專利名稱：鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到電磁測量儀器或裝置，即通過轉(zhuǎn)換成電變量，并與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較，對結(jié)構(gòu)部件的缺損情況進(jìn)行測量的儀器或裝置，具體說來是一種專用于架空電力電纜鋼芯鋁絞線中鋼芯缺斷股測量儀。
架空的高壓電力輸電線大多數(shù)采用鋼芯鋁絞線，其中的鋼芯缺斷股現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，甚至一段長度內(nèi)沒有鋼芯。這種缺陷是輸電線路的一種隱患，使其達(dá)不到所能承受的拉力，會(huì)發(fā)生斷線事故，造成重大損失。鋼芯鋁絞線中的鋼芯缺斷股靠外觀檢查的方法很難發(fā)現(xiàn)。經(jīng)檢索，至今未發(fā)現(xiàn)專用于鋼芯鋁絞線檢測鋼芯缺斷股的測量儀器或裝置。相近的已有技術(shù)中，有鐵磁物質(zhì)探測儀器，有的可以把地下一定深度一定體積的鋼鐵物品探測出來，有的可以把混在糧食或其它物料中的鋼鐵物品探測出來。其探測傳感器可采用干簧管、永磁鐵、霍爾元件，也可通過測量電磁場梯度，并經(jīng)信號處理電路及顯示和報(bào)警電路，探測和顯示出鐵磁物品。但是，它們只是定性測量鐵磁物品的有無，而不能精確判定鐵磁物品的大小。若用來檢測鋼芯鋁絞線，只有在鋼芯缺斷股較多的情況下才能探測出缺陷部位，但不能判定缺斷股的股數(shù)。若用超聲波檢測，其設(shè)備昂貴，并且笨重不方便。若用γ射線檢測，存在射線源保管和人身安全問題。綜上所述，無論是鋼芯鋁絞線生產(chǎn)廠家還是電力線安裝施工單位，都需要一種鋼芯缺斷股測量儀，上述已有技術(shù)是不能滿足生產(chǎn)和施工要求的。
本實(shí)用新型的目的就在于提供一種專用于檢測鋼芯鋁絞線中鋼芯缺斷股的測量儀。它不但能測出鋼芯缺斷股缺陷，而且能測出缺斷幾股，缺陷部位判斷非常精確。該儀器輕巧便攜，操作非常方便。它既適用于鋼芯鋁絞線生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測，又適用于電力線路施工現(xiàn)場進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障隱患。
本實(shí)用新型的上述目的是由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該測量儀由傳感器、信號發(fā)生器、交流信號處理電路、直流信號處理電路、顯示和報(bào)警電路、直流穩(wěn)壓電源和機(jī)殼組成。其傳感器的輸入信號來自信號發(fā)生器的集電極輸出端，傳感器的輸出信號送至交流信號處理電路的輸入端。信號發(fā)生器的射極輸出端向交流信號處理電路的輸入端提供交流偏置電壓。交流信號處理電路的輸出端與直流信號處理電路的輸入端相連。直流信號處理電路的輸出端與顯示和報(bào)警電路的輸入端相連。直流穩(wěn)壓電源為上述各電路供電。上述電路和電源全都裝在機(jī)殼內(nèi)。
該測量儀中的傳感器是一種變磁阻電磁感應(yīng)式螺管形傳感器，由初級線圈、次級線圈和骨架組成。初級和次級線圈均采用高強(qiáng)度漆包線，纏繞到同一個(gè)管狀絕緣骨架上。
該測量儀中的信號發(fā)生器采用RC移相式振蕩器和射極輸出器組成，其信號為正弦波形，頻率為100-1000Hz，集電極輸出電壓為3-5伏，并保持恒定。
該測量儀中的交流信號處理電路包括交流偏置電路、信號疊加放大電路交流信號放大整形電路、緩沖及AC/DC變換電路。信號疊加放大電路的輸入信號來自兩路，一路是傳感器的輸出信號，另一路是交流偏置電路的輸出信號。信號疊加放大電路的輸出端與交流放大整形電路的輸入端相連。交流放大整形電路的輸出端與緩沖及AC/DC變換電路的輸入端相連。
該測量儀的直流信號處理電路包括8個(gè)電壓比較器和數(shù)字邏輯電路。電壓比較器的輸入“+”端與上述緩沖及AC/DC變換電路的直流信號輸出端相連，其輸入“-”端接標(biāo)定直流電壓，其輸出端與數(shù)字邏輯電路的輸入端相連。
上述直流信號處理電路中的數(shù)字邏輯電路包括7個(gè)倒相器、6個(gè)與門電路、3個(gè)或門電路。倒相器的輸入信號來自電壓比較器的輸出端，與門電路輸入信號，一路來自電壓比較器的輸出端，另一路來自倒相器的輸出端，兩個(gè)或門電路的輸入信號來自與門電路的輸出端，有一個(gè)或門電路的輸入信號來自前兩個(gè)或門的輸出端及一個(gè)倒向器的輸出端。
該測量儀的顯示和報(bào)警電路包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、顯示器和報(bào)警器。顯示驅(qū)動(dòng)電路和報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路的輸入端都與上述數(shù)字邏輯電路的輸出端相連，其輸出端分別與顯示器和報(bào)警器相連。
按上述電路結(jié)構(gòu)組成的鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀的工作原理是由信號發(fā)生器向傳感器的初級線圈提供恒定的電壓信號，在傳感器的次級線圈中感應(yīng)電壓信號產(chǎn)生，此感應(yīng)電壓信號的大小，由穿過傳感器線圈管狀骨架中心的鋼芯鋁絞線的鋼芯橫截總面積決定，鋼芯缺斷股數(shù)越多，其感應(yīng)電壓信號越小。此感應(yīng)電壓信號與信號發(fā)生器提供的交流偏置電壓疊加后進(jìn)行放大、整形，并轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。該直流電壓信號的大小就與鋼芯缺斷股數(shù)相對應(yīng)，使數(shù)字邏輯電路中相應(yīng)的電壓比較器跳變?yōu)榈碗娖捷敵觯俳?jīng)與門、或門及驅(qū)動(dòng)電路使報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)由顯示器顯示出缺斷股數(shù)。
本實(shí)用新型主要優(yōu)點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)新穎合理，結(jié)構(gòu)輕巧，功能完備，精確靈敏，工作可靠，操作方便，造價(jià)不高。它既可用于電力線路施工現(xiàn)場檢測，又可用于鋼芯鋁絞線生產(chǎn)過程中的檢測，并可以實(shí)現(xiàn)無人值守在線連續(xù)自動(dòng)檢測。目前國產(chǎn)的各種型號規(guī)格的鋼芯鋁絞線均能用它檢測，不但能測出鋼芯缺斷股部位，而且能方便而迅速地檢測出鋼芯缺斷的具體股數(shù)。
附

圖1是本實(shí)用新型專用傳感器的原理示意圖。
附圖2是本實(shí)用新型的電路構(gòu)成方框圖。
附圖3是本實(shí)用新型的交流信號產(chǎn)生及處理電路原理圖。
附圖4是本實(shí)用新型的直流信號處理電路及顯示、報(bào)警電路原理圖。
結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例詳述如下附圖1所示的傳感器是該測量儀的重要組成部分之一。圖中，1是被測電力線中的鋼芯，2是初級線圈，3是次級線圈，4是信號發(fā)生器，5是交流感應(yīng)信號。骨架未在圖中畫出。其工作原理基于線圈中的鋼芯是決定其磁力線路徑上磁阻大小的重要因素。當(dāng)線圈中的鋼芯缺股或斷股時(shí)，鋼芯的橫截總面積就變小，磁阻就增大，引起線圈電感量變小，交流感應(yīng)信號也就變小。所以，通過測得次級線圈感應(yīng)信號的數(shù)值，即可判定線圈中鋼芯缺股或斷股多少。由于其中的鋁線為非磁性材料，導(dǎo)磁率很低，對磁通量變化的影響很小。所以，線圈的電感量可以視為只受鋼芯影響而不受鋁線影響。
附圖3所示，由三級管BG1和R1、R2、R3，C1、C2、C3組成了RC移相式正弦振蕩器。再由BG2對正弦信號進(jìn)行放大，其集電極主信號作為傳感器B1初級線圈的信號源，BG2的射極輸出信號作為交流偏置電壓。傳感器次級線圈感應(yīng)出的主信號經(jīng)電位器RW1-RW6和R14調(diào)整分壓處理，送至集成電路IC1中A4的“-”端。交流偏置信號經(jīng)電位器R′W1-R′W6調(diào)整分壓處理，送至集成電路IC1中A1的“-”竭。A1的輸出信號經(jīng)R17和C9后與來自C8和R16的主信號疊加并經(jīng)A4放大。
由集成電路IC1中的A3構(gòu)成增益可調(diào)放大器，由A2構(gòu)成射極跟隨器，對上述交流信號再進(jìn)行放大并經(jīng)A2構(gòu)成的射極跟隨器輸出。
上述集成電路IC1選用LM224線性運(yùn)放電路。
由三極管BG3構(gòu)成了整形電路。通過調(diào)整RW7可以獲得標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍的上限值，通過調(diào)整RW8可獲得標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍的下限值，最終將各檔位的不同信號統(tǒng)一到相同的電壓等級標(biāo)準(zhǔn)。
緩沖及AC/DC變換電路包括BG4構(gòu)成的射極輸出器，D2、D3構(gòu)成的二倍壓整流電路和由C18、C19、R31構(gòu)成的π型濾波器。這部分電路的作用是把上述經(jīng)過放大整形的交流信號變成平滑穩(wěn)定的直流輸出電壓U。(即圖4中的VIN)。
附圖4中，由集成電路LM339構(gòu)成的8個(gè)電壓比較器，其輸出狀態(tài)取決于基準(zhǔn)電壓(由VCC經(jīng)R1-R7及R9、R10、R27、R28R29、R30、R8、R31分壓獲得)與輸入電壓VIN的比較結(jié)果。當(dāng)VIN的電壓數(shù)值大于某個(gè)電壓比較器的基準(zhǔn)電壓時(shí)，此電壓比較器即從低電平輸出跳變?yōu)楦唠娖捷敵觥＿@個(gè)輸出的信號經(jīng)倒相器4069及與門電路4081形成報(bào)警信號，由或門電路4075經(jīng)MC1413驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BUZ報(bào)警。同時(shí)再經(jīng)或門電路4072和4071編碼后送至顯示驅(qū)動(dòng)器4511的低三位A、B、C端，然后再經(jīng)4511譯碼驅(qū)動(dòng)LED顯示器LC5021顯示缺、斷鋼芯的數(shù)目。
由附圖3可見，本實(shí)用新型采用兩種直流電源。其中W7812專為交流信號處理模擬電路提供12伏電源；W7805專為數(shù)字電路提供5伏電源。
本測量儀的工作過程是將鋼芯鋁絞線從螺管形傳感器B1的管狀骨架中心穿過。當(dāng)鋼芯沒有缺股和斷股時(shí)，其感應(yīng)信號最高，圖3中的直流輸出電壓U。(即圖4中的VIN)最高，約為3.4伏，各比較器都輸出高電平，顯示為0，表明鋼芯無缺股和斷股缺陷。當(dāng)鋼芯有缺斷股缺陷時(shí)，傳感器的感應(yīng)信號變低，缺斷股越多，感應(yīng)信號就越低，直流輸出電壓U。也就越低，即電壓比較器的同相(+)輸入電壓VIN也越低。根據(jù)缺斷股數(shù)目的依次增多，與其對應(yīng)的比較器跳變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)顯示器顯示出缺斷股數(shù)。當(dāng)7股鋼芯全部缺斷時(shí)，傳感器的感應(yīng)信號最低，直流輸出電壓U。也最低，約1.3伏。此時(shí)8個(gè)比較器都跳變?yōu)榈碗娖剑瑘?bào)警器報(bào)警，同時(shí)顯示器顯示出缺斷7股。
對于7股鋼芯的電力輸電線而言，不同型號其鋼芯線徑不同。這就要求無論那種型號，當(dāng)其7股鋼芯全缺斷時(shí)，其輸出直流電壓都應(yīng)統(tǒng)一為1.3伏。為了實(shí)現(xiàn)這一要求而采用了交流偏置方法，并且采用6檔位同軸聯(lián)動(dòng)電位器RW1-RW6和R′W1-R′W6分別對主信號和偏置電壓進(jìn)行分壓處理使其在不同的檔位上有不同的交流偏置電壓，以便于適應(yīng)不同的鋼芯直徑。無論是哪種型號的鋼芯鋁絞線，只要缺斷鋼芯的股數(shù)相同，其直流輸出電壓U。也相同，只有這樣才有利于顯示和報(bào)警處理。
采用由BG3構(gòu)成的整形電路，可有效地削減無芯線時(shí)的輸出電壓，使得芯線無缺斷時(shí)的輸出電壓與無芯線時(shí)的輸出電壓二者差值足夠大。這有利于提高分辨率，準(zhǔn)確地指示出缺斷鋼芯線股數(shù)。
權(quán)利要求1.一種鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀，由傳感器、信號發(fā)生器、交流信號處理電路、直流信號處理電路、顯示和報(bào)警電路、直流穩(wěn)壓電源和機(jī)殼組成，其特征在于傳感器的輸入信號來自信號發(fā)生器的集電極輸出端，輸出信號送至交流信號處理電路的輸入端，信號發(fā)生器的射極輸出端向交流信號處理電路的輸入端提供交流偏置電壓，交流信號處理電路的輸出端與直流信號處理電路的輸入端相連，直流信號處理電路的輸出端與顯示和報(bào)警電路的輸入端相連，直流穩(wěn)壓電源為上述各電路供電，上述電路和電源全都裝在機(jī)殼內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀，其特征在于傳感器是一種變磁阻電磁感應(yīng)式螺管形傳感器，由初級線圈、次級線圈和骨架組成，初級和次級線圈均采用高強(qiáng)度漆包線，纏繞到同一個(gè)管狀絕緣骨架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀，其特征在于信號發(fā)生器是采用RC移相式振蕩器和射極輸出器所組成的，其信號為正弦波形，頻率為100-1000Hz，集電極輸出電壓為3-5伏，并保持恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀，其特征在于交流信號處理電路包括交流偏置電路、信號疊加放大電路、交流信號放大整形電路、緩沖及AC/DC變換電路、信號疊加放大電路的輸入信號來自兩路，一路是傳感器的輸出信號，另一路是交流偏置電路的輸出信號，信號疊加放大電路的輸出端與交流放大整形電路的輸入端相連，交流放大整形電路的輸出端與緩沖及AC/DC變換電路的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀，其特征在于直流信號處理電路包括8個(gè)電壓比較器和數(shù)字邏輯電路、電壓比較器的輸入“+”端與上述緩沖及AC/DC變換電路的直流信號輸出端相連，其輸入“-”端接標(biāo)定直流電壓，其輸出端與數(shù)字邏輯電路的輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀，其特征在于數(shù)字邏輯電路包括7個(gè)倒相器、6個(gè)與門電路、3個(gè)或門電路，倒相器的輸入信號來自電壓比較器的輸出端，與門電路輸入信號，一路來自電壓比較器的輸出端，另一路來自倒相器的輸出端，兩個(gè)或門電路的輸入信號來自與門電路的輸出端，有一個(gè)或門電路的輸入信號來自前兩個(gè)或門的輸出端及一個(gè)倒相器的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼芯鋁絞線鋼芯缺斷股測量儀，其特征在于顯示和報(bào)警電路包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、顯示器和報(bào)警器，顯示驅(qū)動(dòng)電路和報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路的輸入端都與上述數(shù)字邏輯電路的輸出端相連，其輸出端分別與顯示器和報(bào)警器相連。
專利摘要本實(shí)用新型為架空電力輸電線中的鋼芯鋁絞線提供了一種鋼芯缺斷股測量儀。該儀器由變磁阻電磁感應(yīng)螺管形傳感器、信號發(fā)生器、交流和直流信號處理電路、顯示和報(bào)警電路、直流電源及機(jī)殼組成。信號發(fā)生器既做為傳感器初級線圈的信號源，又對交流信號處理電路提供一個(gè)交流偏置電壓，并且多擋位可調(diào)。它不但能測出鋼芯鋁絞線中鋼芯缺斷股部位，而且測出缺斷股數(shù)，能適用于各種型號的鋼芯鋁絞線無損檢測。該儀器新穎、輕巧、精確、實(shí)用、價(jià)廉。
文檔編號G01N27/82GK2225052SQ9424101
公開日1996年4月17日 申請日期1994年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月19日
發(fā)明者孟慶澤, 楊洪濤, 王文杰, 宗承云, 王國榮, 董峰 申請人:孟慶澤, 楊洪濤, 王文杰