[发明专利]一种敏感元件、传感器及振动监测装置

说明书

本发明公开了一种敏感元件、传感器及振动监测装置，属于振动监测技术领域，具体来说是一种敏感元件，包括依次连接的安装部、弹性形变部和触点部，所述弹性形变部位于安装部和触点部之间；或者是一种敏感元件包括上压板、下压板和片状弹性体，所述的片状弹性体包括依次连接的安装部、弹性形变部和触点部。同时本发明还提供了一种包括上述敏感元件的传感器和振动监测装置，本发明振动传感器的敏感元件的弹性形变部采用等强度梁结构或者近似等强度梁结构，可以减少弹性形变片的应力集中，增大测量量程和频率范围，提高测量精度，还能够延长敏感元件、振动传感器及振动监测装置的使用寿命。

技术领域

本发明属于振动监测技术领域，具体地说，涉及一种敏感元件、传感器及振动监测装置。

背景技术

架空输电线在风、冰等因素的作用下具有不同特征的运动现象，即产生各种类型的振动，主要类型包括微风振动、舞动、次档距振动等。其中，微风振动发生最为频繁，振动长时间累积对线路危害极大，在架空输电线线路设计和运行监测中是必须考虑的一项重要内容。微风振动是架空输电线在微风作用下产生的高频低幅的垂向振动，频率范围一般在5～120Hz，振幅峰值一般在架空线直径的3倍以下，其持续时间可达数小时甚至数天之久，长期的微风振动可引起架空线疲劳断线、金具磨损和杆塔部件破坏等严重后果。

鉴于微风振动对架空线可能带来的巨大危害，国际上对微风振动监测，已经形成了共识。国际大电网会议22委员会04工作组指出了理想的测振仪应具备的若干条件：(1)适应测量规定序列及数据储存和评估；(2)重量轻，不大于1kg，不影响振动形态；(3)容许日夜连续运行至少14天；(4)安装简单方便及容许数据回放和处理。国际IEEE规定了具体的测量规范，测量线夹出口89mm处的弯曲振幅，用来计算导线的动弯应变，以此作为衡量导线微风振动激烈程度的判定标准。国家电网公司沿用了上述建议和规范，发布了最新的企业标准“QGDW10245—2016输电线路微风振动监测装置技术规范”。

在微风振动监测装置中，其采用的振动传感器尤为关键，传感器的设计是否合理，会很大程度上影响测量结果。振动传感器通常由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。在微风振动监测中所用的振动传感器，以悬臂梁弹性体作为敏感元件，输出力学变形(应变)；以应变片作为转换元件，应变引起应变片的电阻变化；以电桥和放大电路构成转换电路，将电阻变化转换为可测量的电压信号。其中敏感元件(悬臂梁弹性体)最为关键，它决定了振动传感器所能测量的振幅和频率的上限，同时也关乎传感器的使用寿命等诸多关键因素。但就目前而言，关于悬臂梁弹性体结构设计的技术并没有引起足够的重视。

如国网北京电力建设研究院申请的授权公告号为CN 2849737Y的中国实用新型专利，公开了一种高压抽能供电的送电线路微风振动监测装置，其中记载“当发生导线微风振动时，振动监测结构上的小轮受电力线的挤压引起振动测量结构上弹性体内部的形变，通过振动传感器感测出弹性体内形变的大小，并送入本装置本体的电路进行判断从而可监测出导线微风振动的水平，实现对高压线路微风振动参数的监测；”以及“振动传感结构用于监测导线微风振动，为一条扁平的悬臂梁式弹性体”。该技术方案采用一条扁平的悬臂梁式弹性体，作为振动传感器的敏感元件，但是该振动传感器所能测量的振幅和频率的上限受到限制，很难同时满足QGDW10245—2016中所要求的振幅量程和频率量程。

国家电网公司申请并公开的公开号为CN103925984A的中国发明专利，公开了一种光纤振动传感器及应用其的输电线路微风振动监测系统，其中记载“光纤振动传感器包括依次连接的等强度梁和固定体、等强度梁和设置在所述导线上的接触体；所述固定体通过设置在所述导线上的卡具与所述导线连接”；“所述等强度梁为悬臂梁式弹性体等腰三角板”。该技术方案中对悬臂梁弹性体做了进一步优化，但是其悬臂梁弹性体与接触体采用分体模式，其接触体固定设置在导线上，由于该方案的悬臂梁弹性体为等腰三角形，在等腰三角形的顶点，梁截面积收缩到零，能够承担的横向剪力也降为零，因而也没有办法有效传递或者响应接触体的垂向振动。