CN105953756B - 基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置 - Google Patents

Abstract

基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，包括一对夹头，同步带驱动机构和探头组件，以及信号处理系统；探头组件安装于滑块上，探头组件主要由探头安装架和磁场探头组成；滑块的位移和磁场探头输出的磁感应强度实时地输入信号处理系统，信号处理系统输出磁感应强度‑位移曲线；同步带驱动机构主要由主动带轮、从动带轮、同步带、安装支架、滑块和用于测量滑块位移的光电编码器组成；主动带轮、从动带轮和同步带组成的带传动机构安装于安装支架上，滑块与同步带固定，主动带轮上安装驱动手轮，光电编码器安装在从动带轮上，滑块的起点位置对应接续管的端头。本发明具有能够实现对接续管进行高空检测，且对检测人员身体无害的优点。

Description

基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于电缆接续管内钢管位置自动检测装置。

技术背景

架空输电线路中使用最广泛的高压电缆是钢芯铝绞线。这种高压电缆一般铺设在高空，跨度很大，自重很大，它由单层或者多层铝线绞合在镀锌钢芯线外，铝线用来导电，铁芯用来增加强度。由于电缆长度不是无限的，有时需要将两段电缆连接起来，所以需要用到电缆接续管。接续管直接与导线配合安装并传递力学载荷和电气载荷，是架空输电线路中的重要连接件。

接续管多采用液压的工艺与电缆导线连接传递力学和机械载荷，用于钢芯铝绞线的液压型接续管由外铝管J1和内钢管J2两部分组成，接续管使两根电缆D首尾相接(如图1所示)，外铝管J1用于与钢芯铝绞线的铝绞线部分连接，内钢管J2用于与钢芯铝绞线的钢芯部分连接，两者都是通过在压力下产生塑性变形，从而分别于绞线和钢芯结合成为一个整体，从而使得两个电缆导线通过接续管连接在一起。而电缆架设在高空时，由于自重和跨度的原因，接续管需要承受极大的拉力，因此接续管液压工艺的要求非常严格，最关键的尺寸是内钢管的位置偏移量。标准的位置是内钢管在外铝管的正中间。若内钢管的位移偏移量过大，即内钢管与外铝管并非对中关系，将出现以下问题：1、内钢管在内铝管中发生滑移，造成两根电缆直接断开，发生事故。2、铝管与铝绞线之间压接不牢固，降低导电性能。

因此，在实际生产和检验中，需要一种设备能够探测出接续管的内钢管的位置。现在一般所用的方法是，采用工业X射线机，给接续管拍照，从得到的照片中可以看到钢管的位置。这种方法的缺点有：1.仪器复杂、笨重，难以用于高空检验；2.X射线有辐射，伤害施工、检验人员的身体。

发明内容

为了克服现有技术采用工业X射线机测定接续管的内钢管位置存在无法高空检测、辐射伤害检测人员身体的缺点，本发明提供了一种能够实现对接续管进行高空检测，且对检测人员身体无害的电缆接续管内钢管位置自动检测装置。

基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，包括一对用于夹紧电缆的夹头，位于该两夹头之间的同步带驱动机构和探头组件，以及信号处理系统；探头组件安装于滑块上，探头组件由探头安装架和磁场探头组成；滑块的位移和磁场探头输出的磁感应强度实时地输入信号处理系统，信号处理系统输出磁感应强度-位移曲线；

同步带驱动机构由主动带轮、从动带轮、同步带、安装支架、滑块和用于测量滑块位移的光电编码器组成；主动带轮、从动带轮和同步带组成的带传动机构安装于安装支架上，滑块与同步带固定，主动带轮上安装有驱动手轮，光电编码器安装在从动带轮上，滑块的起点位置对应接续管的端头。

本发明在使用时用两个夹头分别夹紧电缆，磁场探头探测该段电缆长度方向上的各个部位的磁感应强度。由于接续管的内钢管和外铝管的磁导率不同，因此当探测到内钢管时、磁感应强度-位移曲线上会产生一个很明显的波动，该波动对应的位置区域则为内钢管所在的位置。光电编码器测出的圈数乘以从动带轮的周长即可求得滑块的位移。磁场探头安装在滑块上，则滑块的位移即为磁场探头的位移。

进一步，安装支架上设置接近开关组件，接近开关组件由接近开关和定位挡板组成，定位挡板具有能够抵紧接续管端头的定位部，接近开关固定在定位挡板上。每次测量起始时，滑块与接近开关触碰，从而保证每次测量磁场探头都是从接续管的端头开始运动。一旦滑块接触到了接近开关，就将光电编码器清零，并且开始记录探头测量值，随着手轮的摇动，不断记录光电编码器换算出的位移值和探头测量值，得到磁感应强度-位移曲线。

进一步，安装支架包括两个端板和连接两端板的导轨，主动带轮和从动带轮分别固定在各自的端板上，导轨与滑块连接并导向滑块平移，定位挡板固定于滑块行程起点端的端板。

进一步，探头安装架包括底板、导杆、弹簧和固定座，底板与滑块固定，底板上均匀的固定多个导杆，每个导杆上套装有弹簧，固定座上设置允许导杆穿过的通孔，每个导杆对应一个通孔；弹簧托持固定座，磁场探头固定安装在固定座上。由于线缆具有弯曲度，其次是铝管表面不平(这是因为铝管本来是平的，但是压合过的铝管，表面就会有很多压痕，所以会高低不平)。所以在垂直方向上需要有一个浮动机构，让探头自由移动，并且时刻顶紧接续管。

进一步，夹头具有上半片箍板和下半片箍板，上半片箍板和下半片箍板均呈半片箍板状，上半片箍板和下半片箍板一端铰接、另一端分别设有翼板，两个翼板通过螺纹副连接；下半片箍板的翼板上设置螺纹套，上半片箍板的翼板上穿设可自由转动的螺杆，螺纹套与螺杆形成所述的螺纹副。

进一步，螺杆的头部设置凸轮扳手，凸轮扳手与螺杆通过销轴铰接，凸轮扳手的凸轮面与上半片箍板的翼板接触。

本发明在使用时，先用两个夹头夹住待检测的电缆，使滑块位于导轨的起点位置，驱动手轮带动主动带轮转动，同步带带着滑块和探头组件平移，光电编码器实时记录从动带轮转动的圈数并输入信号处理系统；同时，磁场探头探测电缆的磁感应强度，磁感应强度实时输入信号处理系统。信号处理系统以磁感应强度作为纵坐标、以磁感探头的位移作为横坐标绘制磁钢应强度-位移曲线；磁感探头的位移通过从动带轮旋转的圈数乘以从动带轮的周长得到，同一时刻对应的磁感应强度和磁感探头位移形成磁钢应强度-位移曲线上的一个点，驱动手轮每转动一次、磁感应强度-位移曲线上获得一个点，待检测的接续管的所有测试点测试完成后，磁钢应强度-位移曲线的离散点采集完成，将离散点拟合成连续的曲线。曲线出现第一个明显的突变处，说明磁感应强度出现明显变化，即从铝材覆盖的区域进入到钢管覆盖的区域，接着探头组件继续步进，直到出现下一个明显的突变处，则说明从钢管覆盖的区域进入到铝材覆盖的区域，因此，可以通过磁钢应强度-位移曲线的波动来判断接续管的内钢管所在位置。

本发明的有益效果是：

1、整个装置结构简单，重量小，方便携带，适用于高空检测；手动驱动主动带轮转动，可以避免使用电机和电源，降低装置的重量和体积，并且手动驱动使同步带在传动过程中平稳性好。

2、磁场探测方法没有辐射，耗能小。

3、夹头方便装拆，操作简便。

4、光电编码器与磁场探头结合使用，测量结果直观易懂，读数方便。

附图说明

图1是接续管连接两根电缆的示意图。

图2是本发明安装在接续管和电缆上的示意图。

图3是同步带驱动机构的示意图。

图4是夹头示意图。

图5是接近开关组件及探头组件的局部放大图。

图6是信号处理系统示意图。

具体实施方案

如图2所示，基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，包括安装支架1、同步带传动机构2、光电编码器3、夹头4、接近开关组件5、探头组件6。同步带传动机构由主动带轮、从动带轮和同步带组成，主动带轮与驱动手轮13同轴固定。安装支架1通过夹头4与电缆固定连接,同步带组件2固定安装在支架1上，光电编码器3与从动带轮11连接。接近开关组件5与支架1固定连接，探头组件6与支架1上的滑块10固定连接。安装支架1、同步带传动机构2、光电编码器3组成同步带驱动机构。

如图3所示，安装支架1包括左L板7、右L板8、光轴9、滑块10。左L板7和右L板8分别作为安装支架1的端板，光轴9作为导向滑块10平动的导轨。左L板7与右L板8通过光轴9连接，滑块10穿过光轴9，滑块10与光轴9间隙配合，滑块10沿光轴9的轴向自由滑动。光轴9为一对滑竿，因此，光轴9能够限制滑块10转动，仅允许滑块10沿其轴向平动。

如图3所示，从动带轮11、同步带12和主动带轮组成带传动机构，主动带轮与驱动手轮13同轴固定，驱动手轮13驱动主动带轮旋转。从动带轮11固定于滑块行程起点端的左L板7上，主动带轮固定于右L板8上。同步带12与滑块10固定连接，滑块10在同步带轮11的带动下移动。

如图4所示，夹头4包括下半片箍板14、上半片箍板15、螺纹套16、螺杆17和凸轮扳手18。下半片箍板14与安装支架通过螺栓固定连接，上半片箍板15与下半片箍板14一端通过销轴连接，可自由转动。上半片箍板15的另一端具有上翼板，下半片箍板14的另一端具有下翼板。螺纹套16设置在下半片箍板8的下翼板上；螺杆17穿设于上半片箍板15的上翼板，螺杆17与螺纹套16通过螺纹啮合形成螺纹副，旋转螺杆17以调节上半片箍板7和下半片箍板8的开口大小；凸轮扳手18与螺杆17通过第一销轴连接，凸轮扳手18可绕第一销轴自由转动，用于锁死夹头4。螺纹套16与下翼板通过第二销轴连接，螺纹套16可绕第二销轴自由转动。

如图5所示，安装支架上设置接近开关组件5，接近开关组件5由接近开关19和定位挡板20组成，定位挡板20具有能够抵紧接续管端头的定位部，接近开关19固定在定位挡板20上。如图4中，定位挡板20的顶端作为其定位部。每次测量起始时，滑块与接近开关触碰，从而保证每次测量磁场探头都是从接续管的端头开始运动。本发明的检测装置在安装时，通过定位挡板的顶端抵住外铝管J1的起点端来确定检测装置在电缆上的安装位置。每次测量，都保证定位挡板的顶端抵住外铝管J1的起点端，从而确保每次测量、磁场探头的起始位置都是从外铝管J1的起点端开始。

如图5所示，探头组件6包括导杆21、弹簧22、固定座23和磁场探头24。导杆21固定于滑块10上；弹簧22穿在导杆21上；固定座23穿过导杆21压在弹簧22上，可以上下自由移动；磁场探头24放在固定座23的槽内，用螺栓顶紧固定。导杆21有多个，导杆21在滑块10上均匀分布。

如图6所示，将光电编码器3和磁场探头24的信号同时输入信号处理系统，得到磁感应强度-位移曲线。横坐标为磁场探头24在接续管的位置，该位置可由光电编码器3测出的圈数乘以同步带轮11的周长求得，纵坐标为磁感应强度。

本发明在使用时，先将左部夹头4扣在电缆上，向右移动机构，至挡板20顶紧铝管时锁死左部夹头4，然后锁死另一端的夹头4；摇动手轮使支架1的滑块10左移至接近开关19报警，然后摇动手轮，驱动滑块向右匀速移动，记录磁场探头24和光电编码器3采集的从动带轮11转动的圈数。

信号处理系统通过磁感应强度-位移曲线判断接续管的内钢管J2是否与外铝管J1对中，分为以下情况：

情况1：同一条输电线路中，所有需要接续电缆的地方采用统一型号的接续管。先用本发明的检测装置测量一个标准接续管，标准接续管的外铝管J1和内钢管J2对中，信号处理系统根据滑块的位移和磁场探头输出的磁感应强度得到磁感应强度-位移标准曲线，且信号处理系统记录该磁感应强度-位移标准曲线上波动出现的位置，波动出现的位置对应于内钢管J2的起点位置。然后将本发明的检测装置安装在待检测的接续管上，信号处理系统实时获取当前接续管的磁感应强度-位移曲线，并记录当前磁感应强度-位移曲线上波动出现的位置，将当前磁感应强度-位移曲线上波动出现的位置与磁感应强度-位移标准曲线上波动出现的位置比对，用磁感应强度-位移标准曲线上波动出现的位置对应的位移减去当前磁感应强度-位移曲线上波动出现的位置对应的位移即可获得当前接续管的内钢管J2的偏移量。

情况2：同一条输电线路中，采用的接续管的型号可能不同，即外铝管J1的长度可能不同。则使探头组件的行程与外铝管J1的长度相同。最简单的方法就是在外铝管J1的起点端和终点端都设置接近开关组件，从而将探头组件的行程范围限制在外铝管J1的区域内。使用本发明的检测装置测量完接续管的全程，信号处理系统输出磁感应强度-位移曲线，判断波动信号是不是在整个实测信号的中段，即可得知外铝管J1与内钢管J2是否对中，以及外铝管J1与内钢管J2的偏移量。

本发明的有益效果是：

1、整个装置结构简单，重量小，方便携带，适用于高空检测；手动驱动主动带轮转动，可以避免使用电机和电源，降低装置的重量和体积，并且手动驱动使同步带在传动过程中平稳性好。

2、磁场探测方法没有辐射，耗能小。

3、夹头方便装拆，操作简便。

4、光电编码器与磁场探头结合使用，测量结果直观易懂，读数方便。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，其特征在于：检测装置用于高空输电线路的接续管检测，该检测装置包括一对用于夹紧电缆的夹头，位于该两夹头之间的同步带驱动机构和探头组件，以及信号处理系统；探头组件安装于滑块上，探头组件由探头安装架和磁场探头组成；滑块的位移和磁场探头输出的磁感应强度实时地输入信号处理系统，信号处理系统输出磁感应强度-位移曲线，通过磁感应强度-位移曲线获得当前接续管的内钢管的偏移量；同步带驱动机构由主动带轮、从动带轮、同步带、安装支架、滑块和用于测量滑块位移的光电编码器组成；主动带轮、从动带轮和同步带组成的带传动机构安装于安装支架上，滑块与同步带固定，主动带轮上安装驱动手轮，光电编码器安装在从动带轮上，滑块的行程起点位置对应接续管的端头；安装支架上设置接近开关组件，接近开关组件由接近开关和定位挡板组成，定位挡板具有能够抵紧接续管端头的定位部，接近开关固定在定位挡板上。

2.如权利要求1所述的基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，其特征在于：安装支架包括两个端板和连接两端板的导轨，主动带轮和从动带轮分别固定在各自的端板上，导轨与滑块连接并导向滑块平移，定位挡板固定于滑块行程起点端的端板。

3.如权利要求1或2所述的基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，其特征在于：探头安装架包括底板、导杆、弹簧和固定座，底板与滑块固定，底板上均匀的固定多个导杆，每个导杆上套装有弹簧，固定座上设置允许导杆穿过的通孔，每个导杆对应一个通孔；弹簧托持固定座，磁场探头固定安装在固定座上。

4.如权利要求3所述的基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，其特征在于：夹头具有上半片箍板和下半片箍板，上半片箍板和下半片箍板均呈半片箍板状，上半片箍板和下半片箍板一端铰接、另一端分别设有翼板，两个翼板通过螺纹副连接；下半片箍板的翼板上设置螺纹套，上半片箍板的翼板上穿设可自由转动的螺杆，螺纹套与螺杆形成所述的螺纹副。

5.如权利要求4所述的基于同步带驱动的电缆接续管内钢管位置检测装置，其特征在于：螺杆的头部设置凸轮扳手，凸轮扳手与螺杆通过销轴铰接，凸轮扳手的凸轮面与上半片箍板的翼板接触。