导致普通测量仪器被击穿，需使用特定的高压探头才能对电极间的持续时间极短的电压进行测量，但使用高压探头测量的操作非常费时，不利于大规模地测量使用。

因此，如何对在火花塞电极之间的间隙产生的电火花能量进行高效地测量，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的为提供一种电火花能量测量方法；本申请提供的电火花能量测量方法，可以非常高效地对火花塞电极之间的间隙产生的电火花能量进行测量，可以用于大规模地测量使用。

本申请提供的技术方案如下：

一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置，所述电火花发生装置包括：第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路；所述第一放电元件包括放电电极以及所述放电电极间形成的火花间隙；所述低压续弧电路包括第一电容；所述方法包括：

控制所述电火花发生装置在所述放电电极间产生电火花，采集所述第一电容随时间变化的第一电信号，以及采集所述第一放电元件的等效电容值；

根据所述第一电信号和所述第一电容的电容值，得到所述第一放电元件的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

控制所述火花间隙短路，采集所述第一电容随时间变化的第二电信号，根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值；

根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，得到所述火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量。

优选地，所述方法还包括：

根据所述第一等效电阻值、所述第二等效电阻值、所述第一电容的电容值和所述第一电信号，得到所述火花间隙从所述低压续弧电路获取的第二能量；

根据所述第一能量和所述第二能量，得到第三能量。

优选地，所述第一电信号为第一电压信号；所述第二电信号为第二电压信号。

优选地，所述根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，包括：

根据所述第二电压信号和所述第一电容的电容值，得到在所述火花间隙短路后所述第一放电元件的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值；

根据所述第一等效电阻值和所述第三等效电阻值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值；

根据所述第一等效电感值和所述第三等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电感值。

优选地，所述第一电信号为第一电流信号；所述第二电信号为第二电流信号。

优选地，所述根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，包括：

根据所述第二电流信号和所述第一电容的电容值，得到在所述火花间隙短路后所述第一放电元件的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值；

根据所述第一等效电阻值和所述第三等效电阻值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值；

根据所述第一等效电感值和所述第三等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电感值。

优选地，所述根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，得到所述火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量，包括：

根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，在能量数据对照表中查询得到对应的第一能量。

优选地，所述方法还包括：

获取第二放电元件的等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值，以及第二放电元件的火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，其中，所述第二放电元件为参数已知的放电元件；

控制所述高压击穿电路在所述第二放电元件的放电电极间放电，采集所述第二放电元件的放电电极随时间变化的第三电信号；

根据所述第三电信号，计算得到所述第二放电元件的火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量；

根据所述第二放电元件的等效电容值、所述第二放电元件的第一等效电阻值、所述第二放电元件第一等效电感值、所述第二放电元件的火花间隙的第二等效电阻值、所述第二放电元件的火花间隙的第二等效电感值以及所述第二放电元件的第一能量，生成能量数据对照表。

本申请还提供一种电火花能量测量装置，应用于电火花发生装置，所述电火花发生装置包括：第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路，所述第一放电元件包括放电电极以及所述放电电极间形成的火花间隙；所述低压续弧电路包括第一电容；所述测量装置包括：控制模块、采集模块、运算模块，其中：

所述控制模块，用于控制所述电火花发生装置在所述放电电极间产生电火花；

所述控制模块，还用于控制所述火花间隙短路；

所述采集模块，用于采集所述第一电容随时间变化的第一电信号，以及采集所述第一放电元件的等效电容值；

所述采集模块，还用于采集所述第一电容随时间变化的第二电信号；

所述运算模块，用于根据所述第一电信号和所述第一电容的电容值，得到所述第一放电元件的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

所述运算模块，还用于根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值；

所述运算模块，还用于根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，得到所述火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量。

本申请还提供一种电火花能量测量系统，包括上述所述的电火花能量测量装置和电火花发生装置；其中，所述电火花发生装置包括第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路；其中：

所述第一放电元件，包括放电电极，所述放电电极包括第一电极和第二电极，且所述第一电极和所述第二电极之间形成一个火花间隙；

所述高压击穿电路，与所述第一放电元件相连接，用于产生击穿能量，以使所述放电电极间的气体被击穿；

所述低压续弧电路，与所述第一放电元件相连接，包括第一电容，所述第一电容用于在所述放电电极间的气体被击穿后放电，以使所述放电电极间产生电火花。

与现有技术相比较，本申请提供的一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置，电火花发生装置包括：第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路，第一放电元件包括放电电极以及放电电极间形成的火花间隙，低压续弧电路包括第一电容，方法：包括控制电火花发生装置在放电电极间产生电火花，采集第一电容随时间变化的第一电信号和第一放电元件的等效电容值，根据第一电信号，得到第一放电元件的第一等效电阻值和第一等效电感值，控制火花间隙短路，采集第一电容随时间变化的第二电信号，根据第二电信号、第一等效电阻值和第一等效电感值，得到火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，再根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，得到火花间隙从高压击穿电路获取的第一能量，非常高效且可以用于大规模地测量使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种电火花能量测量方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本申请提供的一种电火花能量测量方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本申请提供的一种电火花能量测量方法的又一个实施例的流程示意图；

图4为本申请提供的一种电火花能量测量方法的再一个实施例的流程示意图；

图5为本申请提供的一种电火花能量测量方法的又一个实施例的流程示意图；

图6为本申请提供的一种电火花能量测量方法的再一个实施例的流程示意图；

图7为本申请实施例公开的一种电火花能量测量装置的结构框图；

图8为本申请实施例公开的一种电火花能量测量系统的结构框图；

图9为本申请实施例公开的电火花发生装置的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“末”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图1所示，本申请实施例提供一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130；第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap；低压续弧电路130包括第一电容C1；方法包括：

S101、控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电信号，以及采集第一放电元件110的等效电容值；

本实施例中，控制开启电火花发生装置100中与第一放电元件110相连接的低压续弧电路130中的第一电源V1给第一电容C1充满电后，控制关断第一电源V1，控制开启与第一放电元件110相连接的高压击穿电路120中的第二电源V2，以使第一放电元件110中的放电电极111间的气体被击穿，第一电容C1放电，以使放电电极111间产生电火花。

由于高压击穿电路120还包括脉冲信号发生器XFG1、变压器T1、三极管Q1，其中，变压器T1的次级线圈LS的匝数远大于初级线圈LP的匝数，变压器T1用于升压，开启第二电源V2和脉冲信号发生器XFG1后，脉冲信号发生器XFG1发出脉冲宽度调制信号到三极管Q1的基极，触发三极管Q1的开启，以使在变压器T1的初级线圈LP中生成脉冲电流，在变压器T1的次级线圈LS中获得脉冲高压后输出至第一放电元件110中的放电电极111的两端，从而使得放电电极111间的气体被击穿，并且形成一个例如是等离子体的导电通道，一旦等离子体产生后，与第一放电元件110相连接的低压续弧电路130中的第一二极管D1会导通，第一电容C1会放电，在放电电极111间产生电火花，然后通过采集模块220采集第一电容C1随时间变化的第一电信号，可以通过采集模块220采集第一电压信号，也可以采集第一电流信号，还可以既采集第一电压信号又采集第一电流信号。第一放电元件110可以是火花塞，也可以是其它可放电的元件。

S102、根据第一电信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

本实施例中，第一电信号可以是第一电压信号，也可以是第一电流信号，可以根据第一电压信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；也可以根据第一电流信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值。

S103、控制火花间隙Spark_gap短路，采集第一电容C1随时间变化的第二电信号，根据第二电信号、第一电容C1的电容值、第一等效电阻值和第一等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值和第二等效电感值；

本实施例中，需要先控制关断电火花发生装置100的高压击穿电路120中的第二电源V2或不开启脉冲信号发生器XFG1，再控制开启电火花发生装置100的低压续弧电路130中的第一电源V1给第一电容C1充满电后，控制关断第一电源V1，然后控制火花间隙Spark_gap短路，使得低压续弧电路130和第一放电元件110之间形成回路，从而使第一电容C1放电，然后通过采集模块220采集火花间隙Spark_gap短路后第一电容C1随时间变化的第二电信号，可以通过采集模块220采集第二电压信号，也可以采集第二电流信号，还可以既采集第二电压信号又采集第二电流信号。

S104、根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，得到火花间隙Spark_gap从高压击穿电路120获取的第一能量。

与现有技术相比较，本申请提供的一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130，第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap，低压续弧电路130包括第一电容C1，方法：包括控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电信号和第一放电元件110的等效电容值，根据第一电信号，得到第一放电元件110的第一等效电阻值和第一等效电感值，控制火花间隙Spark_gap短路，采集第一电容C1随时间变化的第二电信号，根据第二电信号、第一等效电阻值和第一等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值和第二等效电感值，再根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，得到火花间隙Spark_gap从高压击穿电路120获取的第一能量，非常高效且可以用于大规模地测量使用。

如图2所示，本申请实施例提供另一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130；第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap；低压续弧电路130包括第一电容C1；方法包括：

S201、控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电信号，以及采集第一放电元件110的等效电容值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S101。

S202、根据第一电信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S102。

S203、控制火花间隙Spark_gap短路，采集第一电容C1随时间变化的第二电信号，根据第二电信号、第一电容C1的电容值、第一等效电阻值和第一等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值和第二等效电感值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S103。

S204、根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，得到火花间隙Spark_gap从高压击穿电路120获取的第一能量；

S205、根据第一等效电阻值、第二等效电阻值、第一电容C1的电容值和第一电信号，得到火花间隙Spark_gap从低压续弧电路130获取的第二能量；

本实施例中，第一电信号可以是第一电压信号也可以是第一电流信号，可以根据第一等效电阻值、第二等效电阻值、第一电容C1的电容值和第一电压信号，得到火花间隙Spark_gap从低压续弧电路130获取的第二能量，具体为：根据第一电压信号和第一电容C1的电容值，得到第一电容C1的储能能量Ec，通过公式得到第一电容C1的储能能量Ec，在该公式中，u1(t)为第一电容C1随时间变化的第一电压信号，u1’(t)是u1(t)的导数，其中t1为第一电容C1开始放电的时刻，t2为第一电容C1停止放电的时刻，其中C为第一电容C1的电容值；通过第二能量E2的计算公式/>得到第二能量E2，R为第一等效电阻值，R₂为第二等效电阻值。

还可以根据第二等效电阻值和第一电流信号，得到火花间隙Spark_gap从低压续弧电路130获取的第二能量E2，具体为：在该公式中，i1(t)为第一电容C1随时间变化的第一电流信号，其中t1为第一电容C1开始放电的时刻，t2为第一电容C1停止放电的时刻，R₂为第二等效电阻值。

本实施例中，第一电容C1和第一放电元件110之间还连接有二极管D1，但由于二极管D1的压降比较小，因此忽略二极管D1的能量损耗。

S206、根据第一能量和第二能量，得到第三能量。

本实施例中，将第一能量和第二能量求和，计算得到第三能量。

如图3所示，本申请实施例提供又一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130；第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap；低压续弧电路130包括第一电容C1；方法包括：

S301、控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电压信号，以及采集第一放电元件110的等效电容值；

原理详情请参考图1所示的实施例的步骤S101，但本实施例中只采集第一电压信号和第一放电元件110的等效电容值。

S302、根据第一电压信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

本实施例中，根据第一电压信号和第一电容C1的电容值得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值，有以下五种方法，具体为：

第一种方法S3021：

若采集模块220(如示波器)上显示采集到的第一电压信号未出现震荡，即采集模块220上的图形是类似于一个单边上升或下降曲线，则此时可以采用以下第一种方法，具体为：

采样第一电压信号，得到的数据集为根据以下公式计算得到R和L，其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值：

其中N为大于等于2的正整数，S₁和S₂为特征方程LCS²+RCS+1＝0的两个特征根，S为复变量，e为指数函数中的底数e，t为时间，Ts为单位间隔时间量，C为第一电容C1的电容值，A为t为0时第一电压信号的初始幅值。

第二种方法S3022：

若采集模块220(如示波器)上显示采集到的第一电压信号出现震荡，则此时可以采用第一种方法S3021也可以采用第二种方法，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值，具体为：

采集相邻两个震荡尖峰的幅值A1，A2，和振荡周期T，可得到幅值衰减系数α，

且/>

即：

将振荡周期T代入下列公式获得震荡频率：

其中，阻尼因子谐振频率/>代入后展开，有：

其中C为第一电容C1的电容值，解方程组可以得到R与L，其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值。

第三种方法S3023：

采样第一电压信号，得到的数据集为计算采集到的第一电压信号的数据集的傅里叶变换U_F(ω)，将计算结果代入以下傅里叶变换的表达式中，解出未知数S₁与S₂：

然后将得到的S₁与S₂代入以下公式，计算得到R和L，其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值：

其中S₁和S₂为特征方程LCS²+RCS+1＝0的两个特征根，S为复变量，ω为傅里叶变换的自变量，T为振荡周期，j为虚数，A为t为0时第一电压信号的初始幅值，C为第一电容C1的电容值。

第四种方法S3024：

采样第一电压信号，得到的数据集为计算采集到的第一电压信号的数据集的拉普拉斯变换U_L(s)，将计算结果代入以下拉普拉斯变换的表达式中，解出未知数S₁与S₂：

然后将得到的S₁与S₂代入以下公式，计算得到R和L，其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值：

其中S₁和S₂为特征方程LCS²+RCS+1＝0的两个特征根，S为复变量，A为t为0时第一电压信号的初始幅值，C为第一电容C1的电容值。

第五种方法S3025：

通过获取第二放电元件预先已知的第一等效电阻值、第一等效电感值，以及第一电容C1的电容值，控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电压信号，根据第一电容C1的电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第一电压信号，生成第一电压信号数据对照表，根据第一电容C1的电容值和第一电压信号，在第一电压信号数据对照表中查询得到对应的待测第一放电元件110的第一等效电阻值和第一等效电感值。

S303、控制火花间隙Spark_gap短路，采集第一电容C1随时间变化的第二电压信号，根据第二电压信号和第一电容C1的电容值，得到在火花间隙Spark_gap短路后第一放电元件110的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值；根据第一等效电阻值和第三等效电阻值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值；根据第一等效电感值和第三等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电感值；

选用上述S302中的第一种方法S3021至第四种方法S3024中任意一种的方法及方法中的公式，将采集到的第二电压信号替代上述方法和公式中的第一电压信号，计算得到在火花间隙Spark_gap短路后第一放电元件110的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值，或者采用以下方法得到第三等效电阻值和第三等效电感值：

获取火花间隙Spark_gap短路后的第二放电元件的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值，以及第一电容C1的电容值，采集第一电容C1随时间变化的第二电压信号，根据第一电容C1的电容值、第三等效电阻值、第三等效电感值、第二电压信号，生成第二电压信号数据对照表，根据第一电容C1的电容值和第二电压信号，在第二电压信号数据对照表中查询得到对应的待测第一放电元件110的第三等效电阻值和第三等效电感值；

再将第一等效电阻值减去第三等效电阻值得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值，将第一等效电感值减去第三等效电感值得到火花间隙Spark_gap的第二等效电感值。

S304、根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，得到火花间隙Spark_gap从高压击穿电路120获取的第一能量。

如图4所示，本申请实施例提供再一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130；第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap；低压续弧电路130包括第一电容C1；方法包括：

S401、控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电流信号，以及采集第一放电元件110的等效电容值；

原理详情请参考图1所示的实施例的步骤S101，但本实施例中只采集第一电流信号和第一放电元件110的等效电容值。

S402、根据第一电流信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

本实施例中，根据第一电流信号和第一电容C1的电容值得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值，有以下五种方法，具体为：

第一种方法S4021：

若采集模块220(如示波器)上显示采集到的第一电流信号未出现震荡，即采集模块220上的图形是类似于一个单边上升或下降曲线，则此时可以采用以下第一种方法，具体为：

采样第一电流信号，得到的数据集为根据以下公式计算得到R和L，其中其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值：

其中N为大于等于2的正整数，S₁和S₂为特征方程LCS²+RCS+1＝0的两个特征根，S为复变量，e为指数函数中的底数e，t为时间，Ts为单位间隔时间量，C为第一电容C1的电容值，A为t为0时第一电流信号的初始幅值。

第二种方法S4022：

若采集模块220(如示波器)上显示采集到的第一电流信号出现震荡，则此时可以采用第一种方法S4021也可以采用第二种方法，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值，具体为：

采集相邻两个震荡尖峰的幅值A1，A2，和振荡周期T，可得到幅值衰减系数α，

且/>

即：

将振荡周期T代入下列公式获得震荡频率：

其中，阻尼因子谐振频率/>代入后展开，有：

其中C为第一电容C1的电容值，解方程组可以得到R与L，其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值。

第三种方法S4023：

采样第一电流信号，得到的数据集为计算采集到的第一电流信号的数据集的傅里叶变换，将计算结果代入以下傅里叶变换的表达式中，解出未知数S₁与S₂：

然后将得到的S₁与S₂代入以下公式，计算得到R和L，其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值；

其中S₁和S₂为特征方程LCS²+RCS+1＝0的两个特征根，S为复变量，ω为傅里叶变换的自变量，T为振荡周期，j为虚数，A为t为0时第一电流信号的初始幅值，C为第一电容C1的电容值。

第四种方法S4024：

采样第一电流信号，得到的数据集为计算采集到的第一电流信号的数据集的拉普拉斯变换，将计算结果代入以下拉普拉斯变换的表达式中，解出未知数S₁与S₂：

然后将得到的S₁与S₂代入以下公式，计算得到R和L，其中R为第一等效电阻值，L为第一等效电感值；

其中S₁和S₂为特征方程LCS²+RCS+1＝0的两个特征根，S为复变量，A为t为0时第一电流信号的初始幅值，C为第一电容C1的电容值。

第五种方法S4025：

通过获取第二放电元件预先已知的第一等效电阻值、第一等效电感值，以及第一电容C1的电容值，控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电流信号，根据第一电容C1的电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第一电流信号，生成第一电流信号数据对照表，根据第一电容C1的电容值和第一电流信号，在第一电流信号数据对照表中查询得到对应的待测第一放电元件110的第一等效电阻值和第一等效电感值。

S403、控制火花间隙Spark_gap短路，采集第一电容C1随时间变化的第二电流信号，根据第二电流信号和第一电容C1的电容值，得到在火花间隙Spark_gap短路后第一放电元件110的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值；根据第一等效电阻值和第三等效电阻值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值；根据第一等效电感值和第三等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电感值；

选用上述S402中的第一种方法S4021至第四种方法S4024中任意一种的方法及方法中的公式，将采集到的第二电流信号替代上述方法和公式中的第一电流信号，计算得到在火花间隙Spark_gap短路后第一放电元件110的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值，或者采用以下方法得到第三等效电阻值和第三等效电感值：

获取火花间隙Spark_gap短路后的第二放电元件的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值，以及第一电容C1的电容值，采集第一电容C1随时间变化的第二电流信号，根据第一电容C1的电容值、第三等效电阻值、第三等效电感值、第二电流信号，生成第二电流信号数据对照表，根据第一电容C1的电容值和第二电流信号，在第二电流信号数据对照表中查询得到对应的待测第一放电元件110的第三等效电阻值和第三等效电感值；

再将第一等效电阻值减去第三等效电阻值得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值，将第一等效电感值减去第三等效电感值得到火花间隙Spark_gap的第二等效电感值。

S404、根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，得到火花间隙Spark_gap从高压击穿电路120获取的第一能量。

如图5所示，本申请实施例提供又一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130；第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap；低压续弧电路130包括第一电容C1；方法包括：

S501、控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电信号，以及采集第一放电元件110的等效电容值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S101。

S502、根据第一电信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S102。

S503、控制火花间隙Spark_gap短路，采集第一电容C1随时间变化的第二电信号，根据第二电信号、第一电容C1的电容值、第一等效电阻值和第一等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值和第二等效电感值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S103。

S504、根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，在能量数据对照表中查询得到对应的第一能量。

本实施例中，根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，在能量数据对照表中查询得到对应的第一能量，能量数据对照表是预先训练得到的。

如图6所示，本申请实施例提供再一种电火花能量测量方法，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130；第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap；低压续弧电路130包括第一电容C1；方法包括：

S601、控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花，采集第一电容C1随时间变化的第一电信号，以及采集第一放电元件110的等效电容值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S101。

S602、根据第一电信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S102。

S603、控制火花间隙Spark_gap短路，采集第一电容C1随时间变化的第二电信号，根据第二电信号、第一电容C1的电容值、第一等效电阻值和第一等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值和第二等效电感值；

详情请参考图1所示的实施例的步骤S103。

S604、根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，在能量数据对照表中查询得到对应的第一能量；

详情请参考图5所示的实施例的步骤S504。

S605、获取第二放电元件的等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值，以及第二放电元件的火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，其中，第二放电元件为参数已知的放电元件；

本实施例中，第二放电元件的等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值是预先已知的，第二放电元件的火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值也是预先已知的。

S606、控制高压击穿电路120在第二放电元件的放电电极间放电，采集第二放电元件的放电电极随时间变化的第三电信号；

控制关断第一电源V1或者使第二放电元件仅和高压击穿电路120相连接，并控制开启第二电源V2和脉冲信号发生器XFG1，使得第二放电元件的放电电极间放电，采集第二放电元件的放电电极随时间变化的第三电信号，其中，第三电信号包括第三电压信号和第三电流信号，可以通过连接示波器的高压探头至第二放电元件的放电电极的两端测量采集随时间变化的第三电压信号，在第二放电元件的放电电极的一端连接交流电流表测量通过的第三电流信号。

S607、根据第三电信号，计算得到第二放电元件的火花间隙从高压击穿电路120获取的第一能量；

根据第一能量计算得到第二放电元件的火花间隙从高压击穿电路120获取的第一能量，在该公式中，其中u3(t)为采集的第二放电元件的放电电极随时间变化的第三电压信号，i3(t)为采集的第二放电元件的放电电极随时间变化的第三电流信号，t1为第二放电元件的放电电极间放电的起始时刻，t2为第二放电元件的放电电极间放电的截止时刻。

S608、根据第二放电元件的等效电容值、第二放电元件的第一等效电阻值、第二放电元件的第一等效电感值、第二放电元件的火花间隙的第二等效电阻值、第二放电元件的火花间隙的第二等效电感值以及第二放电元件的第一能量，生成能量数据对照表。

本实施例中，是通过多个第二放电元件依次重复步骤S605-S608，生成的多个第二放电元件的能量数据对照表。

如图7所示，本申请还提供一种电火花能量测量装置200，应用于电火花发生装置100，电火花发生装置100包括：第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130，第一放电元件110包括放电电极111以及放电电极111间形成的火花间隙Spark_gap；低压续弧电路130包括第一电容C1；测量装置200包括：控制模块210、采集模块220、运算模块230，其中：控制模块210，用于控制电火花发生装置100在放电电极111间产生电火花；控制模块210，还用于控制火花间隙Spark_gap短路；采集模块220，用于采集第一电容C1随时间变化的第一电信号，以及采集第一放电元件110的等效电容值；采集模块220，还用于采集第一电容C1随时间变化的第二电信号；运算模块230，用于根据第一电信号和第一电容C1的电容值，得到第一放电元件110的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；运算模块230，还用于根据第二电信号、第一电容C1的电容值、第一等效电阻值和第一等效电感值，得到火花间隙Spark_gap的第二等效电阻值和第二等效电感值；运算模块230，还用于根据等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值、第二等效电阻值以及第二等效电感值，得到火花间隙Spark_gap从高压击穿电路120获取的第一能量。

本申请实施例中，运算模块230上还可以设置LED显示屏或液晶显示界面，用于将运算模块230运算出来的能量值显示出来。当采集模块220需要采集电压信号时，采集模块220具体为示波器和交流电压表，当采集模块220需要采集电流信号时，采集模块220具体为交流电流表或电流检测电阻。

如图8所示，本申请还提供一种电火花能量测量系统，包括上述的电火花能量测量装置200和电火花发生装置100；其中，电火花发生装置100包括第一放电元件110、高压击穿电路120、低压续弧电路130；其中：第一放电元件110，包括放电电极111，放电电极111包括第一电极1111和第二电极1112，且第一电极1111和第二电极1112之间形成一个火花间隙Spark_gap；高压击穿电路120，与第一放电元件110相连接，用于产生击穿能量，以使放电电极111间的气体被击穿；低压续弧电路130，与第一放电元件110相连接，包括第一电容C1，第一电容C1用于在放电电极111间的气体被击穿后放电，以使放电电极111间产生电火花。

如图9所示，本实施例中，第一放电元件110还包括对外等效电阻Rsp、对外等效电感Lsp、对外等效电容Csp，其中：外等效电阻Rsp的第一端分别连接对外等效电容Csp的第一端、低压续弧电路130的第一端；对外等效电阻Rsp的第二端连接对外等效电感Lsp的第一端；对外等效电感Lsp的第二端连接第一电极1111；对外等效电容Csp的第一端连接高压击穿电路120的第一端；对外等效电容Csp的第二端分别连接第二电极1112、高压击穿电路120的第二端；第二电极1112连接低压续弧电路130的第二端。

如图9所示，本实施例中，低压续弧电路130还包括第一电源V1、第二电容C2、第一线缆等效电容Cw1、第一二极管D1、第一电感L1、第一线缆电感Lw1、第一电阻R1、第一线缆电阻Rw1，其中：第一电源V1的正极分别连接第二电容C2的正极和第一电感L1的第一端；第一电感L1的第二端连接第一电阻R1的第一端；第一电阻R1的第二端分别连接第一二极管D1的正极和第一电容C1的第一端；第一二极管D1的负极连接第一线缆电感Lw1的第一端；第一线缆电感Lw1的第二端连接第一线缆电阻Rw1的第一端；第一线缆电阻Rw1的第二端分别连接第一线缆等效电容Cw1的第一端、对外等效电阻Rsp的第一端；第一线缆等效电容Cw1的第二端分别连接第二电极1112、第一电容C1的第二端、第二电容C2的负极、第一电源V1的负极后接地。本实施例中，第一线缆等效电容Cw1、第一线缆电感Lw1、第一线缆电阻Rw1均为低压续弧电路130中传输线缆的等效电容、电感、电阻。本实施例中，第一二极管D1用于将来自高压击穿电路120到第一电容C1的电流予以阻隔开来；第一电感L1用于防止第一电源V1供应产生短路；第二电容C2用于防止第一电源V1输出电压时产生过大的振荡。

如图9所示，本实施例中，高压击穿电路120包括脉冲信号发生器XFG1、第二电源V2、三极管Q1、变压器T1、第二二极管D2、第二线缆等效电感Lw2、第二线缆等效电容Cw2、初级线圈等效电阻R2、第二线缆等效电阻Rw2、次级线圈等效电阻R3，其中：第二电源V2的正极连接初级线圈等效电阻R2的第一端；第二电源V2的负极连接三极管Q1的发射极后接地；初级线圈等效电阻R2的第二端连接变压器T1的初级线圈LP的第一端；初级线圈LP的第二端连接三极管Q1的集电极；三极管Q1的基极连接脉冲信号发生器XFG1的发射端；脉冲信号发生器XFG1的接地端接地；变压器T1的次级线圈LS的第一端连接第二二极管D2的正极；第二二极管D2的负极连接第二线缆等效电感Lw2的第一端；第二线缆等效电感Lw2的第二端连接第二线缆等效电阻Rw2的第一端；第二线缆等效电阻Rw2的第二端分别连接第二线缆等效电容Cw2的第一端和对外等效电容Csp的第一端；次级线圈LS的第二端连接次级线圈等效电阻R3的第一端；次级线圈等效电阻R3的第二端连接分别连接第二线缆等效电容Cw2的第二端和对外等效电容Csp的第二端。本实施例中，第二线缆等效电容Cw2、第二线缆等效电感Lw2、第二线缆等效电阻Rw2均为高压击穿电路120中传输线缆的等效电容、电感、电阻，初级线圈等效电阻R2为初级线圈的内阻；次级线圈等效电阻R3为次级线圈的内阻。本实施例中，第二二极管D2用于防止第一电容C1的电荷，通过高压击穿电路120的变压器T1的次级线圈LS释放掉。

应当理解，本申请中如若使用了“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”，仅是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例不同之处，各个实施例之间相同或相似部分相互参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电火花能量测量方法，其特征在于，应用于电火花发生装置，所述电火花发生装置包括：第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路；所述第一放电元件包括放电电极以及所述放电电极间形成的火花间隙；所述低压续弧电路包括第一电容；所述方法包括：

控制所述电火花发生装置在所述放电电极间产生电火花，采集所述第一电容随时间变化的第一电信号，以及采集所述第一放电元件的等效电容值；

根据所述第一电信号和所述第一电容的电容值，得到所述第一放电元件的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

控制所述火花间隙短路，采集所述第一电容随时间变化的第二电信号，根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值；

根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，得到所述火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量。

2.根据权利要求1所述的电火花能量测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述第一等效电阻值、所述第二等效电阻值、所述第一电容的电容值和所述第一电信号，得到所述火花间隙从所述低压续弧电路获取的第二能量；

根据所述第一能量和所述第二能量，得到第三能量。

3.根据权利要求1所述的电火花能量测量方法，其特征在于，所述第一电信号为第一电压信号；所述第二电信号为第二电压信号。

4.根据权利要求3所述的电火花能量测量方法，其特征在于，所述根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，包括：

根据所述第二电压信号和所述第一电容的电容值，得到在所述火花间隙短路后所述第一放电元件的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值；

根据所述第一等效电阻值和所述第三等效电阻值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值；

根据所述第一等效电感值和所述第三等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电感值。

5.根据权利要求1所述的电火花能量测量方法，其特征在于，所述第一电信号为第一电流信号；所述第二电信号为第二电流信号。

6.根据权利要求5所述的电火花能量测量方法，其特征在于，所述根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，包括：

根据所述第二电流信号和所述第一电容的电容值，得到在所述火花间隙短路后所述第一放电元件的对外等效的第三等效电阻值和第三等效电感值；

根据所述第一等效电阻值和所述第三等效电阻值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值；

根据所述第一等效电感值和所述第三等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电感值。

7.根据权利要求1所述的电火花能量测量方法，其特征在于，所述根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，得到所述火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量，包括：

根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，在能量数据对照表中查询得到对应的第一能量。

8.根据权利要求7所述的电火花能量测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取第二放电元件的等效电容值、第一等效电阻值、第一等效电感值，以及第二放电元件的火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值，其中，所述第二放电元件为参数已知的放电元件；

控制所述高压击穿电路在所述第二放电元件的放电电极间放电，采集所述第二放电元件的放电电极随时间变化的第三电信号；

根据所述第三电信号，计算得到所述第二放电元件的火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量；

根据所述第二放电元件的等效电容值、所述第二放电元件第一等效电阻值、所述第二放电元件第一等效电感值、所述第二放电元件的火花间隙的第二等效电阻值、所述第二放电元件的火花间隙的第二等效电感值以及所述第二放电元件的第一能量，生成能量数据对照表。

9.一种电火花能量测量装置，其特征在于，应用于电火花发生装置，所述电火花发生装置包括：第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路，所述第一放电元件包括放电电极以及所述放电电极间形成的火花间隙；所述低压续弧电路包括第一电容；所述测量装置包括：控制模块、采集模块、运算模块，其中：

所述控制模块，用于控制所述电火花发生装置在所述放电电极间产生电火花；

所述控制模块，还用于控制所述火花间隙短路；

所述采集模块，用于采集所述第一电容随时间变化的第一电信号，以及采集所述第一放电元件的等效电容值；

所述采集模块，还用于采集所述第一电容随时间变化的第二电信号；

所述运算模块，用于根据所述第一电信号和所述第一电容的电容值，得到所述第一放电元件的对外等效的第一等效电阻值和第一等效电感值；

所述运算模块，还用于根据所述第二电信号、所述第一电容的电容值、所述第一等效电阻值和所述第一等效电感值，得到所述火花间隙的第二等效电阻值和第二等效电感值；

所述运算模块，还用于根据所述等效电容值、所述第一等效电阻值、所述第一等效电感值、所述第二等效电阻值以及所述第二等效电感值，得到所述火花间隙从所述高压击穿电路获取的第一能量。

10.一种电火花能量测量系统，其特征在于，包括权利要求9所述的电火花能量测量装置和电火花发生装置；其中，所述电火花发生装置包括第一放电元件、高压击穿电路、低压续弧电路；其中：

所述第一放电元件，包括放电电极，所述放电电极包括第一电极和第二电极，且所述第一电极和所述第二电极之间形成一个火花间隙；

所述高压击穿电路，与所述第一放电元件相连接，用于产生击穿能量，以使所述放电电极间的气体被击穿；

所述低压续弧电路，与所述第一放电元件相连接，包括第一电容，所述第一电容用于在所述放电电极间的气体被击穿后放电，以使所述放电电极间产生电火花。