探头扫描测量机构及方法
【专利摘要】本发明公开了一种探头扫描测量机构及方法，所述探头扫描测量机构用于与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合，包括旋转驱动机构、直线驱动机构、探头支架以及测量探头，所述旋转驱动机构的输出轴与所述直线驱动机构的运动轴连接，所述探头支架的第一端与所述直线驱动机构连接，所述探头支架的第二端与所述测量探头连接。所述探头扫描测量机构及方法无需额外设计绝缘子的旋转控制，运动控制简单，可实现对绝缘子表面的全覆盖扫描测量。扫描测量结束以后，可以将探头支架旋转，使探头支架贴近绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内侧，结构简单紧凑、占用体积小、节省实验装置内部空间，减少实验装置的耗气量，缩短实验时间。
【专利说明】
探头扫描测量机构及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力系统中装置内绝缘研究领域，尤其涉及一种探头扫描测量机构及方法。
【背景技术】
[0002]气体绝缘装置是电力系统中应用较为广泛的装置，相比于传统敞开式配电装置，其具有运行可靠、装置占用空间小、不受外界环境影响等优势。电力系统的气体绝缘装置中，需要用到大量的绝缘件如盆式的支撑绝缘子。气体绝缘装置在运行期间，尤其是在直流电压的作用下，气体绝缘装置内部的支撑绝缘子表面易积聚大量电荷，导致沿面闪络特性下降。因此，需要对支撑绝缘子表面电荷集聚现象进行研究，探究支撑绝缘子表面电荷的分布规律。传统的，在针对真型装置的绝缘子表面电荷测量实验装置中，探头扫描测量机构一般是由正交的直线运动机构组成，体积较大且运动控制复杂。安装在绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内时，较大的探头扫描测量机构会增加实验装置的体积，从而增加装置耗气量，增加实验时间。
【发明内容】
[0003]基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构紧凑、占用体积小、运动控制较为简单的探头扫描测量机构及方法。
[0004]其技术方案如下:
[0005]一种探头扫描测量机构，用于与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合，包括旋转驱动机构、直线驱动机构、探头支架以及测量探头，所述旋转驱动机构的输出轴与所述直线驱动机构的运动轴连接，所述探头支架的第一端与所述直线驱动机构连接，所述探头支架的第二端与所述测量探头连接。
[0006]在其中一个实施例中，所述探头扫描测量机构还包括探头旋转座，所述探头旋转座安装在所述探头支架的第二端，所述探头旋转座能够沿一 A轴转动，所述测量探头安装在所述探头旋转座上，所述测量探头能够沿与A轴相交的另一 B轴转动。
[0007]在其中一个实施例中，所述直线驱动机构的运动轴的轴线与安装后的绝缘子的轴线平行，所述A轴平行于所述直线驱动机构的运动轴的轴线，所述B轴与所述A轴垂直正交。
[0008]在其中一个实施例中，所述探头支架的第一端与所述测量探头的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子的外缘半径长度相等。
[0009]在其中一个实施例中，所述探头支架与绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内壁轮廓相匹配。
[0010]在其中一个实施例中，所述探头旋转座包括旋转座本体以及驱动所述旋转座本体沿A轴旋转的第一驱动电机，所述测量探头包括探头本体以及驱动所述探头本体沿B轴旋转的第二驱动电机。
[0011]在其中一个实施例中，所述旋转驱动机构为旋转电机，所述直线驱动机构为直线电机，所述旋转电机、驱动电机、第一驱动电机以及第二驱动电机为伺服电机或步进电机。
[0012]在其中一个实施例中，所述探头扫描测量机构还包括控制系统，所述控制系统与所述旋转电机、驱动电机、第一驱动电机以及第二驱动电机电性连接。
[0013]—种探头扫描测量方法，包括以下步骤:
[0014]探头支架的第一端与绝缘子的外缘的任一点正对，安装在探头支架的第二端的测量探头的测量中心与绝缘子的外缘的另一点相对；
[0015]旋转驱动机构控制与其输出轴连接的直线驱动机构的运动轴转动，带动安装在直线驱动机构上的探头支架旋转，使测量探头从绝缘子的外缘任一点逐渐向内圈移动，依次到达每一个测量位置；
[0016]测量探头每位于一个测量位置时，直线驱动机构沿其运动轴直线运动，控制测量探头的测量中心与绝缘子的表面保持需要的测量距离，外设的旋转装置控制绝缘子旋转一圈，测量探头完成在该位置时对绝缘子一圈的电荷测量；
[0017]测量探头移动至绝缘子的中心，完成对绝缘子的全覆盖扫描测量。
[0018]在其中一个实施例中，测量探头每位于一个测量位置之后，外设的旋转装置控制绝缘子旋转一圈之前，还包括以下步骤:
[0019]安装在探头支架与测量探头之间的探头旋转座绕一A轴旋转，测量探头绕与A轴相交的另一 B轴旋转，使测量探头的测量中心正对绝缘子的待测表面。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021]所述探头扫描测量机构使用时安装在绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内部，与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合使用。旋转驱动机构可带动直线驱动机构绕运动轴的轴线作旋转运动，直线驱动机构能够沿其自身的运动轴作直线运动，进而带动探头支架运动，实现探头支架上的测量探头的运动控制。通过旋转驱动机构、直线驱动机构的驱动，测量探头能够沿绝缘子的外缘逐渐向绝缘子的内圈移动，且测量探头与绝缘子之间的检测距离能够改变，配合旋转装置对绝缘子的旋转控制，能够实现对绝缘子表面的全覆盖扫描测量。所述探头扫描测量机构与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合使用，无需额外设计绝缘子的旋转控制，运动控制较为简单，可实现对绝缘子表面的全覆盖扫描测量。并且，扫描测量结束以后，可以将探头支架旋转，使探头支架贴近绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内侧，结构简单紧凑、占用体积小、不会增大实验装置的体积，可减少实验装置的耗气量，缩短实验时间。
[0022]所述探头扫描测量方法，无需额外控制绝缘子的转动，测量方法较为简单，能够有效完成对绝缘子表面的全覆盖扫描测量，扫描无盲区。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例所述的探头扫描测量机构的结构示意图；
[0024]图2为本发明实施例所述的探头扫描测量机构的测量运动示意图；
[0025]图3为本发明实施例所述的探头扫描测量方法的流程示意图。
[0026]附图标记说明:
[0027]10、旋转驱动机构，110、输出轴，20、直线驱动机构，210、运动轴，30、探头支架，40、测量探头，50、探头旋转座。
【具体实施方式】
[0028]下面对本发明的实施例进行详细说明:
[0029]如图1所示，一种探头扫描测量机构，用于与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合，包括旋转驱动机构10、直线驱动机构20、探头支架30以及测量探头40。所述旋转驱动机构10的输出轴110与所述直线驱动机构20的运动轴210连接，所述探头支架30的第一端与所述直线驱动机构20连接，所述探头支架30的第二端与所述测量探头40连接。本实施例中，所述旋转驱动机构1为旋转电机，所述直线驱动机构20为直线电机，具体的，旋转电机与直线电机可以为伺服电机或步进电机，可实现自动控制且控制精度高。
[0030]所述探头扫描测量机构使用时安装在绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内部，与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合使用。旋转驱动机构10可带动直线驱动机构20绕运动轴210的轴线作旋转运动，直线驱动机构20能够沿其自身的运动轴210作直线运动，进而带动探头支架30运动，实现探头支架30上的测量探头40的运动控制。通过旋转驱动机构10、直线驱动机构20的驱动，测量探头40能够沿绝缘子的外缘逐渐向绝缘子的内圈移动，且测量探头40与绝缘子之间的检测距离能够改变，配合旋转装置对绝缘子的旋转控制，能够实现对绝缘子表面的全覆盖扫描测量。所述探头扫描测量机构与外设的能够使绝缘子旋转的旋转装置配合使用，无需额外设计绝缘子的旋转控制，结构简单、运动控制较为简单，可实现对绝缘子表面的全覆盖扫描测量。并且，扫描测量结束以后，可以进一步将探头支架30旋转，使探头支架30贴近绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内侧，结构简单紧凑、占用体积小、节省实验装置内部空间，减少实验装置的耗气量，缩短实验时间。
[0031]进一步的，所述探头支架30与绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内壁轮廓相匹配，扫描测量结束以后，将探头支架30旋转使其贴近绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内侧时，探头支架30能够与腔体外壳的内壁较紧密的贴合，进一步节省空间、减少空间占用。本实施例中，所述探头支架30呈圆弧形。一般的绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳为气密金属罐体，腔体外壳呈圆筒状，将探头支架30设计为圆弧形，能够与腔体外壳内壁贴合，节省空间。
[0032]所述探头扫描测量机构还包括探头旋转座50，所述探头旋转座50安装在所述探头支架30的第二端，所述探头旋转座50能够沿一 A轴转动，所述测量探头40安装在所述探头旋转座50上，所述测量探头40能够沿与A轴相交的另一 B轴转动。通过设置探头旋转座50，探头旋转座50自身能够绕A轴旋转，测量探头40的位置会随着探头旋转座50的旋转而移动，且测量探头40自身又能够绕B轴旋转，进而能够保证测量探头40在各个测量位置均正对绝缘子的待测表面，不会出现测量盲区、测量结果更加精确。本实施例中，所述直线驱动机构20的运动轴210的轴线与安装后的绝缘子的轴线平行，所述A轴平行于所述直线驱动机构的运动轴210的轴线，所述B轴与所述A轴垂直正交。采用上述设置，一方面能够简化测量探头40的运动控制，测量探头40通过较为简单的算法控制即可与绝缘子的表面正对，另一方面，B轴与A轴垂直正交，能够有效调整测量探头40的测量中心位置，使测量探头40在不同测量位置时能够始终正对待测绝缘子的表面。
[0033]具体的，所述探头旋转座50包括旋转座本体以及驱动所述旋转座本体沿A轴旋转的第一驱动电机，所述测量探头40包括探头本体以及驱动所述探头本体沿B轴旋转的第二驱动电机。旋转座本体在第一驱动电机的驱动作用下绕A轴旋转，探头本体在第二驱动电机的作用下绕B轴旋转。本实施例中，第一驱动电机、第二驱动电机为伺服电机或步进电机，可实现自动控制且控制精度高。所述探头扫描测量机构还包括控制系统，所述控制系统与所述旋转电机、驱动电机、第一驱动电机以及第二驱动电机电性连接。控制系统能够控制各个电机的旋转或直线运动方向、运动速度、旋转角度或直线移动距离，进而精确控制测量探头40的运动，实现测量探头40对绝缘子表面的测量，运动控制较为简单、控制精度高。
[0034]本实施例中，所述探头支架30的第一端与所述测量探头40的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子的外缘半径长度相等。进而，初始安装本实施例所述的探头扫描测量机构时，可将探头支架30的第一端与绝缘子的外缘的任一点正对，测量探头40的测量中心与绝缘子的外缘的另一点正对。当测量过程中测量探头40逐渐向内圈移动时，测量探头40能够沿着一段中心角为60°的圆弧移动，当测量探头40移动至与绝缘子的中心相对时，即完成了对绝缘子的全覆盖扫描测量。图2中示意出了绝缘子的待测投影面，其中R点表示测量探头40初始设置位置，O点表示测量结束时测量探头40的设置位置，圆弧RO表示测量过程中测量探头40的移动轨迹。本实施例的探头扫描测量机构测量时，也可以O点为测量初始点，以R点为测量终点，测量的顺序并不受限制。所述探头扫描测量机构测量路径规划合理，运动控制简单精确。
[0035]本实施例所述的探头扫描测量机构的工作过程如下:将所述探头扫描测量机构安装在绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内部，与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合使用，测量探头40与绝缘子的待测表面相对。将探头支架30的第一端与绝缘子的外缘的任一点正对，测量探头40的测量中心与绝缘子的外缘的另一点相对。旋转驱动机构10控制测量探头40沿着圆弧移动，从绝缘子的外缘任一点逐渐向内圈移动，依次到达每一个测量位置。测量探头40每位于一个测量位置时，直线驱动机构20控制测量探头40与绝缘子的表面保持需要的测量距离，探头旋转座50与测量探头40转动以使测量探头40正对绝缘子的表面，旋转装置控制绝缘子旋转一圈，测量探头40完成在该测量位置时对绝缘子一圈的电荷测量。当测量探头40移动至绝缘子的中心时，即完成了对绝缘子的全覆盖精确扫描测量。
[0036]如图2、图3所示，一种探头扫描测量方法，包括以下步骤:
[0037]S100:探头支架30的第一端与绝缘子的外缘的任一点正对，安装在探头支架30的第二端的测量探头40的测量中心与绝缘子的外缘的另一点相对；
[0038]S200:旋转驱动机构10控制与其输出轴110连接的直线驱动机构20的运动轴210转动，带动安装在直线驱动机构20上的探头支架30旋转，使测量探头40从绝缘子的外缘任一点逐渐向内圈移动，依次到达每一个测量位置；
[0039]S300:测量探头40每位于一个测量位置时，直线驱动机构20沿其运动轴210直线运动，控制测量探头40的测量中心与绝缘子的表面保持需要的测量距离，外设的旋转装置控制绝缘子旋转一圈，测量探头40完成在该位置时对绝缘子一圈的电荷测量；
[0040]S400:测量探头40移动至绝缘子的中心，完成对绝缘子的全覆盖扫描测量。
[0041 ]所述探头扫描测量方法，无需额外控制绝缘子的转动，测量方法较为简单，能够有效完成对绝缘子表面的全覆盖扫描测量，扫描无盲区。
[0042]进一步的，测量探头40每位于一个测量位置之后，外设的旋转装置控制绝缘子旋转一圈之前，还包括以下步骤:安装在探头支架30与测量探头40之间的探头旋转座50绕一 A轴旋转，测量探头40绕与A轴相交的另一 B轴旋转，使测量探头40的测量中心正对绝缘子的待测表面。探头旋转座50自身能够绕A轴旋转，测量探头40的位置会随着探头旋转座50的旋转而移动，且测量探头40自身又能够绕B轴旋转，进而能够保证测量探头40在每个测量位置均正对待测绝缘子的表面，不会出现测量盲区、测量结果更加精确。
[0043]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0044]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种探头扫描测量机构，其特征在于，用于与能够使绝缘子旋转的旋转装置配合，包括旋转驱动机构、直线驱动机构、探头支架以及测量探头，所述旋转驱动机构的输出轴与所述直线驱动机构的运动轴连接，所述探头支架的第一端与所述直线驱动机构连接，所述探头支架的第二端与所述测量探头连接。2.根据权利要求1所述的探头扫描测量机构，其特征在于，还包括探头旋转座，所述探头旋转座安装在所述探头支架的第二端，所述探头旋转座能够沿一 A轴转动，所述测量探头安装在所述探头旋转座上，所述测量探头能够沿与A轴相交的另一 B轴转动。3.根据权利要求2所述的探头扫描测量机构，其特征在于，所述直线驱动机构的运动轴的轴线与安装后的绝缘子的轴线平行，所述A轴平行于所述直线驱动机构的运动轴的轴线，所述B轴与所述A轴垂直正交。4.根据权利要求3所述的探头扫描测量机构，其特征在于，所述探头支架的第一端与所述测量探头的测量中心之间的直线连线长度与绝缘子的外缘半径长度相等。5.根据权利要求2-4任一项所述的探头扫描测量机构，其特征在于，所述探头支架与绝缘子表面电荷测量实验装置的腔体外壳内壁轮廓相匹配。6.根据权利要求5所述的探头扫描测量机构，其特征在于，所述探头旋转座包括旋转座本体以及驱动所述旋转座本体沿A轴旋转的第一驱动电机，所述测量探头包括探头本体以及驱动所述探头本体沿B轴旋转的第二驱动电机。7.根据权利要求6所述的探头扫描测量机构，其特征在于，所述旋转驱动机构为旋转电机，所述直线驱动机构为直线电机，所述旋转电机、驱动电机、第一驱动电机以及第二驱动电机为伺服电机或步进电机。8.根据权利要求7所述的探头扫描测量机构，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统与所述旋转电机、驱动电机、第一驱动电机以及第二驱动电机电性连接。9.一种探头扫描测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 探头支架的第一端与绝缘子的外缘的任一点正对，安装在探头支架的第二端的测量探头的测量中心与绝缘子的外缘的另一点相对； 旋转驱动机构控制与其输出轴连接的直线驱动机构的运动轴转动，带动安装在直线驱动机构上的探头支架旋转，使测量探头从绝缘子的外缘任一点逐渐向内圈移动，依次到达每一个测量位置； 测量探头每位于一个测量位置时，直线驱动机构沿其运动轴直线运动，控制测量探头的测量中心与绝缘子的表面保持需要的测量距离，外设的旋转装置控制绝缘子旋转一圈，测量探头完成在该位置时对绝缘子一圈的电荷测量； 测量探头移动至绝缘子的中心，完成对绝缘子的全覆盖扫描测量。10.根据权利要求9所述的探头扫描测量方法，其特征在于，测量探头每位于一个测量位置之后，外设的旋转装置控制绝缘子旋转一圈之前，还包括以下步骤: 安装在探头支架与测量探头之间的探头旋转座绕一 A轴旋转，测量探头绕与A轴相交的另一 B轴旋转，使测量探头的测量中心正对绝缘子的待测表面。
【文档编号】G01R29/24GK106093610SQ201610387707
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610387707.1, CN 106093610 A, CN 106093610A, CN 201610387707, CN-A-106093610, CN106093610 A, CN106093610A, CN201610387707, CN201610387707.1
【发明人】王邸博, 傅明利, 卓然, 田野, 侯帅, 惠宝军, 唐炬, 潘成
【申请人】南方电网科学研究院有限责任公司, 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 武汉大学