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]漏電流測量已經(jīng)成為許多應用的重要功能，比如電力網(wǎng)的輸電線。特別是需要測量絕緣子接地端的大波動的漏電流。因此，需要一種高靈敏度、大動態(tài)范圍的電流傳感器來監(jiān)測漏電流。最近幾十年，一些研究報導了多種電流傳感結(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和電流測量中一直占主導地位，因其采用鐵磁材料和復雜的線圈繞組，頻帶窄；測量電流很大時，鐵芯會產(chǎn)生磁飽和，測量波形嚴重畸變，動態(tài)范圍小。羅氏線圈是空芯的，因而無磁飽和現(xiàn)象，所以它具有較大的動態(tài)范圍和較寬的測量頻帶;但是當測量電流較小時(小于100 A)它的感應輸出信號很小，導致較小的信噪比，因此羅氏線圈不適合測量小電流。光學電流傳感器具有很強的抗干擾能力和理論上無限寬的帶寬，但是它需要額外的供能或電源系統(tǒng)，并且結(jié)構(gòu)復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是，針對現(xiàn)有漏電流測量存在的問題，本實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，以實現(xiàn)較大動態(tài)范圍、高靈敏度的電流測量及監(jiān)測。
[0005]實現(xiàn)本實用新型的技術(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、一對永磁鐵、基座和若干支撐體。一對永磁鐵分別與壓電/彈性金屬矩形鼓的上下兩面通過倒四棱臺形的剛性支撐體粘合;倒四棱臺形的剛性支撐體的大面朝永磁鐵，倒四棱臺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獨立的長方體端部相連構(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彈性片大小及間距可調(diào)。
[0008]本實用新型中連接體為長方體結(jié)構(gòu)，由非導磁金屬材料制成。
[0009]本實用新型中，彈性金屬片為長方形的鈹青銅片，其長寬與連接體一致;壓電片為長方形的PZT-8片，其寬度與彈性金屬片的寬度相同，長度為彈性金屬片長度的1/4一 1/2。
[0010]本實用新型中，永磁鐵采用釹鐵硼(NdFeB)材料;永磁體極性及數(shù)量可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。
[0011]本實用新型中支撐體采用的是剛性四棱臺形金屬結(jié)構(gòu)，該支撐體上下兩面的面積大小差異越大，則通過永磁鐵作用在矩形鼓上的應力增強越大，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]本實用新型在在永磁鐵和壓電/彈性金屬矩形鼓之間通過倒四棱臺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)生的振動信號能夠高效地傳遞到壓電換能元件壓電片上。當永磁鐵感受到外部交變磁場時，永磁鐵驅(qū)動壓電/彈性金屬矩形鼓的彈性金屬片振動，該振動通過膠層傳遞到壓電片;壓電片感應振動應力產(chǎn)生電信號輸出。
[0013]本實用新型的有益效果是，本實用新型采用壓電/彈性金屬矩形鼓作為傳感元件，可以實現(xiàn)較大動態(tài)范圍、高靈敏度、良好穩(wěn)定性電流測量。與單端懸臂梁結(jié)構(gòu)比較，矩形鼓為雙端彈性固定，具有更好的測量穩(wěn)定性;與電流互感器比較，具有更大的動態(tài)范圍；與電流互感器、羅氏線圈、光學電流互感器比較，具有更高的靈敏度。本實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，則通過永磁鐵作用在矩形鼓上的應力增強越大，從而壓電片電壓輸出越大、傳感器靈敏度也越高。本實用新型在永磁鐵的相吸位置設(shè)計增強了壓電/彈性金屬矩形鼓受到的初始應力，增強了壓電輸出和傳感器靈敏度。
[0014]本實用新型可應用于用于較大動態(tài)范圍、高靈敏度的電流測量及監(jiān)測。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0016]圖2是本實用新型中壓電/彈性金屬矩形鼓的橫截面圖；
[0017]圖3是本實用新型中壓電/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。
【具體實施方式】
[0019]本實用新型的【具體實施方式】如圖1所示。本實施例一種壓電/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、一對永磁鐵、基座和若干支撐體。
[0020]本實施例壓電/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方形鈹青銅片。一對永磁鐵的材料、磁性和形狀大小相同四棱臺結(jié)構(gòu)，四棱臺最小橫截面為寬度小于壓電片寬度的長方形。
[0022]第一連接體4-1和第二連接體4-2在長度方向上連接組成一個長的連接體；
[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組成的長連接體上表面長度方向的兩端;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組成的長連接體下表面長度方向的兩端;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]本實施例中，當把傳感器放置于通電導線附近時，根據(jù)安培定理或者磁扭轉(zhuǎn)效應，永磁鐵將感應變化磁場而產(chǎn)生機械振動;這種振動傳遞至壓電/彈性金屬矩形鼓導致電壓的產(chǎn)生。因此實現(xiàn)了電-磁-機-電轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)較大動態(tài)范圍、高靈敏度的電流測量及監(jiān)測。
【主權(quán)項】
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、一對永磁鐵、基座和若干支撐體;一對永磁鐵分別與壓電/彈性金屬矩形鼓的上下兩面通過倒四棱臺形的剛性支撐體粘合;倒四棱臺形的剛性支撐體的大面朝永磁鐵，倒四棱臺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獨立的長方體端部相連構(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方形的鈹青銅片，其長寬與連接體一致;壓電片為長方形的PZT-8片，其寬度與彈性金屬片的寬度相同，長度為彈性金屬片長度的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。本實用新型采用壓電/彈性金屬矩形鼓作為傳感元件，可以實現(xiàn)較大動態(tài)范圍、高靈敏度、良好穩(wěn)定性電流測量。本實用新型在永磁鐵的相吸位置設(shè)計增強了壓電/彈性金屬矩形鼓受到的初始應力，增強了壓電輸出和傳感器靈敏度。本實用新型可應用于較大動態(tài)范圍、高靈敏度的電流測量及監(jiān)測。
【IPC分類】G01R19/00
【公開號】CN205229271
【申請?zhí)枴緾N201520961450
【發(fā)明人】楊愛超, 鄧高峰, 朱亮, 趙震宇, 俞林剛
【申請人】國網(wǎng)江西省電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年11月29日