传感器系统和利用其测量旋转轴的旋转参数的方法与流程

本公开通常涉及开关设备，更具体地，涉及一种传感器系统和利用其测量旋转轴的旋转参数的方法。

背景技术：

1、电能分配系统变电站中的低压/中压开关设备依赖于机电系统来建立和断开电气连接，例如，在发生短路时快速断开电网的连接，从而防止对电网基础设施和附近资产的损害。

2、即使在高负载电流和各种不同的负载和环境条件下，开关也必须是可靠和可重复的。开关的电气接触元件的啮合或分离必须相当快，以避免或减少在开关过程中接触点之间形成电弧，而且还要确保对短路情况的快速反应。

3、常用的确保开关触点的快速啮合/分离的机制取决于机械弹簧，它由齿轮电动机(甚至是手动)拉紧。当开关事件(打开或关闭)被触发时—例如手动或通过保护继电器—弹簧张力被释放并机械地转化为开关触点的快速运动。通常，实现这种转换的机制包括至少一个旋转轴，旋转轴由弹簧驱动，进而再驱动执行电力线的各个相位的实际开关运动的(通常是三个)执行器。

4、通常情况下，旋转轴在运动过程中不会进行完全地旋转，一般来说，旋转角度被限制在大约90度，甚至低于90度。

5、测量和分析旋转轴在开关动作过程中的旋转速度(或随时间变化的准确角度)，可以对整个开关机构的健康状态提供有价值的意见。更重要的是，它可以定期验证开关设备是否能够在技术和/或法律要求的时间内完成电路的打开/关闭。因此，监测正常运行期间旋转轴的旋转参数是提供预防性维护服务的重要前提条件。

6、从测量和报告旋转轴的实际旋转特性的需求出发，需要一个合适的传感器来获取这些数据。

7、对这种传感器的要求可以总结为以下几点。

8、-足够高的时间分辨率(一个开关动作通常必须在300ms以内完成，即时间分辨率在ms范围内或更小)。

9、-对灰尘、污垢、极端温度等有很强的抵抗力。

10、-尺寸小，能够将传感器附接在现有产品上作为升级。

11、指示轴的角度和/或旋转的传感器通常被称为"旋转编码器"。最常用的旋转编码器类型是基于光学测量，即通常采用一个或多个光障来检测连接到轴上的有槽不透明圆盘的槽。这种编码器通常必须安装在轴的末端，这使得它们不适合改造旧设备，并且对灰尘相对敏感。磁性、电阻式和电容式旋转编码器具有各自的优势和缺点。

技术实现思路

1、在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

2、有鉴于此，本发明提出了一种传感器系统，基于两个加速度传感器的特定几何布置，在微控制单元(mcu)或者类似控制设备的控制下，两个加速度传感器时间同步地测量旋转轴的加速度数据，基于测量得到的两个加速度数据，可以方便地得到旋转轴的旋转参数。

3、根据本公开的一个方面，提供了一种传感器系统，用于测量旋转轴的旋转参数，包括：第一加速度传感器、第二加速度传感器、控制单元和通信单元，

4、所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器同步测量分别得到旋转轴的第一加速度数据和第二加速度数据；

5、所述控制单元从所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器分别获得所述第一加速度数据和所述第二加速度数据；以及

6、所述控制单元通过所述通信单元将所述第一加速度数据和所述第二加速度数据发送给外部计算设备。

7、根据本发明的传感器系统包括两个加速度传感器，同步测量旋转轴的加速度数据，容易地消除了外部加速度和/或重力的影响，能够以较小的处理延迟获得更准确的结果。因此，根据本发明的传感器系统适合应用于移动设备(例如船、挖掘机等)，因为可以简单地消除对于两个传感器共同的加速度影响。

8、可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器布置在与所述旋转轴垂直的平面上，间隔90度或者180度，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器各自的测量坐标系的原点到所述旋转轴的中心轴线的距离相等。

9、通过这样的方式来布置两个加速度传感器，使得在计算过程中，简单地消除了对于两个传感器共同的加速度影响。

10、可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器布置在固定在所述旋转轴上的分体式轴环上。

11、根据本发明的传感器系统可以安装或者结合在分体式轴环上，或者类似的机械结构上，使得可以方便地将传感器系统固定在旋转轴的任意位置处，而无需将旋转轴从轴承上拆下来。

12、可选地，在上述方面的一个示例中，所述控制单元进一步用于对所述第一加速度数据和所述第二加速度数据进行预处理，再通过所述通信单元将经预处理的第一加速度数据和第二加速度数据发送给外部计算设备。

13、可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一加速度数据包括第一径向加速度和第一切向加速度，所述第二加速度数据包括第二径向加速度和第二切向加速度。

14、可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器是双轴加速度传感器或三轴加速度传感器。

15、通过这样的方式，可以根据需要选择合适的加速度传感器。

16、根据本公开的另一方面，提供了一种测量旋转轴的旋转参数的方法，其中，旋转轴上安装有如以上所述的传感器系统，包括：

17、通过所述传感器系统的控制单元控制第一加速度传感器和第二加速度传感器同步测量旋转轴的第一加速度数据和第二加速度数据；

18、通过所述控制单元获取所述第一加速度数据和所述第二加速度数据，并通过所述传感器系统的通信单元将所述第一加速度数据和所述第二加速度数据发送给外部计算设备；

19、通过外部计算设备基于所述第一加速度数据、所述第二加速度数据以及第一加速度传感器或第二加速度传感器的测量坐标系的原点与旋转轴的中心轴线的距离来计算旋转轴的旋转参数。

20、可选地，在上述方面的一个示例中，所述旋转参数包括旋转角速度、角加速度或者角度中的至少一项。

21、根据本公开的另一方面，提供了计算设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器耦合的一个存储器，所述存储器用于存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的方法。

22、根据本公开的另一方面，提供了一种非暂时性机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如上所述的方法。

23、根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使至少一个处理器执行如上所述的方法。

24、根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在计算机可读介质上并且包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时使至少一个处理器执行如上所述的方法。

25、根据本公开的测量旋转轴的旋转参数的方法所采用的传感器系统包括两个加速度传感器，同步测量旋转轴的加速度数据，容易地消除了外部加速度和/或重力的影响，能够以较小的处理延迟获得更准确的结果。因此，根据本发明的传感器系统适合应用于移动设备(例如船、挖掘机等)，因为可以简单地消除对于两个传感器共同的加速度影响。与传统的陀螺仪传感器相比，根据本公开的传感器系统基于加速度传感器，更适用于典型旋转轴直径的更高旋转速度。根据本公开的传感器系统对污垢、灰尘、电场或磁场的敏感性较低。