專利名稱：包括緊固件的聲學(xué)裝置和聲學(xué)傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及由導(dǎo)電故障引發(fā)的聲學(xué)噪聲，更具體地，涉及聲學(xué)傳感器系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及這種聲學(xué)傳感器系統(tǒng)，該聲學(xué)傳感器系統(tǒng)也能用作用于配電系統(tǒng)的聲學(xué)特征 (signature)模擬器。
背景技術(shù)：
不存在已知的用于檢測(cè)配電系統(tǒng)中的不牢固(松動(dòng))電連接的經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)和產(chǎn)品。廣泛地使用紅外成像掃描來(lái)尋找這種不牢固的電連接，但是，這并不能提供持續(xù)的 (例如，“對(duì)-7”，或者說(shuō)每天M小時(shí)、每周七天)檢測(cè)和監(jiān)控，局限于僅暴露接頭的檢查，以及使操作者在打開(kāi)通電的封裝物時(shí)遭受弧閃危險(xiǎn)。其他已知的產(chǎn)品利用在每個(gè)電接頭處的溫度感測(cè)。但是，其由于成本問(wèn)題并沒(méi)有被廣泛地采用。除了通過(guò)監(jiān)控每個(gè)電連接處的電壓降之外，從電流和電壓提取不牢固電連接特征由于不牢固電連接處的相對(duì)小的電壓降而被認(rèn)為是幾乎不可能的(除了當(dāng)該不牢固電連接升級(jí)為大的電弧故障或弧閃事件時(shí))。美國(guó)專利No. 7，148，696公開(kāi)了由電弧故障或輝光接觸產(chǎn)生聲學(xué)特征。聲學(xué)傳感器直接“聽(tīng)到”由故障產(chǎn)生的特征噪聲，而不論存在的是何種電負(fù)載或者是在何種環(huán)境中發(fā)生故障。由電弧故障或者輝光接觸產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲具有處于一個(gè)或多個(gè)特定波長(zhǎng)的聲學(xué)信號(hào)，該一個(gè)或多個(gè)特定波長(zhǎng)與例如電弧的基本特性及其共振頻率或者AC電源調(diào)制頻率及其諧頻直接相關(guān)。電弧故障的聲學(xué)信號(hào)由聲學(xué)傳感器檢測(cè)。所得到的跳閘(脫扣)信號(hào)被發(fā)送到跳閘機(jī)構(gòu)以例如跳閘斷開(kāi)可分離的觸點(diǎn)，以便中斷電弧故障。美國(guó)專利No. 7，411，403公開(kāi)了一種斷路器，該斷路器檢測(cè)電力電路的不牢固的電連接狀態(tài)。該斷路器包括第一和第二接線片以及在聲學(xué)上耦接到電力電路的第一和第二聲學(xué)耦合器。一聲發(fā)生器耦接到第二聲學(xué)耦合器并且產(chǎn)生從第二聲學(xué)耦合器到電力電路的第一聲學(xué)信號(hào)。一聲學(xué)傳感器耦接到第一聲學(xué)耦合器并具有第二聲學(xué)信號(hào)，該第二聲學(xué)信號(hào)與不牢固的電連接狀態(tài)操作性關(guān)聯(lián)。聲學(xué)傳感器輸出所感測(cè)到的聲學(xué)信號(hào)。一電路與所述聲發(fā)生器協(xié)作以產(chǎn)生第一聲學(xué)信號(hào)，輸入所感測(cè)到的聲學(xué)信號(hào)以及由此檢測(cè)不牢固的電連接狀態(tài)。該電路可在由所感測(cè)到的聲學(xué)信號(hào)檢測(cè)到導(dǎo)電故障時(shí)向跳閘機(jī)構(gòu)輸出跳閘信號(hào)。需要一種經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)和產(chǎn)品，以在其最早期階段有效地檢測(cè)不牢固的電連接，以便防止可能的裝備損壞和/或人身傷害。在聲學(xué)裝置和聲學(xué)傳感器裝置方面存在有改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容
這些需求和其他的需求通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方式來(lái)滿足，其中聲學(xué)裝置或聲學(xué)傳感器裝置包括緊固件，所述緊固件構(gòu)造成將殼體和電力導(dǎo)體緊固在一起。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種聲學(xué)傳感器裝置包括殼體；構(gòu)造成將該殼體和電力導(dǎo)體緊固在一起的緊固件；聲學(xué)傳感器，該聲學(xué)傳感器構(gòu)造成檢測(cè)來(lái)自電力導(dǎo)體的聲學(xué)噪聲并且輸出一信號(hào)；和電路，該電路構(gòu)造成由所述信號(hào)檢測(cè)導(dǎo)電故障。殼體可包括一通孔；緊固件可以是穿過(guò)殼體的通孔的螺栓；并且螺栓可構(gòu)造成栓接在電力導(dǎo)體上。螺栓可包括軸部和具有拱形形狀的間隔件；通孔可具有錐形形狀和拱形形狀；螺栓的間隔件的拱形形狀可構(gòu)造成與通孔的拱形形狀相接合；并且螺栓可構(gòu)造成在螺栓的軸部處于通孔的錐形形狀中的情況下樞轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于電力導(dǎo)體的聲學(xué)裝置包括殼體；構(gòu)造成將該殼體和電力導(dǎo)體緊固在一起的緊固件；以及下述的至少一者(a)聲學(xué)傳感器，該聲學(xué)傳感器構(gòu)造成檢測(cè)來(lái)自電力導(dǎo)體的聲學(xué)噪聲并且輸出一信號(hào)；以及(b)聲學(xué)發(fā)送器，該聲學(xué)發(fā)送器構(gòu)造成產(chǎn)生一聲學(xué)噪聲，該聲學(xué)噪聲模擬由導(dǎo)電故障引起的聲學(xué)噪聲。


在結(jié)合附圖閱讀時(shí)從下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明可以全面了解所公開(kāi)的發(fā)明構(gòu)思， 在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的聲學(xué)傳感器裝置的框圖；圖2A和2B是用于圖1的處理器的例程的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的包括用于矩形電力母線的緊固件的聲學(xué)傳感器裝置的等角視圖；圖4是圖3的聲學(xué)傳感器裝置的豎直立視圖；圖5是沿著圖4中的線5-5截取的剖視圖，圖6是圖3的聲學(xué)傳感器裝置的端視圖，圖7是圖5的聲學(xué)傳感器裝置的局部分解圖，圖8-11是根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的聲學(xué)傳感器裝置的局部分解剖視圖。
具體實(shí)施方式
如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“數(shù)量”應(yīng)理解為一個(gè)或大于一個(gè)的整數(shù)個(gè)(亦即多個(gè))。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“聲學(xué)(的)”應(yīng)理解為亞音速的、音速的和/或超音速的一種或多種聲音。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“電力導(dǎo)體”應(yīng)理解為導(dǎo)線(例如單股的、多股的、絕緣的、 非絕緣的)、銅導(dǎo)體、鋁導(dǎo)體、適當(dāng)?shù)慕饘賹?dǎo)體、電母線、或允許電流容易地流過(guò)的其他適當(dāng)?shù)牟牧匣蛭矬w。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“電氣接頭”應(yīng)理解為將多個(gè)電導(dǎo)體電氣地和機(jī)械地連接的結(jié)構(gòu)。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“接線片(Iug) ”應(yīng)理解為與一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體電氣地和機(jī)械地連接的端子或其他的導(dǎo)電配件。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電故障”應(yīng)理解為電弧故障，或電導(dǎo)體、電氣接頭和/或接線片的引起輝光接觸的不牢固的或其他斷續(xù)的電連接。如本文中所用地，關(guān)于兩個(gè)或更多個(gè)部件/部分“連接”或“聯(lián)接”在一起的語(yǔ)句應(yīng)理解為這些部件直接接合在一起或者通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間部件被接合。另外，如本文中所用地，關(guān)于兩個(gè)或更多個(gè)部件被“附接”的語(yǔ)句應(yīng)理解為這些部件直接接合在一起。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“聲學(xué)耦合器”應(yīng)理解為聲學(xué)接線片、夾具、或用于將電導(dǎo)體和聲學(xué)傳感器或聲發(fā)生器保持在一起以允許通過(guò)或不通過(guò)電連接來(lái)進(jìn)行有效聲學(xué)傳遞的其他適當(dāng)?shù)穆?lián)接機(jī)構(gòu)。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“特征”應(yīng)理解為用于區(qū)分出或識(shí)別其他事物的某事物。例如，聲學(xué)特征用于區(qū)分出或識(shí)別導(dǎo)電故障。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“夾具”應(yīng)理解為這樣的設(shè)備或裝置，所述設(shè)備或裝置具有靠在一起以將兩個(gè)或更多個(gè)其他部件壓在一起而將它們牢固保持的部分，如保持或壓緊電力導(dǎo)體和絕緣間隔件。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“緊固件”應(yīng)理解為鉚釘、粘合劑、螺釘、螺栓、以及螺栓和螺母的組合件(例如鎖緊螺母，但不限于此)及螺栓、墊片和螺母的組合件。術(shù)語(yǔ)“緊固件”明確地不包括夾具。如本文中所用地，術(shù)語(yǔ)“螺栓”應(yīng)理解為構(gòu)造成將兩個(gè)或更多個(gè)部件螺紋連接(栓接)在一起以將它們牢固保持的裝置或設(shè)備，如將電力導(dǎo)體和殼體——該殼體例如包括絕緣間隔件——栓接。螺栓例如可以是將物體緊固在一起的金屬桿或銷，該金屬桿或銷通常在一端具有頭部而在另一端具有螺紋。螺栓能可選地由螺母來(lái)固定。參照?qǐng)D1，聲學(xué)傳感器裝置2包括殼體、如示例的傳感器殼體及安裝結(jié)構(gòu)4 ；構(gòu)造成至少將殼體4和電力導(dǎo)體8緊固在一起的緊固件6 ；構(gòu)造成檢測(cè)來(lái)自電力導(dǎo)體8的聲學(xué)噪聲并輸出一信號(hào)12的聲學(xué)傳感器、如示例的壓電元件10 ；以及構(gòu)造成從信號(hào)12檢測(cè)導(dǎo)電故障16的電路，如示例的電子電路14。示例 1示例的聲學(xué)傳感器裝置2包括示例的傳感器殼體及安裝結(jié)構(gòu)4、緊固件6、示例的壓電元件10、可選的預(yù)載154，輸出導(dǎo)電故障信號(hào)16的示例電子電路14、故障指示器158、 諸如有線收發(fā)器、有線發(fā)送器、無(wú)線發(fā)送器或包括天線161的無(wú)線收發(fā)器160的通信裝置、 以及電源162。
并非必需的預(yù)載巧4在壓電元件的組件中在一定壓力下壓緊壓電元件10?！邦A(yù)載” 指的是壓電元件10在其組件中被壓緊或處于一定壓力下。對(duì)示例壓電元件10施加的預(yù)載 IM可以是，例如但不限于，壓緊元件如加載的壓緊彈簧。傳感器殼體及安裝結(jié)構(gòu)4在164處被合適地緊固到(例如但不限于，開(kāi)關(guān)裝置(未示出)的、配電系統(tǒng)(未示出)的)電力導(dǎo)體8。示例壓電元件10通過(guò)合適的絕緣間隔件 168或通過(guò)合適的隔離間隔件(未示出)經(jīng)傳感器殼體聯(lián)接到電力導(dǎo)體8。例如，傳感器殼體及安裝結(jié)構(gòu)4緊固(例如但不限于，螺栓連接)在電氣系統(tǒng)(未示出)中的電力導(dǎo)體 8——如母線或電纜——上。盡管電源162示出為示例寄生電源(例如但不限于，采用從被供電的電力導(dǎo)體8 得到電力的變流器(CT)(未示出，但可參見(jiàn)圖5的CT 313和芯314)，應(yīng)當(dāng)理解，可以采用很大范圍內(nèi)的電源。示例寄生電源162例如通過(guò)采用一定數(shù)量的電力變流器(未示出)從而當(dāng)有電流流過(guò)電力導(dǎo)體8時(shí)獲取電功率，而具有電力獲取能力。替代地或附加地，可以從電力導(dǎo)體8的電壓獲取功率。無(wú)線收發(fā)器160提供合適的無(wú)線通信能力(例如但不限于，IEEE802. 11 ；IEEE 802. 15. 4 ；其他合適的無(wú)線收發(fā)器或發(fā)送器)以與其他地點(diǎn)(例如但不限于，在遠(yuǎn)程地點(diǎn)處的遠(yuǎn)程裝置，如控制中心(未示出)、控制臺(tái)(未示出)、跳閘單元(未示出)、保護(hù)繼電器 (未示出))就導(dǎo)電故障的檢測(cè)進(jìn)行通信，從而向維護(hù)人員就故障及其位置進(jìn)行報(bào)警。電子電路14包括從壓電元件10接收輸出信號(hào)12 (例如聲學(xué)信號(hào))的緩沖輸入電路174、放大器電路178、帶通濾波器180、峰值檢測(cè)器181和處理器182。復(fù)位電路184可以在由于寄生電源162從電力導(dǎo)體8接收的功率不足引起的斷電之后復(fù)位電子電路14。壓電元件10感測(cè)通過(guò)電力導(dǎo)體8傳播的聲學(xué)信號(hào)，并將信號(hào)12輸出給緩沖輸入電路174，該緩沖輸入電路向放大器電路178輸出一電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)被放大器電路 178放大，該放大器電路輸出一第二信號(hào)。該第二信號(hào)可以被帶通濾波器180過(guò)濾并輸入給峰值檢測(cè)器181，該峰值檢測(cè)器檢測(cè)出一尖峰信號(hào)并輸出尖峰信號(hào)作為第三信號(hào)。第三信號(hào)被處理器182的例程250分析，以由其檢測(cè)出導(dǎo)電故障。這樣便確定是否存在導(dǎo)電故障、如輝光接觸。壓電元件10可選地可被預(yù)加載一預(yù)定壓力以使其輸出最大化。寄生電源 162為聲學(xué)傳感器裝置2的電子器件提供動(dòng)力。示例 2參照?qǐng)D2A-2B，示出了圖1的處理器182的例程250。該例程250的主要操作是獲得來(lái)自圖1的峰值檢測(cè)器181的輸出并且測(cè)量DELTA (步驟沈8)，即來(lái)自峰值檢測(cè)器181的兩個(gè)相鄰信號(hào)的時(shí)差。首先，在252，在壓電元件10處可得到一聲學(xué)信號(hào)并且在峰值檢測(cè)器 181處可得到來(lái)自該信號(hào)的峰值聲學(xué)信號(hào)。接下來(lái)，在254，例程250輸入信號(hào)f，該信號(hào)是來(lái)自峰值檢測(cè)器181的聲學(xué)高頻(HF)信號(hào)。然后，在256，確定一值fb，該值fb是在利用例如在一預(yù)定的閾值Ll以下對(duì)高頻信號(hào)的8點(diǎn)移動(dòng)平均的高頻信號(hào)的基線。例程250采用兩個(gè)閾值Ll和L2來(lái)確認(rèn)，聲學(xué)小波251具有代表導(dǎo)電故障的預(yù)期波形。Ll和L2的非限制性的示例分別是IOOmV和50mV。 有時(shí)，由于各種原因，例如增加的EMI噪聲，來(lái)自峰值檢測(cè)器181的高頻信號(hào)具有相對(duì)高的噪聲級(jí)。為了避免基線噪聲級(jí)變化的影響，步驟256尋求通過(guò)利用在預(yù)定的閾值Ll以下的高頻信號(hào)的示例性的8點(diǎn)移動(dòng)平均來(lái)評(píng)估噪聲級(jí)，從而從測(cè)量信號(hào)中除去噪聲級(jí)。示例性的8點(diǎn)移動(dòng)平均是低于Ll閾值的最后的例如8個(gè)樣本的平均值。接下來(lái)，在258，通過(guò)f-fb 來(lái)確定經(jīng)校正的高頻信號(hào)fc。在沈0，判斷fc是否大于Li。如果判斷結(jié)果為是，則在262判斷T-Tn-I是否大于Δ T (例如，預(yù)定值如5mS)。T是來(lái)自合適的計(jì)時(shí)器(未示出)(例如，非限制地，圖1的處理器182中的振蕩器電路(未示出)；處理器182中的晶體振蕩器(未示出))的時(shí)間。 在例程250在276中達(dá)到其預(yù)設(shè)的時(shí)間段之后，DELTA在觀4中被重置為零(Tn = Tn-I = 0)。如果在262處檢驗(yàn)通過(guò)，則在264處將計(jì)時(shí)器值T記錄為T(mén)n。Tn = T意味著當(dāng)存在從峰值檢測(cè)器181輸出的高于閾值Ll的聲學(xué)信號(hào)時(shí)，時(shí)間T被記錄為Τη。接著，在沈6，如果在T = Tn+0. ImS時(shí)fc大于L2則確認(rèn)經(jīng)校正的高頻信號(hào)有效。如果判斷結(jié)果為是，將變量 DELTA設(shè)定為等于 ι-Τη-l。接著，在270，Tn-I被設(shè)定為等于Τη。接著，在272，判斷M是否小于2或大于7，其中M是整數(shù)[10 * DELTA/8. 3333]的個(gè)位數(shù)。這核實(shí)了 DELTA是否是8. 3333mS的倍數(shù)(例如，非限制地，DELTA/8. 3333 = 2. 1， 貝丨J (DELTA/8. 3333)xl0 = 21，且M = 1(比2小)。因此，本例中DELTA可以看作在考慮了潛在測(cè)量誤差的情況下8. 3333mS的倍數(shù)。實(shí)際上，步驟272判斷DELTA是否為半周期(例如，非限制地，大約SJmS)的倍數(shù)。M代表小數(shù)點(diǎn)后的十分位，例如，對(duì)于3.M而言M= 2 或?qū)τ?. 82而言M = 8。如果在272處的檢驗(yàn)通過(guò)并且DELTA為半周期的倍數(shù)，則在步驟 274中，X存儲(chǔ)桶(計(jì)數(shù)器)加1。另一方面，如果DELTA不是半周期的倍數(shù)，則在步驟275 中，Y存儲(chǔ)桶加1。在步驟274或275之后，或者如果在步驟沈2中的檢驗(yàn)未通過(guò)，則在步驟276中， 判斷Tn是否大于或等于預(yù)設(shè)時(shí)間(例如，非限制地，200mS;2S;10S;—天)。如果判斷結(jié)果為是，則在步驟278和280中，例程250在宣布由例如輝光接觸的導(dǎo)電故障引起噪聲之前檢查兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。步驟278檢查是否X+Y>= A(例如，非限制地，10 ;15;任何合適的值)；步驟 280檢查是否比率X/(X+Y) > B (例如，非限制地，60% ；任何合適的小于100%的百分比)。 如果這兩個(gè)檢查通過(guò)，則在步驟282中觸發(fā)警報(bào)(例如，圖1的故障指示器158)。否則，如果這兩個(gè)檢查中的一個(gè)未通過(guò)或兩個(gè)均未通過(guò)，或者在步驟282之后，例程250引起電力循環(huán)之后的復(fù)位(例如，如果來(lái)自圖1的電源162的電力發(fā)生循環(huán)；如果手動(dòng)電源開(kāi)關(guān)(未示出)循環(huán))，則在步驟觀4中，值Y、X、Tn和Tn-I被重置為零，并且Δ T被重置為5mS，并且在步驟觀6中允許下一個(gè)中斷。如果步驟沈0、266和/或276中的任何一個(gè)檢查失敗，則同樣執(zhí)行步驟觀6。中斷周期性地(例如，非限制地，每IOOyS)產(chǎn)生。并且，步驟274和 275的各自的X和Y存儲(chǔ)桶在預(yù)設(shè)時(shí)間(例如，非限制地，IOOOOmS ；任何合適的時(shí)間)之后被重置為零。示例性的例程250類似于美國(guó)專利No. 7，148，696中的例程。然而，例程250增加了各種特征，例如閾值L2，以便確認(rèn)對(duì)于每個(gè)聲學(xué)信號(hào)小波波形都是正確的。示例 3參照?qǐng)D3-7，聲學(xué)傳感器裝置300包括緊固件，例如示例性的緊固結(jié)構(gòu)302，該緊固件用于電力導(dǎo)體，例如示例性的矩形電力母線304(在圖4和5中以虛線示出)。示例性的聲學(xué)傳感器裝置300還包括殼體306以及印刷電路板(PCB)310，殼體306用于聲學(xué)傳感器和/或聲發(fā)生器，例如容納在殼體306中的低成本壓電元件308(圖5中示出)，印刷電路板 310可以包括圖1的示例性的電子電路14、故障指示器158、無(wú)線收發(fā)器160、寄生電源162和復(fù)位電路184。殼體306通過(guò)緊固結(jié)構(gòu)302緊固到電力母線304上或者電氣系統(tǒng)(未示出)中的另一個(gè)合適的電力導(dǎo)體(未示出)上。示例 4如圖5中所示，殼體306的外部包括絕緣間隔件312，其與安裝于不銹鋼筒形罐 318的不銹鋼基座316連接，壓電元件308設(shè)置于不銹鋼筒形罐318中。緊固結(jié)構(gòu)302構(gòu)造成將絕緣間隔件312 (例如陶瓷圓盤(pán))和示例性的電力母線304與殼體306緊固在一起。 壓電元件308在示例性的0. 5”直徑不銹鋼筒形罐318內(nèi)部，并且與絕緣間隔件312相對(duì)地連接于不銹鋼基座316。罐318可以通過(guò)例如且非限制的緊固件(未示出)和板簧(未示出)固定于殼體內(nèi)部。示例 5殼體306可以為，例如且非限制的，構(gòu)造成提供EMI屏蔽的金屬殼體或具有內(nèi)部和 /或外部金屬涂層的絕緣殼體。示例 6金屬涂層可以為，例如且非限制的，合適的薄膜金屬涂層。示例 7如圖5最佳地示出，示例性的緊固結(jié)構(gòu)302設(shè)置成穿過(guò)殼體306的開(kāi)口 315。如圖7最佳地示出，示例性的緊固結(jié)構(gòu)302包括螺栓340、鎖緊墊圈342和合適形狀的間隔件 344。如圖5所示，鎖緊墊圈342將螺栓340和合適形狀的間隔件344保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫?但是仍然容許它們樞轉(zhuǎn)，以便有利地適應(yīng)可能不是與之完全正交的電力導(dǎo)體304中的螺紋孔；346。如圖5和7所示，螺栓340包括軸部348和具有拱形形狀350的間隔件344。開(kāi)口 315是具有錐形形狀352和拱形形狀354的通孔。如圖5所示，間隔件344的拱形形狀 350構(gòu)造成接合通孔315的拱形形狀354，以便螺栓340構(gòu)造成如圖5所示在螺栓軸部348 處于通孔315的錐形形狀352中的情況下樞轉(zhuǎn)。示例 8如圖3-7所示，示例性的聲學(xué)傳感器裝置300包括圖1的故障指示器158，故障指示器158可以為L(zhǎng)ED指示器(例如，非限制地，用于正常運(yùn)行的綠光閃爍，用于檢測(cè)到與電力母線304操作性相關(guān)的導(dǎo)電故障的紅光閃爍)。可選的on/off開(kāi)關(guān)(未示出)可以啟用或禁用圖1的電源162，該電源162可選地包括電池(未示出)。示例 9從圖3-7可以看出，示例性的殼體306包括底座336和蓋338。天線161從殼體 306伸出。殼體306具有穿過(guò)該殼體的開(kāi)口 315，并且緊固結(jié)構(gòu)302設(shè)置成通過(guò)該開(kāi)口。緊固結(jié)構(gòu)302包括構(gòu)造成將殼體306和矩形電力母線304緊固在一起的螺栓340。殼體306 包括絕緣間隔件312，并且緊固結(jié)構(gòu)302進(jìn)一步地構(gòu)造成將絕緣間隔件312和總線304緊固
在一起。示例 10圖8和9分別示出了示例性的聲學(xué)傳感器裝置400和450，其包括由基座402和蓋 404構(gòu)成的殼體401、螺栓406、墊圈408、絕緣間隔件例如示例性的陶瓷絕緣器410、和壓電元件412。螺栓406穿過(guò)包括通孔413的傳感器殼體401。繼而，螺栓406合適地構(gòu)造成螺
9接在電力導(dǎo)體(未示出，但是參見(jiàn)圖4的電力導(dǎo)體304)上。如圖8的聲學(xué)傳感器裝置400所示，通過(guò)諸如示例性的被加載的壓縮彈簧414的壓縮元件將預(yù)載施加于示例性的壓電元件412，壓縮彈簧414在一端接合蓋404且在另一端接合合適的間隔件416。因而，彈簧414和間隔件416將預(yù)載施加于壓電元件412。在本例中，彈簧414是相對(duì)較小的彈簧，其直徑類似于壓電元件412和間隔件416 的直徑。被加載的彈簧414設(shè)置于螺栓406的一側(cè)，彈簧414的縱軸線418平行于螺栓406 的縱軸420設(shè)置。電子電路422可以設(shè)置于基座402 —側(cè)上相對(duì)于彈簧414、壓電元件412 和間隔件416的另一側(cè)。優(yōu)選地，后者可以占據(jù)基座402的相對(duì)小的區(qū)域(例如，非限制地， 圓筒形基座402的全部360°的大約40° )。電子電路422可以為，例如且非限制的，圖1 的電路14。示例 11如圖9的聲學(xué)傳感器裝置450所示，通過(guò)諸如示例性的被加載的壓縮彈簧452的壓縮元件將預(yù)載施加于示例性的壓電元件412，壓縮彈簧452在一端接合蓋404且在另一端接合合適的間隔件454。因而，彈簧452和間隔件妨4將預(yù)載施加于壓電元件412。這里， 相對(duì)大的預(yù)載彈簧452(相對(duì)于圖8的預(yù)載彈簧414)圍繞螺栓406的軸部420。電子電路 456可以設(shè)置于基座402上與壓電元件412相反的一側(cè)，壓電元件412優(yōu)選地可以占據(jù)基座 402的相對(duì)小的區(qū)域(例如，非限制地，圓筒形基座的全部360°的大約40° )。示例 12圖10和11分別示出了示例性的聲學(xué)傳感器裝置500和550，其包括如上結(jié)合圖8 和9所述的一部分相同部件。但是，這里的緊固件是帶螺紋的部件502。由基座402和蓋 404構(gòu)成的殼體501與帶螺紋的部件502 —體形成為單件。例如，這容許整個(gè)殼體501旋轉(zhuǎn)以便將殼體501緊固到電力導(dǎo)體(未示出，但是可以參見(jiàn)圖4的電力導(dǎo)體304)上。如圖 10所示，殼體501容納電子電路504、預(yù)載彈簧414、間隔件416和壓電元件412。預(yù)載彈簧 414、間隔件416和壓電元件412在殼體501內(nèi)設(shè)置成在電子電路504的旁邊。示例 13圖11示出了聲學(xué)傳感器裝置550，其中相對(duì)大的預(yù)載彈簧452(相對(duì)于圖8和10 的預(yù)載彈簧414)圍繞電子電路552。間隔件4M將壓電元件412與電子電路552和彈簧 452分隔開(kāi)，彈簧452接合間隔件454，間隔件妨4繼而接合壓電元件412。本發(fā)明可以檢測(cè)松動(dòng)連接或其他導(dǎo)電故障，并且可以包括合適的聲發(fā)生器例如高壓脈沖電路，以產(chǎn)生模擬聲學(xué)信號(hào)。這容許其用作聲學(xué)信號(hào)發(fā)生器或聲學(xué)發(fā)送器，其用于在工廠或現(xiàn)場(chǎng)中的配電系統(tǒng)例如開(kāi)關(guān)裝置中使傳感器分布最優(yōu)化。例如，當(dāng)壓電元件308承受應(yīng)力和應(yīng)變時(shí)，其產(chǎn)生電壓輸出。在這種情況下，其被用作傳感器。當(dāng)電壓被施加至壓電元件308時(shí)，壓電元件的尺寸改變。這種性質(zhì)可以被用作聲學(xué)發(fā)送器或發(fā)生器。示例性的緊固結(jié)構(gòu)302可以容許永久的或暫時(shí)的安裝。本發(fā)明可與下述裝置相關(guān)地采用，例如但不限于，三相開(kāi)關(guān)裝置，如低壓開(kāi)關(guān)裝置、低壓配電盤(pán)、低壓控制盤(pán)、電機(jī)控制中心和中壓開(kāi)關(guān)裝置。然而，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可在寬泛的其他應(yīng)用范圍中采用，如用于商業(yè)或工業(yè)設(shè)施的母線/匯流電力系統(tǒng)、航空應(yīng)用和電動(dòng)車輛應(yīng)用。另外，本發(fā)明不限于三相應(yīng)用，并且可被用于住宅或其他單相應(yīng)用。在住宅應(yīng)用中，在較小的導(dǎo)電體的情況下，聲學(xué)信號(hào)具有相對(duì)高的衰減率；因此，各聲學(xué)傳感器可以僅覆蓋電線系統(tǒng)的相對(duì)小的范圍。例如，每相可采用一獨(dú)立的傳感器。因此，例如對(duì)于三相系統(tǒng)，存在三個(gè)傳感器。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的總體教導(dǎo)對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改和替換。因此，所公開(kāi)的特殊設(shè)置僅用于說(shuō)明而不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其任何所有等同方案的全部范圍來(lái)限定。附圖標(biāo)記列表2 聲學(xué)傳感器組件4 殼體，例如傳感器殼體及安裝結(jié)構(gòu)6 緊固件8電力導(dǎo)體10 壓電元件12 輸出信號(hào)14 電子電路16 導(dǎo)電故障信號(hào)154可選的預(yù)載158故障指示器160通信裝置，例如無(wú)線收發(fā)器161 天線162 電源164 緊固168 絕緣間隔件174緩沖輸入電路178放大器電路180帶通濾波器181 峰值檢測(cè)器182 處理器184 復(fù)位電路200 例程202 步驟204 步驟206 步驟208 步驟210 步驟212 步驟214 步驟216 步驟218 步驟220 步驟
224步驟250例程252步驟254步驟256步驟258步驟260步驟262步驟264步驟266步驟268步驟270步驟272步驟274步驟276步驟278步驟280步驟282步驟284步驟286步驟288步驟300聲學(xué)傳感器裝置302緊固件，例如示例性緊固件結(jié)構(gòu)304電力導(dǎo)體，例如示例性的矩形電力母線306殼體308聲學(xué)傳感器和/或聲發(fā)生器，例如低成本壓電元件310印刷電路板(PCB)312絕緣間隔件313CT314芯315開(kāi)口316不銹鋼基座318不銹鋼筒形罐336基座338蓋340螺栓342鎖緊墊圈344合適形狀的間隔件346螺紋孔
348軸部350拱形352錐形354拱形400聲學(xué)傳感器裝置401殼體402基座404蓋406螺栓408墊圈410絕緣間隔件，例如示例性的陶瓷絕緣件412壓電元件413通孔414壓緊元件，例如示例性的預(yù)載壓緊彈簧416間隔件418縱軸線420軸部422電子電路450聲學(xué)傳感器裝置452壓緊元件，例如示例性的預(yù)載壓緊彈簧454合適的間隔件456電子電路500聲學(xué)傳感器裝置501殼體502帶螺紋的部件504電子電路550聲學(xué)傳感器裝置552電子電路
權(quán)利要求
1.一種聲學(xué)傳感器裝置(2 ；300 ；400 ；450 ；500 ；550)，包括殼體⑷；構(gòu)造成將電力導(dǎo)體(8)與所述殼體緊固在一起的緊固件(6)；構(gòu)造成檢測(cè)來(lái)自所述電力導(dǎo)體的聲學(xué)噪聲并且輸出一信號(hào)(12)的聲學(xué)傳感器(10)；以及構(gòu)造成由所述信號(hào)檢測(cè)導(dǎo)電故障(16)的電路(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置(2；300 ；400 ；450 ；500 ；550)，其特征在于， 通過(guò)壓緊元件將預(yù)載(154)施加到所述聲學(xué)傳感器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲學(xué)傳感器裝置(2；300 ；400 ；450 ；500 ；550)，其特征在于， 所述壓緊元件是被加載的壓緊彈簧G14 ；452)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置(2；300 ；400 ；450 ；500 ；550)，其特征在于， 所述殼體是金屬殼體或具有金屬覆層的絕緣殼體，所述金屬覆層構(gòu)造成提供EMI屏蔽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聲學(xué)傳感器裝置O；300 ；400 ；450 ；500 ；550)，其特征在于， 所述金屬覆層是薄膜覆層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置O；300 ；400 ；450)，其特征在于，所述殼體具有從中穿過(guò)的開(kāi)口(315;413)；并且所述緊固件(302;406)設(shè)置成穿過(guò)所述殼體的所述開(kāi)口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲學(xué)傳感器裝置(300)，其特征在于，所述電力導(dǎo)體是母線 (304)；并且所述緊固件包括構(gòu)造成將所述殼體和所述母線緊固在一起的螺栓(340)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置O)，其特征在于，所述電路包括通信裝置 (160)，所述通信裝置構(gòu)造成在檢測(cè)到所述導(dǎo)電故障時(shí)與遠(yuǎn)程裝置通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲學(xué)傳感器裝置O)，其特征在于，所述通信裝置是無(wú)線發(fā)送器或無(wú)線收發(fā)器(160)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置0)，其特征在于，所述電路由寄生電源 (162)供電。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聲學(xué)傳感器裝置O；300)，其特征在于，所述寄生電源包括變流器(313)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置O)，其特征在于，所述聲學(xué)傳感器是壓電元件(10)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置O；300 ；400 ；450 ；500 ；550)，其特征在于， 所述導(dǎo)電故障是輝光接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置(300；400 ；450 ；500 ；550)，其特征在于，所述殼體包括絕緣間隔件(312 ；410)；并且所述緊固件進(jìn)一步構(gòu)造成將所述絕緣間隔件和所述電力導(dǎo)體(304)緊固在一起。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置O；300 ；400 ；450 ；500 ；550)，其特征在于， 所述聲學(xué)傳感器(10 ；308 ；412)進(jìn)一步構(gòu)造成產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置O)，其特征在于，所述信號(hào)是第一信號(hào)；并且所述電路(14)包括構(gòu)造成放大所述第一信號(hào)(1 并輸出第二信號(hào)的放大器(178)；CN 102539994 A構(gòu)造成輸入所述第二信號(hào)并輸出第三信號(hào)的峰值檢測(cè)器(181)；以及構(gòu)造成處理所述第三信號(hào)并從該第三信號(hào)檢測(cè)所述導(dǎo)電故障(16)的處理器(182)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置(300；400 ；450)，其特征在于，所述殼體包括通孔(315 ；413)；所述緊固件是穿過(guò)所述殼體的所述通孔的螺栓(340 ；406)；并且所述螺栓構(gòu)造成螺紋連接在所述電力導(dǎo)體(304)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的聲學(xué)傳感器裝置000)，其特征在于，所述螺栓(406)包括軸部020)；所述殼體001)容納壓緊元件014)，所述壓緊元件將預(yù)載施加至所述聲學(xué)傳感器012)；并且所述壓緊元件平行于所述螺栓的軸部設(shè)置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的聲學(xué)傳感器裝置050)，其特征在于，所述螺栓(406)包括軸部020)；所述殼體001)容納壓緊元件052)，所述壓緊元件將預(yù)載施加至所述聲學(xué)傳感器012)；并且所述壓緊元件圍繞所述螺栓的軸部設(shè)置。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的聲學(xué)傳感器裝置(300)，其特征在于，所述螺栓(340)包括軸部(348)和具有拱形形狀(350)的間隔件(344)；所述通孔(31 具有錐形形狀(352)和拱形形狀(3M)；所述螺栓的間隔件的拱形形狀構(gòu)造成接合所述通孔的拱形形狀；并且所述螺栓構(gòu)造成在所述螺栓的軸部處于所述通孔的錐形形狀中的情況下樞轉(zhuǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)傳感器裝置(500;550)，其特征在于，所述緊固件是帶螺紋的部件(502)；所述殼體(501)和所述帶螺紋的部件整體形成為單件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的聲學(xué)傳感器裝置(500)，其特征在于，所述殼體(501)容納所述電路(504)和壓緊元件G14)，所述壓緊元件構(gòu)造成將預(yù)載施加至所述聲學(xué)傳感器 (412)；并且所述壓緊元件和所述聲學(xué)傳感器在所述殼體內(nèi)設(shè)置在所述電路旁邊。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述聲學(xué)傳感器裝置(550)，其特征在于，所述殼體(501)容納所述電路(552)、間隔件(454)和壓緊元件052)，所述壓緊元件構(gòu)造成將預(yù)載施加至所述聲學(xué)傳感器G12)；所述壓緊元件圍繞所述電路設(shè)置；所述間隔件使所述聲學(xué)傳感器與所述電路及所述壓緊元件分隔開(kāi)；并且所述壓緊元件接合所述間隔件，該間隔件接合所述聲學(xué)傳感器。
24.一種用于電力導(dǎo)體(8)的聲學(xué)裝置O)，所述聲學(xué)裝置包括殼體⑷；構(gòu)造成將所述殼體與所述電力導(dǎo)體緊固在一起的緊固件(6)；以及以下a和b中的至少一者(a)構(gòu)造成檢測(cè)來(lái)自所述電力導(dǎo)體的噪聲并輸出一信號(hào)(12)的聲學(xué)傳感器(10)，和構(gòu)造成由所述信號(hào)檢測(cè)導(dǎo)電故障(16)的電路(14)，以及(b)聲學(xué)發(fā)送器(10；308)，所述聲學(xué)發(fā)送器構(gòu)造成產(chǎn)生聲學(xué)噪聲以模擬由導(dǎo)電故障引起的聲學(xué)噪聲。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括緊固件的聲學(xué)裝置和聲學(xué)傳感器裝置。聲學(xué)傳感器裝置(2)包括殼體(4)、構(gòu)造成將電力導(dǎo)體(8)與所述殼體緊固在一起的緊固件(6)、構(gòu)造成檢測(cè)來(lái)自所述電力導(dǎo)體的聲學(xué)噪聲并且輸出一信號(hào)(12)的聲學(xué)傳感器(10)；以及構(gòu)造成由所述信號(hào)檢測(cè)導(dǎo)電故障(16)的電路(14)。
文檔編號(hào)G01R1/02GK102539994SQ20111031766
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者B·帕爾, D·L·蓋斯, R·揚(yáng)尼羅, X·周 申請(qǐng)人:伊頓公司