一种多重防护敏感元件的制作方法

1.本实用新型属于防护技术以及传感器技术领域，具体地说，涉及一种多重防护敏感元件。


背景技术：

2.架空输电线在风、冰等因素的作用下会产生不同特征的运动现象，如微风振动、舞动、次档距振动等。其中，微风振动发生最为频繁，长时间累积对线路危害极大，是线路设计和运行监测中必须注意的一项重要内容。微风振动指的是架空线在微风作用下产生的高频低幅的垂向振动，频率范围一般在5～120hz，振幅峰峰值一般在架空线直径的3倍以下。但持续时间可为几小时甚至几天，长期的微风振动可引起架空输电线疲劳断线、金具磨损或杆塔部件破坏等严重后果。
3.为了对输电线的微风振动现象进行监测，国内外相继开发了多款的微风振动监测装置，其典型结构如申请号200520130572.8以及申请号200720190984.x所述。毋庸置疑，微风振动监测装置最关键的部分就是所配备的振动传感器。概念上讲，传感器通常由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。在微风振动监测中所用的振动传感器，以悬臂梁弹性体作为敏感元件，输出力学变形(应变)；以应变片作为转换元件，应变引起应变片的电阻变化；以电桥和放大电路构成转换电路，将电阻变化转换为可测量的电压信号。
4.但是，由于微风振动监测装置用于高压输电线路，长期处于强烈的电场、磁场环境中，使其在测量过程中信号受到干扰。现有技术中，主要考虑及避免的是高压引起的电晕放电现象，主要措施是采用尽量圆滑的壳体将测量电路板乃至整个装置罩起来。此种技术方案，能够在一定程度上解决电场问题，但是，监测装置的悬臂梁敏感元件依然直接暴露于高压线的电磁场环境下，造成的后果是，转换元件应变片也必然是暴露于高压线的电磁环境下。无论后续的转换电路做如何的电磁防护，在信号源头即应变片处已经受到了电磁干扰，受到干扰的应变片进一步会影响测量信号的质量。
5.如果想要对振动监测装置进行磁屏蔽，一般需要添加磁屏蔽防护层，磁屏蔽一般需要选择软铁、硅钢、坡莫合金等磁屏蔽材料制作，而市场上的磁屏蔽材料通常以薄片形态生产和销售，且价格昂贵，如果既要达到刚度要求，又要起到磁屏蔽作用，往往制作成本高，加工工艺难，因此急需一种结构简单，制作成本，材料成本低的防护层。


技术实现要素：

6.1、要解决的问题
7.为了能够在结构上对悬臂梁敏感元件进行多重防护，从源头上杜绝高压线的电磁场对测量信号的影响，改善测量效果。本实用新型提供了一种多重防护敏感元件。
8.2、技术方案
9.为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种多重防护敏感元件，包括依次连接的安装部、弹性形变部和触点部，还包括外壳结构，所述外壳结构的一端固定在安装部
上，所述外壳结构包括外壳结构和内部嵌套，所述外壳层包裹在内部嵌套之外，所述内部嵌套由磁屏蔽材料制成。
10.优选的，所述磁屏蔽材料为软铁或硅钢或坡莫合金。
11.优选的，所述外壳结构还包括伸缩套，所述伸缩套一端套接在外壳层上，另一端套接在触点部上。
12.优选的，所述安装部上设置有穿线通道。
13.优选的，所述穿线通道包括横孔和竖孔，所述横孔和竖孔贯通。
14.优选的，所述安装部与所述弹性形变部之间设置有第一过渡段，所述弹性形变部和所述触点部之间设置有第二过渡段。
15.优选的，所述安装部包括安装基座和外壳基座，所述安装基座用于将敏感元件固定在其他部件上，所述外壳基座用于固定外壳结构。
16.优选的，所述触点部包括伸缩套安装段和滚轮安装段，伸缩套安装段用于固定伸缩套，滚轮安装段上通过销轴安装滚轮。
17.优选的，所述滚轮由绝缘材料构成。
18.3、有益效果
19.相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
20.(1)本实用新型的多重防护敏感元件，不仅能够通过外壳进行普通的防撞等防护，其外壳结构包含磁屏蔽材料，还能够对外壳结构内的元器件起到电场屏蔽和磁场屏蔽。
21.(2)本实用新型的多重防护敏感元件，其外壳结构由两层构成，两层之间再通过焊接、粘接等方式固定，在生产制造时，每一层能够实现单独生产，单层结构独立设计加工和制造，其制造过程简单，工艺要求低，降低了生产成本。不同层采用不同的材料制作，可以起到多重防护作用，如外壳层采用金属材料制成，金属材料能够对壳内产品电场进行屏蔽，内部嵌套的磁屏蔽材料层，能够对磁场进行屏蔽防护，重点防止壳内产品受到磁场的干扰。
22.(3)本实用新型的多重防护敏感元件，设置有伸缩套，伸缩套由软体材料构成，可以给外壳内的设备或者产品留有一定的运动或者变形余量。在敏感元件或者振动传感器上，伸缩套不仅能够保证悬臂梁形变的变形量和灵活性，还能结合触点部在外壳内形成密封空间，避免雨水、冰雪和灰尘等对敏感元件及其配套使用零部件的侵蚀和污染。
23.(4)本实用新型的多重防护敏感元件，还设置有穿线通道，穿线通道可以保护信号线在敏感元件内部，防止受到敏感元件外部电场和磁场的影响，还能够防护外界环境对信号线的侵蚀，能够延长信号线使用寿命。
24.(5)本实用新型的多重防护敏感元件，滚轮部分或者全部采用绝缘材料制成，绝缘材料可以杜绝悬臂梁上形成电流造成电磁干扰。
附图说明
25.图1为本实用新型的多重防护敏感元件外壳结构截面示意图；
26.图2为本实用新型的多重防护敏感元件立体结构示意图；
27.图3为本实用新型的多重防护敏感元件结构部分剖面示意图；
28.图4为本实用新型的多重防护敏感元件部分元器件截面示意图。
29.附图说明：1、安装部；101、安装基座；102、外壳基座；2、第一过渡段；3、弹性形变
部；4、第二过渡段；5、触点部；51、滚轮；52、接触点；501、伸缩套安装段；502、滚轮安装段；6、穿线通道；61、横孔；62、竖孔；7、外壳结构；71、外壳层；72、内部嵌套； 73、焊接点；8、转换元件；9、伸缩套；10、信号线；11、外接装置。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。
31.实施例1
32.如图2和图3所示，本实用新型提供了多重防护敏感元件，包括依次连接的安装部1、弹性形变部3和触点部5；还有外壳结构7，该外壳结构7的一端固定安装在安装部1上，另外一端悬空，该外壳结构7可以全部由磁屏蔽材料构成，也可以是由磁屏蔽材料和非磁屏蔽材料一起构成，如采用非磁屏蔽金属材料与磁屏蔽金属材料组成复合结构制成外壳结构7。
33.如图1所示，本实施例中，外壳结构7还可以是双层结构，包括外壳层71和内部嵌套 72，外壳层71包裹在内部嵌套72之外，外壳层71和内部嵌套72由不同材料构成，起到不同的防护作用。本实施例中，外壳层71由结构材料制作而成，结构材料可以是金属或者非金属材料；非金属材料可以是塑料等。结构材料优选金属材料制作，如钢铁等，金属材料同时能够对起到电场屏蔽的功能，且金属材料制作的外壳层71其硬度较高，能够对内部产品起到撞击等防护作用；外壳层71不仅能保护其内部产品零部件，还能够保护内部嵌套72不受到外界影响。
34.内部嵌套72根据需要选择带有磁屏蔽功能的材料，本实施例中内部嵌套72可以选用软铁、硅钢、坡莫合金等磁屏蔽材料构成；目前市场上磁屏蔽材料一般以薄片的形式出售，薄片式磁屏蔽材料制作成内部嵌套72时，可根据其现有形状简单加工。如坡莫合金的在做内部嵌套72时，只需要把市场上在售的坡莫合金薄片制作成需要大小后，折弯形成一个环状结构即可。由于外部有外壳层71防护，内部嵌套72的厚度可以做成很薄的结构，总体上，生产制作工艺简单。制作完成后，外壳结构7对磁屏蔽材料总需求小，能够在整体上降低材料成本和制作成本。磁屏蔽材料构成的内部嵌套72能够屏蔽电场和磁场，防止内部嵌套72内的其他产品或者零部件受到电场和磁场的干扰。
35.本实施例中，外壳层71和内部嵌套72在制作时，可以分别制作，制作完成后，把内部嵌套72嵌入到外壳层71内，然后通过焊接或者粘接等方式把内部嵌套72固定在外壳层71 内；如两者均为金属材质，一般通过焊接方式，通过焊接在两者之间形成焊接点73，焊接点 73能够固定两者的相对位置，以及把外壳层71和内部嵌套72固定成一个整体。整体制作完成后，外壳层71由于是结构材料制作而成，能够对内部产品起到撞击等防护作用；内部嵌套 72能够起到电场和磁场的屏蔽的功能，两者组合在一起之后能够起到多重防护的作用，保护敏感元件内部产品不受到外界影响。
36.本实施例中安装部1用于与外接装置11连接，以固定敏感元件相对于外接装置11的位置。触点部5与需要监测其振动的产品，如导线、拉索等直接接触。导线在振动时，带动触点部5振动，触点部5振动引起弹性形变部3的变形。敏感元件作为振动传感器的一部分，在测量振动时，敏感元件的弹性形变部3上需要加装应变片等作为转换元件8。在高压输电线的微风振动监测领域，由于传感器设置于高压导线上，高压导线周围会产生电场和磁场，电场和磁场会影响转换元件8监测应力变化时的监测质量，而本实施例中的外壳层71和内
部嵌套72组合后可以屏蔽电场和磁场，防止弹性形变部3上贴装的转换元件8在工作时受到电场和磁场的干扰。
37.实施例2
38.如图2和图3所示，本实施例中，还可以在外壳层71的一端设置伸缩套9，伸缩套9选择柔性材料制作而成，如橡胶等高分子材料。柔性材料做成的伸缩套9，能够方便外壳层71 与其他零部件柔性连接。伸缩套9的一端套接在外壳层71上，另外一端套接在触点部5上，外壳结构7能够把弹性形变部3整个包裹起来，外壳结构7把弹性形变部3置于内部后，除了能够防止电场和磁场对内部元件的影响，还能够防止雨雪冰雾等天气对转换元件8以及弹性形变部3的影响，防止了雨雪冰雾等对转换元件8腐蚀。
39.实施例3
40.如图2和图3所示，本实施例与实施例2基本相同，进一步的，在安装部1上设置有穿线通道6，穿线通道6用于转换元件8所引出的信号线10的走线，防止转换元件8所使用的信号线10暴露在敏感元件的外部。穿线通道6可以是安装部1上的通孔，也可以是图2所示的包括横孔61和竖孔62的结构，横孔61和竖孔62之间贯通，这样可以让信号线10直接穿过安装部1之后进入外接装置11内，让信号线10线路全部在敏感元件的内部。
41.实施例4
42.如图4所示，本实施例与上述实施例基本相同，进一步的，在安装部1与弹性形变部3 之间设置有第一过渡段2；在弹性形变部3与触点部5之间设置有第二过渡段4，第一过渡段 2和第二过渡段4均是平滑过渡区域，分别可以让弹性形变部3与安装部1和触点部5之间平滑过渡，第一过渡段2和第二过渡段4一般设置有圆角、曲面等渐变方式实现不同形状截面之间的自然过渡，消除了连接处的应力集中。
43.实施例5
44.如图2和图3所示，本实施例与上述实施例基本相同，进一步的，安装部1包括安装基座101和外壳基座102，其中安装基座101和外壳基座102分别位于安装部1的两侧，安装基座101用于敏感元件与外接装置11的安装和固定，外壳基座102用于安装多重防护外壳结构。多重防护外壳结构7的一端直接与外壳基座102固定连接，连接方式可以是通过螺栓固定，也可以是其他现有技术的固定方式。
45.实施例6
46.如图3和图4所示，本实施例与上述实施例基本相同，进一步的，触点部5包括伸缩套安装段501和滚轮安装段502。伸缩套安装段501用于固定伸缩套9，伸缩套9可以利用其弹性直接套装在伸缩套安装段501上；通过外壳层71以及伸缩套9把敏感元件的核心部分弹性形变部3包裹在内，这样可以防止外界环境对弹性形变部3以及弹性形变部3上的转换元件8的影响。滚轮安装段502上通过销轴安装滚轮51，滚轮51与导线等产品的接触位置为接触点52，在导线发生振动时，导线带动滚轮51一起振动，同时滚轮51可以在导线上发生转动，滚轮51在导线上转动可以避免滚轮51直接在导线上滑动，减小滚轮51对导线的损伤。进一步的，滚轮51一般要满足绝缘、轻质和耐磨的要求，因此在制作滚轮51时，采用塑料、陶等绝缘材料制作而成，或者是塑料、陶瓷等与金属的组合结构构成，以防止通过滚轮51将导线上的电流导通到其他部件上。滚轮51在制作时，可以是整个滚轮51都采用绝缘材料制作，如全部采用塑料制成，其质量较小，但是其耐磨效果较差；也可以全部采用陶瓷材料制作，其耐磨
性较好，但是其质量较重；滚轮51也可以是采用塑料、金属等合金材料制成，能够综合平衡其耐磨性和轻量化的要求。滚轮51还可以采用多层材料构成，其中至少一层为绝缘材料，以防止滚轮51把导线上的电流导通到其他部件上。