一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，屬傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]漏電流測(cè)量已經(jīng)成為許多應(yīng)用的重要功能，比如電力網(wǎng)的輸電線。特別是需要測(cè)量絕緣子接地端的大波動(dòng)的漏電流。因此，需要一種高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍的電流傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)漏電流。最近幾十年，一些研究報(bào)導(dǎo)了多種電流傳感結(jié)構(gòu):電磁式電流互感器、羅氏線圈、光學(xué)電流互感器等。
[0003]具有鐵芯的電磁式電流互感器在繼電保護(hù)和電流測(cè)量中一直占主導(dǎo)地位，因其采用鐵磁材料和復(fù)雜的線圈繞組，頻帶窄；測(cè)量電流很大時(shí)，鐵芯會(huì)產(chǎn)生磁飽和，測(cè)量波形嚴(yán)重畸變，動(dòng)態(tài)范圍小。羅氏線圈是空芯的，因而無(wú)磁飽和現(xiàn)象，所以它具有較大的動(dòng)態(tài)范圍和較寬的測(cè)量頻帶;但是當(dāng)測(cè)量電流較小時(shí)(小于100 A)它的感應(yīng)輸出信號(hào)很小，導(dǎo)致較小的信噪比，因此羅氏線圈不適合測(cè)量小電流。光學(xué)電流傳感器具有很強(qiáng)的抗干擾能力和理論上無(wú)限寬的帶寬，但是它需要額外的供能或電源系統(tǒng)，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是，針對(duì)現(xiàn)有漏電流測(cè)量存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，以實(shí)現(xiàn)較大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度的電流測(cè)量及監(jiān)測(cè)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器包括壓電/彈性金屬矩形鼓、一對(duì)永磁鐵、基座和若干支撐體。一對(duì)永磁鐵分別與壓電/彈性金屬矩形鼓的上下兩面通過(guò)倒四棱臺(tái)形的剛性支撐體粘合;倒四棱臺(tái)形的剛性支撐體的大面朝永磁鐵，倒四棱臺(tái)形的剛性支撐體的小面朝壓電/彈性金屬矩形鼓;位于下面的永磁鐵的另一面粘結(jié)在基座上。
[0006]所述壓電/彈性金屬矩形鼓由壓電片、彈性金屬片和連接體組成;所述連接體由相同形狀的兩個(gè)獨(dú)立的長(zhǎng)方體端部相連構(gòu)成;兩片相同的彈性金屬片的兩端分別粘合固定在剛性連接體的上下表面的兩端，壓電片則粘合在彈性金屬片之上的中間部位。所述支撐體的橫截面為長(zhǎng)方形，最小橫截面的寬度小于壓電片的寬度。所述壓電/彈性金屬矩形鼓上下兩面的支撐體、永磁體處同一垂直軸線，與壓電/彈性金屬矩形鼓的中心軸線重合。
[0007]壓電/彈性金屬矩形鼓中安裝的金屬?gòu)椥云笮〖伴g距可調(diào)。
[0008]本實(shí)用新型中連接體為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，由非導(dǎo)磁金屬材料制成。
[0009]本實(shí)用新型中，彈性金屬片為長(zhǎng)方形的鈹青銅片，其長(zhǎng)寬與連接體一致;壓電片為長(zhǎng)方形的PZT-8片，其寬度與彈性金屬片的寬度相同，長(zhǎng)度為彈性金屬片長(zhǎng)度的1/4一 1/2。
[0010]本實(shí)用新型中，永磁鐵采用釹鐵硼(NdFeB)材料;永磁體極性及數(shù)量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0011]本實(shí)用新型中支撐體采用的是剛性四棱臺(tái)形金屬結(jié)構(gòu)，該支撐體上下兩面的面積大小差異越大，則通過(guò)永磁鐵作用在矩形鼓上的應(yīng)力增強(qiáng)越大，從而壓電片電壓輸出越大、傳感器靈敏度也越高。壓電/彈性金屬矩形鼓與永磁鐵之間的支撐體上下面面積比可調(diào)。
[0012]本實(shí)用新型在在永磁鐵和壓電/彈性金屬矩形鼓之間通過(guò)倒四棱臺(tái)形的剛性支撐體粘合，以保證永磁鐵在電線電流安培力作用下產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)能夠高效地傳遞到壓電換能元件壓電片上。當(dāng)永磁鐵感受到外部交變磁場(chǎng)時(shí)，永磁鐵驅(qū)動(dòng)壓電/彈性金屬矩形鼓的彈性金屬片振動(dòng)，該振動(dòng)通過(guò)膠層傳遞到壓電片;壓電片感應(yīng)振動(dòng)應(yīng)力產(chǎn)生電信號(hào)輸出。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型采用壓電/彈性金屬矩形鼓作為傳感元件，可以實(shí)現(xiàn)較大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度、良好穩(wěn)定性電流測(cè)量。與單端懸臂梁結(jié)構(gòu)比較，矩形鼓為雙端彈性固定，具有更好的測(cè)量穩(wěn)定性;與電流互感器比較，具有更大的動(dòng)態(tài)范圍；與電流互感器、羅氏線圈、光學(xué)電流互感器比較，具有更高的靈敏度。本實(shí)用新型在永磁鐵和壓電/彈性金屬矩形鼓之間的支撐體采用的是剛性四棱臺(tái)形金屬結(jié)構(gòu)，該支撐體上下兩面的面積大小差異越大，則通過(guò)永磁鐵作用在矩形鼓上的應(yīng)力增強(qiáng)越大，從而壓電片電壓輸出越大、傳感器靈敏度也越高。本實(shí)用新型在永磁鐵的相吸位置設(shè)計(jì)增強(qiáng)了壓電/彈性金屬矩形鼓受到的初始應(yīng)力，增強(qiáng)了壓電輸出和傳感器靈敏度。
[0014]本實(shí)用新型可應(yīng)用于用于較大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度的電流測(cè)量及監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型中壓電/彈性金屬矩形鼓的橫截面圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型中壓電/彈性金屬矩形鼓的俯視圖；
[0018]圖中:1-1為第一永磁鐵;1-2為第二永磁鐵;2-1為第一支撐體;2-2為第二支撐體；3-1為第一彈性金屬片;3-2第二彈性金屬片;4-1為第一連接體;4-2為第二連接體;5_1為第一壓電片;5-2為第二壓電片;6為基座。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】如圖1所示。本實(shí)施例一種壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器包括壓電/彈性金屬矩形鼓、一對(duì)永磁鐵、基座和若干支撐體。
[0020]本實(shí)施例壓電/彈性金屬矩形鼓由第一壓電片5-1、第二壓電片5-2、第一彈性金屬片3-1、第二彈性金屬片3-2、第一連接體4-1和第二連接體4-2組成。
[0021 ]本實(shí)施例第一連接體4-1和第二連接體4-2的材料和形狀大小相同的長(zhǎng)方體;第一壓電片5-1和第二壓電片5-2的材料和形狀大小相同的長(zhǎng)方形壓電片;第一彈性金屬片3-1和第二彈性金屬片3-2的材料和形狀大小相同的長(zhǎng)方形鈹青銅片。一對(duì)永磁鐵的材料、磁性和形狀大小相同四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)，四棱臺(tái)最小橫截面為寬度小于壓電片寬度的長(zhǎng)方形。
[0022]第一連接體4-1和第二連接體4-2在長(zhǎng)度方向上連接組成一個(gè)長(zhǎng)的連接體；
[0023]第一彈性金屬片3-1的兩端粘合固定在由連接體4-1和第二連接體4-2組成的長(zhǎng)連接體上表面長(zhǎng)度方向的兩端;第二彈性金屬片3-2的兩端粘合固定在由連接體4-1和第二連接體4-2組成的長(zhǎng)連接體下表面長(zhǎng)度方向的兩端;第一壓電片5-1粘合在第一彈性金屬片3-1表面的中間部位，第二壓電片5-2粘合在第二彈性金屬片3-2表面的中間部位;第一永磁鐵1-1與第一壓電片5-1通過(guò)支撐體2-1粘合連接，第二永磁鐵1-2與第二壓電片5-2通過(guò)支撐體2-2粘合連接，其中支撐體面積較大一面與永磁體粘合，較小面與壓電片粘合。第二永磁鐵1-2與基座6粘合固定。
[0024]第一支撐體2-1和第二支撐體2-2、連接體4-1和第二連接體4-2、基座6的材料為鋁;永磁鐵材料為NdFeB;壓電片材料為PZT-8;彈性金屬片材料為鈹青銅。
[0025]本實(shí)施例中，當(dāng)把傳感器放置于通電導(dǎo)線附近時(shí)，根據(jù)安培定理或者磁扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，永磁鐵將感應(yīng)變化磁場(chǎng)而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng);這種振動(dòng)傳遞至壓電/彈性金屬矩形鼓導(dǎo)致電壓的產(chǎn)生。因此實(shí)現(xiàn)了電-磁-機(jī)-電轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)較大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度的電流測(cè)量及監(jiān)測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，其特征在于，所述傳感器包括壓電/彈性金屬矩形鼓、一對(duì)永磁鐵、基座和若干支撐體;一對(duì)永磁鐵分別與壓電/彈性金屬矩形鼓的上下兩面通過(guò)倒四棱臺(tái)形的剛性支撐體粘合;倒四棱臺(tái)形的剛性支撐體的大面朝永磁鐵，倒四棱臺(tái)形的剛性支撐體的小面朝壓電/彈性金屬矩形鼓;位于下面的永磁鐵的另一面粘結(jié)在基座上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，其特征在于，所述壓電/彈性金屬矩形鼓由壓電片、彈性金屬片和連接體組成;所述連接體由相同形狀的兩個(gè)獨(dú)立的長(zhǎng)方體端部相連構(gòu)成;兩片相同的彈性金屬片的兩端分別粘合固定在剛性連接體的上下表面的兩端，壓電片則粘合在彈性金屬片之上的中間部位。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，其特征在于，所述壓電/彈性金屬矩形鼓上下兩面的支撐體、永磁體處同一垂直軸線，與壓電/彈性金屬矩形鼓的中心軸線重合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，其特征在于，所述彈性金屬片為長(zhǎng)方形的鈹青銅片，其長(zhǎng)寬與連接體一致;壓電片為長(zhǎng)方形的PZT-8片，其寬度與彈性金屬片的寬度相同，長(zhǎng)度為彈性金屬片長(zhǎng)度的1/4一 1/2。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，其特征在于，所述支撐體的橫截面為長(zhǎng)方形，最小橫截面的寬度小于壓電片的寬度。
【專利摘要】一種采用壓電/彈性金屬矩形鼓的小型電流傳感器，所述傳感器包括壓電/彈性金屬矩形鼓、一對(duì)永磁鐵（1-1、1-2）、基座（６）和若干支撐體（2-1、2-2）。所述壓電/彈性金屬矩形鼓由壓電片（5-1、5-2）、彈性金屬片（3-1、3-2）和連接體（４-1、4-2）組成；兩片相同的彈性金屬片的兩端分別粘合固定在剛性連接體的上下表面的兩端，壓電片則粘合在彈性金屬片之上。本實(shí)用新型采用壓電/彈性金屬矩形鼓作為傳感元件，可以實(shí)現(xiàn)較大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度、良好穩(wěn)定性電流測(cè)量。本實(shí)用新型在永磁鐵的相吸位置設(shè)計(jì)增強(qiáng)了壓電/彈性金屬矩形鼓受到的初始應(yīng)力，增強(qiáng)了壓電輸出和傳感器靈敏度。本實(shí)用新型可應(yīng)用于較大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度的電流測(cè)量及監(jiān)測(cè)。
【IPC分類】G01R19/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205229271
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520961450
【發(fā)明人】楊愛(ài)超, 鄧高峰, 朱亮, 趙震宇, 俞林剛
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年11月29日