【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电线缆弧垂监测，特别是涉及一种基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构。
技术介绍
1、随着现代社会对电力供应的不断增长需求，输电线路作为电力能量传输的重要通道，其安全性和稳定性显得尤为重要。在电力输送领域，电缆的弧垂监测对于确保电力系统的安全和正常运行具有至关重要的意义。主要采用人工巡检或固定传感器等手段，这些传统的电缆弧垂监测设备通常复杂且体积庞大，需要繁琐的安装和调试过程，还容易受到外界电磁干扰的影响，为此限制了电力系统的稳定运行和安全性保障。
2、传统电缆弧垂监测设备存在的问题：1、传统的电缆弧垂监测设备通常复杂且体积庞大，安装和调试过程繁琐。2、传统的电缆弧垂监测设备的制造和维护成本相对较高，制约了电力系统的大规模部署电缆弧垂监测。3、传统的电缆弧垂监测设备使用灵活性和便携性低。4、传统的电缆弧垂监测设备容易受到外界电磁干扰的影响，导致监测结果的不准确甚至失效。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，能够减小电缆弧垂监测设备体积，简化安装和调试过程；能够降低电缆弧垂监测设备的制造和维护成本，从而实现电缆弧垂监测的大规模部署；能够提高使用灵活性和便携性；能够消除外界电磁干扰的影响，提高监测结果准确性。
2、一种基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其关键在于，包括传感器应变片、信号调制模块和信号解调模块；
3、所述传感器应变片紧密贴合在输电线
4、所述传感器应变片与所述信号调制模块相连；该信号调制模块接收所述微弱电压缓变信号u，并对该电压缓变信号u进行放大；
5、所述信号调制模块与所述信号解调模块相连；该信号解调模块对放大后的电压缓变信号u进行滤波处理；
6、还包括电源模块，该电源模块中设置有直流电源模块和交流电源模块；所述直流电源模块分别与所述传感器应变片、所述信号调制模块和所述信号解调模块相连，为所述传感器应变片、所述信号调制模块和所述信号解调模块供电；所述信号调制模块还与交流电源模块相连，为所述微弱电压缓变信号u提供高频电压信号。
7、通过上述设计，所述传感器应变片能够将输电线缆弧垂数据转换成微弱电压缓变信号u，并通过信号调制模块和信号解调模块进信号放大和滤波，能够信号增强幅度、消除信号干扰和噪声、提高数据质量，便于传输和识别。
8、将高频电压信号加载至微弱电压缓变信号u中进行信号调制，能够消除零点漂移对微弱电压缓变信号u的影响，便于信号调制模块后续进行信号放大，增强信号幅度，提高信号稳定性。
9、所述传感器应变片中设置有惠斯通全桥应变电路，在所述惠斯通全桥应变电路中设置有四个栅数相同的敏感栅，每个所述敏感栅均串联有等值的电阻；
10、四个栅数相同的所述敏感栅分别为第一敏感栅、第二敏感栅、第三敏感栅、第四敏感栅，其内部微流道均为“m”型排列，并均用液态金属进行填充；
11、所述第一敏感栅、第二敏感栅、第三敏感栅、第四敏感栅在所述传感器应变片上沿“s”型排布方式依次排列；
12、所述第一敏感栅和第四敏感栅内的微流道排布方向相同，该微流道与横轴平行；所述第二敏感栅和第三敏感栅内的微流道排布方向相同，该微流道与纵轴平行；
13、所述传感器应变片中还设置有4个金属引脚，分别为金属引脚gnd、金属引脚+vcc金属引脚-vcc、金属引脚out；
14、所述金属引脚gnd与所述第一敏感栅末端连接，所述金属引脚+vcc与所述第二敏感栅末端连接，所述金属引脚-vcc与所述第三敏感栅末端连接，所述金属引脚out与所述第四敏感栅末端连接。
15、传感器应变片在初始状态下，第一敏感栅、第二敏感栅、第三敏感栅、第四敏感栅电阻值相等，所以金属引脚out和金属引脚gnd之间电势差为0；传感器应变片随输电线缆发生形变时，第一敏感栅、第二敏感栅、第三敏感栅、第四敏感栅内部的微流道会沿着线缆延伸方向的垂直方向产生拉扯力，该拉扯力使微流道发生形变，导致该微流道内的液态金属发生流动，引起所述第一敏感栅、第二敏感栅、第三敏感栅、第四敏感栅的电阻值变化，导致金属引脚out和金属引脚gnd之间电势差发生变化，该电势差与线缆弧垂数据一一对应。
16、所述信号调制模块中设置放大电路，该放大电路中设置有运算放大器u1、运算放大器u2和电位计rv1；
17、所述运算放大器u1正相输入端串接电阻r1与所述金属引脚gnd相连，所述运算放大器u1正相输入端还串接电阻r2与所述金属引脚out相连；所述运算放大器u1反相输入端串接电阻r4与所述运算放大器u1输出端串相连；所述运算放大器u1正电源端接+5v电源，所述运算放大器u1负正电源端接-5v电源；所述运算放大器u1第一偏移空串接所述电位计rv1与所述运算放大器u1第二偏移空相连；该电位计rv1给定端与所述运算放大器u1正电源端相连；所述运算放大器u1输出端串接有电阻r5后接所述运算放大器u2正向输入端；
18、所述运算放大器u2反向输入端串接电阻r7与所述运算放大器u2输出端相接，所述运算放大器u2还反向输入端串接电阻r6后接地；所述运算放大器u2正电源端接+5v电源，所述运算放大器u2负正电源端接-5v电源；所述运算放大器u2输出端串接电阻r8与所述信号调制模块相连；
19、所述金属引脚+vcc接5v电源，所述金属引脚-vcc接地。
20、所述运算放大器u1和运算放大器u2形成直接耦合两级放大电路，对上述微弱电压缓变信号u提供较高的放大增益，保证该微弱电压缓变信号u有效放大。
21、所述直接耦合两级放大电路能够保证信号放大后的准确性和真实性，并且便于集成化。
22、在所述直接耦合两级放大电路中加入电位计，通过调节该电位计，能够放大信号的电压值。
23、所述信号调制模块为低通滤波器。
24、所述低通滤波器能够消除信号的干扰和噪声，提高放大后的缓变电压信号的质量。
25、所述微弱电压缓变信号u是所述金属引脚gnd与所述金属引脚out之间的电势差，其计算公式为：
26、
27、其中，ra0为第一敏感栅初始状态下的电阻值，δra为第一敏感栅的电阻变化量，rb0为第二敏感栅初始状态下的电阻值，δrb为第二敏感栅的电阻变化量，rc0为第三敏感栅初始状态下的电阻值，δrc为第三敏感栅的电阻变化量，rd0为第四敏感栅初始状态下的电阻值，δrd为第四敏感栅的电阻变化量，ε1为第一敏感栅的电阻变化率，ε2为第二敏感栅的电阻变化率，ε3为第三敏感栅的电阻变化率，ε4为第四敏感栅的电阻变化率，vcc为激励电压；
28、其中，敏感栅的电阻变化率εr为：
29、
30、其中，δr为敏感栅的电阻变化量，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，包括传感器应变片、信号调制模块和信号解调模块；
2.根据权利要求1所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
4.根据权利要求3所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
5.根据权利要求1或2所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
6.根据权利要求5所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
7.根据权利要求1所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，包括传感器应变片、信号调制模块和信号解调模块；
2.根据权利要求1所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述基于液态金属的电缆弧垂检测传感器及多层复合封装结构，其特征在于，
4.根据权利要求3所述基于液...
【专利技术属性】
技术研发人员：王唯，潘治荣，左嘉伦，邵宇辰，刘佳芝，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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