一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置及方法，检测装置包括双芯导线、导线扣盖、调节装置顶部旋钮、悬臂梁固定端滑块、丝杠、侧方刻度线、悬臂梁传感器调节装置等，本案根据完全差分模型，推导出压电悬臂梁弹簧阻尼模型下的振动干扰力的表达公式，设计测量装置使得干扰振动力与电磁力均在同一方向上，通过读取两个悬臂梁传感器内的压电片读数来计算扰动环境下的电流值，该模型放大了2倍电压幅值并且完全消除双芯导线直流电流测量过程中的低频机械振动干扰，使得测量准确。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置及方法
本专利技术属于测量领域，涉及一种适用于存在低频机械振动的环境下测量双芯导线中直流电流的高精度高、高灵敏度压电式无源电流检测装置及方法。
技术介绍
MEMS技术作为一门多学科高度交叉的前沿学科领域，在近些年来得到迅速发展，在航空、航天、生物技术等领域都有广泛的应用。该技术可实现优质高产低耗，大大提高系统的可靠性和智能化功能，已经成为电子领域活跃的发展方向之一。而随着这种人们的更高要求以及技术的成熟，压电式电流传感器应用的领域和范围也越来越广泛。这需要压电式电流传感器能够满足在各种存在干扰的工作环境下保持足够高的测量精度和灵敏度，即能够克服环境中的干扰。现有技术存在干扰振动与电磁力非同一方向导致的参数扰动问题，并且现有技术计算模型存在较大错误，无法消除双芯导线直流电流测量过程中的低频机械振动干扰，进而无法准确进行低频机械振动环境中的无源电流的检测。
技术实现思路
为了解决上述存在的不足之处及缺点，本专利技术专利提出了一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置及方法。一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置，双芯导线位于导线支撑端上方，导线扣盖包覆双芯导线并与导线支撑端固定连接，导线支撑端与底板固定连接，导线扣盖在两导线中心处附近为切线拟合结构设计；位于双芯导线两端分别设有两个悬臂梁传感器调节装置，一端的悬臂梁传感器调节装置外侧连接封装的上端悬臂梁传感器，另一端的悬臂梁传感器调节装置外侧连接封装的下端悬臂梁传感器，封装的上端悬臂梁传感器位于双芯导线上方，封装的下端悬臂梁传感器位于双芯导线下方；悬臂梁传感器调节装置固定于底座上，由调节装置顶部旋钮、调节装置外壳、悬臂梁固定端滑块、丝杠、侧方刻度线组成；调节装置顶部旋钮固定于调节装置外壳顶端，通过丝杠与悬臂梁固定端滑块连接，调节装置顶部旋钮调节悬臂梁固定端滑块的位置；悬臂梁固定端滑块在丝杠上移动，丝杠固定于调节装置外壳内测，悬臂梁固定端滑块与封装的悬臂梁传感器连接，调节装置顶部旋钮可调节封装的悬臂梁传感器位于关于双芯导线中心对称位置。优选的，导线扣盖由螺栓及螺母固定于导线支撑端。优选的，封装的上端悬臂梁传感器与封装的下端悬臂梁传感器分别由封装外壳、永磁体、悬臂梁、压电片组成；永磁体固定连接于悬臂梁自由端处，压电片固定在悬臂梁上，且压电片极性关于Z轴对称，悬臂梁位于封装外壳内；封装的上端悬臂梁传感器的永磁体与封装的下端悬臂梁传感器的永磁体磁极方向相同，以保证待测导线通电时，悬臂梁弯曲方向同步朝向双芯导线或同步远离双芯导线。一种用于低频机械振动环境中无源电流检测方法，包括下列步骤：步骤(1)校准过程：将设备进行装配，并调节两调节装置顶部旋钮，保证两悬臂梁传感器关于双芯导线对称放置，确保悬臂梁传感器末端永磁体在双芯导线电流磁场梯度的线性区间内；将被测导线接入标准直流电流I0，并由激振器引入1～50赫兹的低频机械振动进行校准测量；双芯导线电流磁场梯度线性区间计算方法如下：双芯导线中垂线上电流磁场梯度公式：其中a为双芯导线中心与左右导线中心的距离，z为悬臂梁传感器末端永磁体质心距离双芯导线中心的纵向距离，I为电流大小；对备选区间的线性回归决定系数R2进行检测可以得电流磁场梯度线性区间；例如RV6型号导线，可选区间z取4～6mm；电磁力公式为：其中Br为永磁体剩余磁通量，V为永磁体体积；步骤(2)双芯导线通入被测直流电流I，进行实际测量，被测电流I可通过与电流检测装置有关的参数和压电片输出电压Vp得到，过程如下：以弹簧阻尼模型建立的两个压电悬臂梁传感器末端永磁体质心的振动微分方程如下：式中：z1和z2分别为下端和上端悬臂梁传感器末端永磁体质心位移，z0为下端和上端悬臂梁传感器末端永磁体质心无振动时距离双芯导线中心的纵向距离，γ为等效阻尼，为梁模型固有频率的平方，F0为外界振动激励响应的力大小，w为外界振动的频率，G为永磁体重力，m为永磁体质量；方程组的解简化后形式为：式中A为电磁力影响系数，B为永磁体重力影响系数，C为外界振动力影响系数，并且实际情况下z1和z2非常小，以RV6导线为例时，z1和z2大小在微米级，压电片实际输出电压公式为：式中：Ei：各层材料的弹性模量、Ep：压电片的弹性模量、Ii：各层材料的转动惯量、Ai：各层材料X-Y平面的横截面面积、Zp：悬臂梁长度方向上压电片中心和梁中性轴平行距离、Zi：悬臂梁长度方向上每层材料中心和中性轴平行距离、l：压电片长度、Lm：永磁体长度、d31：横向压电常数、wE：压电片的宽度、CP：压电片的电容；压电片2输出电压减去压电片1输出电压时有：结果为2倍电磁力输出，消去了外界振动的影响，同时根据封装下端悬臂梁传感器及封装上端悬臂梁传感器内的压电片读出电压输出值即可求得双芯导线中电流的大小。本专利技术工作原理：本案根据完全差分模型，推导出了压电悬臂梁弹簧阻尼模型下的振动干扰力的表达公式，设计装置在干扰振动力与电磁力均在同一方向上，通过读取两个悬臂梁传感器内的压电片读数来计算扰动环境下的电流值，该模型放大了2倍电压幅值并且完全消除双芯导线直流电流测量过程中的低频机械振动干扰，使得测量准确。本专利技术所达到的有益效果是：1、本专利推导出了压电悬臂梁弹簧阻尼模型下的振动干扰力的表达公式，使模型更精准；2、本专利所述模型为完全差分模型，可以完全消除双芯导线直流电流测量过程中的低频机械振动干扰；3、根据模型设计的测量装置，使得干扰振动力与电磁力均在同一方向上，避免了参数振动等干扰问题，使得测量精准。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术等轴测试图；图2是本专利技术正视图；图3是本专利技术侧视图；图4是本专利技术俯视图；图5是本专利技术压电式悬臂梁传感器结构示意图；图中：1、双芯导线；2、导线扣盖；3、螺母；4、螺栓；5、导线支撑端；6、调节装置顶部旋钮；7、调节装置外壳；8、悬臂梁固定端滑块；9、丝杠；10、侧方刻度线；11、封装的上端悬臂梁传感器；12、封装的下端悬臂梁传感器；13、底座；1101、封装外壳；1102、永磁体；1103、悬臂梁；1104、压电片；14、悬臂梁传感器调节装置。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”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专利技术和简化描述，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、以特定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置，其特征在于：双芯导线位于导线支撑端上方，导线扣盖包覆双芯导线并与所述导线支撑端固定连接，所述导线支撑端与底板固定连接，所述导线扣盖在两导线中心处附近为切线拟合结构设计；位于双芯导线两端分别设有两个悬臂梁传感器调节装置，一端的悬臂梁传感器调节装置外侧连接封装的上端悬臂梁传感器，另一端的悬臂梁传感器调节装置外侧连接封装的下端悬臂梁传感器，所述封装的上端悬臂梁传感器位于双芯导线上方，所述封装的下端悬臂梁传感器位于双芯导线下方；所述悬臂梁传感器调节装置固定于底座上，由调节装置顶部旋钮、调节装置外壳、悬臂梁固定端滑块、丝杠、侧方刻度线组成；所述调节装置顶部旋钮固定于所述调节装置外壳顶端，通过丝杠与所述悬臂梁固定端滑块连接，所述调节装置顶部旋钮调节悬臂梁固定端滑块的位置；所述悬臂梁固定端滑块在丝杠上移动，所述丝杠固定于所述调节装置外壳内测，所述悬臂梁固定端滑块与封装的悬臂梁传感器连接，所述调节装置顶部旋钮可调节封装的悬臂梁传感器位于关于所述双芯导线中心对称位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置，其特征在于：双芯导线位于导线支撑端上方，导线扣盖包覆双芯导线并与所述导线支撑端固定连接，所述导线支撑端与底板固定连接，所述导线扣盖在两导线中心处附近为切线拟合结构设计；位于双芯导线两端分别设有两个悬臂梁传感器调节装置，一端的悬臂梁传感器调节装置外侧连接封装的上端悬臂梁传感器，另一端的悬臂梁传感器调节装置外侧连接封装的下端悬臂梁传感器，所述封装的上端悬臂梁传感器位于双芯导线上方，所述封装的下端悬臂梁传感器位于双芯导线下方；所述悬臂梁传感器调节装置固定于底座上，由调节装置顶部旋钮、调节装置外壳、悬臂梁固定端滑块、丝杠、侧方刻度线组成；所述调节装置顶部旋钮固定于所述调节装置外壳顶端，通过丝杠与所述悬臂梁固定端滑块连接，所述调节装置顶部旋钮调节悬臂梁固定端滑块的位置；所述悬臂梁固定端滑块在丝杠上移动，所述丝杠固定于所述调节装置外壳内测，所述悬臂梁固定端滑块与封装的悬臂梁传感器连接，所述调节装置顶部旋钮可调节封装的悬臂梁传感器位于关于所述双芯导线中心对称位置。


2.根据权利要求1所述的一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置，其特征在于：所述导线扣盖由螺栓及螺母固定于所述导线支撑端。


3.根据权利要求1所述的一种用于低频机械振动环境中无源电流检测的装置，其特征在于：所述封装的上端悬臂梁传感器与封装的下端悬臂梁传感器分别由封装外壳、永磁体、悬臂梁、压电片组成；所述永磁体固定连接于悬臂梁自由端处，所述压电片固定在悬臂梁上，且压电片极性关于Z轴对称，所述悬臂梁位于所述封装外壳内；所述封装的上端悬臂梁传感器的永磁体与所述封装的下端悬臂梁传感器的永磁体磁极方向相同，以保证待测导线通电时，所述悬臂梁弯曲方向同步朝向双芯导线或同步远离双芯导线。


4.一种用于低频机械振动环境中无源电流检测方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤(1)校准过程：将设备进行装配，并调节两调节装置顶部旋钮，保证两悬臂梁传感器关于双芯导线对称放置，确保悬臂梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵伟华，
申请(专利权)人：邵伟华，
类型：发明
国别省市：吉林;22