一种基于旋转式光栅编码器的断路器行程在线监测装置的制作方法

1.本发明涉及断路器行程在线监测技术领域，尤其涉及一种基于旋转式光栅编码器的断路器行程在线监测装置。


背景技术：

2.断路器分合闸过程的关键参数，如开距、超程、速度等，能直观反应断路器的设备状态，是断路器在线监测的核心。获取上述参数，首先需要获取断路器分合闸的行程信息。
3.监测断路器分合闸的行程，可以通过监测分合闸过程的传动部件实现，如监测断路器的连杆、旋转轴，滑块等，均可以实现对断路器分合闸行程的监测。
4.断路器分合闸过程中，传动部件的运动不是单纯的直线运动或圆周运动，旋转主轴存在抖动、偏心等情况，常规接触式的位移传感器或角度传感器很容易被损坏，因此常规的断路器在线监测设备不具备监测断路器分合闸行程的功能。
5.光栅码盘分成菲林片、不锈钢、浮法玻璃、钢化玻璃四种。
6.菲林片材质的光栅码盘热稳定性差，不耐高温，抗冲击力差，分辨率低，精度低，使用寿命低；不锈钢材质的光栅码盘分辨率低，精度低，薄片时易变形，热稳定性比玻璃的差一个数量级；浮法玻璃材质的光栅码盘抗震能力差，易碎裂，镀层易磨损，易生霉斑。这三种都不适合断路器分合闸的监测。
7.钢化玻璃材质的光栅码盘光均匀性好，分辨率高，抗冲击强度明显提高，不易碎裂。但断路器分合闸动作时，旋转主轴的旋转角度一般在30
°
，旋转时间约10ms，旋转时的冲击很大，且要求可承受的冲击次数是20000次，常规钢化玻璃光栅码盘只有1mm厚(光栅解码器的感光缺口最大只有3mm，由于分合闸过程中旋转主轴的偏心，光栅码盘只能用1mm厚度，否则分合闸过程中光栅码盘会触碰到光栅解码器)，难以承受这种冲击。
8.因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于旋转式光栅编码器的断路器行程在线监测装置，能很好地解决相关问题，以克服现有技术存在的问题。


技术实现要素：

9.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：1)常规接触式的位移传感器或角度传感器很容易被损坏，因此常规的断路器在线监测设备不具备监测断路器分合闸行程的功能；2)常规光栅码盘难以承受断路器分合闸动作时，旋转主轴旋转时的冲击。
10.为实现上述目的，本发明提供了一种基于旋转式光栅编码器的断路器行程在线监测装置，包括安装底座、光栅编码器、印制电路板、加固片、安装板，所述光栅编码器包括光栅码盘和光栅解码器，所述加固片包括第一加固片和第二加固片；所述安装底座可拆卸安装至断路器旋转主轴；所述第一加固片和第二加固片分别粘接在所述光栅码盘的两侧面，形成光栅码盘组件；所述光栅码盘组件可拆卸安装在所述安装底座上；所述安装板可拆卸安装在断路器本体上，所述印制电路板可拆卸安装在所述安装板上，所述光栅解码器焊接
安装在所述印制电路板上；所述光栅码盘的边缘位于所述光栅解码器的测试凹槽的中心，并与所述测试凹槽的底部保持一定的距离。
11.进一步地，所述光栅码盘由钢化玻璃制成。
12.进一步地，所述光栅码盘上开设有多个固定孔，所述多个固定孔均匀分布在以所述光栅码盘的圆心为圆心、直径比所述光栅码盘的非刻度区的直径小的圆周上。
13.进一步地，所述加固片由钢化玻璃制成。
14.进一步地，所述加固片的直径小于所述光栅码盘的非刻度区的直径。
15.进一步地，所述加固片上开设有多个加固片安装孔，每个加固片安装孔的位置与所述光栅码盘上相应的固定孔的位置一致。
16.进一步地，所述安装底座包括安装部和连接部，所述连接部设置在所述安装部的固定面的中心位置，所述连接部为具有外螺纹的圆柱，所述外螺纹和断路器旋转主轴中心开孔的内螺纹相配合，所述安装部的安装面上开设有多个螺纹孔，每个螺纹孔的位置与所述加固片上相应的加固片安装孔的位置一致。
17.进一步地，所述光栅码盘组件通过螺钉穿过所述第一加固片上的加固片安装孔、所述光栅码盘上的固定孔、所述第二加固片上的加固片安装孔螺旋连接在所述安装底座上的螺纹孔中。
18.进一步地，所述安装部的横截面为圆形或正多边形。
19.进一步地，所述安装底座由金属制成。
20.与现有技术相比，本发明的优点在于：
21.1、非接触测量方式，不受断路器分合闸过程中旋转主轴偏心的影响，以简洁可靠的方式实现对断路器分合闸行程的在线监测。
22.2、在钢化玻璃光栅码盘的安装位置上，叠加两层相同材质的加固片，大大提高了整体的抗冲击能力，同时使码盘的质心更靠近旋转轴的轴心线，降低了旋转产生的冲击力。
23.3、基于旋转式光栅编码器，对断路器旋转主轴进行监测，获取断路器分合闸过程中的角度位移信息，再乘上旋转半径和传动比，即可获取到断路器分合闸过程的行程信息。
24.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
25.图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；
26.图2是本发明的一个较佳实施例的安装示意图；
27.图3是本发明的一个较佳实施例的光栅码盘的结构示意图；
28.图4是本发明的一个较佳实施例的加固片的结构示意图；
29.图5是本发明的一个较佳实施例的凸型安装底座的结构示意图；
30.图6是本发明的一个较佳实施例的u形安装板的结构示意图。
31.其中，1-凸型安装底座，2-印制电路板，3-加固片，31-第一加固片，32-第二加固片，4-u形安装板，41-通孔，42-梨形孔，5-光栅码盘，6-光栅解码器，7-旋转主轴。
具体实施方式
32.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
33.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
34.实施例1
35.如图1、图2所示，本实施例提供了一种基于旋转式光栅编码器的断路器行程在线监测装置，包括凸型安装底座1、光栅编码器、印制电路板2(printed circuit board,pcb)、加固片3、u形安装板4。
36.光栅编码器主要包括光栅码盘5和光栅解码器6。
37.如图3所示，光栅码盘5采用钢化玻璃材质，分辨率不低于512cpr(counts per revolution，每圈的脉冲数)；光栅码盘5的厚度在0.5～3mm之间，优选1mm；光栅码盘5的直径d1，根据安装环境确定，优选150mm；光栅码盘5的非刻度区(直径d2)，设置有四个固定孔，用于固定光栅码盘5；四个固定孔均匀分布在以码盘圆心为圆心，直径k1
×
d2的圆周上；k1在0.6～0.8之间，优选0.7。
38.如图1、图4所示，加固片3的材质和光栅码盘5相同；加固片3分第一加固片31和第二加固片32，二者完全相同，可以互换；第一加固片31、第二加固片32通过强力胶，分别粘在光栅码盘5的两侧面，将光栅码盘5夹在中间，三者形成一个整体；加固片3厚度要足够厚，以提高整体的抗冲击能力；加固片3的直径，略小于光栅码盘5非刻度区的直径d2，优选100mm；加固片3厚度优选5mm；加固片3开有四个孔，和光栅码盘5所开孔位置重合。
39.如图5所示，凸型安装底座1为金属材质，优选铝；凸型安装底座1的一面(固定面)为凸起的螺柱11，螺纹和断路器旋转主轴7(图2中示出)所开螺纹孔匹配；凸型安装底座1的另一面(安装面12)为圆形(也可以是正六边形或其他形状)，厚度不小于5mm；凸型安装底座1安装面12的直径(或者是其内切圆的直径)，与加固片3的直径相同；凸型安装底座1的安装面12上，开有四个孔，孔位与加固片3所开孔位相同；凸型安装底座1通过固定面的螺柱11，将凸型安装底座1固定在断路器的旋转主轴7上；通过螺钉将加固片3和光栅码盘5组合体固定在凸型安装底座1的安装面12。
40.如图2所示，光栅解码器6焊接在印制电路板2上；光栅解码器6设置有测试凹槽，凹槽宽度根据不同解码器型号略有差别，市面上凹槽的最大尺寸为3mm；印制电路板2厚度优选1.6mm；印制电路板2上有四个固定孔，孔位与u型安装板4侧边所开螺纹孔相匹配；印制电路板2通过螺钉固定在u型安装板4的侧面。
41.安装后，光栅码盘5位于光栅解码器6的凹槽的中心，光栅码盘5的边缘(刻度区)与光栅解码器6测试凹槽的底部保持一定的安全距离；确保分合闸过程中，光栅码盘5不会与光栅解码器6的测试凹槽发生接触，同时光栅码盘5一直处于光栅解码器6的正常测试区域内；
42.如图6所示，u形安装板4的两个侧边开有通孔41，通孔41位置与断路器固定螺钉位置相同，借用断路器自带固定螺钉，将u型安装板4固定在断路器本体上；u形安装板4两侧所
开安装孔为梨型孔42，安装时，不需要将断路器的固定螺钉拆下来，只需要将螺钉松动，通过梨型孔42将u形安装板4套入固定螺丝内，再将固定螺丝旋紧即可实现u形安装板4的安装；u形安装板4侧边开有固定螺纹孔，孔位与光栅解码器6安装印制电路板2所开固定孔位置相匹配。
43.实施例2
44.与实施例1相类似，区别在于，光栅码盘5上开设的固定孔的数量为三个，三个固定孔均匀分布在以码盘圆心为圆心，直径k1
×
d2的圆周上；k1在0.6～0.8之间，优选0.7。相应地，加固片3上开孔的数量、凸型安装底座1的安装面12上开孔的数量也均为三个。
45.实施例3
46.与实施例1相类似，区别在于，光栅码盘5上开设的固定孔的数量为五个，五个固定孔均匀分布在以码盘圆心为圆心，直径k1
×
d2的圆周上；k1在0.6～0.8之间，优选0.7。相应地，加固片3上开孔的数量、凸型安装底座1的安装面上开孔的数量也均为五个。
47.本发明采用旋转式光栅编码器，光栅码盘5固定在旋转主轴7上，光栅解码器6安装在断路器本体的固定板上，二者相互不接触。当断路器有分合闸运动时，旋转主轴7旋转，带动凸型安装底座1同步旋转，凸型安装底座1带动光栅码盘5同步旋转，光栅解码器6感应到光栅码盘5的旋转，并解析、计算出旋转角度，从而实现对旋转主轴7旋转角度的监测。
48.断路器旋转主轴7的旋转半径，乘上旋转角度，即是连杆的直线位移，再乘上传动比，即可得到断路器滑块的运动距离。滑块的运动距离、速度等参数，就是断路器关注的核心机械特性参数。
49.通过非接触式角度位移传感器，可以实现对断路器旋转主轴7的角度位移监测，通过换算关系，最终实现对断路器核心机械特性参数的监测。
50.在钢化玻璃光栅码盘5的安装位置上，叠加两层相同材质的加固片3，加固片3的厚度优选5mm，半径略小于光栅码盘5圆心到码盘刻度之间的距离；两层加固片3通过胶和光栅码盘5粘接，使三者成为一体，大大提高了整体的抗冲击能力，同时使码盘的质心更靠近旋转轴的轴心线，降低了旋转产生的冲击力。
51.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。