带信号采集的绝缘子的制作方法

1.本实用新型涉及绝缘子技术领域，具体地说，是一种带信号采集的绝缘子。


背景技术：

2.我国由于供电线路上大量使用绝缘子，例如图1，尤其是铁路系统和变电站等场所，大量使用高压绝缘子，因而绝缘子工作状态的好坏，直接关系到供电线路是否安全。为供电线路提供高压绝缘子的运行状况，具有重大意义。
3.其中，绝缘子在使用过程中，常常出现闪洛现象(绝缘项目表面发生放电的现象)，绝缘子发生闪洛严重时会造成变电所跳闸，出现跳闸现象后，即使能够重新合闸，也会对用电造成影响。
4.为了避免因绝缘子闪洛引起的变电所跳闸，目前普遍采取定期清扫绝缘子的方法。以京沪高铁为例，重度污染区域一年清扫两次人工清洗；一般区段三年一次人工清洗，一年一次水冲洗。尽管该清扫频率已经大大高于铁标的要求，但是仍然无法有效杜绝绝缘子闪洛的情况发生。
5.由于没有有效的数据和方法作为支持，轻度污染区域绝缘子在比较干净的情况下进行清扫，大量浪费维护成本；在重度污染区域又存在清扫频率不足，以及清扫质量无法达到要求的情况。
6.基于上述缺陷，需要针对绝缘子表面闪络的严重情况进行检测和监管，以制定合理、有依据的清扫计划，进行靶向清洁。


技术实现要素：

7.本实用新型提出一种带信号采集的绝缘子，对绝缘子表面的放电情况进行实时检测，有效提高了闪络预警功能，更有效的避免供电系统跳闸瘫痪。
8.为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：
9.一种带信号采集的绝缘子，包括绝缘子，其关键技术在于：所述绝缘子上安装有信号采集器，该信号采集器内部设置有铁磁芯铁磁芯用于与采集电路连接获取感应电流。
10.通过上述设计，将带有铁磁芯安装在绝缘子表面，结合磁感应原理，采用铁磁芯对绝缘子表面的放电信号进行采集，得到感应电流。并经连接的采集电路采集，实现实时检测，将带信号采集的绝缘子安装在需要检测的电网上，以提高电网供电可靠性。
11.进一步的，所述信号采集器包括两个对称设置在所述绝缘子外壁上的采集器外壳，两个所述采集器外壳扣合在所述绝缘子外壁后铰接，每个所述采集器外壳均包括相连接的上盖、下盖、外圆侧壁，三者与所述绝缘子外壁包围形成采集腔室。
12.采用上述方案，采集器包围安装在绝缘子外壁，可实现绝缘子周向检测，提高检测精度，并且采用周向安装的形式，可以适应大多数绝缘子形状。为了便于两个采集器外壳扣合，在两个采集器外壳的两端部均设置有扣合支耳。为了将采集电路采集的信号实现有线输出，在其中一个采集器外壳上开设有一个穿线孔。
13.再进一步的技术方案，每个所述采集器外壳的采集腔室内均设置有一个半圆环形铁磁芯外壳和一个半圆环形电路腔室外壳；所述铁磁芯外壳、电路腔室外壳大小和形状和所述采集器外壳相适应。
14.采用上述方案，在两个采集器外壳内分别设置一个半圆环形铁磁芯外壳和一个半圆环形电路腔室外壳，扣合后恰好形成周向包围圈，用于安装铁磁芯和电路。
15.再进一步的技术方案，所述铁磁芯外壳底部固定在所述采集器外壳上盖上，所述铁磁芯外壳顶部开口且抵接在所述电路腔室外壳底部，所述铁磁芯外壳内圆侧壁抵接在所述绝缘子外壁上，所述铁磁芯外壳端部开口且抵接在所述采集器外壳的端盖上，所述铁磁芯外壳内部可拆卸的放置有铁磁芯。
16.采用上述方案，铁磁芯外壳顶部开口且抵接在所述电路腔室外壳底部，两个铁磁芯被固定在铁磁芯外壳内，不易晃动，且设计紧凑。
17.再进一步的技术方案，所述电路腔室外壳的顶盖与所述采集器外壳上盖抵接，所述电路腔室外壳的内部布置有所述采集电路，所述电路腔室外壳端部设置电路腔通孔，所述电路腔室外壳端部抵接在所述采集器外壳的端盖上，所述电路腔室外壳内部布置有至少一块pcb电路板和备用电池，所述采集电路布置在所述pcb电路板上。
18.采用上述方案，电路腔室外壳内部形成电路腔室布置pcb电路板，电路板根据需要合理布局电路。为了增加电路腔室的密封性，在电路腔室外壳的顶盖的覆盖面侧设置有防水垫。
19.再进一步的技术方案，所述采集电路包括电流采样模块、信号放大模块、波形翻转模块、模数转换模块和低功耗转换模块；
20.所述电流采样模块采样输入端连接所述铁磁芯，所述电流采样模块采样输出端经信号放大模块、波形翻转模块和模数转换模块后与微处理器的信号采集端连接；所述低功耗转换模块的电源驱动端与所述模数转换模块连接，所述低功耗转换模块的电源输出端向所述电流采样模块、信号放大模块、波形翻转模块、模数转换模块、微处理器供电。
21.根据电磁感应原理，根据磁芯产生微弱电流，采用磁芯进行采样并获取的电流信号，经采样、放大、波形反转、模式转换后，传输至微处理器，实现电流信号采集。其中微处理器采用的型号是stm32l152c8t6。
22.再进一步的技术方案，所述电流采样模块包括运算放大器u14，该运算放大器u14的反相输入端经电阻r2、采样电阻r28接地，所述电阻r2与所述采样电阻r28的公共端作为所述电流采样模块采样输入端，该电流采样模块采样输入端用于连接所述铁磁芯，所述运算放大器u14的正相输入端经电阻r1接地，所述运算放大器u14的输出端经电阻r33后与所述运算放大器u14反相输入端连接，所述运算放大器u14的输出端与电容c11的一端连接，所述电容c11的另一端作为所述电流采样模块的采样输出端；
23.采用上述方案，其中，r28为采样电阻，调节可以调节电流大小。r33和r2的比值为放大倍数，c1滤波电容，滤除直流偏置电压。经上述采集电路后，可将绝缘子泄露电流采样铁磁芯的放电信号转化成微弱的电流信号。并且可以根据绝缘子所处的环境对采样电阻的大小进行设定和调节，以精准的获取微弱电流。
24.再进一步的技术方案为，所述信号放大模块包括运算放大器u13，所述运算放大器u13的正相经电阻r23与电阻r22的一端连接，所述电阻r22的另一端作为所述信号放大模块
的放大输入端，该信号放大模块的放大输入端用于与所述电流采样模块的采样输出端连接，所述电阻r23与所述电阻r22的公共端经电容c39接地，所述运算放大器u13的反相输入端经电阻r25接地，所述运算放大器u13的输出端经电阻r26与所述运算放大器u13的反相输入端连接，所述运算放大器u13的输出端与电容c2的一端连接，所述电容c2的另一端作为所述信号放大模块放大输出端。
25.采用上述方案，由于绝缘子表面放电量小，则采用铁磁芯产生的采样电流也非常的小，故经上述信号放大模块进行放大后，可得到更容易处理的电信号。
26.再进一步的技术方案为：所述波形翻转模块包括比较器u15、运算放大器u1与模拟开关芯片u11，所述比较器u15的正相输入端与电阻r24的一端连接，所述电阻r24的另一端与电阻r31的一端、电阻r18的一端为三者公共端，该公共端作为所述波形翻转模块的波形信号输入端；所述比较器u15的正相输入端、反相输入端之间并联有反向连接的二极管d2和二极管d1，所述比较器u15的反相输入端接地，所述比较器u15的输出端经电阻r17与所述比较器u15的高电平电源端连接，所述比较器u15的输出端经电阻r32与所述模拟开关芯片u11的数字控制输入端连接，所述模拟开关芯片u11的第一常开开关输入端no1与电阻r31的另一端连接，所述运算放大器u1的正相输入端接地，所述运算放大器u1的反相输入端与电阻r18的另一端连接，所述运算放大器u1的反相输入端还经电容c3接地，所述运算放大器u1的输出端经并联连接的电阻r19和电容c4连接所述运算放大器u1的反相输入端，所述运算放大器u1的输出端经电阻r30与所述模拟开关芯片u11的第一常闭开关输入端连接，所述模拟开关芯片u11的信号输出端作为所述波形翻转模块波形信号输出端，用于连接所述模数转换模块模拟信号输入端；
27.采用上述翻转电路，将采集到的正弦波形负轴侧的波形翻转到正轴侧，将正弦波变形成“馒头波”，便于后续对信号进行处理和比较。对于较小的采用电流可以忽略不计，对于较大的尖峰电流，由于可能存在误差采集等因素，则做进一步的处理。使处理信号均为正值，可有效简化处理步骤和内容。
28.再进一步的技术方案为：所述模数转换模块包括模数转换芯片u3和运算放大器u4，所述模数转换芯片u3的型号为ad7091r_5；
29.所述运算放大器u4的正相输入端作为所述模数转换模块模拟信号输入端，用于与所述波形翻转模块波形信号输出端连接，所述运算放大器u4的输出端与所述运算放大器u4的反相输入端连接，所述运算放大器u4的输出端经电阻r15、电容c23接地，所述电阻r15、电容c23的公共端经电阻r74与所述运算放大器u4的正相输入端连接，所述电阻r74、电容c23的公共端与所述模数转换芯片u3的第一信号输入端vin0连接，所述模数转换芯片u3的数字输出端作为所述模数转换模块的数字信号输出端，用于与所述微处理器连接；所述模数转换芯片u3的第四信号输入端vin4与所述低功耗转换模块的电源驱动端连接；
30.采用上述步骤，可以对采样得到的模拟信号进行数字化转换，以转化成微处理器可以识别的数据，便于后续信号分析。
31.再进一步的技术方案为：所述低功耗转换模块包括微功耗管理芯片u18和低功耗供电芯片u17，所述微功耗管理芯片u18型号为bq25504，所述低功耗供电芯片u17型号为tps61220；所述微功耗管理芯片u18的引脚vin_dc经电容c62和电容c61接地，所述微功耗管理芯片u18的引脚vin_dc经电阻r40、电阻r42、电阻r44接地，所述微功耗管理芯片u18的引
脚vin_dc用于连接太阳能电池板；所述微功耗管理芯片u18的引脚vstor端作为所述低功耗转换模块的电源驱动端；所述微功耗管理芯片u18的引脚vstor端还经电阻r36与所述低功耗供电芯片u17的引脚vin连接，所述低功耗供电芯片u17的引脚l还经电容l4与的所述低功耗供电芯片u17的引脚vin连接，所述低功耗供电芯片u17的引脚vin经电容c59接地，所述低功耗供电芯片u17的引脚vout经电容c53接地，所述低功耗供电芯片u17的引脚vout作为所述低功耗转换模块的电源输出端。
32.采用上述步骤，在绝缘子上还布置太阳能电池板，利用太阳能对整个电路进行供电和驱动，在太阳能电池板有足够的电压电量时才驱动模数转换模块工作，有效的节约电量。
33.再进一步的技术方案为：所述波形翻转模块波形信号输出端还连接有窗口模块，所述窗口模块包括比较器u10a、比较器u10b和窗口基准值设定芯片u9，所述窗口基准值设定芯片u9的型号为ltc1662cms8；所述窗口基准值设定芯片u9的基准信号输入端用于获取所述微处理器基准设定信号，所述窗口基准值设定芯片u9的参考端ref连接有参考电压输出芯片u25，该参考电压输出芯片u25的型号为ref3325aidckr；
34.所述窗口基准值设定芯片u9基准信号高电平输出端与所述比较器u10a的反相输入端连接，所述比较器u10a的正相输入端与所述波形翻转模块波形信号输出端连接，所述比较器u10a的输出端与所述微处理器的窗口高电平反馈输入端连接；
35.所述窗口基准值设定芯片u9基准信号低电平输出端与所述比较器u10b的反相输入端连接，所述比较器u10b的正相输入端与所述波形翻转模块波形信号输出端连接，所述比较器u10b的输出端与所述微处理器的窗口低电平反馈输入端连接。
36.采用窗口模块，对得到的馒头波形数据进行比较分析，并且微处理器给定阈值至窗口模块，以获取阈值区间的设定信号并反馈至微处理器。
37.再进一步的技术方案为，为了获取太阳能，并将其转化成可供电电能，所述太阳能电池板贴覆固定在所述信号采集器的采集器外壳的外圆侧壁外侧。
38.再进一步的技术方案为，为了实现通讯，所述铁磁芯外壳外壁或者所述电路腔室外壳外壁上布置有通讯天线，所述通讯天线与所述采集电路中的微处理器连接。
39.本实用新型的有益效果：将带有铁磁芯安装在绝缘子表面，结合磁感应原理，采用铁磁芯对绝缘子表面的放电信号进行采集，得到采集模拟信号。并经采集电路采集，实现实时检测，将带信号采集的绝缘子安装在需要检测的电网上，以提高电网供电可靠性。采集器结构简单、易于安装、适应性强，可以根据绝缘子的尺寸适应性的更改本技术提出的采集器尺寸，以达到精准检测的目的。并且结合太阳能实现供电，合理对电路实现驱动，实现低功耗高精度绝缘子表面放电情况采集，从而制定出合理准确的清扫计划，定向清扫。
附图说明
40.图1是本实施例中绝缘子结构示意图；
41.图2是本实用新型的信号采集器安装立体结构示意图；
42.图3是本实用新型的信号采集器正视图；
43.图4是图3中a
‑
a的截面示意图；
44.图5是图4中b的放大示意图；
45.图6是信号采集器立体结构示意图；
46.图7是采集器外壳立体结构示意图；
47.图8是铁磁芯外壳立体结构示意图；
48.图9是电路腔室外壳立体结构示意图；
49.图10是本实用新型的采集电路框图；
50.图11是电流采样模块电路图；
51.图12是信号放大模块电路图；
52.图13是波形翻转模块电路图；
53.图14是模数转换模块电路图；
54.图15是微处理器布局电路图；
55.图16是低功耗转换模块电路图；
56.图17是窗口模块电路图。
具体实施方式
57.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
58.一种带信号采集的绝缘子，从图2和图3可以看出，包括绝缘子1，所述绝缘子1上安装有信号采集器2，该信号采集器2内部设置有铁磁芯3，铁磁芯3用于与采集电路4连接并获取感应电流。
59.从图4、图5和图6可以看出，所述信号采集器2包括两个对称设置在所述绝缘子1外壁上的采集器外壳5，两个所述采集器外壳5扣合在所述绝缘子1外壁后铰接，每个所述采集器外壳5均包括相连接的上盖、下盖、外圆侧壁，三者与所述绝缘子1外壁包围形成采集腔室q。
60.在本实施例中，参见图7，在采集器外壳5端部设置有扣合支耳。
61.在本实施例中，参见图6，两个采集器外壳5的一端不通过铰链铰接，另一端部通过螺栓螺母扣合。
62.在本实施例中，信号采集器2安装在绝缘子1吊环端的一侧，为了适应绝缘子1的吊环结构，信号采集器2的采集器外壳5底部扣合后，其底部抵接在绝缘子1的表面，提高信号采集器2的密封性。
63.在本实施例中，参见图5、8和9，每个所述采集器外壳5的采集腔室q内均设置有一个半圆环形铁磁芯外壳6和一个半圆环形电路腔室外壳7；
64.结合图7、8、9可以看出，所述铁磁芯外壳6、电路腔室外壳7大小和形状和所述采集器外壳5相适应。
65.参见图4和图5，所述铁磁芯外壳6底部固定在所述采集器外壳5上盖上，所述铁磁芯外壳6顶部开口且抵接在所述电路腔室外壳7底部，所述铁磁芯外壳6内圆侧壁抵接在所述绝缘子1外壁上，所述铁磁芯外壳6端部开口且抵接在所述采集器外壳5的端盖上，所述铁磁芯外壳6内部可拆卸的放置有铁磁芯3。
66.参见图5，所述电路腔室外壳7的顶盖与所述采集器外壳5上盖抵接，所述电路腔室外壳7的内部布置有所述采集电路4，所述电路腔室外壳7端部设置电路腔通孔，所述电路腔室外壳7端部抵接在所述采集器外壳5的端盖上，所述电路腔室外壳7内部布置有至少一块
pcb电路板8和备用电池9，所述采集电路4布置在所述pcb电路板8上。
67.在本实施例中，电路腔室外壳7的顶盖覆盖面侧还设置与防水垫片，以提高电路腔室密封性能。
68.参见图10，所述采集电路4包括电流采样模块41、低功耗转换模块46、电流采样模块41、信号放大模块42、波形翻转模块43、模数转换模块44；
69.所述电流采样模块41采样输入端连接所述铁磁芯3，所述电流采样模块41采样输出端经信号放大模块42、波形翻转模块43和模数转换模块44后与微处理器k的信号采集端连接；所述低功耗转换模块46的电源驱动端与所述模数转换模块44连接，所述低功耗转换模块46的电源输出端向所述电流采样模块41、信号放大模块42、波形翻转模块43、模数转换模块44、微处理器k供电。
70.参见图11，所述电流采样模块41包括运算放大器u14，该运算放大器u14的反相输入端经电阻r2、采样电阻r28接地，所述电阻r2与所述采样电阻r28的公共端作为所述电流采样模块41采样输入端，该电流采样模块41采样输入端用于连接所述铁磁芯3，所述运算放大器u14的正相输入端经电阻r1接地，所述运算放大器u14的输出端经电阻r33后与所述运算放大器u14反相输入端连接，所述运算放大器u14的输出端与电容c11的一端连接，所述电容c11的另一端作为所述电流采样模块41的采样输出端；
71.在本实施例中，改变采样电阻r28的大小可以调节采样电流大小。
72.参见图12，所述信号放大模块42包括运算放大器u13，所述运算放大器u13的正相经电阻r23与电阻r22的一端连接，所述电阻r22的另一端作为所述信号放大模块42的放大输入端，该信号放大模块42的放大输入端用于与所述电流采样模块41的采样输出端连接，所述电阻r23与所述电阻r22的公共端经电容c39接地，所述运算放大器u13的反相输入端经电阻r25接地，所述运算放大器u13的输出端经电阻r26与所述运算放大器u13的反相输入端连接，所述运算放大器u13的输出端与电容c2的一端连接，所述电容c2的另一端作为所述信号放大模块42放大输出端；
73.参见图13，所述波形翻转模块43包括比较器u15、运算放大器u1与模拟开关芯片u11，所述比较器u15的正相输入端与电阻r24的一端连接，所述电阻r24的另一端与电阻r31的一端、电阻r18的一端为三者公共端，该公共端作为所述波形翻转模块43的波形信号输入端；所述比较器u15的正相输入端、反相输入端之间并联有反向连接的二极管d2和二极管d1，所述比较器u15的反相输入端接地，所述比较器u15的输出端经电阻r17与所述比较器u15的高电平电源端连接，所述比较器u15的输出端经电阻r32与所述模拟开关芯片u11的数字控制输入端连接，所述模拟开关芯片u11的第一常开开关输入端no1与电阻r31的另一端连接，所述运算放大器u1的正相输入端接地，所述运算放大器u1的反相输入端与电阻r18的另一端连接，所述运算放大器u1的反相输入端还经电容c3接地，所述运算放大器u1的输出端经并联连接的电阻r19和电容c4连接所述运算放大器u1的反相输入端，所述运算放大器u1的输出端经电阻r30与所述模拟开关芯片u11的第一常闭开关输入端连接，所述模拟开关芯片u11的信号输出端作为所述波形翻转模块43波形信号输出端，用于连接所述模数转换模块44模拟信号输入端；
74.参见图15和图14，所述模数转换模块44包括模数转换芯片u3和运算放大器u4，所述模数转换芯片u3的型号为ad7091r_5；所述运算放大器u4的正相输入端作为所述模数转
换模块44模拟信号输入端，用于与所述波形翻转模块43波形信号输出端连接，所述运算放大器u4的输出端与所述运算放大器u4的反相输入端连接，所述运算放大器u4的输出端经电阻r15、电容c23接地，所述电阻r15、电容c23的公共端经电阻r74与所述运算放大器u4的正相输入端连接，所述电阻r74、电容c23的公共端与所述模数转换芯片u3的第一信号输入端vin0连接，所述模数转换芯片u3的数字输出端作为所述模数转换模块44的数字信号输出端，用于与所述微处理器k连接；所述模数转换芯片u3的第四信号输入端vin4与所述低功耗转换模块46的电源驱动端连接。
75.参见图16、图14、图11、图12、图13可以看出，所述低功耗转换模块46包括微功耗管理芯片u18和低功耗供电芯片u17，所述微功耗管理芯片u18型号为bq25504，所述低功耗供电芯片u17型号为tps61220；所述微功耗管理芯片u18的引脚vin_dc经电容c62和电容c61接地，所述微功耗管理芯片u18的引脚vin_dc经电阻r40、电阻r42、电阻r44接地，所述微功耗管理芯片u18的引脚vin_dc用于连接太阳能电池板12；所述微功耗管理芯片u18的引脚vstor端作为所述低功耗转换模块46的电源驱动端；
76.参见图16可以看出，所述微功耗管理芯片u18的引脚vstor端还经电阻r36与所述低功耗供电芯片u17的引脚vin连接，所述低功耗供电芯片u17的引脚l还经电容l4与的所述低功耗供电芯片u17的引脚vin连接，所述低功耗供电芯片u17的引脚vin经电容c59接地，所述低功耗供电芯片u17的引脚vout经电容c53接地，所述低功耗供电芯片u17的引脚vout作为所述低功耗转换模块46的电源输出端。
77.参见图17可以看出，所述波形翻转模块43波形信号输出端还连接有窗口模块47，所述窗口模块47包括比较器u10a、比较器u10b和窗口基准值设定芯片u9，所述窗口基准值设定芯片u9的型号为ltc1662cms8；
78.参见图17和图15，所述窗口基准值设定芯片u9的基准信号输入端用于获取所述微处理器k基准设定信号，所述窗口基准值设定芯片u9的参考端ref连接有参考电压输出芯片u25，该参考电压输出芯片u25的型号为ref3325aidckr；所述窗口基准值设定芯片u9基准信号高电平输出端与所述比较器u10a的反相输入端连接，所述比较器u10a的正相输入端与所述波形翻转模块43波形信号输出端连接，所述比较器u10a的输出端与所述微处理器k的窗口高电平反馈输入端连接；所述窗口基准值设定芯片u9基准信号低电平输出端与所述比较器u10b的反相输入端连接，所述比较器u10b的正相输入端与所述波形翻转模块43波形信号输出端连接，所述比较器u10b的输出端与所述微处理器k的窗口低电平反馈输入端连接。
79.参见图6，所述太阳能电池板12贴覆固定在所述信号采集器2的采集器外壳5的外圆侧壁外侧。
80.参见图4和图5，所述铁磁芯外壳6外壁或者所述电路腔室外壳7外壁上布置有通讯天线10，所述通讯天线10与所述采集电路4的微处理器k连接。