一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置及方法
【专利摘要】一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置及方法，属于电磁超声无损检测领域，包括有信号发射系统、信号接收系统、上位机和钕铁硼磁铁以及激励接收一体线圈或激励接收分离使用的线圈，其中信号发射装置发出正弦激励信号至激励线圈或激励接收一体线圈，正弦激励信号在磁场的作用下，通过线圈转化为超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧传播，在储能弹簧钢丝的损伤处发生反射，发生反射的超声波通过接收线圈或激励接收一体线圈，在磁场环境下转化为电信号，并由信号接收装置接收，将电信号传输给上位机，通过上位机分析判断储能弹簧发生的故障以及故障发生的位置，本发明在检测时，不需要将断路器退出运行，减小了工作量，操作简洁方便。
【专利说明】一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于电磁超声法的对运行中的弹簧操动机构断路器在非动作工况下储能弹簧损伤状态进行检测的检测装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国电力事业的蓬勃发展，断路器在电力系统中得到广泛的推广运用。在断路器的弹簧操动机构中，储能弹簧的好坏直接关系着弹簧操动机构的正常动作，因此储能弹簧对整个断路器的运行性能乃至整个电网的运行性能都有着非常重要的作用。当前，储能弹簧可能存在两种原因下的损伤，一方面，储能弹簧在出厂时候，弹簧的表面存在凹痕，在运输和安装过程中出现的磕伤和刮痕等意外损伤对弹簧性能和寿命有严重的影响；另一方面，在长时间的运行过程中，储能弹簧会出现疲劳裂纹扩展、蠕变裂纹扩展、甚至弹簧钢丝断裂等现象，从而导致断路器的弹簧操动机构在运行过程中出现机械故障，这对电网的安全运行构成一定的潜在威胁。
[0003]然而，目前尚未有专门针对运行中断路器在非动作工况下，对储能弹簧损伤状态进行检测的检测装置及方法。
[0004]CN101706476A公开了一种电磁超声板材自动探伤方法及其装置，采用垂直入射体波进行探伤，对较大厚度的板材进行监测。其采用电磁超声探伤探头，采用脉冲电磁铁提供磁场，具有磁场持续时间短的特点，对铁磁性和非铁磁性的板材都可以进行监测。此方法将底面和缺陷的回波相结合，减小了监测盲区。但这种方法仅适用于板材监测，不能使用在断路器储能弹簧的监测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是要解决由于断路器的储能弹簧出现损伤，给断路器以及电网的安全运行带来严重的影响，而当前现有技术中并没有专门的检测装置及方法对储能弹簧的损伤状态进行检测的问题，为此提供一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置及方法。
[0006]本发明的第一种技术方案，采用激励接收线圈分离检测模式，具体内容如下:
一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:包括有信号发射系统、信号接收系统、激励线圈和接收线圈以及上位机，并配设有两块钕铁硼磁铁，所述信号发射系统与激励线圈相连接，信号接收系统与接收线圈相连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接。
[0007]本发明中所述信号发射系统包括有方波发生电路、驱动电路、可调电源、H桥和过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路，其中方波发生电路和发射阻抗匹配电路均与上位机相连接，方波发生电路与驱动电路相连接，驱动电路与H桥相连接，H桥分别与可调电源、过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路相连接。
[0008]本发明中所述信号接收系统包括有依次构成驱动连接的接收阻抗匹配电路、前置放大器、程控带通滤波器和主放大器以及模数转换电路，所述接收阻抗匹配电路、程控带通滤波器和模数转换电路均与上位机相连接。
[0009]本发明中所述激励线圈为绕线线圈，采用直径为0.8mm-l.2mm的漆包线，缠绕匝数为15-25匝；所述接收线圈为绕线线圈，采用直径为0.4-0.6mm的漆包线，缠绕匝数为20-30匝，所述钕铁硼磁铁表面的磁场强度大于等于lOkGs。
[0010]在第一种技术方案中，采用本发明所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的检测方法，其特征是:包括有以下步骤:
第一步:打开断路器的弹簧操动机构，拆卸下弹簧操动机构的储能弹簧和储能弹簧上下侧的金属挡板，在两块金属挡板板面上的同一位置各自开设一个凹槽，将两块钕铁硼磁铁分别嵌装在两个凹槽中；
第二步:在储能弹簧上下侧端部处的储能弹簧钢丝上分别以缠绕方式安装激励线圈和接收线圈；
第三步:将储能弹簧和两块金属挡板重新安装在断路器弹簧操动机构原来的安装位置上，其中激励线圈和接收线圈分别与储能弹簧上下侧金属挡板上的钕铁硼磁铁一一对应接触；将激励线圈与信号发射系统的发射匹配电路相连接，接收线圈与信号接收系统的接收阻抗匹配电路相连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接；
第四步:通过上位机对信号发射系统给定信号发射指令，信号发射系统向激励线圈发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁、储能弹簧和激励线圈的共同作用下产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，并且沿着储能弹簧钢丝传播的超声波信号和由于储能弹簧钢丝存在损伤而发生反射的超声波信号传播至接收线圈时，被接收线圈在储能弹簧和钕铁硼磁铁的共同作用下转换为电信号；
第五步:通过上位机对信号接收系统给定信号接收指令，信号接收系统对第四步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机进行分析处理。
[0011]本发明的第二种技术方案，采用激励接收线圈一体检测模式，具体内容如下:
一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:包括有信号发射系统、信号接收系统、转换开关和激励接收一体线圈以及上位机，并配设有一块钕铁硼磁铁，所述激励接收一体线圈与转换开关相连接，转换开关分别与信号发射系统和信号接收系统对应连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接。
[0012]本发明中所述信号发射系统包括有方波发生电路、驱动电路、可调电源、H桥和过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路，其中方波发生电路和发射阻抗匹配电路均与上位机相连接，方波发生电路与驱动电路相连接，驱动电路与H桥相连接，H桥分别与可调电源、过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路相连接。
[0013]本发明中所述信号接收系统包括有依次构成驱动连接的接收阻抗匹配电路、前置放大器、程控带通滤波器和主放大器以及模数转换电路，所述接收阻抗匹配电路、程控带通滤波器和模数转换电路均与上位机相连接。
[0014]本发明中所述激励接收一体线圈为绕线线圈，由直径为0.6mm-1mm的漆包线缠绕而成，缠绕匝数为20-25匝，所述钕铁硼磁铁表面的磁场强度大于等于lOkGs。
[0015]本发明中所述激励接收一体线圈为回折线圈，回折线圈采用直径为0.6mm-0.8mm的排线电路板或柔性印刷电路板，回折圈数为15-25圈；所述钕铁硼磁铁的表面上开设有一个弧形凹槽，弧形凹槽的曲率与储能弹簧的弹簧钢丝的曲率相同，激励接收一体线圈嵌装在弧形凹槽中，所述钕铁硼磁铁表面的磁场强度大于等于lOkGs。
[0016]在第二种技术方案中，采用本发明所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的检测方法，其特征是:包括有以下步骤:
第一步:打开断路器的弹簧操动机构，拆卸下弹簧操动机构的储能弹簧和储能弹簧上侧的金属挡板，在金属挡板板面上开设一个凹槽，将钕铁硼磁铁嵌装在凹槽中；
第二步:在储能弹簧上侧端部的储能弹簧钢丝上通过缠绕方式安装激励接收一体线圈；
第三步:将储能弹簧和储能弹簧上侧的金属挡板重新安装在断路器的弹簧操动机构原来的安装位置上，其中安装在储能弹簧的上侧端口部位的激励接收一体线圈与钕铁硼磁铁对应接触；将激励接收一体线圈与转换开关相连接，转换开关上另外两个接口分别与信号发射系统和信号接收系统对应连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接；第四步:通过上位机对信号发射系统给定信号发射指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号发射系统相连接，此时信号发射系统向激励接收一体线圈发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁、储能弹簧和激励接收一体线圈的共同作用下产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧的储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，发生反射的超声波信号传播至激励接收一体线圈时，被激励接收一体线圈在储能弹簧和钕铁硼磁铁的共同作用下转换为电信号；
第五步:通过上位机对信号接收系统给定信号接收指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号接收系统相连接，信号接收系统对第四步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机进行分析处理。
[0017]在第二种技术方案中，采用本发明所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的另一种检测方法，其特征是:包括有以下步骤:
第一步:打开断路器的弹簧操动机构，在储能弹簧外部的套筒上开设一个圆孔；第二步:选取一块钕铁硼磁铁，钕铁硼磁铁的尺寸小于储能弹簧外部套筒上的圆孔的孔径，并在钕铁硼磁铁的表面上开设一个弧形凹槽，弧形凹槽的曲率与储能弹簧的弹簧钢丝的曲率相同；
第三步:在钕铁硼磁铁的弧形凹槽中嵌装激励接收一体线圈，以此构成一个传感部件；
第四步:将钕铁硼磁铁和激励接收一体线圈构成的传感部件穿过套筒上的圆孔，并直接贴在储能弹簧的储能弹簧钢丝的表面上，其中激励接收一体线圈与储能弹簧钢丝对应以面与面接触；
第五步:将激励接收一体线圈与转换开关相连接，转换开关上另外两个接口分别与信号发射系统和信号接收系统对应连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接；第六步:通过上位机对信号发射系统给定信号发射指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号发射系统相连接，此时信号发射系统向激励接收一体线圈发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁、储能弹簧和激励接收一体线圈的共同作用下产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧的储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，发生反射的超声波信号传播至激励接收一体线圈时，被激励接收一体线圈在储能弹簧和钕铁硼磁铁的共同作用下转换为电信号；
第七步:通过上位机对信号接收系统给定信号接收指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号接收系统相连接，信号接收系统对第六步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机进行分析处理。
[0018]本发明结构简单、设计巧妙，实现了对断路器储能弹簧的激励线接收线圈的分离检测与激励接收线圈一体检测这两种检测模式的检测；并且在对弹簧的损伤状态进行检测时，采用电磁超声波进行探测，从而可以准确地判断储能弹簧是否存在缺陷和缺陷发生的位置以及缺陷损伤情况；由于工作中的断路器储能弹簧的表面会产生铁锈、漆皮等影响储能弹簧钢丝表面平整性的物质，本发明中采用的电磁超声波进行探测法克服了传统的超声波探伤法需将待测物体表面清理打磨的限制，从而大大提高了检测效率；与此同时，在检测装置安装好之后，检测时不需要断路器退出运行，并且在日常变电站巡检时，使用检测设备进行检测即可，操作简单方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明中激励接收线圈分离检测模式的结构框图；
图2是本发明中激励接收线圈一体检测模式的结构框图；
图3是本发明中信号发射系统的结构框图；
图4是本发明中信号接收系统的结构框图；
图5是本发明中激励线圈、接收线圈和钕铁硼磁铁在断路器操动机构中的安装结构示意图；
图6是本发明中激励接收一体线圈和钕铁硼磁铁在断路器操动机构中的第一种安装结构示意图；
图7是本发明中激励接收一体线圈和钕铁硼磁铁在断路器操动机构中的第二种安装结构示意图；
图8是本发明中激励线圈或接收线圈或激励接收一体线圈采用缠绕方式在储能弹簧端部的安装结构示意图；
图9是本发明中激励接收一体线圈(回折线圈)与钕铁硼磁铁构成的传感部件在储能弹簧钢丝的表面的安装结构示意图；
图10是本发明中激励接收一体线圈(回折线圈)的结构示意图。
[0020]图中:1一信号发射系统，2—信号接收系统，3—激励线圈，4一接收线圈，5—上位机，6—钦铁硼磁铁,7—方波发生电路，8—驱动电路，9—可调电源，10—H桥，11—过压过流保护电路，12—发射阻抗匹配电路，13—接收阻抗匹配电路，14 一前置放大器，15—程控带通滤波器，16—主放大器，17—模数转换电路，18—储能弹簧，19一金属挡板，20—转换开关，21—激励接收一体线圈，22—回折线圈，23—套筒，24 —圆孔。
【具体实施方式】
[0021]实施例1，参见图1、图3、图4、图5、图8，本发明涉及一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，包括有信号发射系统1、信号接收系统2、激励线圈3和接收线圈4以及上位机5，并配设有两块钕铁硼磁铁6，所述信号发射系统I与激励线圈3相连接，信号接收系统2与接收线圈4相连接，信号发射系统I与信号接收系统2均与上位机5相连接。
[0022]参见图3，本实施例中所述信号发射系统I包括有方波发生电路7、驱动电路8、可调电源9、H桥10和过压过流保护电路11以及发射阻抗匹配电路12，其中上位机5通过USB接口转接通信控制电路来控制方波发生电路7和发射阻抗匹配电路12，方波发生电路7由CPLD产生频率可调，周期数可调的两路单极性方波，两路波形相位相差180度，该方波经驱动电路8隔离放大后控制H桥10的通断，H桥10的供电电源为电压可调节的可调电源9，过压过流保护电路11为H桥10提供过压过流保护，H桥10的输出经发射阻抗匹配电路12与激励线圈3相连接，发射阻抗匹配电路12为由上位机控制5的电容组，根据激励信号的频率和激励线圈3的参数经由上位机5计算得到的RLC并联谐振电容值，实现并联谐振式的阻抗匹配，由此可得到方波激励信号，方波激励信号的可调节频率范围为10kHz-1MHz,可调节周期数为5-12，可调节输出电压范围为0-±200V。
[0023]参见图4，本实施例中所述信号接收系统2包括有依次构成驱动连接的接收阻抗匹配电路13、前置放大器14、程控带通滤波器15和主放大器16以及模数转换电路17，并且上位机5通过USB接口转接通讯控制电路，用于控制接收阻抗匹配电路13和程控带通滤波器15 ;接收阻抗匹配电路13与接收线圈4采用串联谐振的方法实现阻抗匹配，并且根据信号发射系统I所设定的方波激励信号频率和接收线圈4的参数，计算得到接收阻抗匹配电路13所需的电容值，进行接收线圈4的阻抗匹配；与此同时，程控带通滤波器15根据信号发射系统I所设定的方波激励信号频率设定中心频率；前置放大器14和主放大器16均采用宽频带放大器，频率范围为10kHZ-1MHZ;模数转换电路17的采用量化位宽为16位，采样速率为lOMS/s，将量化后的信号上传至上位机5进行分析处理。
[0024]本实施例中所述激励线圈3为绕线线圈,采用直径为0.8mm-1.2mm(具体为0.8mm)的漆包线，缠绕匝数为15-25匝，具体为25匝；所述接收线圈4为绕线线圈，采用直径为
0.4-0.6mm (具体为0.55mm)的漆包线，缠绕匝数为20-30匝，具体为30匝；所述钕铁硼磁铁6表面的磁场强度大于等于lOkGs。
[0025]参见图5、图8，本实施例中，根据本发明所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的检测方法，包括有以下步骤:
第一步:打开断路器的弹簧操动机构，拆卸下弹簧操动机构的储能弹簧18和储能弹簧18上下侧的金属挡板19，在两块金属挡板19板面上的同一位置各自开设一个凹槽，将两块钕铁硼磁铁6分别嵌装在两个凹槽中；
第二步:在储能弹簧18上下侧端部处的储能弹簧钢丝上分别以缠绕方式安装激励线圈3和接收线圈4 ；
第三步:将储能弹簧18和两块金属挡板19重新安装在断路器弹簧操动机构原来的安装位置上，其中激励线圈3和接收线圈4分别与储能弹簧18上下侧金属挡板19上的钕铁硼磁铁6—一对应接触；将激励线圈3与信号发射系统I的发射匹配电路7相连接，接收线圈4与信号接收系统2的接收阻抗匹配电路13相连接，信号发射系统I与信号接收系统2均与上位机5相连接；
第四步:通过上位机5对信号发射系统I给定信号发射指令，信号发射系统I向激励线圈3发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁6、储能弹簧18和激励线圈3的共同作用下由于洛伦兹力效应和磁致伸缩效应产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，并且沿着储能弹簧钢丝传播的超声波信号和由于储能弹簧钢丝存在损伤而发生反射的超声波信号传播至接收线圈4时，被接收线圈4在储能弹簧18和钕铁硼磁铁6的共同作用下转换为电信号;
第五步:通过上位机5对信号接收系统2给定信号接收指令，信号接收系统4对第四步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机5进行分析处理，根据接收信号在接收时序上的分布以及信号强度的大小，从而确定出储能弹簧钢丝损伤所在的位置和损伤状况。
[0026]实施例2，参见图2、图3、图4、图6、图7、图8、图9、图10，本发明涉及一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，包括有信号发射系统1、信号接收系统2、转换开关20和激励接收一体线圈21以及上位机5，并配设有一块钕铁硼磁铁6，所述激励接收一体线圈21与转换开关20相连接，转换开关20分别与信号发射系统I和信号接收系统2对应连接，信号发射系统I与信号接收系统2均与上位机5相连接。
[0027]参见图3，本实施例中所述信号发射系统I包括有方波发生电路7、驱动电路8、可调电源9、H桥10和过压过流保护电路11以及发射阻抗匹配电路12，其中上位机5通过USB接口转接通信控制电路来控制方波发生电路7和发射阻抗匹配电路12，方波发生电路7由CPLD产生频率可调，周期数可调的两路单极性方波，两路波形相位相差180度，该方波经驱动电路8隔离放大后控制H桥10的通断，H桥10的供电电源为电压可调节的可调电源9，过压过流保护电路11为H桥10提供过压过流保护，H桥10的输出经发射阻抗匹配电路12和转换开关20与激励接收一体线圈21相连接，发射阻抗匹配电路12为由上位机控制5的电容组，根据激励信号的频率和激励接收一体线圈21的参数经由上位机5计算得到的RLC并联谐振电容值，实现并联谐振式的阻抗匹配，由此可得到方波激励信号，方波激励信号的可调节频率范围为10kHz-1MHz,可调节周期数为5_12，可调节输出电压范围为0_±200V。
[0028]参见图4，本实施例中所述信号接收系统2包括有依次构成驱动连接的接收阻抗匹配电路13、前置放大器14、程控带通滤波器15和主放大器16以及模数转换电路17，并且上位机5通过USB接口转接通讯控制电路，用于控制接收阻抗匹配电路13和程控带通滤波器15 ;接收阻抗匹配电路13通过转换开关20与激励接收一体线圈21采用串联谐振的方法实现阻抗匹配，并且根据信号发射系统I所设定的方波激励信号频率和激励接收一体线圈21的参数，计算得到接收阻抗匹配电路13所需的电容值，进行激励接收一体线圈21的阻抗匹配；与此同时，程控带通滤波器15根据信号发射系统I所设定的方波激励信号频率设定中心频率；前置放大器14和主放大器16均采用宽频带放大器，频率范围为10kHZ-1MHZ;模数转换电路17的采用量化位宽为16位，采样速率为lOMS/s，将量化后的信号上传至上位机5进行分析处理。
[0029]参见图8，本实施例中所述激励接收一体线圈21为绕线线圈，由直径为0.6mm-1mm(具体为0.8mm)的漆包线缠绕而成，缠绕匝数为20-25匝，具体为25匝，所述钕铁硼磁铁6表面的磁场强度大于等于lOkGs。
[0030]参见图9、图10，本实施例中所述激励接收一体线圈21为回折线圈22，回折线圈22采用直径为0.6mm-0.8mm (具体为0.8mm)的排线电路板或柔性印刷电路板,回折圈数为15-25圈，具体为25圈；所述钕铁硼磁铁6的表面上开设有一个弧形凹槽，弧形凹槽的曲率与储能弹簧的弹簧钢丝的曲率相同，激励接收一体线圈21嵌装在弧形凹槽中，所述钕铁硼磁铁6表面的磁场强度大于等于lOkGs。
[0031]本实施例中，采用本发明所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的第一种检测方法，包括有以下步骤:
第一步:打开断路器的弹簧操动机构，拆卸下弹簧操动机构的储能弹簧18和储能弹簧18上侧的金属挡板19，在金属挡板19板面上开设一个凹槽，将钕铁硼磁铁6嵌装在凹槽中；
第二步:在储能弹簧18上侧端部的储能弹簧钢丝上通过缠绕方式安装激励接收一体线圈21 ；
第三步:将储能弹簧18和储能弹簧18上侧的金属挡板19重新安装在断路器的弹簧操动机构原来的安装位置上，其中安装在储能弹簧18上侧端口部位的激励接收一体线圈21与钕铁硼磁铁6对应接触；将激励接收一体线圈21与转换开关20相连接，转换开关20上另外两个接口分别与信号发射系统I和信号接收系统2对应连接，信号发射系统I与信号接收系统2均与上位机5相连接；
第四步:通过上位机5对信号发射系统I给定信号发射指令，同时控制转换开关20的切换，将激励接收一体线圈21通过转换开关20与信号发射系统I相连接，此时信号发射系统I向激励接收一体线圈21发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁6、储能弹簧18和激励接收一体线圈21的共同作用下由于洛伦兹力效应和磁致伸缩效应产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧18的储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，发生反射的超声波信号传播至激励接收一体线圈21时，被激励接收一体线圈21在储能弹簧18和钕铁硼磁铁6的共同作用下转换为电信号；第五步:通过上位机5对信号接收系统2给定信号接收指令，同时控制转换开关20的切换，将激励接收一体线圈21通过转换开关20与信号接收系统2相连接，信号接收系统2对第四步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机5进行分析处理，根据接收信号在接收时序上的分布以及信号强度的大小，从而确定出储能弹簧钢丝损伤所在的位置和损伤状况。
[0032]本实施例中，采用本发明所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的第二种检测方法，包括有以下步骤:
第一步:打开断路器的弹簧操动机构，在储能弹簧外部的套筒23上开设一个圆孔24 ；第二步:选取一块钕铁硼磁铁6，钕铁硼磁铁6的尺寸小于储能弹簧18外部套筒23上的圆孔24的孔径，并在钕铁硼磁铁6的表面上开设一个弧形凹槽，弧形凹槽的曲率与储能弹簧18的弹簧钢丝的曲率相同；
第三步:在钕铁硼磁铁6的弧形凹槽中嵌装激励接收一体线圈21，以此构成一个传感部件； 第四步:将钕铁硼磁铁6和激励接收一体线圈21构成的传感部件穿过套筒23上的圆孔24，并直接贴在储能弹簧18的储能弹簧钢丝的表面上，其中激励接收一体线圈21与储能弹簧钢丝对应以面与面接触；
第五步:将激励接收一体线圈21与转换开关20相连接，转换开关20上另外两个接口分别与信号发射系统I和信号接收系统2对应连接，信号发射系统I与信号接收系统2均与上位机5相连接；
第六步:通过上位机5对信号发射系统I给定信号发射指令，同时控制转换开关20的切换，将激励接收一体线圈21通过转换开关20与信号发射系统I相连接，此时信号发射系统I向激励接收一体线圈21发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁6、储能弹簧18和激励接收一体线圈21的共同作用下由于洛伦兹力效应和磁致伸缩效应产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧18的储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，发生反射的超声波信号传播至激励接收一体线圈21时，被激励接收一体线圈21在储能弹簧18钕铁硼磁铁6的共同作用下转换为电信号；第七步:通过上位机5对信号接收系统2给定信号接收指令，同时控制转换开关20的切换，将激励接收一体线圈21通过转换开关20与信号接收系统2相连接，信号接收系统2对第六步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机5进行分析处理，根据接收信号在接收时序上的分布以及信号强度的大小，从而确定出储能弹簧钢丝损伤所在的位置和损伤状况。
【权利要求】
1.一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:包括有信号发射系统、信号接收系统、激励线圈和接收线圈以及上位机，并配设有两块钕铁硼磁铁，所述信号发射系统与激励线圈相连接，信号接收系统与接收线圈相连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:所述信号发射系统包括有方波发生电路、驱动电路、可调电源、II桥和过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路，其中方波发生电路和发射阻抗匹配电路均与上位机相连接，方波发生电路与驱动电路相连接，驱动电路与II桥相连接，II桥分别与可调电源、过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路相连接。
3.根据权利要求1所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:所述信号接收系统包括有依次构成驱动连接的接收阻抗匹配电路、前置放大器、程控带通滤波器和主放大器以及模数转换电路，所述接收阻抗匹配电路、程控带通滤波器和模数转换电路均与上位机相连接。
4.根据权利要求1所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:所述激励线圈为绕线线圈，采用直径为0.8.-1.2皿的漆包线，缠绕匝数为15-25匝；所述接收线圈为绕线线圈，采用直径为0.4-0.6臟的漆包线，缠绕匝数为20-30匝，所述钕铁硼磁铁表面的磁场强度大于等于10成8。
5.根据权利要求1所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的检测方法，其特征是:包括有以下步骤: 第一步:打开断路器的弹簧操动机构，拆卸下弹簧操动机构的储能弹簧和储能弹簧上下侧的金属挡板，在两块金属挡板板面上的同一位置各自开设一个凹槽，将两块钕铁硼磁铁分别嵌装在两个凹槽中； 第二步:在储能弹簧上下侧端部处的储能弹簧钢丝上分别以缠绕方式安装激励线圈和接收线圈； 第三步:将储能弹簧和两块金属挡板重新安装在断路器弹簧操动机构原来的安装位置上，其中激励线圈和接收线圈分别与储能弹簧上下侧金属挡板上的钕铁硼磁铁一一对应接触；将激励线圈与信号发射系统的发射匹配电路相连接，接收线圈与信号接收系统的接收阻抗匹配电路相连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接； 第四步:通过上位机对信号发射系统给定信号发射指令，信号发射系统向激励线圈发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁、储能弹簧和激励线圈的共同作用下产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，并且沿着储能弹簧钢丝传播的超声波信号和由于储能弹簧钢丝存在损伤而发生反射的超声波信号传播至接收线圈时，被接收线圈在储能弹簧和钕铁硼磁铁的共同作用下转换为电信号； 第五步:通过上位机对信号接收系统给定信号接收指令，信号接收系统对第四步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机进行分析处理。
6.一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:包括有信号发射系统、信号接收系统、转换开关和激励接收一体线圈以及上位机，并配设有一块钕铁硼磁铁，所述激励接收一体线圈与转换开关相连接，转换开关分别与信号发射系统和信号接收系统对应连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接。
7.根据权利要求6所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:所述信号发射系统包括有方波发生电路、驱动电路、可调电源、II桥和过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路，其中方波发生电路和发射阻抗匹配电路均与上位机相连接，方波发生电路与驱动电路相连接，驱动电路与II桥相连接，II桥分别与可调电源、过压过流保护电路以及发射阻抗匹配电路相连接。
8.根据权利要求6所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:所述信号接收系统包括有依次构成驱动连接的接收阻抗匹配电路、前置放大器、程控带通滤波器和主放大器以及模数转换电路，所述接收阻抗匹配电路、程控带通滤波器和模数转换电路均与上位机相连接。
9.根据权利要求6所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:所述激励接收一体线圈为绕线线圈，由直径为0.6111111-1皿的漆包线缠绕而成，缠绕匝数为20-25匝，所述钕铁硼磁铁表面的磁场强度大于等于10成8。
10.根据权利要求6所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置，其特征是:所述激励接收一体线圈为回折线圈，回折线圈采用直径为0.6.-0.8.的排线电路板或柔性印刷电路板，回折圈数为15-25圈；所述钕铁硼磁铁的表面上开设有一个弧形凹槽，弧形凹槽的曲率与储能弹簧的弹簧钢丝的曲率相同，激励接收一体线圈嵌装在弧形凹槽中，所述钕铁硼磁铁表面的磁场强度大于等于10成8。
11.根据权利要求9所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的检测方法，其特征是:包括有以下步骤: 第一步:打开断路器的弹簧操动机构，拆卸下弹簧操动机构的储能弹簧和储能弹簧上侧的金属挡板，在金属挡板板面上开设一个凹槽，将钕铁硼磁铁嵌装在凹槽中； 第二步:在储能弹簧上侧端部的储能弹簧钢丝上通过缠绕方式安装激励接收一体线圈； 第三步:将储能弹簧和储能弹簧上侧的金属挡板重新安装在断路器的弹簧操动机构原来的安装位置上，其中安装在储能弹簧上侧端口部位的激励接收一体线圈与钕铁硼磁铁对应接触；将激励接收一体线圈与转换开关相连接，转换开关上另外两个接口分别与信号发射系统和信号接收系统对应连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接； 第四步:通过上位机对信号发射系统给定信号发射指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号发射系统相连接，此时信号发射系统向激励接收一体线圈发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁、储能弹簧和激励接收一体线圈的共同作用下产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧的储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，发生反射的超声波信号传播至激励接收一体线圈时，被激励接收一体线圈在储能弹簧和钕铁硼磁铁的共同作用下转换为电信号； 第五步:通过上位机对信号接收系统给定信号接收指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号接收系统相连接，信号接收系统对第四步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机进行分析处理。
12.根据权利要求10所述的一种弹簧操动机构断路器的储能弹簧损伤状态检测装置的检测方法，其特征是:包括有以下步骤: 第一步:打开断路器的弹簧操动机构，在储能弹簧外部的套筒上开设一个圆孔； 第二步:选取一块钕铁硼磁铁，钕铁硼磁铁的尺寸小于储能弹簧外部套筒上的圆孔的孔径，并在钕铁硼磁铁的表面上开设一个弧形凹槽，弧形凹槽的曲率与储能弹簧的弹簧钢丝的曲率相同； 第三步:在钕铁硼磁铁的弧形凹槽中嵌装激励接收一体线圈，以此构成一个传感部件； 第四步:将钕铁硼磁铁和激励接收一体线圈构成的传感部件穿过套筒上的圆孔，并直接贴在储能弹簧的储能弹簧钢丝的表面上，其中激励接收一体线圈与储能弹簧钢丝对应以面与面接触； 第五步:将激励接收一体线圈与转换开关相连接，转换开关上另外两个接口分别与信号发射系统和信号接收系统对应连接，信号发射系统与信号接收系统均与上位机相连接； 第六步:通过上位机对信号发射系统给定信号发射指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号发射系统相连接，此时信号发射系统向激励接收一体线圈发出频率、周期数和幅值可调的正弦激励信号，在钕铁硼磁铁、储能弹簧和激励接收一体线圈的共同作用下产生超声波信号，超声波信号沿着储能弹簧的储能弹簧钢丝传播，遇到储能弹簧钢丝内部或表面存在的损伤即发生超声波反射，发生反射的超声波信号传播至激励接收一体线圈时，被激励接收一体线圈在储能弹簧和钕铁硼磁铁的共同作用下转换为电信号； 第七步:通过上位机对信号接收系统给定信号接收指令，同时控制转换开关的切换，将激励接收一体线圈通过转换开关与信号接收系统相连接，信号接收系统对第六步产生的电信号进行放大滤波和量化采样，最后将量化的信号上传至上位机进行分析处理。
【文档编号】G01N29/04GK104316600SQ201410641331
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】冯光亮, 曾国, 贺攀, 周文俊, 严国志, 李鹏飞, 代文芳, 余卫民, 吕亮, 熊国友, 刘斌 申请人:国家电网公司, 国网黄石供电公司运维检修部（检修分公司）, 武汉大学