传感器论文-光栅.doc

对光栅位移传感器在断路器状态检修中的应用研究 摘 要：本文探讨了利用光栅位移传感器在断路器状态检修中的应用。采用旋转式角位移光栅行程传感器，测量断路器转轴的位移和速度，从而得到动触头的机械运动特性，进行分析，来预测断路器的状态。文中首先对光栅传感器和断路器状态检修作了简要介绍，然后分析了断路器动触头的机械 运动特性对断路器状态预测的影响，最后详细探讨了圆形光栅传感器在断路器状态检修中的应用。 关键词：光栅位移传感器；断路器；状态检修；状态监测 Abstact:This paper discusses the use of grating sensor in the state overhaul circuit breaker displacement of application. The rotary grating sensor, measuring angular displacement trip circuit breaker of the axis displacement and speed, and get a move of contacts mechanical motion characteristics, to carry on the analysis, to predict the state of the circuit breaker. This paper first of grating sensor and circuit breaker state overhaul are briefly introduced, and then analyzes the dynamic contacts mechanical circuit breaker movement characteristics of the circuit breaker state prediction of influence, and finally discusses the circular grating sensor in the state overhaul circuit breaker applications. Keywords：Grating displacement sensor：Circuit breaker；State overhaul；Condition monitoring 0 引言 在国内外高压断路器机械性能测试项目中，对主触头行程、超程及速度计算中位移量的动态测量 多采用光栅法或转角法。但是，转角法测量装置机械性能不够理想。本文针对光栅法测量高压断路器机械参量进行讨论，通过介绍光栅位移传感器以及分析断路器的状态检修和状态监测现状，探讨光栅位移传感器在断路器状态检修中的应用实现问题。 1 光栅式位移传感器及其工作原理简介 光栅式位移传感器（又称光栅尺）一般是利用刻在某种载体(如玻璃、晶态陶瓷或钢带等)上的隔栅，作为测量的基准。其工作原理是利用感知光度变化的光电池扫描的方法进行测量[1-2]。一般光栅尺载体和指示光栅上每毫米刻有25线或50线。光线投化，这种变化被光电池接受后，经电子信号处理，便可达到检测位移量的目的。一般光栅尺利用 两路光电池输出两路正弦波或方波信号，检测两路 信号的相位差，可知光栅尺的运动方向。光栅尺所 检测的是相对位移，或称为增量式位移检测。但在 实际应用中，都需要一个绝对的基准点，一般是在 光栅尺上每隔50或100mm 刻有一个绝对参考标记， 以便达到基准点准确的目的。 图1是简单光栅系统的放大图。图中b、c、d、e分别表示指示光栅沿箭头方向移动W／4，W／2，W／4和W时的2块光栅的相对位置。为了介绍方便，假设2块光栅的线条是黑白等间距的，它们是无间隙重叠，照射光强为2I。那么，对应于a、b、c、d四个位置的反射光量分别为I，I／2，0，I／2。移过一个栅距W时，即在e位置，又重复了a的状态，所以遮光作用和光栅的相对移动呈周期性函数关系。光强的变化与位移量关系波形呈三角形，反差良好，如图2a所示。但实际上，由于2块光栅重叠时，总是存在一定的间隙，光栅的衍射作用、栅线的不等间距和疵病，以及发光二极管的影响，使实际波形为正弦函数波形，如图2b所示。信号经相加、积分、整形后，得到一方波。当光栅相对运动时，方波的位相亦随之而变，两者间的关系为线性。因此只要用数字电路将方波的位移量分出来，再用时钟脉冲选通，即可将位移量数字化再送入记数显示电路， 即可实现位移量的数字测量和显示。 2 光栅位移传感器在断路器状态监测中的具体应用 2.1 圆形光栅测量的基本结构与光电变换原理 在角位移传感器中采用圆型光栅对变量进行测量，其基本结构主要有光栅转盘