CN217769600U - 一种基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，包括磁感应部件、磁钢、霍尔开关、MCU和通信电路，磁感应部件安装在刀闸本体上，磁钢安装在刀闸侧拐臂或者传动轴上，磁感应部件与磁钢之间无电气连接；霍尔开关的输入端与磁感应部件相连，霍尔开关的输出端连接至MCU，MCU通过通信电路连接至磁传感器接收装置；磁感应部件感应磁钢位置，从而检测到分合闸位置变化，分合闸位置变化信号通过霍尔开关将感应信号传递至MCU，MCU通过通信电路将分合闸位置变化信号递至磁传感器接收装置。本实用新型以一种非接触式的检测方式，将监测信号传输至接收装置，实现了区别于辅助开关节点原理的监测方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及一次设备在线监测领域，尤其涉及一种基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器。
背景技术
在智能化电网的迅速发展下，倒闸操作多采用“一键顺控”方案，在对远方设备进行遥控动作前，至少应通过两个非同源或非同种原理的传感信号进行判断，然后进行动作。根据刀闸的结构与传动机构的不同，第一种刀闸分合状态判据多是采用监测传统辅助开关节点的方案；非同源的监测方案有姿态传感器、压力传感器法和视频监控法等。由于隔离开关大部分组件裸露在室外，运行条件较恶劣，其他非同源监测方案如姿态传感器、角度传感器、视频监控法，易受机械振动、风雪、锈蚀、水泡、复杂电磁环境等条件的影响，存在分合闸信息误报、错报的隐患。
实用新型内容
针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，以一种非接触式的检测方式，将监测信号传输至接收装置，实现了区别于辅助开关节点原理的监测方案。
为了解决所述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，包括磁感应部件、磁钢、霍尔开关、MCU和通信电路，磁感应部件安装在刀闸本体上，磁钢安装在刀闸侧拐臂或者传动轴上，磁感应部件与磁钢之间无电气连接；霍尔开关的输入端与磁感应部件相连，霍尔开关的输出端连接至MCU，MCU通过通信电路连接至磁传感器接收装置；磁钢跟随刀闸侧拐臂或传动轴运动实现分闸或合闸，磁感应部件感应磁钢位置，从而检测到分合闸位置变化，分合闸位置变化信号通过霍尔开关将感应信号传递至MCU，MCU通过通信电路将分合闸位置变化信号递至磁传感器接收装置。
进一步的，霍尔开关与MCU之间连接有光耦隔离芯片，霍尔开关的接地引脚接地，霍尔开关的电源引脚连接+5V，+5V又通过上拉电阻连接至光耦隔离芯片的正极输入端，霍尔开关的输出引脚连接至光耦隔离芯片的负极输入端，光耦隔离芯片的输出端连接至MCU，并且光耦隔离芯片的输出端通过上拉电阻连接3.3V。
进一步的，通信电路包括电路信号接口RS485_A与RS485_B、RS485收发芯片和数字隔离芯片U6、U8，MCU的RXD接口连接数字隔离芯片U6的输入端，数字隔离芯片U6的输出端连接至RS485芯片的输入端，RS485芯片的输出端连接电路信号接口RS485_A，MCU的TXD接口连接数字隔离芯片U8的输入端，数字隔离芯片U8的输出端连接至RS485芯片的另一输入端，RS485芯片的另一输出端连接电路信号接口RS485_B，电路信号接口RS485_A与RS485_B均连接至磁传感器接收装置。
进一步的，电路信号接口RS485_A与地之间连接有瞬态抑制二极管D3，电路信号接口RS485_B与地之间连接有瞬态抑制二极管D4。
进一步的，还包括电源模块，电源模块包括电源转换芯片U1、U2，电源转换芯片U1将24 V电源转换为5V，电源转换芯片U2将5V电源转换为3.3V，同时电源转换芯片U1的输入端与VDD之间连接有防止电流倒流的二极管D1。
进一步的，磁感应部件密封于金属外壳内，金属外壳内采用硅橡胶灌封，接线采用航空插头。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供基于磁感应原理的刀闸分合状态监测传感器，为刀闸分合位置“一键顺控”双确认提供准确判据。在不影响设备性能的前提下，以一种非接触式的检测方式，将监测信号传输至接收装置，实现了区别于辅助开关节点原理的监测方案，构成刀闸分合状态的“双确认”传感器，感应接线侧不随刀闸动作而动作，减小断线风险。通信方式采用RS485工业总线方式，相比输出开关量信号的磁感应传感器和微动开关上传信息更加丰富，并且具有传输距离长的优点。磁感应传感器具有防雷防水、抗腐蚀、抗电磁干扰等特性，传感器内置光耦隔离芯片和数字隔离芯片，具备防雷、抗电磁干扰特性，传感器外壳由气密性较高的金属外壳加工而成，传感器内部采用硅橡胶灌封工艺，接线采用航空插头，传感器的防护等级可达到IP67。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式的传感器外形设计正视图；
图2为本实用新型具体实施方式的传感器硬件系统示意图；
图3为本实用新型具体实施方式的霍尔开关电路原理图；
图4为本实用新型具体实施方式的电源及辅助电路原理图；
图5为本实用新型具体实施方式的RS485通信电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例1
本实施例公开一种基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，用于隔离开关刀闸位置的“双确认”系统。系统包括磁感应感器、接收装置。作为核心部件的磁感应传感器包括运动的磁钢和固定的磁感应部件，当隔离开关分合操作到位后，磁钢件运动到磁感应部件的相应位置，由磁感应部件将分合闸到位信号传输至对应接收装置后，该接收装置输出位置状态硬接点信号接入测控装置或智能终端，上传至站控层网络。
本实施例中，磁感应部件安装在刀闸本体（隔离开关的固定部件）上，磁钢部件通过摆臂工装安装在旋转轴上，在其他实施例中，磁钢也可以安装在刀闸侧拐臂上，磁感应部件与磁钢之间无电气连接。摆臂工装的固定侧采用扩展孔以适应不同的旋转轴，刀闸分合闸时摆臂工装随旋转轴转动而摆动，并带动磁钢部件摆动，磁感应部件感应磁钢位置，准确检测到隔离开关的分合闸位置变化。
磁感应传感器具有防雷防水、抗腐蚀、抗电磁干扰等特性。如图1所示，磁感应传感器磁感部件密封于金属外壳内，传感器内部采用硅橡胶灌封工艺，接线采用航空插头，传感器的防护等级可达到IP67，具备户外运行所需的防护结构。
如图2所示，本实用新型磁感应传感器硬件系统包括高性能处理器MCU、通信电路、霍尔开关、电源模块。霍尔开关的输入端与磁感应部件相连，霍尔开关的输出端连接至MCU，MCU通过通信电路连接至磁传感器接收装置。磁钢跟随刀闸侧拐臂或传动轴运动实现分闸或合闸，磁感应部件感应磁钢位置，从而检测到分合闸位置变化，分合闸位置变化信号通过霍尔开关将感应信号传递至MCU，MCU通过通信电路将分合闸位置变化信号递至磁传感器接收装置。
如图3所示，霍尔开关Q1-Q6与MCU之间连接有光耦隔离芯片U4、U5，霍尔开关Q1-Q6的接地引脚接地，霍尔开关Q1-Q6的电源引脚连接+5V，+5V又通过上拉电阻连接至光耦隔离芯片的正极输入端，霍尔开关Q1-Q6的输出引脚连接至光耦隔离芯片的负极输入端，光耦隔离芯片的输出端连接至MCU，并且光耦隔离芯片的输出端通过上拉电阻连接3.3V。设置光耦隔离芯片是为了防止高压对磁感部件内部电路产生危害，当隔离开关发生动作，侧拐臂（或传动轴）上的磁钢将在磁感部件上方或旁边经过，霍尔开关给出信号经光耦隔离芯片至MCU。
如图5所示，通信电路包括电路信号接口RS485_A与RS485_B、RS485收发芯片和数字隔离芯片U6、U8，MCU的RXD接口连接数字隔离芯片U6的输入端，数字隔离芯片U6的输出端连接至RS485芯片的输入端，RS485芯片的输出端连接电路信号接口RS485_A，MCU的TXD接口连接数字隔离芯片U8的输入端，数字隔离芯片U8的输出端连接至RS485芯片的另一输入端，RS485芯片的另一输出端连接电路信号接口RS485_B，电路信号接口RS485_A与RS485_B均连接至磁传感器接收装置。
工作时，接收装置发出Modbus指令，经RS_485B接口进入485收发芯片，然后通过数字隔离芯片进入MCU串口RXD接口，MCU解析命令后通过串口TX0接口发送至另一数字隔离芯片，经485收发芯片进入接收装置。
电路信号接口RS485_A与地之间连接有瞬态抑制二极管D3，电路信号接口RS485_B与地之间连接有瞬态抑制二极管D4。瞬态抑制二极管D3、D4用于增强电路的抗干扰能力，防止浪涌或静电放电对电路造成危害，保持通信的稳定。
如图4所示，电源模块包括电源转换芯片U1、U2，电源转换芯片U1将24 V电源转换为5V，电源转换芯片U2将5V电源转换为3.3V，分别为MCU、485收发芯片等供电，实现不同电压、不同器件之间的电气隔离。此外，为了防止电流倒流，24V与VDD间连接有二极管D1，VDD是接收装置对磁感应部件的供电电源。
本实施例中，MCU采用32位的STM32系列处理器，宽工作电压位1.65~3.6V，最大工作频率48MHz。
本实施例中，磁感应传感器与接收装置或上位机通信方式采用RS485工业总线方式，协议采用标准Modbus-RTU协议，接收装置或上位机作为主机，磁感应传感器作为从机，实时状态通信。
对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，其特征在于：包括磁感应部件、磁钢、霍尔开关、MCU和通信电路，磁感应部件安装在刀闸本体上，磁钢安装在刀闸侧拐臂或者传动轴上，磁感应部件与磁钢之间无电气连接；霍尔开关的输入端与磁感应部件相连，霍尔开关的输出端连接至MCU，MCU通过通信电路连接至磁传感器接收装置；磁钢跟随刀闸侧拐臂或传动轴运动实现分闸或合闸，磁感应部件感应磁钢位置，从而检测到分合闸位置变化，分合闸位置变化信号通过霍尔开关将感应信号传递至MCU，MCU通过通信电路将分合闸位置变化信号递至磁传感器接收装置。
2.根据权利要求1所述的基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，其特征在于：霍尔开关与MCU之间连接有光耦隔离芯片，霍尔开关的接地引脚接地，霍尔开关的电源引脚连接+5V，+5V又通过上拉电阻连接至光耦隔离芯片的正极输入端，霍尔开关的输出引脚连接至光耦隔离芯片的负极输入端，光耦隔离芯片的输出端连接至MCU，并且光耦隔离芯片的输出端通过上拉电阻连接3.3V。
3.根据权利要求1所述的基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，其特征在于：通信电路包括电路信号接口RS485_A与RS485_B、RS485收发芯片和数字隔离芯片U6、U8，MCU的RXD接口连接数字隔离芯片U6的输入端，数字隔离芯片U6的输出端连接至RS485芯片的输入端，RS485芯片的输出端连接电路信号接口RS485_A，MCU的TXD接口连接数字隔离芯片U8的输入端，数字隔离芯片U8的输出端连接至RS485芯片的另一输入端，RS485芯片的另一输出端连接电路信号接口RS485_B，电路信号接口RS485_A与RS485_B均连接至磁传感器接收装置。
4.根据权利要求3所述的基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，其特征在于：电路信号接口RS485_A与地之间连接有瞬态抑制二极管D3，电路信号接口RS485_B与地之间连接有瞬态抑制二极管D4。
5.根据权利要求1所述的基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，其特征在于：还包括电源模块，电源模块包括电源转换芯片U1、U2，电源转换芯片U1将24 V电源转换为5V，电源转换芯片U2将5V电源转换为3.3V，同时电源转换芯片U1的输入端与VDD之间连接有防止电流倒流的二极管D1。
6.根据权利要求1所述的基于磁感应的刀闸分合状态监测传感器，其特征在于：磁感应部件密封于金属外壳内，金属外壳内采用硅橡胶灌封，接线采用航空插头。
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