[发明专利]基于加速度传感器的断路器振动监测系统及其监测方法

权利要求书

1.一种基于加速度传感器的断路器振动监测系统，其特征在于，所述系统包括加速度传感器、断路器、阅读器、开关量状态传感器、半导体温度传感器和上位机；所述加速度传感器安装在断路器振动源外表面；所述阅读器安装在距离加速度传感器2m以内的位置；半导体温度传感器安装在阅读器表面；所述开关量状态传感器安装在断路器上；所述阅读器通过串口和以太网接口与所述上位机通信；

所述阅读器的微控制器采用STM32F407芯片、射频收发器采用XE1203F芯片以及单刀双掷射频开关采用AS177芯片；所述半导体温度传感器采用DS18B20芯片。

2.如权利要求1所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述加速度传感器为谐振型无线无源声表面波加速度传感器，断路器的振动源包括灭弧室外的绝缘套筒的垂直方向、操动机构垂直方向和弹簧机构的缓冲器；所述谐振型无线无源声表面波加速度传感器包括悬臂梁、声表面波谐振器、阻抗匹配网络和天线，所述声表面波谐振器镶嵌在悬臂梁的梁臂上；其中声表面波谐振器包括基底、设置在基底上的叉指换能器IDT及叉指换能器IDT两侧的反射栅；

所述基底的材料选用石英晶体；悬臂梁为矩形截面，在其末端设置有质量块；所述叉指换能器IDT相连的阻抗匹配网络和天线实现声表面波与电磁波的转换；在叉指换能器IDT两侧排列着反射栅阵列，形成声学谐振腔，即声表面波谐振器。

3.如权利要求1所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述阅读器通过无线方式获取谐振型无线无源声表面波加速度传感器发射的射频信号，阅读器的上行通信接口将采集到的振动信息传输到上位机；

所述阅读器包括天线、单刀双掷射频开关、射频收发器、微控制器、上行通信接口和开关量输入接口；

所述天线、单刀双掷射频开关、射频收发器和微控制器依次连接；

所述开关量输入接口与微控制器连接；

所述上行通信接口与所述微控制器连接。

4.如权利要求3所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述射频收发器的无线发送、接收端口均通过单刀双掷射频开关与天线连接；

所述射频收发器内部集成可调步长500Hz的频率合成器、低通滤波器、功率放大器、压控振荡器和低噪声放大器，用于接收微控制器发送的数据并发射频率可调的射频信号；接收谐振型无线无源声表面波加速度传感器的回波信号并解调为基带信号，输出给微控制器内部集成的A/D转换器。

5.如权利要求3所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述上行通信接口包括RS232串口和以太网接口；所述RS232串口用于阅读器功能的调试；所述以太网接口用于传输阅读器采集的加速度信号和环境温度信息。

6.如权利要求3所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述单刀双掷射频开关用于切换天线与射频收发器之间的无线发射与接收链路，由微控制器的通用I/O进行控制。

7.如权利要求3所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述开关量输入接口由输入滤波电路和光耦隔离电路构成，用于将开关量转换为数字电平信号并输出至微控制器的通用I/O。

8.如权利要求3所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述微控制器作为阅读器的核心芯片，其内部集成A/D转换器、通用异步收发传输器UART、以太网MAC、SPI接口、通用I/O和中断控制器片上外设；

所述微控制器通过SPI接口配置射频收发器的内部寄存器和无线发射频率值，通过通用I/O设置微控制器的发送和接收模式；当接收到射频收发器输出的模拟信号时，启动A/D转换器；

所述微控制器通过通用异步收发传输器UART连接RS232收发器构成RS232串口；所述微控制器通过以太网MAC连接以太网收发器构成以太网接口。

9.如权利要求1所述的断路器振动监测系统，其特征在于，所述半导体温度传感器用于采集环境温度数据，并将环境温度数据传输给阅读器，半导体温度传感器的电源由阅读器内部电路提供；所述半导体温度传感器通过数据线连接到微控制器的通用I/O。