一种基于Coriolis效应的旋转传感器及转轴旋转角度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Coriolis效应的旋转传感器及转轴旋转角度测量方法，旋转传感器包括封装于壳体P内的谐振质子M、谐振驱动器及两组电容器，所述谐振质子M通过谐振驱动器驱动在壳体P内沿直线方向往复运动，两组电容器包括分别用于检测谐振质子M垂直位移的电容器QV和用于检测谐振质子M水平位移的电容器RH,电容器QV和电容器RH中均有一块极板与谐振质子M固定连接，另一块极板与壳体P固定连接。该旋转传感器是一种基于Coriolis效应且完全区别于传统旋转编码器以及旋转滑线传感器的新型旋转传感器，旋转传感器的所有器件封装于壳体P内，直接固定于转轴上，旋转传感器与转轴绝对同步转动，不受外部外径的干扰，安装简便稳定，使用寿命长。使用寿命长。使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Coriolis效应的旋转传感器及转轴旋转角度测量方法


[0001]本专利技术涉及电力系统10kv及以上高压开关测试
，具体涉及一种基于Coriolis效应的旋转传感器及转轴旋转角度测量方法。

技术介绍

[0002]在高压输电环节中，高压开关是极其重要的电气设备，例如高压隔离开关、高压接地开关、高压断路器等，它负责高压输电的线路导通和切断，以及安全接地等，其性能的稳定性，关系到整条输电线路的运行可靠性。
[0003]高压隔离开关，在合闸不到位时，在动触头和静触头结合处，会存在较大的接触电阻，输电过程中，会产生很高的热量，甚至熔焊，而合闸到位检测通常是检测开关主轴的旋转角度。接地开关如果合闸不到位，因为架空线的存在，电力设备会产生很高的感应电压，带来安全隐患，同样接地开关的到位检测通常转轴的旋转角度。高压断路器，负责高压输电的线路切断和导通，在合闸和分闸过程中，由于存在拉弧现象，如果断路器合分闸速度过低，导致断口燃弧时间过长，容易触头熔焊，出现灭弧室温度急剧升高，甚至出现瓷瓶爆炸；断路器合分闸速度过高，则导致断路器本体振动较大，容易引起减震机构的损伤，且如果分闸速度过大，会出现动触头的反弹过大，出现断口二次重燃；而断路器速度计算需要首先绘制出断路器触头行程曲线图，然后根据断路器厂家提供的速度定义，计算出断路器分合闸速度，断路器的行程测量，通常也是由转轴的角度进行量化。
[0004]可见，高压开关的转轴旋转角度测量非常重要，目前的使用旋转传感器，例如旋转编码器、旋转滑线传感器，既要通过联轴器把旋转传感器的转轴与开关的转轴联接在一起，又要使用磁性座把旋转传感器本体固定在高压开关支架上。这样高压开关主轴转动时，旋转传感器，便可测试出高压开关转轴的旋转轨迹。由于在开关转轴旋转过程中，引起传感器本体剧烈振动，容易导致其转轴和本体产生很大的应力，减少其使用寿命，降低测量精度。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提出了一种基于Coriolis效应的旋转传感器及转轴旋转角度测量方法，该旋转传感器直接固定在转轴上，安装简便且稳定可靠，是一种全新的结构形式，测试精度高，能够极大的降低高压隔离开关在合闸过程中的安全风险，有效提高高压输电的稳定性。
[0006]一种基于Coriolis效应的旋转传感器，包括封装于壳体P内的谐振质子M、谐振驱动器及两组电容器，所述谐振质子M通过谐振驱动器驱动在壳体P内沿直线方向往复运动，两组电容器包括分别用于检测谐振质子M垂直位移的电容器QV和用于检测谐振质子M水平位移的电容器RH,电容器QV和电容器RH中均有一块极板与谐振质子M固定连接，另一块极板与壳体P固定连接。
[0007]作为上述技术方案的优选，所述谐振驱动器包括电磁铁N1和电磁铁N2，所述电磁
铁N1和电磁铁N2分别对称设置在谐振质子M的两侧，电磁铁N1与壳体P固定连接，电磁铁N2与质子M固定连接。
[0008]作为上述技术方案的优选，所述谐振质子M为立方体结构，电磁铁N1、电磁铁N2及谐振质子M的中心在同一直线上。
[0009]作为上述技术方案的优选，所述电容器QV的极板V与谐振质子M垂直固定连接，电容器RH的极板H与谐振质子M垂直固定连接。
[0010]作为上述技术方案的优选，所述壳体P采用绝缘塑料材质制成。
[0011]一种用于上述任意一项旋转传感器的转轴旋转角度测量方法，将旋转传感器固定在高压开关的转轴上，旋转传感器与外部数据测控系统连接，数据测控系统包括人机交互单元、微处理器单元、水平谐振驱动信号功率放大单元及两组信号调理单元和模数转换单元，转轴旋转角度的具体测量方法为：
[0012]步骤一，驱动谐振质子M周期性运动，微处理器单元产生高频周期性激励信号，经过水平谐振驱动信号功率放大单元放大后传输给谐振驱动器，谐振驱动器驱动谐振质子M在壳体P内沿直线方向往复运动；
[0013]步骤二，获取谐振质子的科里奥利加速度a(t)和瞬时速度V(t)，通过电容器QV进行谐振质子M的垂直位移检测，计算出科里奥利加速度a(t)，通过电容器RH进行谐振质子M的水平位移检测，计算出瞬时速度V(t)；
[0014]步骤三，获取旋转传感器的旋转角速度ω(t)，微处理器单元通过科里奥利加速度a(t)和瞬时速度V(t)计算出加速度传感器的旋转角速度ω(t)；
[0015]步骤四，获取转轴的旋转角度δ，微处理器单元通过旋转角速度ω(t)计算出旋转传感器的旋转角度δ，由于旋转传感器固定在转轴上，旋转传感器的旋转角度δ即为转轴的旋转角度δ。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]1、是一种基于Coriolis效应且完全区别于传统旋转编码器以及旋转滑线传感器的新型旋转传感器，旋转传感器的所有器件封装于壳体P内，直接固定于转轴上，旋转传感器与转轴绝对同步转动，不受外部外径的干扰，安装简便稳定，使用寿命长。
[0018]2、测试精度非常高，能够极大的降低高压隔离开关在合闸过程中的安全风险，有效提高高压输电的稳定性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术所述的旋转传感器结构框图；
[0020]图2为本专利技术所述传感器转动状态结构图；
[0021]图3为本专利技术所述的数据测控系统框图；
[0022]图4为基于Coriolis效应的质子径向运动分析图；
[0023]图5为基于Coriolis效应的质子切向速度分析图；
[0024]图6为基于Coriolis效应的质子行程分析图；
[0025]图7为本专利技术所述角速度与时间关系图；
[0026]图8为本专利技术旋转角度与时间关系图；
具体实施方式
[0027]下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
[0028]如图1、图2所示的一种基于Coriolis效应的旋转传感器，包括封装于壳体P内的谐振质子M、谐振驱动器及两组电容器，所述谐振质子M通过谐振驱动器驱动在壳体P内沿直线方向往复运动，两组电容器包括分别用于检测谐振质子M垂直位移的电容器QV和用于检测谐振质子M水平位移的电容器RH,电容器QV和电容器RH中均有一块极板与谐振质子M固定连接，另一块极板与壳体P固定连接。
[0029]在本实施例中，所述谐振驱动器包括电磁铁N1和电磁铁N2，所述电磁铁N1和电磁铁N2分别对称设置在谐振质子M的两侧，电磁铁N1与壳体P固定连接，电磁铁N2与质子M固定连接。
[0030]在本实施例中，所述谐振质子M为立方体结构，电磁铁N1、电磁铁N2及谐振质子M的中心在同一直线上。
[0031]在本实施例中，所述电容器QV的极板V与谐振质子M垂直固定连接，电容器RH的极板H与谐振质子M垂直固定连接。
[0032]在本实施例中，所述壳体P采用绝缘塑料材质制成。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Coriolis效应的旋转传感器，其特征在于：包括封装于壳体P内的谐振质子M、谐振驱动器及两组电容器，所述谐振质子M通过谐振驱动器驱动在壳体P内沿直线方向往复运动，两组电容器包括分别用于检测谐振质子M垂直位移的电容器QV和用于检测谐振质子M水平位移的电容器RH,电容器QV和电容器RH中均有一块极板与谐振质子M固定连接，另一块极板与壳体P固定连接。2.根据权利要求1所述的旋转传感器，其特征在于：所述谐振驱动器包括电磁铁N1和电磁铁N2，所述电磁铁N1和电磁铁N2分别对称设置在谐振质子M的两侧，电磁铁N1与壳体P固定连接，电磁铁N2与质子M固定连接。3.根据权利要求1所述的旋转传感器，其特征在于：所述谐振质子M为立方体结构，电磁铁N1、电磁铁N2及谐振质子M的中心在同一直线上。4.根据权利要求3所述的旋转传感器，其特征在于：所述电容器QV的极板V与谐振质子M垂直固定连接，电容器RH的极板H与谐振质子M垂直固定连接。5.根据权利要求1所述的旋转传感器，其特征在于：所述壳体P采用绝缘塑料材质制成。6.一种用于上述任意一项旋转传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张思齐，
申请(专利权)人：武汉大洋义天科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：