专利名称:开关电器行程特性测量仪的制作方法
本测量仪属于电器检测设备技术领域：
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现行测量开关电器行程一时间特性的仪器和方法主要有三种1.滑块法利用机械滑动块(触点)随电器动触头运动，获得移动距离、位置的电信号由示波器记录。缺点是不可靠(接触跳动)；不能反映往复反向运动；不能与计算机联接。
2.转鼓画线法将带有同步电动机恒速转动的转鼓装在电器(高压开关)上，画线笔与可动部件联动，直接画出行程随时间之变化曲线。缺点是结构笨重，使用不方便；不能与微机相联。
3.光栅一微机方法利用双列正交光栅获取信号，用微机取光栅行程信号，用软件处理得到行程特性。光源、光电转换部分装在被试电器上(参见“高压电器”杂志，1984年第四期)。其不足之处在于无法在带电运行电器上使用，分辨率不高，不适于小行程测量。
为克服以上测量仪器与方法之不足，实现带电电器在线监测，实时输出；并有数字与模拟两种输出，既可与微机系统相连，也可作独立模拟量输出示波器测量；既可用于高压开关电器的运动行程特性测量，又可用于低压开关电器运动行程特性的测量，特发明了本仪器。
本仪器是在前述第三类方法基础上改进发明的。主要点是①采用光纤光栅式传感器。②采用新的硬件线路代替软件处理。
本测量仪由光纤光栅式行程传感器和脉冲电子线路两个部分构成，光纤光栅式传感器由随电器运动部件联动的动光栅，静光栅与光缆组成。脉冲电子线路部分由光电平衡放大与微分处理电路，逻辑处理电路，计数电路，数模转换电路组成。
本测量仪由于(1)用光缆传输信号，仪器的测量部分与被试开关可以远离，不受干扰；可以隔离高电压，可以用于开关运行带电状态测量，实现在线监测。
(2)采用硬件逻辑处理方法获得行程脉冲计数，适于高速运动行程测量，准确，可靠。
(3)既可与微机系统相联，也可以用示波器测量实时行程波形。与微机相连，可利用软件计算各种动作过程参数(如时间，速度瞬时值，平均值等)。用示波器可在车间，现场代替现有其它方法使用。
附图为本测量仪一具体实施例。
图1为光纤光栅式行程传感器的结构图。
图2为本测量仪测量线路组成图。
图3中A、B为光电放大部分提供的行程脉冲信号。(＋)，(－)为加减计数电路输入之脉冲信号。
其结构原理详述如下光纤光栅式行程传感器的结构如图1所示，由装在传感器支座上的静光栅①，动光栅②，光缆③组成。动光栅与电器的运动部件相联，光纤的入射光经静、动光栅反射，由同轴的另一部分光纤传送给后面的电子线路处理。
静光栅(见图1中放大图①)是由金属薄片加工成左右两半相互错位(正交)的条形缝，缝宽与间距大小由行程测量需要的最小分辨率决定，加工后表面做发黑处理。
动光栅(见图1中放大图②)由敷铜板制作加工成与静光栅具有相同缝宽及间距的条、缝。缝中充填深色高吸收率填料(称为填黑)本例中填充的是炭黑。金属铜表面(即条表面)是经镀金，抛光处理的强反射面，缝表面为强吸收面，动光栅的光栅部分长度由被测行程决定。
光缆(见图1中放大图③)是两支同轴双芯光纤束，并列装在铜端套中，光纤束是多股石英光纤(直径50－100μm)。端部经光学抛光处理。每支同轴双芯光纤束中，内芯a是入射光通道，外芯b是反射光通道，即反映传感信号OA，OB。光缆之另外一端(图中未示出)是四支单芯光缆。分别对应两路入射光和两路反射光通道，光缆的两支光纤束位置在传感中与动静光栅栅线平行。
上述传感器适用于小行程(几－几＋mm)高分辨率(≤0.1mm)的测量，如果被测行程较长(几百mm以上)，分辨率要求不高(≥2mm)，可以相应地加大栅距△(见图1)，并取消静光栅。
测量线路部分如图2所示。
由传感器来的两路行程光信号OA，OB经光电放大形成脉冲方波A，B(见图3)送到逻辑处理，可逆计数电路，得到行程一时间特性的数字量可以与微机联接。为了某些模拟测量的需要。经模数转换可提供实时模拟量行程特性。具体线路如下1.光电放大与微分处理电路由差动平衡式光电放大部分包括电平比较器和微分处理部分组成。差动放大输入两臂之一臂为传感器来的信号光，另一臂为补偿光，由同一光源分出一个分支光提供，以补偿由于光源电源脉动或发光强度改变，光电管特性变化引起的变动。电平比较器用以形成脉冲方波。微分处理可采用积分单稳电路实现。
2.逻辑处理与计数电路。可采用CMOS元件实现，以提高抗干扰能力，本电路是将光电放大部分提供的两路脉冲信号，经逻辑处理，实现对正反向运动的判断，把相应的行程脉冲前后沿(经微分处理的)窄脉冲送到可逆计数器，所有正方向移动作加计数(＋)，反方向移动作减计数(－)，用逻辑关系式表示即
(＋)＝A′
B＋
A′B＋B′A＋
B′
A(－)＝A′B＋
A′
B＋B′
A＋
B′A (A′，B′表示上升沿脉冲)于对两路行程脉冲的前沿和后沿都进行判识计数，相当于行程的计数分辨率提高了四倍，例如，对栅距0.4mm的光栅，测量分辨率为0.1mm，提高了传感器的精度。
3.数模转换，放大电路可由数模转换集成片，电压／电流转换电路(即放大器)实现。输出可接光线示波器振子，进行实时模拟波形测量。
本仪器经实验，效果与测量精度均已达到设计要求。
权利要求
1.一种利用光栅获取信号的开关电器行程特性测量仪器，其特征在于本仪器由光纤光栅式行程传感器和脉冲电子线路两部分组成，光纤光栅式传感器由随电器运动部件联动的动光栅、静光栅及光缆组成，静光栅是由金属薄片加工成左右两半正交错位的条形窄缝，动光栅加工成间隔均匀的条，缝，缝中填黑，条表面电镀抛光，形成吸收反射高反差的传感表面，光缆是由两支同轴双芯并列装在端套中的光纤束组成。
2.如权利要求
1所述的测量仪器，其特征在于脉冲电子线路部分是由光电平衡放大与微分处理电路，逻辑处理电路，计数电路，数模转换电路组成。
3.如权利要求
1，2所述的测量仪器，其特征在于脉冲电子线路部分的光电平衡放大电路由差动平衡式光电放大电路和电平比较器组成，微分处理电路可采用积分单稳电路，逻辑处理与可逆计数电路可采用CMOS元件，输出通过数模转换电路和电压电流转换电路实现。
专利摘要
开关电器行程特性测量仪属电器检测设备技术领域：
。本仪器用于测量各种开关电器的行程测量，可供带电运行状态监测使用，可为带计算机的电力系统在线监测提供条件。本仪器采用了光纤光栅式行程传感器，运用硬件逻辑处理计数电路，提供数字，模拟两种输出方式，可与微机系统相联，也可供传统示波器测量方法使用，是便携式现场适用的测量仪器。
文档编号G01R31/00GK87200703SQ87200703
公开日1988年1月13日 申请日期1987年1月26日
发明者王伯翰, 张罗平, 周平 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan