CN108387330A - 基于mems压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，按照中间接头安装技术剖切电缆后，在待测压力位置挖坑，从该位置一端剖切小沟槽至中间接头外缘，在坑中预埋MEMS压阻式压力传感器，并在上面压紧小铜片，将传感器的引出导线通过小沟槽引出，连接至外部处理设备。通过这种方法，可以实际测量出电缆中间接头的界面压力，为研究电缆中间接头性质与界面压力的关系提供技术支持。

Description

基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法

技术领域

本发明涉及电缆中间接头安装界面压力测量技术领域，特别涉及一种采用微机械(MEMS)压阻式压力传感器预埋测量电缆中间接头界面压力的方法。

背景技术

由于电缆本体不可能无限长，故电缆接头在电缆中扮演着重要的角色。据统计，电缆故障大部分出现在电缆附件上，其中，由于中间接头安装界面的压力不足而导致的沿面放电故障占有一定的比例。一般来说，电缆中间接头沿面放电程度与界面压力呈正相关关系。因此，测量电缆中间接头的界面压力有着重要的实际意义。

然而，关于测量电缆中间接头安装部位的界面压力的研究甚少，多数研究采用仿真的方法来研究，缺乏实际测量。这也反映出了实际测量的困难程度，由于中间接头的结构和电气性能的复杂性，安装界面的不平整在高电压下在某处形成很大的电场，造成击穿，导致实际测量难度较大。因此，在什么地方布置传感器，如何布置使得界面平整是一个值得思考的问题。

MEMS传感器从二十世纪六十年代的首次研发后就迅速发展，压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器。从信号检测方式划分，MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等；从敏感膜结构划分，可分为圆形、方形、矩形和E形。MEMS压阻式压力传感器在恶劣环境下也有着广泛的应用，形状为正方形时传感器的灵敏度最大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，采用预埋MEMS压阻式压力传感器的方法，在低电压大电流环境下测量电缆中间接头安装界面压力，解决电缆中间接头安装界面的压力难以测量的问题，从而为研究电缆沿面放电与中间接头界面压力的关系提供技术支持。

本发明的原理是采用MEMS压阻式压力传感器，测量电缆中间接头安装的界面压力。MEMS压阻式压力传感器是基于半导体材料的压阻效应原理制成的，当传感器芯片受压时，芯片的变形使压敏电阻的阻值发生变化，继而芯片的输出电压与芯片所受压力成对应比例关系。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，包括：

按照中间接头安装技术剖切电缆后，在待测压力位置挖坑，坑的大小与MEMS压阻式压力传感器相匹配，从该位置远离电缆截面的一端剖切小沟槽至中间接头部位外缘，在坑中预埋MEMS压阻式压力传感器，将传感器的引出导线通过小沟槽引出，连接至外部处理设备。

优选的，在传感器上面放置金属片，并在传感器上面压紧金属片，保证金属片表面与电缆外表面在同一高度。

具体的，安装传感器和金属片时，将MEMS压阻式压力传感器水平放置在坑的上方，引出导线朝小沟槽方向，受压面朝上，然后竖直放入坑中，并将引出导线引到小沟槽中；压紧MEMS压阻式压力传感器，使其能正常工作同时不导致电缆本体变形；继续将金属片水平放置在坑的上方，然后将其压入坑中，使其能传力但避免过度压紧导致电缆本体变形。

进一步的，坑深度比MEME压阻式压力传感器的厚度深一定距离，以安装传力的金属片。

优选的，MEMS压阻式压力传感器为方形，金属片也为方形。

优选的，方形传感器的边长为a、厚度为d，选取金属片加工边长为a、厚度为c，在电缆待测压力点加工出边长为(a+1mm)、深度为(d+c)的方形坑。

具体的，金属片采用铜片。

具体的，铜片厚度为10mm。

优选的，在坑和沟槽的空隙位置均匀填充环氧泥，保证环氧泥与电缆外表面在同一高度。

进一步的，用透明胶带将坑所在的圆周绕包一圈，包住所有环氧泥防止其泄露。

优选的，小沟槽加工成宽度和深度均为3mm的直线沟槽。

优选的，对于坑和沟槽，需要对其上边缘、侧面、底面分别进行处理，同时保证坑和沟槽周围清洁，使之符合相应的电气技术要求，即运行过程中不容易发生击穿。

优选的，所有加工过程以及测量过程中，要求保持电缆表面光滑，避免出现划痕。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明通过预埋传感器，填充环氧泥，使得电缆本体与中间接头的界面平整，能够在低电压大电流情况下实际测量出电缆中间接头安装界面的压力，为研究电缆性质与电缆中间接头界面压力的关系提供技术支持。

附图说明

图1是实施例中坑的径向示意图。

图2是实施例中坑和沟槽的轴向示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，包括：按照中间接头安装技术剖切电缆后，在待测压力位置挖坑，坑的大小与MEMS压阻式压力传感器相匹配(如附图1所示)，深度比MEME压阻式压力传感器的厚度深10mm，以安装传力的铜片，从该位置远离电缆截面的一端剖切小沟槽至中间接头部位外缘(如附图2所示)。在坑中预埋MEMS压阻式压力传感器，并在上面压紧小铜片，注意保证铜片表面与电缆外表面在同一高度。将传感器的引出导线通过小沟槽引出，连接至外部处理设备。在坑和沟槽的空隙位置均匀填充环氧泥，注意保证环氧泥与电缆外表面在同一高度。

具体的：

S1、确定MEMS压阻式压力传感器(含引出导线)的规格尺寸和主要技术参数，制作与之匹配的小铜片，该步骤具体为：

S101、确定方形传感器的边长a和厚度d，以及主要的技术参数；

S102、选取表面平整、质量良好的铜片；

S103、按照零件加工技术要求，加工边长为a、厚度为10mm的方形小铜片。

S2、处理待测电缆表面：

S201、按照安装电缆中间接头的技术要求，对电缆本体进行安装中间接头前的处理，包括从剖切电缆本体外护套到处理导体的过程；

S202、整个过程必须按照技术要求保持电缆表面光滑，避免出现划痕。

S3、在测量压力点进行剖切：

S301、按照相关电工技术要求，选择一把在电缆上作用合适的电工刀；

S302、用刀具在电缆待测压力点加工出边长为(a+1mm)、深度为(d+10mm)的方形坑，如附图1所示；

S303、按照相关电工技术要求，对坑及其周围进行清洁，使之符合相应的电气技术要求。

S4、从步骤S3所述的坑到中间接头安装边缘加工直线沟槽：

S401、按照相关电工技术要求，选择一把在电缆上作用合适的电工刀；

S402、从步骤S3所述的坑靠近电缆中间接头安装边缘的一侧开始，用刀具剖切出宽度和深度均为3mm的小沟槽，如附图2所示；

S403、按照相关电工技术要求，对沟槽及其周围进行清洁，使之符合相应的电气技术要求；

S404、静置干燥几分钟。

S5、放置MEMS压阻式压力传感器和铜片：

S501、将MEMS压阻式压力传感器平整放入所述步骤S3的坑中，MEMS压阻式压力传感器受压一面朝上，将其引出导线平直放入所述步骤S4的小沟槽中；

S502、将步骤S1所述的铜片平整放入所述步骤S3的坑中，使之平整贴紧；

S503、用环氧泥均匀填充在坑的空隙中，要求表面光滑平整且高度不可超过电缆外表面；

S504、在坑的表面环绕一层透明胶带；

S505、用环氧泥均匀填充在小沟槽的空隙中，要求表面光滑平整且高度不可超过电缆外表面。

S6、连接外部设备：按照MEMS压阻式压力传感器的技术要求，将MEMS压阻式压力传感器的引出导线连接至外部设备。

进一步地，所述步骤S103具体为：

按照零件加工技术要求，加工一个边长为(a+1)±0.02mm、厚度为(10±0.02)mm的小铜片，然后用合适的砂纸对小铜片的表面和边缘进行打磨，去除表面和边缘的毛刺，使之表面平整光滑。用游标卡尺多次测量小铜片边长，均符合精度要求即可。用螺旋测微器多次测量小铜片厚度，均符合精度要求即可。

进一步地，所述步骤S302具体为：

在待测压力点旁用电工胶带做好标记，按照MEMS压阻式压力传感器的尺寸，在待测压力点用铅笔画出一个边长为(a+1mm)的正方形，多出的1mm是为了后续MEMS压阻式压力传感器顺利放入。然后用相应刀具开始剖切，控制进刀量在2mm内，加工要求为边长(a+1)±0.1mm，深度(d+10)±0.04mm。注意粗加工时边框应预留1mm余量，底面应预留2mm余量，精加工时精确并准确地切削余量。

按照相关电工技术要求，对坑的上边缘、侧壁、底面分别进行处理，例如磨合圆角等，使之符合相应的电气技术要求，即运行过程中不容易发生击穿。用游标卡尺测量边长和深度，边长、深度多次测量均符合精度即可。撕去原先做标记的胶带。

进一步地，所述步骤S402具体为：

在待挖部位用铅笔画出进刀轨迹，用相应的刀具进行剖切，加工一个宽度和深度均为(3±0.1)mm的小沟槽。注意小沟槽需要一直挖到中间接头安装的两端位置，并且有1-2cm的超出，方便引线的布置，控制进刀量在2mm以内，注意粗加工时边框应预留1mm余量，底面应预留2mm余量，精加工时精确并准确地切削余量。

按照相关电工技术要求，对沟槽的上边缘、侧面、底面分别进行处理，例如磨合圆角等，使之符合相应的电气技术要求，即运行过程中不容易发生击穿。用游标卡尺测量边长和深度，边长、深度多次测量均符合精度即可。

进一步地，所述步骤S501具体为：

将MEMS压阻式压力传感器水平放置在坑的上方，引出导线朝小沟槽方向，受压面朝上。然后竖直放入坑中，并将引出导线引到小沟槽中。用手指压紧MEMS压阻式压力传感器，但避免过度压紧，导致电缆本体变形。

此步骤全程需要带手套操作，避免划伤电缆本体。

进一步地，所述步骤S502具体为：

将小铜片水平放置在坑的上方，然后用手小心将其压入坑中，但避免过度压紧，导致电缆本体变形。采用一种可使面变得平整的方法，使得小铜片平整且与电缆本体表面非常接近完全持平。此步骤全程需要带手套操作，避免划伤电缆本体。

进一步地，所述步骤S503具体为：

用环氧泥将坑的空隙均匀填满，注意不能超过电缆本体表面。采用一种可使面变得平整的方法，使得小铜片表面、环氧泥表面和电缆本体表面非常接近完全持平。此步骤全程需要带手套操作，避免划伤电缆本体。

进一步地，所述步骤S504具体为：

用透明胶带将坑所在的圆周绕包一圈，包住所有环氧泥防止其泄露。此步骤全程需要带手套操作，避免划伤电缆本体。

进一步地，所述步骤S505具体为：

用环氧泥将小沟槽的空隙均匀填满，注意不能超过电缆本体表面。采用一种可使面变得平整的方法，使得小铜片表面、环氧泥表面和电缆本体表面非常接近完全持平。此步骤全程需要带手套操作，避免划伤电缆本体。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，包括步骤：

按照中间接头安装技术剖切电缆后，在待测压力位置挖坑，坑的大小与MEMS压阻式压力传感器相匹配，从该位置远离电缆截面的一端剖切沟槽至中间接头部位外缘，在坑中预埋MEMS压阻式压力传感器，将传感器的引出导线通过沟槽引出，连接至外部处理设备。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，在传感器上面放置传力的金属片，保证金属片表面与电缆外表面在同一高度。

3.根据权利要求2所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，安装传感器和金属片时，将MEMS压阻式压力传感器水平放置在坑的上方，引出导线朝沟槽方向，受压面朝上，然后竖直放入坑中，并将引出导线引到沟槽中；压紧MEMS压阻式压力传感器，使其能正常工作同时不导致电缆本体变形；继续将金属片水平放置在坑的上方，然后将其压入坑中，使其能传力但避免过度压紧导致电缆本体变形。

4.根据权利要求2所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，坑深度比MEME压阻式压力传感器的厚度深一定距离，以安装金属片。

5.根据权利要求2所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，MEMS压阻式压力传感器为方形，金属片也为方形。

6.根据权利要求2所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，金属片采用铜片。

7.根据权利要求1-6之一所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，在坑和沟槽的空隙位置均匀填充环氧泥，保证环氧泥与电缆外表面在同一高度。

8.根据权利要求7所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，用透明胶带将坑所在的圆周绕包一圈，包住所有环氧泥防止其泄露。

9.根据权利要求1所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，对于坑和沟槽，需要对其上边缘、侧面、底面分别进行处理，同时保证坑和沟槽周围清洁，使之符合相应的电气技术要求，即运行过程中不容易发生击穿。

10.根据权利要求1所述的基于MEMS压力传感器的电缆中间接头界面压力测量方法，其特征在于，所有加工过程以及测量过程中，要求保持电缆表面光滑，避免出现划痕。