一种用于多种电缆的光电式电流检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于多种电缆的光电式电流检测装置及其检测方法，属于测量领域。上端盖与封装通过联接螺栓固定，封装与上端盖各有一个半圆柱形槽，在封装上开有透光孔，透光孔的内部固定有与透光孔尺寸一致的起偏器，悬臂梁与封装的一个内表面固定连接，在悬臂梁的下表面贴有压电层，在悬臂梁的上表面固定有永磁体，在悬臂梁的自由端的两侧面上，靠近透光孔的侧面固定有检偏器，另一侧面固定有光电转换元件，在封装的与透光孔正对的内表面上固定有电路部分。本发明专利技术对直流电流和交流电流进行测量，适用于各种内部结构的电缆，并且可自供电，具有结构简单、响应速度快、便于维护、应用范围广等特点。

A photoelectric current detecting device for various cables and its detection method

The invention provides a photoelectric current detecting device for a variety of cables and a detection method, which belong to the measurement field. The upper cover and the package through the bolt is fixed, and the upper end cover 1.5 of each package in the package on the cylindrical groove, a light hole, internal light holes are fixed size and light hole polarizer, cantilever beam and a package of the inner surface of the cantilever beam is fixedly connected with the piezoelectric surface a layer of permanent magnets are fixed on the upper surface of the cantilever beam, the two side of the free end of the cantilever beam, a fixed polarizer side near the light hole, a photoelectric conversion element is fixed on the other side, and the light hole is encapsulated on the inner surface is fixed on the circuit part. The invention measures the direct current and alternating current, is suitable for all kinds of internal structure cables, and has self power supply, and has the characteristics of simple structure, fast response speed, convenient maintenance and wide application scope.

【技术实现步骤摘要】
一种用于多种电缆的光电式电流检测装置及其检测方法
本专利技术属于测量领域，尤其涉及一种电流检测装置及其检测方法，特别是一种用于多种电缆的光电式电流检测装置及其检测方法。
技术介绍
随着我国智能电网的快速发展以及“中国制造2025”的提出，动态测量技术的重要性突显。输电电缆以及各类高精尖设备越来越需要电流的动态测量，因此开发一种高响应速度的电流检测装置具有重要的意义。根据GB-50217-2007电力电缆敷设规范，电缆有单芯、双芯、三相三芯、三相四芯、三相五芯等结构。传统的电流检测装置，每种只能测量其中一种电缆的电流，且不能同时测量直流电流和交流电流，不具有普适性。因此，开发一种适应所有结构电缆、可同时测量直流电流和交流电流的电流检测装置变得尤为重要。电流检测装置的工作需要电流，如果单独配备电源，不但浪费资源，而且需要人工更换电池，不能在地下或高空等不便于维护的场合下进行长期电流测量。因此开发一种自供电的电流检测装置不但节约人力物力，而且以后还可升级成无线传感器网络的节点。现有技术中的电流检测装置，主要有电容式电流传感器、悬臂梁谐振式电流传感器、霍尔电流传感器、全光纤电流传感器、磁通门电流传感器、罗氏线圈电流传感器、巨磁阻电流传感器等，存在着结构复杂、难以加工、成本高、应用范围小等问题。比如基于压电悬臂梁结构开发的被动式电流检测装置，无需驱动电源、无需剥离保护层就可以对双芯电缆进行高精度电流测量。但是它无法同时对直流电流和交流电流进行测量，也无法对三芯电缆、四芯电缆及五芯电缆等其他结构的电缆进行电流测量，实用性低。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于多种电缆的光电式电流检测装置及其检测方法，以解决现有技术中电流检测装置存在的结构复杂、难以加工、成本高、应用范围小等问题。本专利技术采取的技术方案是：上端盖与封装通过联接螺栓固定，封装与上端盖分别有半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，定位螺栓通过上端盖上的螺纹孔转动旋入半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，在封装上开有透光孔，在该透光孔的内部固定有与透光孔尺寸一致的起偏器，悬臂梁与封装的一个内表面固定连接，在悬臂梁的自由端靠近透光孔的侧面固定有检偏器，在悬臂梁的自由端远离透光孔的侧面固定有光电转换元件，在悬臂梁的下表面贴有压电层，在悬臂梁的上表面固定有永磁体，在封装与透光孔正对的内表面上固定有电路部分。所述光电转换元件为光电二极管、光电三极管、光敏电阻或硅光电池。所述悬臂梁的数目为大于等于1的正整数。所述悬臂梁的形状为长条形、变截面长条形、T形、U形、V形、三角形或音叉形。所述压电层由下电极、压电片和上电极组成。一种用于多种电缆的光电式电流检测方法，包括下列步骤：步骤(1)对电流检测装置进行调零；步骤(2)确定被测电缆的芯数；步骤(3)通过半圆柱形槽一和半圆柱形槽二将电流检测装置固定在被测电缆上，用联接螺栓锁紧上端盖与封装，通过上端盖上的螺纹孔旋入定位螺栓；步骤(4)此时，被测电缆中的电流产生的磁场使永磁体受力，悬臂梁随之弯曲，检偏器的角度随之变化，其偏振方向随之变化，光通过透光口、起偏器与检偏器后，沿新的偏振方向有了新的分量，光电转换元件接收的光照度改变，光电转换元件的输出电压U1随之改变；光电转换元件的输出电压U1为交流电压，经过电路部分后，电路部分的输出电压U为直流电压，并且电路部分的输出电压U与被测电缆中电流的幅值I0呈线性关系；步骤(5)绕被测电缆的轴线旋转被测电缆或者电流检测装置，直至输出电流值最大的位置，此时的输出电流值就是被测电缆中电流的幅值I0，被测电缆中电流的幅值I0可以通过电路部分的输出电压U与电流检测装置的参数值KS获得，公式如下：I0＝KSU对于直流电流：对于对称负载下的交流电流：其中：E为悬臂梁的弹性模量，I为悬臂梁横截面对弯曲中性轴的惯性矩，l为悬臂梁的长度，当被测电缆内部第i芯为零线时m＝1，当被测电缆内部第i芯为火线时m＝2，μ0为真空磁导率，Br为永磁体剩余磁通量，V为永磁体体积，以通过永磁体5质心并垂直于永磁体上表面的直线为z轴、以通过永磁体质心、垂直于z轴并正交于被测电缆的直线为x轴建立坐标系，xi、zi为电路部分的输出电压U最大时，被测电缆内部第i芯在上述坐标系下的坐标，n为被测电缆的芯数，a为被测电缆中零线与地线的总数，ω为被测电缆内部通交流电时的电流角频率，t为时间，为被测电缆内部第i芯的初相位，为被测电缆内部所有芯在永磁体处的叠加交流信号的初相位。本专利技术的优点是：(1)响应速度快：光信号为高速信号，并且光电式能量转换元件的响应时间非常短，相比霍尔电流传感器等传统的非光电式电流检测装置，本专利技术可以对电流进行高响应速度的动态测量，且响应范围可以通过提高悬臂梁的固有频率以继续扩大；(2)实用性强：霍尔电流传感器由于原理限制，只能测量单根导线电流，因此对于多芯电缆需要剪开外部保护层才能实现测量，破坏了导线结构，增大了电流测量的复杂程度，本专利技术在不破坏电缆保护层的情况下，既可以同时测量单芯、双芯、三相三芯、三相四芯、三相五芯等各种结构电缆的电流，又可以同时测量直流电流和交流电流；(3)可自供电：将压电层与悬臂梁做成一体，可以实现电流检测装置的自供电，不必定期更换电源，便于在地下或空中等不便维护的场合下进行长时间的电流测量。在光照不充足的场合下，可以内置红外光源、LED光源等各种光源，由自供电元件为光源提供电能，在光照充足的场合下，光源使用自然光以减少自供电元件采集能量的时间，另外，除了采用压电层作为自供电元件以外，还可以采用电容等各种能够采集能量的元件作为自供电元件。附图说明图1是本专利技术的轴测图；图2是本专利技术的主视图；图3是图2的A-A面剖切后的轴测图；图4是本专利技术检测单元结构的分解示意图；图5是本专利技术检测单元结构的轴测图；图6是本专利技术检测单元结构的主视图；图7是本专利技术检测单元结构沿B-B面剖切的剖视图；图8是本专利技术的悬臂梁的纵截面为三角形时，检测单元结构的轴测图；图9是本专利技术的悬臂梁的纵截面为音叉形时，检测单元结构的轴测图；图10是本专利技术的悬臂梁数目为2时，检测单元结构的轴测图；图11是本专利技术的悬臂梁数目为N时，检测单元结构的轴测图；图12是本专利技术检测双芯电缆电流的原理图；图13是本专利技术检测四芯电缆电流的原理图；图14是本专利技术检测五芯电缆电流的原理图；图15是本专利技术以检测五芯电缆电流为例的位置关系图。具体实施方式如图1所示，上端盖9与封装8通过联接螺栓10固定，封装8与上端盖9各有一个半圆柱形槽一802和半圆柱形槽二901，定位螺栓11通过上端盖9上的螺纹孔转动旋入半圆柱形槽一802和半圆柱形槽二901，以实现对被测电缆的定位；如图4所示，在封装8上开有透光孔801，透光孔801的内部固定有与透光孔801尺寸一致的起偏器2，悬臂梁1与封装8的一个内表面固定连接，在悬臂梁1的自由端靠近透光孔801的侧面固定有检偏器3，在悬臂梁1的自由端远离透光孔801的侧面固定有光电转换元件4，在悬臂梁1的下表面贴有压电层6，在悬臂梁1的上表面固定有永磁体5；如图3所示，在封装8与透光孔801正对的内表面上固定有电路部分7。所述光电转换元件4为光电二极管、光电三极管、光敏电阻、硅光电池等各种将光信号转换为电信号的元件。所述悬臂梁1的数目为大于等于1的正整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多种电缆的光电式电流检测装置，其特征在于：上端盖与封装通过联接螺栓固定，封装与上端盖分别有半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，定位螺栓通过上端盖上的螺纹孔转动旋入半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，在封装上开有透光孔，在该透光孔的内部固定有与透光孔尺寸一致的起偏器，悬臂梁与封装的一个内表面固定连接，在悬臂梁的自由端靠近透光孔的侧面固定有检偏器，在悬臂梁的自由端远离透光孔的侧面固定有光电转换元件，在悬臂梁的下表面贴有压电层，在悬臂梁的上表面固定有永磁体，在封装与透光孔正对的内表面上固定有电路部分。

【技术特征摘要】
1.一种用于多种电缆的光电式电流检测装置，其特征在于：上端盖与封装通过联接螺栓固定，封装与上端盖分别有半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，定位螺栓通过上端盖上的螺纹孔转动旋入半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，在封装上开有透光孔，在该透光孔的内部固定有与透光孔尺寸一致的起偏器，悬臂梁与封装的一个内表面固定连接，在悬臂梁的自由端靠近透光孔的侧面固定有检偏器，在悬臂梁的自由端远离透光孔的侧面固定有光电转换元件，在悬臂梁的下表面贴有压电层，在悬臂梁的上表面固定有永磁体，在封装与透光孔正对的内表面上固定有电路部分。2.根据权利要求1所述的一种用于多种电缆的光电式电流检测装置，其特征在于：所述光电转换元件为光电二极管、光电三极管、光敏电阻或硅光电池。3.根据权利要求1所述的一种用于多种电缆的光电式电流检测装置，其特征在于：所述悬臂梁的数目为大于等于1的正整数。4.根据权利要求1所述的一种用于多种电缆的光电式电流检测装置，其特征在于：所述悬臂梁的形状为长条形、变截面长条形、T形、U形、V形、三角形或音叉形。5.根据权利要求1所述的一种用于多种电缆的光电式电流检测装置，其特征在于：所述压电层由下电极、压电片和上电极组成。6.一种采用如权利要求1所述的用于多种电缆的光电式电流检测装置的检测方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤(1)对电流检测装置进行调零；步骤(2)确定被测电缆的芯数；步骤(3)通过半圆柱形槽一和半圆柱形槽二将电流检测装置固定在被测电缆上，用联接螺栓锁紧上端盖与封装，通过上端盖上的螺纹孔旋入定位螺栓；步骤(4)此时，被测电缆中的电流产生的磁场使永磁体受...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东方，赵子琪，赵跃铭，曲发亮，李勇，刘欢，刘书溢，侯毅鹏，尚雪松，索浩，刘洋，林源，兰钦泓，杨旭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22