專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及屬于光學(xué)傳感領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)開關(guān)柜閃弧監(jiān)測的光學(xué)傳感器。
背景技術(shù)：
中、低壓開關(guān)柜適用于發(fā)電廠、石油、化工、冶金、紡織、高層建筑等行業(yè)，作為輸電、配電及電能轉(zhuǎn)換之用。近些年來，全國中低壓開關(guān)柜事故不斷，究其原因，往往是當(dāng)出線或母線發(fā)生單相接地故障時，由于接地點(diǎn)容性電流較大，接地點(diǎn)電弧不能完全熄滅，導(dǎo)致電弧反復(fù)重燃；又由于電弧電阻的原因，短路電流往往達(dá)不到過流速斷整定值而不能快速動作切斷故障，而其它設(shè)備絕緣水平較低導(dǎo)致迅速發(fā)展為相間短路，電弧持續(xù)燃燒釋放出巨大的能量，從而造成開關(guān)柜被嚴(yán)重?zé)龤У臑?zāi)難性的后果。開關(guān)柜的閃弧故障，如果沒有得到及時清除，發(fā)展為中壓母線故障，帶來的危害是非常嚴(yán)重的。 中壓開關(guān)柜閃弧導(dǎo)致的電網(wǎng)設(shè)備損壞和停電事故不僅造成了相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重地影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而直接威脅變電所正常運(yùn)行和運(yùn)行人員的安全。因此研究閃弧檢測的光學(xué)傳感器，進(jìn)而安裝有效的繼電保護(hù)，解決閃弧問題，對于提高電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性，降低經(jīng)濟(jì)損失有很大的意義。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型公開了一種光學(xué)傳感器，能夠有效檢測開關(guān)柜出線或母線發(fā)生短路故障時產(chǎn)生的電弧光并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案—種實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，包括光米集鏡頭、光電轉(zhuǎn)換器和塑料光纖，塑料光纖的兩端設(shè)有ST連接器，所述塑料光纖通過ST連接器與光采集鏡頭和光電轉(zhuǎn)換器相連；所述光采集鏡頭包括被封裝在光采集鏡頭封裝底座中的平凸透鏡、頻率提取器、波長轉(zhuǎn)換器、聚焦鏡頭；所述光電轉(zhuǎn)換器包括封裝在光電轉(zhuǎn)換器封裝底座上的聚焦透鏡和光電二極管芯片；所述塑料光纖包括塑料光纖纖芯、覆蓋在所述纖芯外的塑料光纖內(nèi)層防護(hù)層以及覆蓋在所述內(nèi)層防護(hù)層外的塑料光纖外層防護(hù)層。作為一種優(yōu)選，所述平凸透鏡上覆蓋涂有至少一層透明介質(zhì)材料的薄膜。作為一種改進(jìn)，所述光電轉(zhuǎn)換器中還包括與光電二極管芯片并聯(lián)的瞬變二極管。作為一種優(yōu)選，所述聚焦鏡頭將光信號聚焦在光電二極管芯片表面。作為一種改進(jìn)，還包括與光采集鏡頭連接的安裝底座。作為一種優(yōu)選,所述安裝底座包括彼此之間活動連接的安裝底座固定部分和安裝底座活動部分。作為一種優(yōu)選，所述安裝底座固定部分和安裝底座活動部分之間連接方式為齒輪狀咬合連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果[0014]I.光采集鏡頭為無源器件，與有源的光電轉(zhuǎn)換部分之間采用塑料光纖連接，不會對開關(guān)柜的一次設(shè)備產(chǎn)生影響；2.光采集鏡頭只采集弧光中的特定波段，即波段為380nm 450nm的光信號，可有效濾除其它光源，如閃電、太陽等自然光源和電筒、紅外測溫器等人造光源的干擾；3.平凸透鏡表面涂裝的透明介質(zhì)材料的薄膜，增加了特定波段光線的透過率；4.光電轉(zhuǎn)換器經(jīng)光纖長距離隔離后，不會主動或被動改變開關(guān)柜內(nèi)的電磁環(huán)境，因此傳感器只有在光電轉(zhuǎn)換部分才有電信號，其余均為光信號，可有效避免開關(guān)柜中開關(guān)動作時產(chǎn)生的電磁干擾；5.聚焦鏡頭設(shè)計，能有效增加光電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。6.通過設(shè)置瞬變二極管達(dá)到的防靜電設(shè)計，提高器件可靠性，并能適應(yīng)各種裝配、·使用環(huán)境。7.無死區(qū)設(shè)計底座活動部分可在X軸空間平面上進(jìn)行180°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，底座固定部分可在Y軸安裝平面上360°范圍內(nèi)進(jìn)行固定，兩者結(jié)合，可保證底座活動部分可對準(zhǔn)任意位置和角度，活動范圍為半球型；8.防松設(shè)計底座活動部分與固定部分接合面設(shè)計有咬合面，咬合面形狀和工作方式類似齒輪，安裝完畢后底座活動部分與固定部分如齒輪般咬合，有效保證震動環(huán)境下對準(zhǔn)位置不發(fā)生位移。

圖I為本實(shí)用新型提供的光學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為安裝底座結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖3為安裝底座結(jié)構(gòu)俯視圖。附圖標(biāo)明列表I-平凸透鏡，2-頻率提取器，3-波長轉(zhuǎn)換器，4-聚焦鏡頭，5-塑料光纖纖芯，6-塑料光纖內(nèi)層防護(hù)層，7-塑料光纖外層防護(hù)層，8-聚焦透鏡，9-光電二極管芯片，10-瞬變二極管，11-光采集鏡頭封裝底座，12-光電轉(zhuǎn)換器封裝底座，14-安裝底座活動部分，15-采集鏡頭安裝位置，16-緊固件，17-底座安裝螺絲固定位置，18-安裝底座固定部分，19-底座活動部分齒輪狀咬合面，20-底座固定部分齒輪狀咬合面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式
僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。[0037]如圖I所示，本實(shí)用新型提供的光學(xué)傳感器包括光采集鏡頭、光電轉(zhuǎn)換器、以及連接光采集鏡頭與光電轉(zhuǎn)換器的塑料光纖。其中，采集鏡頭包括平凸透鏡I、頻率提取器2、波長轉(zhuǎn)換器3、聚焦鏡頭4和光采集鏡頭封裝底座11，所述采集鏡頭中的部件利用膠體被封裝在ST標(biāo)準(zhǔn)接口的光采集鏡頭封裝底座11中。平凸透鏡I的作用在于增大采集鏡頭的感光角度和面積，使更多被測光源的光線能夠通過平凸透鏡聚焦在頻率提取換器上；平凸透鏡表面優(yōu)選涂一層透明介質(zhì)材料的薄膜，以增加特定波段光線的透過率，根據(jù)測試對象的不同，可以涂覆多層透明薄膜。頻率提取器2允許弧光中波段為380nm 450nm的光信號通過，其它波段尤其是照明光源的光信號被吸收或反射，這樣能有效濾除如閃電、太陽等自然光源和電筒、紅外測溫器等人造光源的干擾，所述的特定波段是根據(jù)實(shí)際發(fā)生的弧光波段進(jìn)行確定的。由于600nm 660nm范圍內(nèi)光線具有最小衰減率，對其它波長的光線尤其是非可見光具有很大的傳輸損耗，因此波長轉(zhuǎn)換器3將特定波段的光轉(zhuǎn)換為600 660nm范圍的有效光信號；聚焦鏡頭優(yōu)選將有效光信號聚焦在光電二極管芯片9表面，這樣能有效增加光電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。 如圖I所示，塑料光纖包括連接著采集鏡頭和光電轉(zhuǎn)換器的塑料光纖纖芯5，所述塑料光纖纖芯5具有雙層屏蔽，不僅覆蓋著塑料光纖內(nèi)層防護(hù)層6，所述塑料光纖內(nèi)層防護(hù)層6外還覆蓋著塑料光纖外層防護(hù)層7。塑料光纖兩端連接著標(biāo)準(zhǔn)ST連接器，塑料光纖通過ST連接器與采集鏡頭和光電轉(zhuǎn)換器連接。塑料光纖可傳輸來自光采集鏡頭的有效信號，同時大幅度衰減由采集鏡頭透入的其他短波長干擾信號。塑料光纖的長度應(yīng)足夠長，以有效隔離光電轉(zhuǎn)換器和開關(guān)柜，這樣光電轉(zhuǎn)換器不會主動或被動改變開關(guān)柜內(nèi)的電磁環(huán)境。如圖I所示，光電轉(zhuǎn)換器由聚焦透鏡8、光電二極管芯片9和光電轉(zhuǎn)換器封裝底座12構(gòu)成，光電轉(zhuǎn)換器中的各部件由封裝透明膠和不透明粘接密封膠粘合封裝在光電轉(zhuǎn)換器封裝底座12上。其中光電二極管芯片也可以用光電二極管代替。所述聚焦透鏡應(yīng)為曲面透鏡、柱面透鏡、平面透鏡、圓頂透鏡等具有聚焦功能的透鏡或透鏡組合。為了保護(hù)光電二極管芯片9免受靜電損傷，光電二極管芯片9上還可優(yōu)選并聯(lián)瞬變二極管10，提高器件的可靠性。聚焦透鏡8接收到的有效光信號耦合到光電二極管芯片輻射敏感區(qū)，光電二極管芯片將有效光信號轉(zhuǎn)換為有效電信號，一般幅值不大于± 10V，通常AD轉(zhuǎn)換電路可直接使用。如圖2，圖3所示，為了便于光學(xué)傳感器的穩(wěn)定安裝，作為優(yōu)選，本實(shí)用新型還包括無盲區(qū)防震安裝底座。所述無盲區(qū)防震安裝底座包括通過緊固件16連接的安裝底座固定部分18和安裝底座活動部分14，其中采集鏡頭被安裝在安裝底座活動部分14中的采集鏡頭安裝位置15上，固定部分18和活動部分14通過底座活動部分齒輪狀咬合面19與底座固定部分齒輪狀咬合面20用類似于齒輪的工作方式緊緊咬合。所述緊固件16為具有固定連接效果的常規(guī)零件如緊固螺絲。松開緊固件16時，所述活動部分14能以緊固件為圓心在固定部分18上活動，旋緊緊固件16時，齒輪狀咬合面使得固定部分18和活動部分14緊緊咬合。安裝底座固定部分18通過底座安裝螺絲固定位置17固定在其他設(shè)備或墻面上。安裝底座固定部分18可在垂直平面上360°范圍內(nèi)選擇任一方向固定，同時由于安裝底座活動部分14在18導(dǎo)槽內(nèi)可進(jìn)行水平平面上180°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，因此安裝底座活動部分14能夠到達(dá)半球型面上任意一點(diǎn)，這樣采集鏡頭能夠無盲區(qū)對準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)。對準(zhǔn)目標(biāo)后，底座活動部分齒輪狀咬合面19與底座固定部分齒輪狀咬合面20之間緊密咬合，可有效防止震動環(huán)境下底座活動部分出現(xiàn)位移。[0042]當(dāng)開關(guān)柜閃弧時，采集鏡頭采集閃弧信息，塑料光纖將來自采集鏡頭的有效光信號傳遞到光電轉(zhuǎn)換器，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器處理后轉(zhuǎn)換成有效光信號。塑料光纖能夠衰減采集鏡頭未能完全處理的無效光信號。光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將有效光信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，提供給任意第三方綜合保護(hù)控制類設(shè)備進(jìn)行采集處理。具體地說，如圖I所示，具體采集轉(zhuǎn)換過程如下開關(guān)柜閃弧時產(chǎn)生的弧光信號a經(jīng)過平凸透鏡后聚焦為光b，頻率提取器從光b的眾多光譜中提取出特殊波段的光c，c經(jīng)過波長轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為波長為600nm 660nm的光d，d經(jīng)過聚焦鏡頭匯聚成光e，e直接進(jìn)入帶雙層屏蔽的塑料光纖中；e經(jīng)光纖傳輸后成為光f,f由透鏡稱合到光電二極管芯片，經(jīng)光電二極管芯片轉(zhuǎn)換為電流信號h。經(jīng)過以上步驟，開關(guān)柜出線或母線發(fā)生短路故障時產(chǎn)生的電弧光被有效采集并轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 本實(shí)用新型方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，其特征在于包括光米集鏡頭、光電轉(zhuǎn)換器和塑料光纖，塑料光纖的兩端設(shè)有ST連接器，所述塑料光纖通過ST連接器與光采集鏡頭和光電轉(zhuǎn)換器相連；所述光采集鏡頭包括被封裝在光采集鏡頭封裝底座中的平凸透鏡、頻率提取器、波長轉(zhuǎn)換器、聚焦 鏡頭；所述光電轉(zhuǎn)換器包括封裝在光電轉(zhuǎn)換器封裝底座上的聚焦透鏡和光電二極管芯片；所述塑料光纖包括塑料光纖纖芯、覆蓋在所述纖芯外的塑料光纖內(nèi)層防護(hù)層以及覆蓋在所述內(nèi)層防護(hù)層外的塑料光纖外層防護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，其特征在于所述平凸透鏡上覆蓋涂有至少一層透明介質(zhì)材料的薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，其特征在于所述光電轉(zhuǎn)換器中還包括與光電二極管芯片并聯(lián)的瞬變二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，其特征在于所述聚焦鏡頭將光信號聚焦在光電二極管芯片表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，其特征在于還包括與光采集鏡頭連接的安裝底座。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，其特征在于所述安裝底座包括彼此之間活動連接的安裝底座固定部分和安裝底座活動部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，其特征在于所述安裝底座固定部分和安裝底座活動部分之間連接方式為齒輪狀咬合連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜閃弧檢測的光學(xué)傳感器，能夠有效檢測開關(guān)柜出線或母線發(fā)生短路故障時產(chǎn)生的電弧光并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。本實(shí)用新型提供的光學(xué)傳感器，包括光采集鏡頭、光電轉(zhuǎn)換器和塑料光纖，塑料光纖的兩端設(shè)有ST連接器，所述塑料光纖通過ST連接器與光采集鏡頭和光電轉(zhuǎn)換器相連。由于光采集鏡頭為無源器件，與有源的光電轉(zhuǎn)換部分之間采用塑料光纖連接，不會對開關(guān)柜的一次設(shè)備產(chǎn)生影響；光采集鏡頭可有效濾除其它光源的干擾；傳感器只有在光電轉(zhuǎn)換部分才有電信號，其余均為光信號，可有效避免開關(guān)柜中開關(guān)動作時產(chǎn)生的電磁干擾；通過設(shè)置瞬變二極管達(dá)到的防靜電設(shè)計，提高器件可靠性，并能適應(yīng)各種裝配、使用環(huán)境。
文檔編號G01R31/02GK202631680SQ20122021452
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者陳應(yīng)林, 李從飛 申請人:南京弘毅電氣自動化有限公司