CN108562641A - 一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，属于电缆芯材质鉴别技术领域，该装置包含电涡流传感器(1)，分析控制模块(2)和显示器(3)；所述电涡流传感器(1)包含探头(4)和前置器(5)，所述探头(4)包含线圈(6)、壳体(7)、铠装(8)和屏蔽线(9)，所述线圈(6)作为整个探头(4)的最前端，之后通过所述壳体(7)连接至铠装(8)，所述铠装(8)的末端通过屏蔽线(9)接出并连接至所述前置器(5)；所述前置器(5)用于将所测得的信号处理转换之后输入到分析控制模块(2)和显示器(3)。本发明提出一种高灵敏、高准确、稳定可靠的快速无损的电力电缆芯材质现场检测装置，基于涡流检测技术，实现对电缆线材质的快速无损检测。
Description
技术领域
本发明属于电缆材质鉴别技术领域，涉及一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置。
背景技术
电力电缆是电能传输的重要产品，对电力系统的安全经济运行起着举足轻重的作用，而目前国内市场以铝线代替铜线的现象普遍存在，这种普遍问题不仅将带来经济损失，也对电力系统的安全运行埋下了隐患。从导电性能看，铝导体的导电率只有铜的60％左右，对要求经济运行的电力系统来说，铝线的使用无疑将增加巨大损耗，降低电能传输效率；从抗氧化腐蚀能力方面来看，铝元素的金属性及活泼性远大于铜，铝线将更容易被氧化腐蚀，埋下巨大的安全隐患；从热膨胀角度来看，铝导体的线性膨胀系数大于铜导体，在恶劣的工作环境下，温度的剧烈变化将使得铝线的热胀冷缩更为明显，也将带来接触不良等一系列问题；从张力角度看，铜线的机械强度更好，抗疲劳能力更强。综合各个方面，铜芯线的各项性能都优于铝芯线，解决铝线代替铜线这一普遍问题的必要性也不言而喻。
传统的电力电缆芯线材质只能通过专业的金属材质检测，该方法需要破坏电缆绝缘且操作繁琐，可靠性较低并且检测速度较慢，无法满足实时分选的要求，同时还会造成材料的浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，提出一种高灵敏、高准确、稳定可靠的快速无损的电力电缆芯材质现场检测装置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，该装置包含电涡流传感器1，分析控制模块2和显示器3；
所述电涡流传感器1包含探头4和前置器5，所述探头4包含线圈6、壳体7、铠装8和屏蔽线9，所述线圈6作为整个探头4的最前端，之后通过所述壳体7连接至铠装8，所述铠装8的末端通过屏蔽线9接出并连接至所述前置器5；
所述前置器5用于将所测得的信号处理转换之后输入到分析控制模块2和显示器3。
进一步，所述线圈6包含激励线圈62和检测线圈61，所述激励线圈62包围住所述检测线圈61，所述检测线圈61置于被测电缆10的外表面，所述壳体7采用不锈钢制成，用于支撑所述探头4的头部以及探头4安装时的装夹结构，所述铠装8采用细钢丝制成，用于增加电缆的机械强度，提高防侵蚀能力，所述屏蔽线9采用三芯屏蔽线。
进一步，所述激励线圈(62)和检测线圈(61)采用绕线式制作工艺制成，且所述激励线圈(62)的外径为8mm。
进一步，所述线圈6中通入的电流为20-100mA。
进一步，所述前置器5内置有用于测量信号处理和转换的测量电路，所述测量电路包含依次连击的振荡电路，放大电路，限幅电路和功放电路；
所述振荡电路包含电容C1-C5，电阻R1，电阻R3和三极管T1，所述电阻R1的两端分别通过电容C1和电容C4接地，所述三极管T1的基极分别连接至电容C2，电阻R3的一端以及所述电阻R1与电容C1之间，所述电阻R3的另一端接地，所述电容C2的另一端连接至所述电阻R1与电容C4之间，所述三极管T1的发射极通过电阻R4和电容C4并联接地，所述三极管T1的发射极通过电容C3连接至所述三极管T1的集电极，三极管T1的集电极作为整个振荡电路的输出端。
进一步，所述放大电路包含电阻R2，电阻R5-R9，电容C6-C8，电感L1，三极管T2和三极管T3；
所述振荡电路的输出端分别连接至电阻R2，电感L1和电容C6的一端，所述电感L1通过电容C7接地，所述电容C6的另一端分别连接至所述三极管T2的基极和电阻R6的一端，所述三极管T2的发射极通过电阻R5接地，所述三极管T2的集电极分别连接至电阻R7和电容C8的一端，所述电容C8的另一端分别连接至电阻R8一端和三极管T3的基极；
三极管T3的集电极和电阻R2，电阻R6-R8的另一端相互连接后通过电容C4接地，三极管T3的发射极通过电阻R9接地，所述三极管T3的发射极作为放大电路的输出端。
进一步，所述限幅电路包含电容C9，电容C10，电阻R10-R12，二极管D1、D2和三极管T4；
所述放大电路的输出端连接至电容C9的一端，所述电容C9的另一端分别连接至电阻R10，电阻R11的一端以及三极管T4的基极，所述电阻R11的另一端接地，所述三极管T4的集电极分别连接至二极管D1的负极以及二极管D2的正极，所述三极管T4通过电容C10和电阻R12并联接地；
所述二极管D1的正极、二极管D2的负极以及电阻R10的另一端相互连接后通过电容C4接地；
所述三极管T4的集电极作为限幅电路的输出端。
进一步，所述功放电路包含电容C11、C12，三极管T5，电阻R13和电感L2；
所述限幅电路的输出端连接至电容C11的一端和三极管T5的基极，所述三极管T5的发射极通过电阻R13接地，所述三极管T5的集电极通过电容C12连接至电感L2的一端，电感L2的另一端通过电容C4接地，电感L2的另一端还连接至电容C11的另一端。
进一步，所述功放电路还包含电压表，所述电压表连接在地与所述电容C12和电感L2之间。
本发明的有益效果在于：本发明基于涡流检测技术，提出一种高灵敏、高准确、稳定可靠的快速无损的电力电缆芯材质现场检测装置。具体而言，线圈与检测电路采用激励-检测式连接，并通过差动放大器对监测情况进行反馈，保证了检测装置的准确性；对于检测电路部分，为减小测量误差，提高灵敏度，放大电路部分采用二级放大，并通过限幅电路和功放电路进行进一步处理；装置的数据分析处理部分，通过两片单片机串行通信实现，结构较为简单，能够快速有效的实现数据分析处理和显示器控制的功能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置图；
图2为电涡流传感器探头部分结构图；
图3为探头与检测电路连接方式原理图；
图4为电涡流传感器测量电路原理结构图；
图5为电涡流传感器测量电路图；
图6为分析控制模块及显示器电路图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，本发明为一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，包括电涡流传感器1、分析控制模块2和显示器3。
其中，电涡流传感器1基于电涡流效应，将磁场的叠加变化转化为模拟信号输出，当激励线圈中通过的电流，将与其周围的金属导体将产生电涡流效应，不同的金属导体有着不同的电导率和磁导率，故引起的金属感应磁场不相同，使得对检测线圈的电感、阻抗和品质因素等特性的影响程度产生差异，导致输出模拟量的差异。
电涡流传感器1包括探头4和前置器5两部分。探头4包括线圈6、壳体7、铠装8和屏蔽线9，其中线圈6包括激励线圈62和检测线圈61，为确保电缆芯材质检测时无损被测电缆，故线圈设计为扁平线圈，检测时将检测线圈垂直于被测电缆芯10表面，壳体7设计为不锈钢材料，铠装8设计为细钢丝铠装，屏蔽线9设计为三芯屏蔽线，探头4部分结构图如图2所示。
激励线圈62和检测线圈61制作工艺采用绕线式，为同时保证传感器较大的线性范围和较高的额灵敏度，线圈的外半径不宜过大或过小，本发明实施例的线圈外半径为8mm。
线圈6与检测电路的连接方式设计为激励—检测式，具体而言，外接电源11为激励线圈62的提供电流信号，其中电阻12为保护电阻，电阻13为限流电阻，当检测线圈61处于平衡状态时，差动放大器的输入为0；当检测线圈61参数变化时，差动放大器便处于工作状态，输出检测情况至下一级电路。探头4与检测电路连接方式原理图如图3所示。
测量电路内置于前置器5中，采用调频式电路，电路原理结构图如图4所示。将测量线圈的电感量L的变化转化为振荡电路输出频率的变化，并经放大电路，限幅电路对放大频率再处理。具体而言，电涡流传感器的线圈作为测量电路的振荡元件，实际检测电缆芯材质时，当材质金属种类不同时，振荡元件产生振荡频率存在差异，由此将输出不同频率的高频信号；将此高频信号由放大电路放大，并设计限幅电路对高频信号进一步处理；设计限幅电路的目的在于实现解调功能，即是将输入高频信号频率的差异转化为幅值的差异，并将此幅值作为本级电路的输出信号。
测量电路具体包括：振荡电路、放大电路、限幅电路部分及功放电路部分。振荡电路由三极管、电容及测量线圈共同构成三点式振荡电路；由于电缆芯检测过程中，电源电压幅值及频率、测量角度及间距、环境温度等因素都会对测量结果造成影响，测量误差来源较多，设计高频放大电路时，为减小测量误差和提高电路的灵敏度，采用二级放大电路；限幅电路用二极管对信号进行双向限幅，用以保证信号幅值满足电路要求。
测量电路图如图5所示，其中，振荡电路包含电容C1-C5，电阻R1，电阻R3和三极管T1，电阻R1的两端分别通过电容C1和电容C4接地，三极管T1的基极分别连接至电容C2，电阻R3的一端以及电阻R1与电容C1之间，电阻R3的另一端接地，电容C2的另一端连接至电阻R1与电容C4之间，三极管T1的发射极通过电阻R4和电容C4并联接地，三极管T1的发射极通过电容C3连接至三极管T1的集电极，三极管T1的集电极作为整个振荡电路的输出端。
放大电路包含电阻R2，电阻R5-R9，电容C6-C8，电感L1，三极管T2和三极管T3。
振荡电路的输出端分别连接至电阻R2，电感L1和电容C6的一端，电感L1通过电容C7接地，电容C6的另一端分别连接至三极管T2的基极和电阻R6的一端，三极管T2的发射极通过电阻R5接地，三极管T2的集电极分别连接至电阻R7和电容C8的一端，电容C8的另一端分别连接至电阻R8一端和三极管T3的基极。
三极管T3的集电极和电阻R2，电阻R6-R8的另一端相互连接后通过电容C4接地，三极管T3的发射极通过电阻R9接地，三极管T3的发射极作为放大电路的输出端。
限幅电路包含电容C9，电容C10，电阻R10-R12，二极管D1、D2和三极管T4；
放大电路的输出端连接至电容C9的一端，电容C9的另一端分别连接至电阻R10，电阻R11的一端以及三极管T4的基极，电阻R11的另一端接地，三极管T4的集电极分别连接至二极管D1的负极以及二极管D2的正极，三极管T4通过电容C10和电阻R12并联接地。
二极管D1的正极、二极管D2的负极以及电阻R10的另一端相互连接后通过电容C4接地，三极管T4的集电极作为限幅电路的输出端。
功放电路包含电容C11、C12，三极管T5，电阻R13和电感L2，限幅电路的输出端连接至电容C11的一端和三极管T5的基极，三极管T5的发射极通过电阻R13接地，三极管T5的集电极通过电容C12连接至电感L2的一端，电感L2的另一端通过电容C4接地，电感L2的另一端还连接至电容C11的另一端，功放电路还包含电压表，电压表连接在地与电容C12和电感L2之间。
如图6所示，分析控制模块2包括数据分析单元10和显示器控制单元11两部分，有两片AT89C51单片机实现；数据分析单元10包括A/D转换电路和第一片单片机，A/D转换电路基于ADC0808模数转换芯片，将测量电路输出的模拟信号转换为数字信号作为电涡流传感器的输出；第一片单片机，其功能为：将电涡流传感器1输出的数字信号与存储器中的标准信号进行对比，并将对比结果以0或1输出，即对应金属种类铜或铝；显示器控制单元11为第二片单片机，与第一片单片机连接并通过串行通信的方式传输数据，其功能为：将数据分析单元10的输出结果对应中文字符铜或铝，控制显示器3输出对应字符；
显示器3选用LCD1602型显示器，用于显示检测结果，与显示器控制单元11进行通信，直接显示被检测电缆芯种类。检测电缆芯材质时具体操作步骤为：
1、检测人员根据电缆芯的外部参数选择装置工作频率和工作电流；
2、将电缆芯放置于水平平面上，传感器探头垂直于电缆芯，紧贴被测电缆表面进行测量；
3、从显示器读取材质检测结果，重复检测验证结果正确性。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：该装置包含电涡流传感器(1)，分析控制模块(2)和显示器(3)；
所述电涡流传感器(1)包含探头(4)和前置器(5)，所述探头(4)包含线圈(6)、壳体(7)、铠装(8)和屏蔽线(9)，所述线圈(6)作为整个探头(4)的最前端，之后通过所述壳体(7)连接至铠装(8)，所述铠装(8)的末端通过屏蔽线(9)接出并连接至所述前置器(5)；
所述前置器(5)用于将所测得的信号处理转换之后输入到分析控制模块(2)和显示器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述线圈(6)包含激励线圈(62)和检测线圈(61)，所述激励线圈(62)包围住所述检测线圈(61)，所述检测线圈(61)置于被测电缆(10)的外表面，所述壳体(7)采用不锈钢制成，用于支撑所述探头(4)的头部以及探头(4)安装时的装夹结构，所述铠装(8)采用细钢丝制成，用于增加电缆的机械强度，提高防侵蚀能力，所述屏蔽线(9)采用三芯屏蔽线。
3.根据权利要求2所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述激励线圈(62)和检测线圈(61)采用绕线式制作工艺制成，且所述激励线圈(62)的外径为8mm。
4.根据权利要求2所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述线圈(6)中通入的电流为20-100mA。
5.根据权利要求2所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述前置器(5)内置有用于测量信号处理和转换的测量电路，所述测量电路包含依次连击的振荡电路，放大电路，限幅电路和功放电路；
所述振荡电路包含电容C1-C5，电阻R1，电阻R3和三极管T1，所述电阻R1的两端分别通过电容C1和电容C4接地，所述三极管T1的基极分别连接至电容C2，电阻R3的一端以及所述电阻R1与电容C1之间，所述电阻R3的另一端接地，所述电容C2的另一端连接至所述电阻R1与电容C4之间，所述三极管T1的发射极通过电阻R4和电容C4并联接地，所述三极管T1的发射极通过电容C3连接至所述三极管T1的集电极，三极管T1的集电极作为整个振荡电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述放大电路包含电阻R2，电阻R5-R9，电容C6-C8，电感L1，三极管T2和三极管T3；
所述振荡电路的输出端分别连接至电阻R2，电感L1和电容C6的一端，所述电感L1通过电容C7接地，所述电容C6的另一端分别连接至所述三极管T2的基极和电阻R6的一端，所述三极管T2的发射极通过电阻R5接地，所述三极管T2的集电极分别连接至电阻R7和电容C8的一端，所述电容C8的另一端分别连接至电阻R8一端和三极管T3的基极；
三极管T3的集电极和电阻R2，电阻R6-R8的另一端相互连接后通过电容C4接地，三极管T3的发射极通过电阻R9接地，所述三极管T3的发射极作为放大电路的输出端。
7.根据权利要求6所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述限幅电路包含电容C9，电容C10，电阻R10-R12，二极管D1、D2和三极管T4；
所述放大电路的输出端连接至电容C9的一端，所述电容C9的另一端分别连接至电阻R10，电阻R11的一端以及三极管T4的基极，所述电阻R11的另一端接地，所述三极管T4的集电极分别连接至二极管D1的负极以及二极管D2的正极，所述三极管T4通过电容C10和电阻R12并联接地；
所述二极管D1的正极、二极管D2的负极以及电阻R10的另一端相互连接后通过电容C4接地；
所述三极管T4的集电极作为限幅电路的输出端。
8.根据权利要求7所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述功放电路包含电容C11、C12，三极管T5，电阻R13和电感L2；
所述限幅电路的输出端连接至电容C11的一端和三极管T5的基极，所述三极管T5的发射极通过电阻R13接地，所述三极管T5的集电极通过电容C12连接至电感L2的一端，电感L2的另一端通过电容C4接地，电感L2的另一端还连接至电容C11的另一端。
9.根据权利要求8所述的一种基于电涡流传感器的电缆芯材质检测装置，其特征在于：所述功放电路还包含电压表，所述电压表连接在地与所述电容C12和电感L2之间。
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