[发明专利]高压断路器操动机构在线监测用角位移传感器

摘要

本发明公开了一种高压断路器操动机构在线监测用角位移传感器，由永久磁铁、磁敏元件与检测电路板、联轴器及连接轴、信号输出插座、传感器底座、传感器上盖、半开口弹性金属卡环、传感器固定螺钉、电路板固定螺钉、磁铁固定螺钉等组成。本发明的有益效果在于：通过联轴器连接被测转轴进行非接触角位移检测，检测磁敏元件与电路安装在螺纹连接的传感器上盖与传感器底座形成的圆柱形密封金属壳体内，检测结果以一对互补的占空比与角位移成正比的PWM波形输出，可适用于在有效调节范围内、规格不同的旋转轴，有效抑制高压断路器监测现场的强电磁干扰，使监测结果更加准确可靠。

主权项

1.一种高压断路器操动机构在线监测用角位移传感器，包括永久磁铁（1）、磁敏元件与检测电路板（2）、联轴器及连接轴（3）、信号输出插座（4）、传感器底座（5）、传感器上盖（6）、半开口弹性金属卡环（7）、传感器固定螺钉（8）、电路板固定螺钉（9）、磁铁固定螺钉（10），所述传感器由传感器固定螺钉（8）固定于高压断路器的被测位置壳体上，通过联轴器及连接轴（3）与高压断路器操动机构的被测转轴连接，永久磁铁（1）由磁铁固定螺钉（10）固定于连接轴端并与经半开口弹性金属卡环（7）径向锁紧且和传感器底座（5）过盈装配的连接轴同步转动，被测轴转动的角位移信息经由电路板固定螺钉（9）固定于传感器底座（5）内的磁敏元件与检测电路板（2）检测并转换为数字信号后通过固定于传感器上盖（6）内的信号输出插座（4）输出；其特征是：所述磁敏元件与检测电路板（2）由X方向磁敏元件HX1与HX2、Y方向磁敏元件HY1与HY2、电阻R1~R11、电容C1~C4、运放IC1A与IC1B、具有ADC和PWM功能的单片机IC2、输出连接件JK1组成，安装在螺纹连接的传感器上盖（6）与传感器底座（5）形成的圆柱形密封金属壳体内，磁敏元件HX1、HX2分别安装在X方向的左、右，磁敏元件HY1、HY2分别安装在Y方向的上、下，且其磁敏感点均匀分布在直径为D1的参考圆周上用于对永久磁铁（1）在电路板表面分布的磁场垂直向量进行检测，运放IC1B、电阻R1~R4和运放IC1A、电阻R5~R8组成的放大电路分别用于对X、Y方向的正交相关分量进行差分放大，放大信号V_X1‑X2、V_Y1‑Y2经电容C3、电阻R9和电容C4、电阻R10组成的低通滤波后分别送单片机IC2的两个ADC输入端，单片机 IC2对输入信号进行采样、处理后计算得到角度偏移：θ≈arctan(V_Y1‑Y2/ V_X1‑X2)，再将角度偏移θ转换为PWM格式的数字信号通过输出连接件JK1输出，R11为上拉电阻，电容 C1为解耦电容， C2为旁路电容，磁敏元件为线性霍尔元件或磁敏电阻；所述永久磁铁（1）是一个直径为D、厚度为H的厚度方向俯视平面由左侧向右侧径向磁化的双极圆形磁铁，磁性材料选稀土AlNiCo、SmCo5、NdFeB之一，厚度H≥2.5mm，磁敏感点分布参考圆直径D1≤直径D≤磁铁最大可旋转参考圆直径D2，圆形磁铁的中心轴线要对准磁敏感点分布参考圆的圆心安装；所述联轴器及连接轴（3）包括通过螺纹连接在一起的可调节联轴器和连接轴两部分，可调节联轴器由连接高压断路器操动机构转轴的联轴器输入端（5‑1）、通过螺纹与连接轴连接的联轴器输出端（5‑2）、适应不同大小被测轴的调节螺孔（5‑3）、用于被测轴锁紧的可伸缩夹片（5‑4）组成，连接轴由一根整轴通过机械加工出与可调节联轴器连接的连接螺纹（5‑5）、径向固定连接轴于传感器底座（5）的径向固定卡口（5‑6）、用于固定永久磁铁（1）的磁铁固定螺孔（5‑7）而成；所述信号输出插座（4）是一个通过外螺帽固定于传感器上盖（6）的金属外壳五芯航空插座，五芯的信号定义分别是VCC、PWMA/MOSI、SCK、PWMB/MISO、GND，可通过五芯屏蔽电缆与监测装置或仿真器连接，用于信号输出或内部单片机的仿真、调试与编程，检测信号输出是一对互补的占空比与实时检测角位移成正比的PWM波形。