一种用于多种电缆的光电式电流检测装置的制作方法

本实用新型属于测量领域，尤其涉及一种电流检测装置及其检测方法，特别是一种用于多种电缆的光电式电流检测装置及其检测方法。

背景技术：

随着我国智能电网的快速发展以及“中国制造2025”的提出，动态测量技术的重要性突显。输电电缆以及各类高精尖设备越来越需要电流的动态测量，因此开发一种高响应速度的电流检测装置具有重要的意义。

根据GB-50217-2007电力电缆敷设规范，电缆有单芯、双芯、三相三芯、三相四芯、三相五芯等结构。传统的电流检测装置，每种只能测量其中一种电缆的电流，且不能同时测量直流电流和交流电流，不具有普适性。因此，开发一种适应所有结构电缆、可同时测量直流电流和交流电流的电流检测装置变得尤为重要。

电流检测装置的工作需要电流，如果单独配备电源，不但浪费资源，而且需要人工更换电池，不能在地下或高空等不便于维护的场合下进行长期电流测量。因此开发一种自供电的电流检测装置不但节约人力物力，而且以后还可升级成无线传感器网络的节点。

现有技术中的电流检测装置，主要有电容式电流传感器、悬臂梁谐振式电流传感器、霍尔电流传感器、全光纤电流传感器、磁通门电流传感器、罗氏线圈电流传感器、巨磁阻电流传感器等，存在着结构复杂、难以加工、成本高、应用范围小等问题。比如基于压电悬臂梁结构开发的被动式电流检测装置，无需驱动电源、无需剥离保护层就可以对双芯电缆进行高精度电流测量。但是它无法同时对直流电流和交流电流进行测量，也无法对三芯电缆、四芯电缆及五芯电缆等其他结构的电缆进行电流测量，实用性低。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于多种电缆的光电式电流检测装置，以解决现有技术中电流检测装置存在的结构复杂、难以加工、成本高、应用范围小等问题。

本实用新型采取的技术方案是：上端盖与封装通过联接螺栓固定，封装与上端盖分别有半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，定位螺栓通过上端盖上的螺纹孔转动旋入半圆柱形槽一和半圆柱形槽二，在封装上开有透光孔，在该透光孔的内部固定有与透光孔尺寸一致的起偏器，悬臂梁与封装的一个内表面固定连接，在悬臂梁的自由端靠近透光孔的侧面固定有检偏器，在悬臂梁的自由端远离透光孔的侧面固定有光电转换元件，在悬臂梁的下表面贴有压电层，在悬臂梁的上表面固定有永磁体，在封装与透光孔正对的内表面上固定有电路部分。

所述光电转换元件为光电二极管、光电三极管、光敏电阻或硅光电池。

所述悬臂梁的数目为大于等于1的正整数。

所述悬臂梁的形状为长条形、变截面长条形、T形、U形、V形、三角形或音叉形。

所述压电层由下电极、压电片和上电极组成。

本实用新型的优点是：

(1)响应速度快：光信号为高速信号，并且光电式能量转换元件的响应时间非常短，相比霍尔电流传感器等传统的非光电式电流检测装置，本实用新型可以对电流进行高响应速度的动态测量，且响应范围可以通过提高悬臂梁的固有频率以继续扩大；

(2)实用性强：霍尔电流传感器由于原理限制，只能测量单根导线电流，因此对于多芯电缆需要剪开外部保护层才能实现测量，破坏了导线结构，增大了电流测量的复杂程度，本实用新型在不破坏电缆保护层的情况下，既可以同时测量单芯、双芯、三相三芯、三相四芯、三相五芯等各种结构电缆的电流，又可以同时测量直流电流和交流电流；

(3)可自供电：将压电层与悬臂梁做成一体，可以实现电流检测装置的自供电，不必定期更换电源，便于在地下或空中等不便维护的场合下进行长时间的电流测量。在光照不充足的场合下，可以内置红外光源、LED光源等各种光源，由自供电元件为光源提供电能，在光照充足的场合下，光源使用自然光以减少自供电元件采集能量的时间，另外，除了采用压电层作为自供电元件以外，还可以采用电容等各种能够采集能量的元件作为自供电元件。

附图说明

图1是本实用新型的轴测图；

图2是本实用新型的主视图；

图3是图2的A-A面剖切后的轴测图；

图4是本实用新型检测单元结构的分解示意图；

图5是本实用新型检测单元结构的轴测图；

图6是本实用新型检测单元结构的主视图；

图7是本实用新型检测单元结构沿B-B面剖切的剖视图；

图8是本实用新型的悬臂梁的纵截面为三角形时，检测单元结构的轴测图；

图9是本实用新型的悬臂梁的纵截面为音叉形时，检测单元结构的轴测图；

图10是本实用新型的悬臂梁数目为2时，检测单元结构的轴测图；

图11是本实用新型的悬臂梁数目为N时，检测单元结构的轴测图。

具体实施方式

如图1所示，上端盖9与封装8通过联接螺栓10固定，封装8与上端盖9各有一个半圆柱形槽一802和半圆柱形槽二901，定位螺栓11通过上端盖9上的螺纹孔转动旋入半圆柱形槽一802和半圆柱形槽二901，以实现对被测电缆的定位；如图4所示，在封装8上开有透光孔801，透光孔801的内部固定有与透光孔801尺寸一致的起偏器2，悬臂梁1与封装8的一个内表面固定连接，在悬臂梁1的自由端靠近透光孔801的侧面固定有检偏器3，在悬臂梁1的自由端远离透光孔801的侧面固定有光电转换元件4，在悬臂梁1的下表面贴有压电层6，在悬臂梁1的上表面固定有永磁体5；如图3所示，在封装8与透光孔801正对的内表面上固定有电路部分7。

所述光电转换元件4为光电二极管、光电三极管、光敏电阻、硅光电池等各种将光信号转换为电信号的元件。

所述悬臂梁1的数目为大于等于1的正整数，如图10、图11所示。

所述悬臂梁1为长条形、变截面长条形、T形、U形、V形、三角形、音叉形等各种形状，如图8、图9所示。

所述压电层6由下电极601、压电片602和上电极603组成，如图4所示。

工作原理：通过半圆柱形槽一802和半圆柱形槽二901将电流检测装置固定在被测电缆上，用联接螺栓10锁紧上端盖9与封装8，通过上端盖9上的螺纹孔旋入定位螺栓11；光通过透光孔801、起偏器2与检偏器3照射到光电转换元件4上，通过光电转换元件4输出电压，当通电的被测电缆处于半圆柱形槽一802和半圆柱形槽二901中时，被测电缆中的电流产生的磁场使永磁体5受力，悬臂梁1随之弯曲，检偏器3的角度随之变化，通过起偏器2的光在通过检偏器3时，其偏振方向改变，光电转换元件4接收的光照度改变，光电转换元件4输出交流电压随之改变，经过电路部分7后，经过设定好的转换关系输出直流电压，无需其它的任何程序；该直流电压将用于上位机去进一步得出被测电流幅值。