專利名稱：機械指針式sf6密度實時在線監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種氣體密度檢測領(lǐng)域的裝置，具體是ー種基于霍爾磁元件且具有遠傳功能的機械指針式SF6密度實時在線監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)逐步發(fā)展成為以大容量、超高壓的電力網(wǎng)絡(luò)以及各種高電壓等級的變電站網(wǎng)絡(luò)星羅棋布，六氟化硫絕緣的電氣產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用在電カ部門，エ礦企業(yè)，促進了電カ行業(yè)的快速發(fā)展。保證六氟化硫絕緣的電氣產(chǎn)品的可靠安全運行已成為電カ部門的重要任務(wù)之一。六氟化硫絕緣的電氣產(chǎn)品的滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)是六氟化硫氣體，不能發(fā)生漏氣，若發(fā)生漏氣，就不能保證六氟化硫絕緣的電氣產(chǎn)品可靠安全運行。所以實時在線監(jiān)控六氟化硫絕緣的電氣產(chǎn)品的六氟化硫氣體密度是十分必要的。 傳統(tǒng)的指針式六氟化硫密度繼電器就是隨時檢測六氟化硫絕緣的電氣產(chǎn)品狀態(tài)的檢測儀表，在檢測到六氟化硫絕緣的電氣產(chǎn)品六氟化硫氣體發(fā)生漏氣或壓力不足時能夠現(xiàn)場顯示密度值，且還具有報警及閉鎖功能。指針式六氟化硫密度繼電器具有可靠直觀等特點，但指針式六氟化硫密度繼電器存在不能實時傳輸六氟化硫密度信號的問題。為解決實時監(jiān)控的遠傳數(shù)據(jù)問題通常采用的技術(shù)是將ニ套相互獨立的測量單元(指針式密度繼電器部分與電子壓力及溫度傳感器部分)嵌入同一個SF6氣路。但該類技術(shù)存在因ニ套相互獨立而且測量原理不同的傳感器嵌入同一個SF6氣路易造成SF6氣體泄漏的風(fēng)險；并因測量原理不同的ニ套相互獨立傳感器極易造成測量結(jié)果不一致(遠傳信號值與現(xiàn)場顯示值的不一致)從而造成監(jiān)控系統(tǒng)誤判的故障。中國專利文獻號CN202084170U，
公開日2011-12-21，公開了ー種“非接觸式SF6密度繼電器信號傳輸模塊”，涉及一種氣體密度繼電器檢測裝置，包括至少ー個控制終端，密度繼電器檢驗儀、無線傳輸單元、信號接收模塊，控制終端包括有開關(guān)量檢測單元、微處理器、射頻模塊，開關(guān)量檢測單元采集開關(guān)狀態(tài)信號，射頻模塊用于傳輸開關(guān)狀態(tài)信號；信號接收模塊接收開關(guān)狀態(tài)信號，該技術(shù)采用霍爾直流電流傳感器準(zhǔn)確判斷繼電器開關(guān)狀態(tài)；通過射頻技術(shù)實現(xiàn)遠距離繼電器狀態(tài)傳輸和遠距離觸點狀態(tài)輸出。但該技術(shù)只能非接觸式檢測開關(guān)量信號，不能檢測連續(xù)SF6密度模擬信號。中國專利文獻號CN101750102，
公開日2010_06_23，記載了ー種“磁電旋轉(zhuǎn)編碼
器以及磁電式的旋轉(zhuǎn)角度測量方法”，該裝置包括磁電感應(yīng)單元、旋轉(zhuǎn)磁鐵以及外接微處理器。磁電感應(yīng)單元設(shè)置在控制對象上，用于根據(jù)控制對象表面上的磁場變化產(chǎn)生ー個電壓，并根據(jù)電壓計算出表示控制對象角度信息的編碼值。旋轉(zhuǎn)磁鐵無接觸式地安裝在磁電感應(yīng)単元的上方，且旋轉(zhuǎn)磁鐵的軸心位置固定不變。外接微處理器與磁電感應(yīng)單元相連，用于讀取磁電感應(yīng)單元計算出的編碼值，并輸出控制信號。但該技術(shù)直接測量磁電感應(yīng)単元根據(jù)磁場變化產(chǎn)生的ー個微弱電壓，井根據(jù)電壓計算出表示控制對象角度信息的編碼值，容易受到外界信號干擾導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差較大。綜上所述，現(xiàn)階段急需解決檢測裝置由于其測試原理不同，使得SF6密度遠傳信號值與現(xiàn)場顯示值時常發(fā)生不一致的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種機械指針式SF6密度實時在線監(jiān)控裝置，采用非接觸式磁角度編碼器直接檢測指針偏轉(zhuǎn)角度獲得SF6密度實時信號的技術(shù)，無需在SF6氣路中再安裝壓カ及溫度傳感器，可減少SF6發(fā)生漏氣的風(fēng)險。本發(fā)明可解決因采用測量原理不同的ニ套相互獨立傳感器造成的測量結(jié)果不一致，導(dǎo)致SF6密度遠傳信號值與現(xiàn)場顯示值的不一致問題，以及指針式六氟化硫密度繼電器因無遠距離傳輸SF6密度信號的功能而不能實時監(jiān)控問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括機械指針檢測機構(gòu)、設(shè)置于機械指針檢測機構(gòu)的指針頂部的強度在±45mT至±75mT范圍內(nèi)直徑為6mm的徑向磁場、設(shè)置 于機械指針檢測機構(gòu)的刻度盤和指針之間且能夠自動對中的非接觸式磁角度編碼模塊、與非接觸式磁角度編碼模塊相連的數(shù)字信號處理單元，其中非接觸式磁角度編碼模塊通過檢測機械指針檢測機構(gòu)的指針以軸芯為中心的旋轉(zhuǎn)徑向磁場變化量，并輸出傳感器坐標(biāo)矩陣至數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元對絕對值角度編碼值進行數(shù)字平均值處理以消除外部信號干擾對測量的影響并經(jīng)數(shù)字信號處理單元數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大處理后以4-20mA的模擬信號形式輸出。所述的非接觸式磁角度編碼模塊包括采用X-Y分組配置的傳感器陣列以及前端模擬放大器、Σ -Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及輸出接ロ単元，其中傳感器陣列的Y組陣列和X組陣列分別與對應(yīng)方向的前端模擬放大器相連并輸出第一差分信號Y1-Y2和第二差分信號X1-X2，前端模擬放大器與Σ -Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，將差分信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出至輸出接ロ単元，通過輸出接ロ単元將傳感器坐標(biāo)矩陣輸出至數(shù)字信號處理單元。所述的數(shù)字信號處理單元讀取從磁角度編碼器輸出的絕對值角度經(jīng)三角函數(shù)計算以解決SF6密度信號與偏轉(zhuǎn)角度的非線性關(guān)系，以確保SF6密度遠傳信號值與現(xiàn)場顯示值保持一致，該數(shù)字信號處理單元包括三角函數(shù)計算單元、數(shù)字濾波模塊、編碼単元、存儲器以及依次與編碼單元相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和放大模塊，其中三角函數(shù)計算單元接收非接觸式磁角度編碼模塊輸出的傳感器坐標(biāo)矩陣井根據(jù)兩組差分數(shù)字信號得到正弦向量和余弦向量以及其兩者比值的反正切函數(shù)，存儲器輸出預(yù)存的角度預(yù)設(shè)值至三角函數(shù)計算単元經(jīng)疊加后輸出角度絕對值至數(shù)字濾波模塊，數(shù)字濾波模塊采用滑動平均濾波法對讀取得到三角函數(shù)計算單元輸出的被測角度絕對值進行濾波并輸出至編碼單元，編碼單元根據(jù)角度絕對值進行編碼后依次輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和放大模塊，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大處理后以
4-20mA的模擬信號形式輸出。所述的非接觸式磁角度編碼模塊及數(shù)字信號處理單元集成于具有自動對中結(jié)構(gòu)的扇形電路板上，其中非接觸式磁角度編碼模塊位于扇形電路板采用等腰三角原理設(shè)計的舌形區(qū)域，具有與指針式六氟化硫密度繼電器機械檢測機構(gòu)對中固定功能，以確保旋轉(zhuǎn)的徑向磁場與非接觸式磁角度編碼器相對位置正確。所述的指針、非接觸式磁角度編碼模塊和扇形電路板依次由上而下設(shè)置于密度繼電器的儀表刻度盤的下方。本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)徑向磁場的變化，非接觸式直接檢測指針磁偏轉(zhuǎn)角度，獲得SF6密度信號經(jīng)數(shù)字信號處理單元處理后，分別以模擬量電流信號(4-20mA)及以MODBUS協(xié)議的RS485串行通訊數(shù)字信號輸出；可廣泛應(yīng)用于六氟化硫絕緣的組合電器、斷路器、柱上開關(guān)、變壓器和互感器。


圖I為本發(fā)明示意圖。圖2為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為機械指針檢測機構(gòu)示意圖。圖4為信號處理模塊正視圖。圖5為霍爾傳感器陣列示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例如圖I-圖3所示，本實施例包括機械指針檢測機構(gòu)I、設(shè)置于機械指針檢測機構(gòu)I的指針4頂部的強度在±45mT至±75mT范圍內(nèi)直徑為6mm的徑向磁場2、設(shè)置于機械指針檢測機構(gòu)I的刻度盤3和指針4之間且能夠自動對中的非接觸式磁角度編碼模塊5、與非接觸式磁角度編碼模塊5相連的數(shù)字信號處理單元6，其中非接觸式磁角度編碼模塊5通過檢測機械指針檢測機構(gòu)I的指針4以軸芯為中心的旋轉(zhuǎn)徑向磁場2變化量，并輸出該變化量的絕對值角度編碼值至數(shù)字信號處理單元6，數(shù)字信號處理單元6對絕對值角度編碼值進行數(shù)字平均值處理以消除外部信號干擾對測量的影響并依次經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大處理后以4-20mA的模擬信號形式輸出。所述的非接觸式磁角度編碼模塊5包括采用X-Y分組配置的傳感器陣列9以及前端模擬放大器10、Σ -Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換器11以及輸出接ロ単元12，其中傳感器陣列9的Y組陣列和X組陣列分別與對應(yīng)方向的前端模擬放大器10相連并輸出第一差分信號Υ1-Υ2和第二差分信號Χ1-Χ2，前端模擬放大器10與Σ -Λ模數(shù)轉(zhuǎn)換器11相連，將差分信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出至輸出接ロ單元12，通過輸出接ロ單元12將傳感器坐標(biāo)矩陣輸出至數(shù)字信號處理單兀6。如圖5所示，所述的傳感器陣列9采用的是半徑為I. Imm的環(huán)形霍爾傳感器陣列18，該陣列18內(nèi)的霍爾磁元件以ニ維正交方式排列，且環(huán)形霍爾傳感器陣列18的圓心O正對機械指針檢測機構(gòu)的指針軸17。所述的數(shù)字信號處理單元6讀取從磁角度編碼器輸出的絕對值角度經(jīng)三角函數(shù)計算以解決SF6密度信號與偏轉(zhuǎn)角度的非線性關(guān)系，以確保SF6密度遠傳信號值與現(xiàn)場顯示值保持一致，該數(shù)字信號處理單元6包括三角函數(shù)計算單元13、數(shù)字濾波模塊14、編碼單元15、存儲器16以及依次與編碼單元15相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7和放大模塊8，其中三角函數(shù)計算單元13接收非接觸式磁角度編碼模塊5輸出的傳感器坐標(biāo)矩陣井根據(jù)兩組差分數(shù)字信號得到正弦向量和余弦向量以及其兩者比值的反正切函數(shù)，存儲器16輸出預(yù)存的角度預(yù)設(shè)值至三角函數(shù)計算單元13經(jīng)疊加后輸出角度絕對值至數(shù)字濾波模塊14，數(shù)字濾波模塊14采用滑動平均濾波法對角度絕對值進行濾波并輸出至編碼單元15，編碼單元15根據(jù)角度絕對值進行編碼后依次輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7和放大模塊8，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大處理后以4-20mA的模擬信號形式輸出。所述的滑動平均濾波法是指滑動平均濾波法把若干測量數(shù)據(jù)看成ー個隊列，隊列的長度為固定自然常數(shù)N，每進行一次新的采樣，把測量結(jié)果放入隊尾，而去掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)；通過將經(jīng)三角函數(shù)計算單元13計算后獲得的輸出角度絕對值的N個測量數(shù)據(jù)排列設(shè)置為長度固定為N的隊列，并以隊列方式進行以下處理
權(quán)利要求
1.一種機械指針式SF6密度實時在線監(jiān)控裝置，其特征在于，包括機械指針檢測機構(gòu)、設(shè)置于機械指針檢測機構(gòu)的指針頂部的強度在±45mT至±75mT范圍內(nèi)直徑為6mm的徑向磁場、設(shè)置于機械指針檢測機構(gòu)的刻度盤和指針之間且能夠自動對中的非接觸式磁角度編碼模塊、與非接觸式磁角度編碼模塊相連的數(shù)字信號處理單元，其中非接觸式磁角度編碼模塊通過檢測機械指針檢測機構(gòu)的指針以軸芯為中心的旋轉(zhuǎn)徑向磁場變化量，并輸出傳感器坐標(biāo)矩陣至數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元對絕對值角度編碼值進行數(shù)字平均值處理以消除外部信號干擾對測量的影響并經(jīng)數(shù)字信號處理單元數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大處理后以4-20mA的模擬信號形式輸出； 所述的非接觸式磁角度編碼模塊包括采用X-Y分組配置的傳感器陣列以及前端模擬放大器、Σ -Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及輸出接ロ単元，其中傳感器陣列的Y組陣列和X組陣列分別與對應(yīng)方向的前端模擬放大器相連并輸出第一差分信號Y1-Y2和第二差分信號X1-X2，前端模擬放大器與Σ -Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，將差分信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出至輸出接ロ單元，通過輸出接ロ単元將傳感器坐標(biāo)矩陣輸出至數(shù)字信號處理單元； 所述的傳感器陣列采用的是半徑為I. Imm的環(huán)形霍爾傳感器陣列，該陣列內(nèi)的霍爾磁元件以ニ維正交方式排列，且環(huán)形霍爾傳感器陣列的圓心正對機械指針檢測機構(gòu)； 所述的數(shù)字信號處理單元讀取從磁角度編碼器輸出的絕對值角度經(jīng)三角函數(shù)計算以解決SF6密度信號與偏轉(zhuǎn)角度的非線性關(guān)系，以確保SF6密度遠傳信號值與現(xiàn)場顯示值保持一致，該數(shù)字信號處理單元包括三角函數(shù)計算單元、數(shù)字濾波模塊、編碼単元、存儲器以及依次與編碼單元相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和放大模塊，其中三角函數(shù)計算單元接收非接觸式磁角度編碼模塊輸出的傳感器坐標(biāo)矩陣井根據(jù)兩組差分數(shù)字信號得到正弦向量和余弦向量以及其兩者比值的反正切函數(shù)，存儲器輸出預(yù)存的角度預(yù)設(shè)值至三角函數(shù)計算單元經(jīng)疊加后輸出角度絕對值至數(shù)字濾波模塊，數(shù)字濾波模塊采用滑動平均濾波法對讀取得到三角函數(shù)計算單元輸出的被測角度絕對值進行濾波并輸出至編碼單元，編碼單元根據(jù)角度絕對值進行編碼后依次輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和放大模塊，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大處理后以4-20mA的模擬信號形式輸出； 所述的非接觸式磁角度編碼模塊及數(shù)字信號處理單元集成于具有自動對中結(jié)構(gòu)的扇形電路板上，其中非接觸式磁角度編碼模塊位于扇形電路板采用等腰三角原理設(shè)計的舌形區(qū)域，具有與指針式六氟化硫密度繼電器機械檢測機構(gòu)對中固定功能，以確保旋轉(zhuǎn)的徑向磁場與非接觸式磁角度編碼器相對位置正確。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機械式指針儀表偏轉(zhuǎn)角度的直接測量系統(tǒng)，其特征是，所述的滑動平均濾波法是指滑動平均濾波法把若干測量數(shù)據(jù)看成ー個隊列，隊列的長度為固定自然常數(shù)N，每進行一次新的采樣，把測量結(jié)果放入隊尾，而去掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)；通過將經(jīng)三角函數(shù)計算單元計算后獲得的輸出角度絕對值的N個測量數(shù)據(jù)排列設(shè)置為長度固定為N的隊列，并以隊列方式進行以下處理
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機械式指針儀表偏轉(zhuǎn)角度的直接測量系統(tǒng)，其特征是，所述的滑動平均項數(shù)N為7-15。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機械式指針儀表偏轉(zhuǎn)角度的直接測量系統(tǒng)，其特征是，所述的非接觸式磁角度編碼模塊及數(shù)字信號處理單元集成于具有自動對中結(jié)構(gòu)的扇形電路板上，其中非接觸式磁角度編碼模塊位于扇形電路板的正中舌形區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的機械式指針儀表偏轉(zhuǎn)角度的直接測量系統(tǒng)，其特征是，所述的機械指針檢測機構(gòu)包括依次設(shè)置的指針軸、指針和磁鋼，其中磁鋼設(shè)置于指針的末端，指針的轉(zhuǎn)動范圍正對非接觸式磁角度編碼模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機械式指針儀表偏轉(zhuǎn)角度的直接測量系統(tǒng)，其特征是，所述的磁鋼的磁場為徑向設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機械式指針儀表偏轉(zhuǎn)角度的直接測量系統(tǒng)，其特征是，所述的指針、非接觸式磁角度編碼模塊和扇形電路板依次由上而下設(shè)置于密度繼電器的儀表刻度盤的下方。
全文摘要
一種氣體密度檢測技術(shù)領(lǐng)域的機械指針式SF6密度實時在線監(jiān)控裝置，包括機械指針檢測機構(gòu)、設(shè)置于機械指針檢測機構(gòu)的指針頂部的強度在±45mT至±75mT范圍內(nèi)直徑為6mm的徑向磁場、設(shè)置于機械指針檢測機構(gòu)的刻度盤和指針之間且能夠自動對中的非接觸式磁角度編碼模塊、與非接觸式磁角度編碼模塊相連的數(shù)字信號處理單元，本發(fā)明采用非接觸式磁角度編碼器直接檢測指針偏轉(zhuǎn)角度獲得SF6密度實時信號的技術(shù)，無需在SF6氣路中再安裝壓力及溫度傳感器，可減少SF6發(fā)生漏氣的風(fēng)險。
文檔編號G01N9/00GK102680357SQ20121018019
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者林黎明 申請人:上海景芯電子科技有限公司