CN109444653A - 无源复合传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开无源复合传感器，包括环形壳体(100)、设置在环形壳体内的PCB电路板(2)和抱紧装置(260)，其中，所述环形壳体(100)的周向内环面围成测量空间，所述无源复合传感器借助于所述抱紧装置(260)被固定被测触头上，所述被测触头穿过的所述测量空间。所述抱紧装置包括行程导向部件、推压部件、和行程止挡部件，其中，所述推压部件能够作向环内方向或向环外方向的往复运动；所述行程止挡部件限定所述推压部件的最大运动行程；所述PCB电路板包括电场取电模块、主控单元、温度测量模块和电流测量模块。本发明达到了将所述无源复合传感器稳定地固定在所述的被测触头上的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及用于测量电流或电压或者用于指示其存在或符号的装置(G01R19/155)，本发明还涉及以利用直接对热敏感的电或磁性元件为基础的温度测量(G01K 7/00)，本发明尤其涉及智能感知环，具体涉及用于高压开关柜对触头状态智能感知的状态监测环。
背景技术
现有技术对高压开关柜触头监测参数基本只有温度的监测，然而只通过温升来判断设备是否出现故障太过单一，无法准确判断是因为设备故障引起的温升还是本身负载过大引起的正常温升；在供电方式上有有源和无源之分，有源即常见的电池供电方式，电池使用寿命有限，更换麻烦；无源有电流取电技术、RFID技术、电场取电技术等，而电流取电必须让设备有负载运行才能工作、RFID技术读取天线较大，安装不方便，相比之下，电场取电技术只需设备带电即可，同时增加备用电池，在设备不带电的情况下调试方便。
专利文献CN107422174A，CN202929096U，CN203289199U公开带电检测的装置，其中，专文献CN203289199U公开本一种用于开关柜出线电缆带电检测的感应取电装置。由钳形换能器、可控整流器、充电电池组与负载构成，所述钳形换能器由钳形外壳、A相绕组磁芯、A相绕组线圈、B相绕组磁芯，B相绕组线圈、C相绕组磁芯，C相绕组线圈、输出航空插头组成。现场检测时，将本装置的钳形换能器套接在被测电缆沿线的任意位置，均可感应三相交流电。将所感应的三相交流电送入可控整流器整流，整流后的直流电可对电池组充电，从而可以给负载提供优质电源。可控整流器包含控制中心，该控制中心采样整流后的直流电压，将该直流电压与电池组电压进行实时比较，通过调节可控整流器的导通角调节整流电压，以保证整流电压恒定。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提出无源复合传感器，其能够通过测量负载电流和温度2个参数，同时判断设备温升是否正常更加合理。
本发明的目的之二在于提出无源复合传感器，其能够进行带电检测，并发出带电警示。
本发明的目的之三在于提出无源复合传感器，其能够通过电压感应取电原理进行取电，无论设备是否接上负载、有无电流通过均可取到电能。
本发明的目的之四在于提出无源复合传感器，其能够被稳定可靠地固定在所述被测触头上。
本发明的目的之五在于提出无源复合传感器，其能够通过测量无源复合传感器与动触头之间的距离来判断动触头是否推到位，减少因为动触头推不到位引起的安全事故。
为此，本发明提出无源复合传感器，包括环形壳体、PCB电路板和抱紧装置，其中，所述PCB电路板和所述抱紧装置被设置在所述环形壳体的环形空腔内，所述环形壳体的周向内环面围成测量空间，所述无源复合传感器借助于所述抱紧装置被固定在被测触头上，所述被测触头穿过所述测量空间，其特征在于：
所述抱紧装置包括行程导向部件、推压部件、和行程止挡部件，其中，所述推压部件能够作向环内方向或向环外方向的往复运动；所述行程导向部件能够对所述推压部件的往复运动作确定行程的运动导向；所述行程止挡部件限定所述推压部件的最大运动行程；
所述PCB电路板包括电场取电模块、主控单元、温度测量模块和电流测量模块；所述温度测量模块、和所述电流测量模块均与所述主控单元连接；所述电场取电模块用于获取感应电压；所述温度测量模块用于检测所述被测触头的温度值；所述电流测量模块由所述主控单元的IO控制供电，并接入差分ADC采集电压，由此计算出所述被测触头的负荷电流。
根据本发明的其它技术方案，其还可以包括下方所述的一个或多个技术特征。只要这样的技术特征的组合是可实施的，由此组成的新的技术方案都属于本发明的一部分。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的无源复合传感器通过电压感应取电原理进行取电，无论设备是否接上负载有无电流通过均可取到电，相比于电流取电技术有一定的优势。同时有备用电池，当被测设备不带电时仍可测试是否安装好，信号是否能发送出来等；
通过测量负载电流和温度2个参数同时判断设备温升是否正常更加合理，单一的温度无法判断设备是因为故障引起高温还是因为负载大引起，同时测量负载电流即可知道，负载电流小温度高肯定是设备存在故障，而负载电流大温度相对比较高则属于正常。相对于以往的单一温度测量，本发明更具优势；
本发明的感知环带有测距功能，通过测量感知环与动触头之间的距离来判断动触头是否推到位，减少因为动触头推不到位引起的安全事故；
现场带电警示，当断路器拉出后，如果设备仍带电，本装置带电警示灯会一直闪烁，避免人身安全事故，而后台也有带电警示信号起到双重判断的作用。
附图说明
参照附图，本发明的特征、优点和特性通过下文的具体实施方式的描述得以更好的理解，附图中：
图1：本发明的无源复合传感器被安装在高压开关柜触头上的一优选实施方式的示意图；
图2：本发明的无源复合传感器的一优选实施方式的立体图；
图3：图2所示的无源复合传感器的一优选实施方式的另一立体图；
图4：图2所示的无源复合传感器的一优选实施方式的另一立体图，其中，盖壳被移除；
图5：图2所示的无源复合传感器的一优选实施方式的另一立体图，其中，盖壳和底壳被移除；
图6：图2所示的无源复合传感器的抱紧装置的推压部件的一优选实施方式的立体示意图；
图7：图2所示的无源复合传感器的抱紧装置的推压部件的另一立体示意图；
图8：图2所示的无源复合传感器的抱紧装置的推压部件的俯视图；
图9：图2所示的无源复合传感器的抱紧装置的推压部件的主视图；
图10：图2所示的无源复合传感器的抱紧装置的推压部件的后视图；
图11：图2所示的无源复合传感器的抱紧装置的推压部件的仰视图；
图12：图2所示的无源复合传感器的抱紧装置的推压部件的A-A剖视图；
图13：图2所示的无源复合传感器的电路板结构示意图；
图14：图2所示的无源复合传感器的电路板的第一电路板的结构示意图；
图15：图2所示的无源复合传感器的电路板的第二电路板的结构示意图；
图16：图2所示的无源复合传感器的底壳的立体示意图；
图17：图2所示的无源复合传感器的底壳的主视图；
图18：图2所示的无源复合传感器的盖壳的立体示意图；
图19：图2所示的无源复合传感器的盖壳的主视图；
图20：图2所示的无源复合传感器的主视图，其中，盖壳被移除；
图21：本发明的无源复合传感器的一优选实施方式的电子控制原理示意图；
图22：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的电场取电模块200的电路图；
图23：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的电源管理模块201的电路图；
图24：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的带电警示模块202的电路图；
图25：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的双电源切换模块203的电路图；
图26：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的备用电池模块204的电路图；
图27：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的取电电压采集模块205的电路图；
图28：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的带电检测模块206的电路图；
图29：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的外部参考电源模块207的电路图；
图30：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的温度测量模块208的电路图；
图31：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的距离测量模块209的电路图；
图32：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的电流测量模块210的电路图；
图33：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的无线收发模块211的电路图；
图34：本发明的图21所示的无源复合传感器的PCB电路板的主控单元212的电路图。
在图中，同一的或类似的元件使用同一数字标记，不同的元件使用不同的数字标记，其中：1、取电电极；100、环形壳体；101、周向内环面；102、周向外环面；103、环形空腔；104、测量空间；105、盖侧环面；106、底侧环面；120、无源复合传感器；131、第一盖壁板；132、第二盖壁板；151、第一盖限位体；161、第一座壁板；162、第二座壁板；163、第一空腔；164、第一行程空间；165、第二行程空间；181、第一座限位体；2、PCB电路板；200、电场取电模块；201、电源管理模块；202、带电警示模块；203、双电源切换模块；204、备用电池模块；205、取电电压采集模块；206、带电检测模块；207、外部参考电源模块；208、温度测量模块；209、距离测量模块；21、第一电路板；210、电流测量模块；211、无线收发模块；212、主控单元；22、第二电路板；260、抱紧装置；3、导热导电铜件；300、被测触头；301、第一接触区；302、第二接触区；303、第三接触区；5、带电安装孔；6、压缩弹簧；7、卡紧件；71、第一直壁；72、第二直壁；73、第一横壁；74、第二横壁；75、第三横壁；8、底壳；9、盖壳；
参照图2、3、17、20，环形空腔103的宽度定义为：在环形空腔103的径向横截面上，宽度方向与径向方向一致，高度方向与所述环形空腔103的中心轴线方向一致。
具体实施方式
在下文中，结合附图以及具体实施方式，对本发明作进一步描述。
现有技术对开关柜静触头的测量一般采用电池供电方式，测量参数也只有温度测量。目前的传感器无法对带电状态进行监测和指示，如果出现带电误操作会引起人身安全事故。用本发明的多种参数测量、带有带电警示的传感器即可很好的解决此问题。
技术设计要点：
·采用电场取电技术实现无源化；
·带电警示，防止带电误操作，保护人身安全；
·负载电流和温度同步测量，更加准确判断设备的健康状态；
·测量与动触头之间的距离，及时判断断路器是否推到位，保护设备避免出现事故。
参照图21，本发明的无源复合传感器120的PCB电路板2主要包括电场取电、带电警示、电源管理、双电源切换、备用电池、带电检测、主控单元212、距离测量、电流测量、温度测量、无线收发共11个模块。各模块的连接关系是：电场取电模块200包括2部分，一部分进行带电指示，一部分通过电源管理模块201输出一个稳定的电压值到双电源切换模块203，跟备用电池之间形成双电源进行切换；带电检测模块206检测电场取电后的所述电源管理模块201是否带电，带电则产生一个触发信号到所述主控单元212；所述主控单元212测量和处理温度测量模块208、电流测量模块210、距离测量模块209的温度、电流和距离数据；无线收发模块211发送所述主控单元212采集的各种参数。
其中各功能模块的功能如下：
1)电场取电：获取感应电压；
2)带电警示：感应到有电后，指示灯闪烁，进行带电提示，避免带电误操作；
3)电源管理：将获取到的感应电压存储起来并用通过管理电路输出一个稳定的电压给后级电路供电；
4)备用电池：当被测触头300不带电时，用备用电池来提供能源；
5)双电源切换：所述电场取电模块200达到能输出的电压就输出电场获取电压，否则备用电池供电；
6)带电检测：用于检测电场是否获取足够的能量，并对主控芯片产生中断信号，中断能判断是电场供电还是电池供电，将判断后的信息通过所述无线收发模块211发送出来后知道被测设备是否带电，可以起到警示作用，带电警示模块202需要打开柜门并摇出断路器才能看到，此信息可在后台查看；
7)温度测量：感知所述被测触头300的温度并转换成电压输出；
8)电流测量：感知所述被测触头300的磁场变化，通过电流与磁场成正比的关系能测出电流；
9)距离测量：感知动触臂与智能环之间的距离，确定动触臂是否推到位；
10)所述主控单元212：采集并计算温度、电流、距离以及带电状态，控制所述无线收发模块211将数据传输出去；
11)无线收发：将测量参数传输到接收装置。
参照图4、5、20、22，整流桥D6的连接端HV直接接触导热导电铜件3，整流桥D2的连接端HG连接到一块面积适中的金属片例如取电电极1上，所述连接端HG与所述连接端HV形成感应电压，一路经过整流桥D2取电到所述带电警示模块202通过D3闪烁发光进行带电提示，另一路通过整流桥D6整流后到电容C5进行一级储能，当储能电压达到高压触发二极管D4放电管的放电电压后进行放电，通过电感线T1脉冲变压器将高电压小电流转换成低电压大电流，经过稳压管D7例如5.1V及以上，根据后级电路电压选择，电压太小的漏电流大会影响取电效率，电压过高会烧毁后级电路，防止电压过高烧毁后级电路，再到储能电容EC2进行二级储能给后级电路供电；所述电场取电模块200取到一个缓慢上升的电压，无法直接给后级CPU供电，通过所述电源管理模块201的门限管理电路进行电压输出，通过R4、R7、R9来调节通断电压，输出电压是一个变化值，再通过U5进行二级稳压输出。以上电路在专利文献《CN201610279259.3基于电场感应式的复合型传感器系统》中作了介绍；稳压管D7与之前的电路不同。
备用电池模块204中EC3为储能电容，与电池B1并联在一起提高电池的放电能力，输出电压Vbat与所述电源管理模块201中的VIN1分别接入所述双电源切换模块203中的2路输入，所述双电源切换模块203中双电源切换芯片U1的第一脚EN通过高低电平来选择IN1还是IN2输出，高电平输出的IN1，低电平IN2输出。第一脚EN的高低电平来自于201的门限管理电路的电压比较器U3的第四脚输出，达到输出电压后即会输出高电平，后级电路就由电场取到的电来供电，否则由电池供电；
电压采集分压电路，也称之为取电电压采集模块205，将所述电源管理模块201取到的电压通过分压后接入所述主控单元212，所述主控单元212可采集此电压并通过所述无线收发模块211发送至接收装置；带电检测中断触发模块，也称之为所述带电检测模块206，是将门限管理电路中电压比较器U3的输出串联一个电阻后接入所述主控单元212，所述主控单元212的IO脚设置为中断模式，当带电时高电平触发即可判断出是否带电，并将带电状态通过无线模块发送到接收装置，通过后台即可知道被测设备是否带电。
外部参考电路，也称之为外部参考电源模块207，作为模拟ADC采集的参考电压，外部参考会更加稳定使采集的参数更准确，为了能达到低功耗的目的，参考芯片U11的输入脚由主控芯片的IO来控制，需要进行ADC采集时才进行供电。
所述温度测量模块208采用接触式测温传感器直接接触所述被测触头300感知所述被测触头300的温度，温度测量芯片U7的供电脚VDD由主控芯片的IO控制，采集温度时才上电，达到低功耗的目的。也可换为非接触式测温器件进行测温；
所述距离测量模块209也是由主控芯片的IO控制供电，采集距离时才供电；
所述电流测量模块210，由所述主控单元212的IO供电达到低功耗，接入专用的差分ADC采集电压并计算出目前所述被测触头300的负荷电流，通过负荷电流和温度进行双重判断设备的发热是否合理；
所述无线收发模块211采用433MHz无线通道与无线接收装置进行通讯；
所述主控单元212采集各个模块的参数并计算，并通过所述无线收发模块211发送至接收设备，接收设备可在线显示也可传送给后台进行集中显示并进行数据分析等。
1、本发明的无源复合传感器120通过电压感应取电原理进行取电，无论设备是否接上负载有无电流通过均可取到电，相比于电流取电技术有一定的优势。同时有备用电池，当被测设备不带电时仍可测试是否安装好，信号是否能发送出来等；
2、通过测量负载电流和温度2个参数同时判断设备温升是否正常更加合理，单一的温度无法判断设备是因为故障引起高温还是因为负载大引起，同时测量负载电流即可知道，负载电流小温度高肯定是设备存在故障，而负载电流大温度相对比较高则属于正常。相对于以往的单一温度测量，本发明更具优势；
3、本发明的感知环带有测距功能，通过测量感知环与动触头之间的距离来判断动触头是否推到位，减少因为动触头推不到位引起的安全事故；
4、现场带电警示，当断路器拉出后，如果设备仍带电，本装置带电警示灯会一直闪烁，避免人身安全事故，而后台也有带电警示信号起到双重判断的作用。
基于上述设计构思，参照图1至图34，根据本发明的无源复合传感器120的第一实施方式，无源复合传感器120包括环形壳体100、所述PCB电路板2和抱紧装置260，其中，所述PCB电路板2和所述抱紧装置260被设置在所述环形壳体100的环形空腔103内，所述环形壳体100的周向内环面101围成测量空间104，所述无源复合传感器120借助于所述抱紧装置260被固定在所述被测触头300上，所述被测触头300穿过所述测量空间104。参照图1-4，所述环形空腔103的径向截面的宽度和高度被设置成能够容纳所述抱紧装置260和所述PCB电路板2。所述测量空间104的直径要稍大于所述被测触头300的直径，例如大于1毫米或者在1毫米至1厘米之间。参照图2和图3，所述环形壳体100还具有周向外环面102、两个侧环面：盖侧环面105、底侧环面106。可以理解的是，所述环形壳体100优选是圆所述环形壳体100；可选是椭圆所述环形壳体100或多边所述环形壳体100；也可选所述周向外环面102是多边形，而所述周向内环面101是圆形，反之亦然。
参照图4、5、20，所述抱紧装置260包括行程导向部件、推压部件、和行程止挡部件，其中，所述推压部件能够作向环内方向或向环外方向的往复运动；所述行程导向部件能够对所述推压部件的往复运动作确定行程的运动导向；所述行程止挡部件限定所述推压部件的最大运动行程。可以理解的是，参照图20，向环内方向优选指向圆心，可选稍微偏离圆心；向环外方向优选径向向外，但也可以稍微偏离径向。所述往复运动优选沿所述环形壳体100的径向往复来回运动，可选稍微偏离径向作往复来回运动。因此，所述行程导向部件的设计要点在于保证推压部件能够在所述被测触头300的外表面上形成至少一个接触区，使得所述无源复合传感器120能够被固定在所述被测触头300。行程止挡部件使得同一个无源复合传感器120能够用于一系列不同直径或大小的所述被测触头300。所述确定行程对应于能够测量的所述被测触头300的最大直径与最小直径之差。所述最大运动行程对应于能够测量的所述被测触头300的最小直径。能够测量的所述被测触头300的最大直径大致等于所述测量空间104的直径。
优选地，参照图21、30、32，所述PCB电路板2包括所述电场取电模块200、所述主控单元212、所述温度测量模块208和所述电流测量模块210；所述温度测量模块208和所述电流测量模块210均与所述主控单元212连接；所述电场取电模块200用于获取感应电压；所述温度测量模块208用于检测所述被测触头300的温度值；所述电流测量模块210由所述主控单元212的IO控制供电，并接入差分ADC采集电压，由此计算出所述被测触头300的负荷电流。这样的设计使得能够根据所述被测触头300的温度和负荷电流对所述高压开关柜是否出现故障作出更加具体和准确的判断。可以理解的是，差分ADC是一种ADC采集方式，采用这种采集方式，采集负荷电流测量芯片例如TMR2505、TMR2501、TMR2503等一系列芯片，其测量范围不一样，此类芯片输出的是一个差分电压，根据通过电流的大小不一样，输出的电压与电流大小呈正比变化，所述主控单元212通过差分ADC采集到电压有效值，通过标定换算出电流值，达到测电流的目的。
上述无源复合传感器120的所述抱紧装置260结构紧凑，零件少，工作可靠。
优选地，参照图4-图12，所述推压部件包括压缩弹簧6和卡紧件7，其中，所述卡紧件7的横截面外轮廓具有去掉最后一横笔划的且倒置的“凸”字形。可选地参照图6、7、11所示，所述卡紧件7大致为U形的形状，其两分支能够在所述被测触头300的外表面上形成两个接触区，以便能够夹紧所述被测触头300。并且，如图7、8、9、10、20所示，所述卡紧件7具有第一直壁71、与所述第一直壁71相平行的第二直壁72、第一横壁73、第二横壁74、和第三横壁75。所述第一横壁73连接所述第一直壁71和第三直壁76，所述第二横壁74连接所述第二直壁72和第四直壁77，所述第三横壁75连接所述第三直壁76和第四直壁77。如图12所示，所述压缩弹簧6被安置在所述卡紧件7的盲孔78、79中。
参照图17，所述行程导向部件由两条壁板组成：第一座壁板161和第二座壁板162，参照图20，所述两条壁板平行于所述卡紧件7的所述第一直壁71和所述第二直壁72的，并且，所述两条壁板之间形成第一空腔163，其中，所述第一空腔163用于容纳所述推压部件。
参照图16、17、20，所述行程止挡部件包括第一座限位体181和第二座限位体，所述第一座限位体181限定所述推压部件的最大运动行程，所述第二座限位体与所述第一横壁73形成第一行程空间164，所述第二座限位体与所述第二横壁74形成第二行程空间165。如图17、20所示，所述第一座限位体181限定所述推压部件的向环内的所述测量空间104运行的终点，也就是能够夹紧的所述被测触头300的最小直径。参照图20，第二座限位体可以是一体成型，也可以是分成两部分。所述压缩弹簧6被分别安置在所述第一行程空间164和所述第二行程空间165中。
优选地，参照图4、20，所述抱紧装置260按如下方式被安置在所述环形壳体100的所述环形空腔103内：
参照图17、20，所述行程导向部件的两条壁板沿所述环形空腔103的宽度方向布置，由所述环形空腔103的所述周向内环面101向所述周向外环面102延伸。可以理解的是，所述两条壁板也具有一定高度，因而也沿所述环形空腔103的高度方向延伸。所述两条壁板的宽度可以小于或等于所述环形空腔103的宽度，其高度可以小于或等于所述环形空腔103的高度。
参照图17、20，所述行程止挡部件的所述第一座限位体181被安置在所述第一空腔163内，所述第二座限位体被布置在所述两条壁板的延长线围成的范围之内，并且与所述卡紧件7的所述第一横壁73和所述第二横壁74相面对。可以理解的是，所述第一座限位体181和所述第二座限位体可以通过螺钉连接固定在所述环形壳体100中，也可以与所述环形壳体100一体成型。所述第二座限位体可以延伸到所述两条壁板的延长线围成的范围之外，但这不会有任何功能的改进。
参照图4、20，所述卡紧件7被安置在所述第一空腔163中，其中，所述卡紧件7的所述第一直壁71的自由端和所述第二直壁72的自由端能够伸向所述测量空间104；至少一个所述压缩弹簧6分别被安装在所述第一行程空间164和所述第二行程空间165，所述压缩弹簧6的弹性推力趋向于将所述卡紧件7推入所述测量空间104。可以理解的是，在所述第一行程空间164可以安装两个、三个或四个所述压缩弹簧6，同理，在所述第二行程空间165可以安装两个、三个或四个所述压缩弹簧6，这样可以增加夹紧力。当然，也可以只在所述第一行程空间164或所述第二行程空间165中设置所述压缩弹簧6。
优选地，参照图1、2、3，所述抱紧装置260按如下方式卡紧所述被测触头300：
参照图3、图20，将所述无源复合传感器120套接在所述被测触头300上，所述卡紧件7的所述第一直壁71的自由端和所述第二直壁72的自由端与所述被测触头300外表面形成两个接触区：第一接触区301和第二接触区302；并且所述压缩弹簧6的弹性推力推动所述卡紧件7向所述测量空间104内运动，进而推压所述被测触头300贴靠所述环形壳体100的所述周向内环面101，形成第三接触区303，借助于所述三个接触区，所述无源复合传感器120被固定在所述被测触头300上。参照图3、17、19、20，所述环形壳体100的周向内环壁体或所述周向内环面101上至少具有两个孔口，以便所述卡紧件7的所述第一直壁71的自由端和所述第二直壁72的自由端能够穿过所述周向内环面101的两个孔口，伸进所述测量空间104。相应地，图17中示出的底壳8的所述周向内环面101上具有两个相应的切口，图19中示出的盖壳9的所述周向内环面101上具有两个相应的切口，在所述底壳8与所述盖壳9组合成所述环形壳体100后，这些切口组合成所述孔口。
优选地，参照图17、20，所述推压部件能够主动地沿所述环形壳体100的直径方向作向心运动，也能够被动沿所述环形壳体100的直径方向作离心运动。由于所述压缩弹簧6的弹性推力，所述卡紧件7能够主动向环心方向运动，而只有对抗弹性推力，才能被动地将所述卡紧件7向外推回所述环形空腔103内。所述推压部件沿径向作往复运动符合工程设计原理，使得所述抱紧装置260工作更加可靠，抱紧力更大。
优选地，所述卡紧件7的对称中心线与所述环形壳体100的对称中心轴线垂直相交。这样的设计符合工程设计原理，使得所述抱紧装置260工作更加可靠，抱紧力更大。可选地，所述卡紧件7的对称中心线与所述环形壳体100的对称中心轴线斜交或者不相交，这样的设计虽然可行，但不是优选。
优选地，参照图2、3、16-19，所述环形壳体100包括所述盖壳9和所述底壳8。图16、17示出所述底壳8，图18、19示出所述盖壳9。这样的两分结构有利将零部件安装到所述环形空腔103中。可以理解的是，所述盖壳9高度或厚度可以小于或等于所述底壳8的高度或厚度。所述盖壳9和所述底壳8通过螺钉和/或卡扣结构连接在一起。
优选地，所述盖壳9和所述底壳8由高分子材料或复合材料制成。由绝缘性良好的高分子材料或复合材料制作所述环形壳体100可以提高安全性，工作更可靠。
优选地，所述行程止挡部件的所述第一座限位体181沿所述环形壳体100的所述周向内环面101布置，并且，所述第一座限位体181与所述底壳8通过模制成型方式形成一个整体。由于所述底壳8是高分子材料或复合材料，整体成型的设计可以减少零部件数量，降低产品制造成本。可以理解的是，若所述盖壳9的厚度较小，而所述底壳8的厚度较大，则所述第一座限位体181可以仅在所述底壳8上形成。若所述盖壳9的厚度基本等于所述底壳8的厚度，则所述行程止挡部件、和行程导向部件可以在所述底壳8和所述盖壳9上分别形成，如图17、19所示，所述行程止挡部件包括所述底壳8上的所述第一座限位体181和所述盖壳9上的第一盖限位体151，在所述盖壳9和所述底壳8安装就位后，所述第一座限位体181和所述第一盖限位体151共同形成对所述卡紧件7的最大行程的限定。
优选地，参照图16-19，所述第二座限位体包括两部分：第一限位部体182A和第二限位部体182B，其中，所述第一限位部体182A与所述壁板的161形成一个整体，所述第二限位部体182B与所述壁板的所述第二座壁板162形成一个整体。由于所述底壳8是高分子材料或复合材料，整体成型的设计可以减少零部件数量，降低产品制造成本。可以理解的是，若所述盖壳9的厚度较小，而所述底壳8的厚度较大，则所述第二座限位体可以仅在所述底壳8上形成。若所述盖壳9的厚度基本等于所述底壳8的厚度，则所述第二座限位体可以在所述底壳8和所述盖壳9上分别形成，如图17、19所示，所述第二座限位体包括所述底壳8上的所述第一限位部体182A、所述第二限位部体182B、和所述盖壳9上的第三限位部体152A、第四限位部体152B。参照图20，在所述盖壳9和所述底壳8安装就位后，所述第一限位部体182A、所述第二限位部体182B和所述第三限位部体152A、所述第四限位部体152B共同形成对所述压缩弹簧6的支承和位置限定。
优选地，参照图16-19，所述行程导向部件的壁板与所述底壳8通过模制成型方式形成一个整体。由于所述底壳8是高分子材料或复合材料，整体成型的设计可以减少零部件数量，降低产品制造成本。可以理解的是，若所述盖壳9的厚度较小，而所述底壳8的厚度较大，则所述壁板可以仅在所述底壳8上形成。若所述盖壳9的厚度基本等于所述底壳8的厚度，则所述壁板可以在所述底壳8和所述盖壳9上分别形成，如图17、19所示，所述壁板包括所述底壳8上的所述第一座壁板161、所述第二座壁板162、和所述盖壳9上的第一盖壁板131、第二盖壁板132。
优选地，如图2所示，所述环形壳体100还包括两个对称分布的带电安装孔5。这样的设计使得在所述被测触头300带电的情况下也能安全地安装所述无源复合传感器120。
优选地，参照图21、24，所述PCB电路板2还包括所述带电警示模块202；所述带电警示模块202与所述电场取电模块200连接；所述电场取电模块200获取的感应电压被输出至所述带电警示模块202；所述带电警示模块202用于当所述感应电压高于预设值时进行发光指示。这样的设计达到了对所述被测触头300的带电警示效果。
优选地，参照图21、33，所述PCB电路板2还包括所述无线收发模块211；所述无线收发模块211与所述主控单元212连接；所述温度值和所述负荷电流被发送至所述主控单元212，所述主控单元212通过所述无线收发模块211将所述温度值和所述负荷电流发送至外部的接收装置。这样的设计达到了将所述被测触头300的温度值和所述负荷电流传送至分析功能更加强大的外部的接收装置例如电脑的技术效果，并在后台判断所述高压开关柜是否存在故障。
优选地，参照图21、31，所述PCB电路板2还包括所述距离测量模块209，其中，所述距离测量模块209由所述主控单元212的IO控制供电，并且，只有采集距离信息时才被供电。这样的设计通过测量所述无源复合传感器120与高压开关柜的动触头之间的距离来判断所述动触头是否推到位，减少因为动触头推不到位引起的安全事故
优选地，参照图21、23、25、26，所述PCB电路板2还包括所述电源管理模块201、所述双电源切换模块203、和所述备用电池模块204，其中，所述备用电池模块204包括储能电容EC3，所述储能电容EC3与电池B1并联在一起，提高电池的放电能力，输出电压Vbat与所述电源管理模块201电路中的VIN1分别接入所述双电源切换模块203中的2路输入；
所述双电源切换模块203中双电源切换芯片U1的第一脚EN通过高低电平来选择IN1还是IN2输出，高电平输出的IN1，低电平IN2输出；
所述第一脚EN的高低电平来自于所述电源管理模块201的门限管理电路的电压比较器U3的第四脚输出，达到输出电压后即会输出高电平，后级电路就由电场取到的电来供电，否则由电池供电。
这样的设计保证在电场取电不成功或高压开关柜处于断开状态下，所述无源复合传感器120也能正常工作。
优选地，参照图21、27，所述PCB电路板2还包括所述取电电压采集模块205，其中，所述取电电压采集模块205将所述电源管理模块201取到的电压通过分压后接入所述主控单元212，所述主控单元212能够采集此电压并通过所述无线收发模块211发送至接收装置。这样的设计使得通过后台电脑或显示装置即可知道被测设备或高压开关柜是否带电。
优选地，参照图21、28，所述PCB电路板2还包括所述带电检测模块206，其中，所述带电检测模块206将门限管理电路中电压比较器U3的输出串联一个电阻后接入所述主控单元212，所述主控单元212的IO脚设置为中断模式，当带电时高电平触发即可判断出是否带电，并将带电状态通过所述无线收发模块211发送到接收装置，通过后台即可知道所述被测触头300是否带电。这样的设计使得通过后台电脑或显示装置即可知道被测设备或高压开关柜是否带电。
优选地，参照图21、29，所述PCB电路板2还包括所述外部参考电源模块207，其中，所述外部参考电源模块207作为模拟ADC采集的参考电压，外部参考会更加稳定，使采集的参数更准确，并且电压参考芯片U11的输入脚由所述主控单元212的IO来控制，需要进行ADC采集时才进行供电。这样的设计能够达到低功耗的效果。
为了减小所述的无源复合传感器120的高度或厚度，参照图12-15，所述PCB电路板2由两块电路板组成：第一电路板21和第二电路板22。这样的设计使得所述无源复合传感器120更加小巧，结构更加紧凑。可以理解的是，若需要，所述PCB电路板2可以由三块或四块电路板组成，它们分别安置在所述环形空腔103的不同位置。
优选地，参照图14-15，所述电场取电模块200、所述电源管理模块201、和所述带电警示模块202被布置在所述第一电路板21上；所述双电源切换模块203、所述备用电池模块204、所述取电电压采集模块205、所述带电检测模块206、所述外部参考电源模块207、所述温度测量模块208、所述距离测量模块209、所述电流测量模块210、所述无线收发模块211、和所述主控单元212被布置在所述第二电路板22上。图15中还示出所述无线收发模块211使用的天线，弹簧天线211A。
优选地，参照图15，所述温度测量模块208包括接触式测温传感器；
在所述第三接触区303位置上布置有所述导热导电铜件3，所述导热导电铜件3因而与所述被测触头300直接接触；
所述导热导电铜件3连接在所述第一电路板21上，所述温度测量模块208的接触式测温传感器直接与所述导热导电铜件3接触，所述温度测量模块208因而直接接触所述被测触头300，感知所述被测触头300的温度。
使用所述导热导电铜件3的设计可以保护接触式测温传感器免受因无源复合传感器120移动安装到所述被测触头300上的过程中的摩擦损坏。
优选地，参照图22，所述电场取电模块200包括整流桥D2、整流桥D6、和稳压管D7，其中，所述稳压管D7与储能电容EC2并联。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图22，这里不再详述。
优选地，通过同时测量负载电流和温度2个参数，判断设备温升是否正常；
在负载电流小而温度高的情形下，判断设备存在故障。
优选地，参照图4、5、22，所述电场取电模块200还包括所述取电电极1，所述取电电极1被布置在所述环形壳体100的所述环形空腔103内，并沿所述环形空腔103的周向延伸，所述取电电极1所述取电电极1的长度大于所述环形壳体100的周长的二分之一；
所述整流桥D6的连接端HV直接接触所述导热导电铜件3，所述整流桥D2的连接端HG连接到所述取电电极1，所述连接端HG与所述连接端HV形成感应电压。
这样的设计使得结构紧凑，工作可靠。
优选地，参照图23，所述电源管理模块201包括电压比较电路和稳压输出电路，其中，所述电压比较电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R9、电容C10、和电压比较器U3，所述稳压输出电路包括电阻R6、电阻R8、和稳压芯片U5；
所述电压比较器U3通过电阻R4、电阻R7、电阻R9来调整输出电压VHI和关断电压VLO，其中，V_HI＝V_REF R4+R7+R9/R9，V_LO＝V_REFR4+R7+R9/R7+R9，VREF为电压比较器内部参考电压；当VOUT储能电压高于VHI时，所述电压比较器U3的第四脚VEN输出高电平，当VOUT的电压值低于VLO时，所述第四脚输出低电平0；
所述电压比较器U3的输出VEN作为所述稳压芯片U5的使能信号，若所述电压比较器U3有输出，所述稳压芯片U5就输出一个稳定的电压给后级电路供电。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图23，这里不再详述。
优选地，参照图24，所述带电警示模块202包括电容C2、高压触发二极管D1、电阻R1、电阻R2、和发光二极管D3。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图24，这里不再详述。
优选地，参照图25，所述双电源切换模块203包括电容C3、电容C4、双电源切换芯片U1、储能电容EC1和电容C1。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图25，这里不再详述。
优选地，参照图26，所述备用电池模块204包括电源B1、开关K1、和储能电容EC3。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图26，这里不再详述。
优选地，参照图27，所述取电电压采集模块205包括电阻R14、电阻R15、和电容C16。
优选地，参照图28，所述带电检测模块206包括电阻R17。
优选地，参照图29，所述外部参考电源模块207包括电容C23、电容C24、和所述电压参考芯片U11。
优选地，参照图30，所述温度测量模块208包括电容C14、电容C15、和温度测量芯片U7、电阻R12、电阻R10、和电阻R11。所述温度测量芯片U7的型号例如为德州仪器生产的模拟温度传感器LMT84。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图30，这里不再详述。
优选地，参照图31，所述距离测量模块209包括电容C17、电容C18、和距离测量芯片U8。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图31，这里不再详述。
优选地，参照图32，所述电流测量模块210包括电容C21、电容C22、电容C20、电阻R18、电阻R19、和电流测量芯片U9。所述电流测量芯片U9例如为北京晶圆电子有限公司销售的多维MDT线性磁传感器TMR2505。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图32，这里不再详述。
优选地，参照图33，所述无线收发模块211包括电容C6、电容C7、电容C9、电容C9、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R3、电感L1、稳压二极管T2、天线A1、无线射频芯片U2、平衡-不平衡转换器U4、和振荡器U6，其中，所述平衡-不平衡转换器U4将所述天线A1中的不平衡传输线转化为平衡负载。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图33，这里不再详述。
优选地，参照图34，所述主控单元212包括电容C19、电阻R13、电阻R16、发光二极管D8、主控芯片U10、和调试接口P1。所述主控芯片U10例如为德州仪器公司生产的16位超低功耗微处理器MSP430AFE253。所述各电子元件或电子器件的电连接关系的一实施方式详见图34，这里不再详述。
优选地，参照图13-15，所述第一电路板21和所述第二电路板22由内螺纹柱和外螺纹杆并排机械连接在一起，并通过插针焊接电连接在一起。这样的设计使得电连接方式简单。
优选地，所述无源复合传感器120被安装在所述高压开关柜的静触头上。这样的安装方式使得所述无源复合传感器120工作环境稳定。
以上详细描述了本发明创造的优选的或具体的实施例。应当理解，本领域的技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明创造的设计构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明创造的设计构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明创造的范围之内和/或由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.无源复合传感器，包括环形壳体(100)、PCB电路板(2)和抱紧装置(260)，其中，所述PCB电路板(2)和所述抱紧装置(260)被设置在所述环形壳体(100)的环形空腔(103)内，所述环形壳体(100)的周向内环面(101)围成测量空间(104)，所述无源复合传感器借助于所述抱紧装置(260)被固定在被测触头(300)上，所述被测触头(300)穿过所述测量空间(104)，其特征在于：
所述抱紧装置(260)包括行程导向部件、推压部件、和行程止挡部件，其中，所述推压部件能够作向环内方向或向环外方向的往复运动；所述行程导向部件能够对所述推压部件的往复运动作确定行程的运动导向；所述行程止挡部件限定所述推压部件的最大运动行程；
所述PCB电路板(2)包括电场取电模块(200)、主控单元(212)、温度测量模块(208)和电流测量模块(210)；所述温度测量模块(208)、和所述电流测量模块(210)均与所述主控单元(212)连接；所述电场取电模块(200)用于获取感应电压；所述温度测量模块(208)用于检测所述被测触头(300)的温度值；所述电流测量模块(210)由所述主控单元(212)的IO控制供电，并接入差分ADC采集电压，由此计算出所述被测触头(300)的负荷电流。
2.按照权利要求1所述的无源复合传感器，其特征在于：所述PCB电路板(2)还包括带电警示模块(202)；所述带电警示模块(202)与所述电场取电模块(200)连接；所述电场取电模块(200)获取的感应电压被输出至所述带电警示模块(202)；所述带电警示模块(202)用于当所述感应电压高于预设值时进行发光指示。
3.按照权利要求2所述的无源复合传感器，其特征在于：所述PCB电路板(2)还包括无线收发模块(211)；所述无线收发模块(211)与所述主控单元(212)连接；所述温度值和所述负荷电流被发送至所述主控单元(212)，所述主控单元(212)通过所述无线收发模块(211)将所述温度值和所述负荷电流发送至外部的接收装置。
4.按照权利要求3所述的无源复合传感器，其特征在于：所述PCB电路板(2)还包括距离测量模块(209)，其中，所述距离测量模块(209)由所述主控单元(212)的IO控制供电，并且，只有采集距离信息时才被供电。
5.按照权利要求4所述的无源复合传感器，其特征在于：所述PCB电路板(2)还包括电源管理模块(201)、双电源切换模块(203)、和备用电池模块(204)，其中，所述备用电池模块(204)包括储能电容EC3，所述储能电容EC3与电池B1并联在一起，提高电池的放电能力，输出电压Vbat与所述电源管理模块(201)电路中的VIN1分别接入所述双电源切换模块(203)中的2路输入；
所述双电源切换模块(203)中双电源切换芯片U1的第一脚EN通过高低电平来选择IN1还是IN2输出，高电平输出的IN1，低电平IN2输出；
所述第一脚EN的高低电平来自于所述电源管理模块(201)的门限管理电路的电压比较器U3的第四脚输出，达到输出电压后即会输出高电平，后级电路就由电场取到的电来供电，否则由电池供电。
6.按照权利要求5所述的无源复合传感器，其特征在于：所述PCB电路板(2)还包括取电电压采集模块(205)，其中，所述取电电压采集模块(205)将所述电源管理模块(201)取到的电压通过分压后接入所述主控单元(212)，所述主控单元(212)能够采集此电压并通过所述无线收发模块(211)发送至接收装置。
7.按照权利要求6所述的无源复合传感器，其特征在于：所述PCB电路板(2)还包括带电检测模块(206)，其中，所述带电检测模块(206)将门限管理电路中电压比较器U3的输出串联一个电阻后接入所述主控单元(212)，所述主控单元(212)的IO脚设置为中断模式，当带电时高电平触发即可判断出是否带电，并将带电状态通过所述无线收发模块(211)发送到接收装置，通过后台即可知道所述被测触头(300)是否带电。
8.按照权利要求7所述的无源复合传感器，其特征在于：所述PCB电路板(2)还包括外部参考电源模块(207)，其中，所述外部参考电源模块(207)作为模拟ADC采集的参考电压，并且电压参考芯片U11的输入脚由所述主控单元(212)的IO来控制，需要进行ADC采集时才进行供电。
9.按照权利要求8所述的无源复合传感器，其特征在于：
所述温度测量模块(208)包括接触式测温传感器；
在第三接触区(303)位置上布置有导热导电铜件(3)，所述导热导电铜件(3)因而与所述被测触头(300)直接接触；
所述导热导电铜件(3)连接在第一电路板(21)上，所述温度测量模块(208)的接触式测温传感器直接与所述导热导电铜件(3)接触，所述温度测量模块(208)因而直接接触所述被测触头(300)，感知所述被测触头(300)的温度。
10.按照权利要求9所述的无源复合传感器，其特征在于：通过同时测量负载电流和温度2个参数，判断设备温升是否正常；
在负载电流小而温度高的情形下，判断设备存在故障。
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