[发明专利]一种用于双芯导线的压电式无源电流检测装置及方法

权利要求书

1.一种用于双芯导线的压电式无源电流检测装置，其特征在于：左V型夹块和右V型夹块下端板面分别穿过导向光杆和螺杆，并与导向光杆滑动连接，螺杆右侧通过变速机构与直线电机相连，螺杆带螺纹部分分别与左V型夹块和右V型夹块下端板面螺纹连接，并且左边部分螺纹与右边部分螺纹旋向相反，封装传感器一和封装传感器二固定在底座上，左V型夹块和右V型夹块板面下侧分别与四个导轮连接，导向光杆和螺杆两端穿过底座两侧挡板，分别与底座挡板转动连接；

所述封装传感器一和封装传感器二的组成元件各项参数及连接关系相同；其中，封装传感器一的结构是：封装外壳一底部与底座固定连接，悬臂梁一固定在底座上且位于封装外壳一内部，微型磁铁一固定连接于悬臂梁一自由端上，压电薄膜一固定粘结在悬臂梁一上；所述封装传感器二的结构是：封装外壳二底部与底座固定连接，悬臂梁二固定在底座上且位于封装外壳二内部，微型磁铁二固定连接于悬臂梁二自由端上，压电薄膜二固定粘结在悬臂梁二上；压电薄膜一和压电薄膜二极性关于Z轴对称，微型磁铁一和微型磁铁二磁极方向相同；

所述一种用于双芯导线的压电式无源电流检测装置的检测方法，包括下列步骤：

步骤(1)启动直线电机，使左V型夹块和右V型夹块同步向外滑动，预留出能够装夹电线直径的距离；

步骤(2)将被测导线放置于左V型夹块和右V型夹块之间，启动直线电机，使左V型夹块和右V型夹块同步向内滑动，使导线半夹紧于正中间；

步骤(3)将被测导线接入标准直流电流I₀；

步骤(4)绕Y轴微旋转调整导线，直到测量输出电流为最大的位置，并完全夹紧；

步骤(5)被测导线通入被测直流电流或者交流电流I，进行实际测量，被测直流I可通过与电流检测装置有关的参数K_S和压电片输出电压U得到，公式如下：

其中：式中n取2、E为悬臂梁的弹性模量、I_y为悬臂梁的横截面对弯曲中性轴的惯性矩、a是双芯导线中心与上下电线中心的距离、h为磁铁中心至双芯导线中心的距离、n为串联压电片数量、μ₀为真空磁导率、B_r为永磁铁剩余磁通量、V为单个磁铁体积、l为悬臂梁长度。

2.根据权利要求1所述的一种用于双芯导线的压电式无源电流检测装置，其特征在于：所述步骤(5)中输出电压：U＝V_total；

V_total＝V_p1+V_p2，

V_p1是压电薄膜一实际输出电压、V_p2是压电薄膜二实际输出电压；

由于F_ε1≈F_ε2，F_ε1和F_ε2分别为封装传感器一和封装传感器二受到的磁力之外的干扰力，压电薄膜一和压电薄膜二串联总实际输出电压为：

以上方法消除了外界环境中的干扰；

由于微小干扰振动下，传感器振动方向相反，x₁+x₂≈0，所以：

其中：x₁是微型磁铁一中心X轴方向的坐标值、x₂是微型磁铁二中心X轴方向的坐标值、B_r为永磁铁剩余磁通量、V为单个磁铁体积、a是双芯导线正中间与上下电线中心的距离，E_i：各层材料的弹性模量、E_p：压电薄膜的弹性模量、I_i：各层材料的转动惯量A_i：各层材料X-Y平面的横截面面积、Z_p1:悬臂梁长度方向上压电薄膜一中心和梁中性轴平行距离、Z_p2:悬臂梁长度方向上压电薄膜二中心和梁中性轴平行距离、Z_i:悬臂梁长度方向上每层材料中心和中性轴平行距离、l：压电片长度、L_m：

永久磁铁长度、d₃₁是横向压电常数(-50pmV-1)、w_E是压电片的宽度、C_p是压电薄膜的电容。