[发明专利]一种变压器振动传感器及其宽频带振动微能量采集器

说明书

本发明提供一种变压器振动传感器及其宽频带振动微能量采集器，结构简单，设计合理，实现100Hz～200Hz宽频振动的情况下振动能量的有效转化。其包括从上到下依次设置的上拾振单元、叠层线圈和下拾振单元；所述上拾振单元包括上固定框架、上支撑梁和上永磁体；上永磁体通过上支撑梁与上固定框架连接，所述下拾振单元包括下固定框架、下支撑梁和上永磁体；下永磁体通过下支撑梁与下固定框架连接，所述叠层线圈固定设置，且与上永磁体和下永磁体呈同轴间隔设置。

技术领域

本发明涉及变电设备在线监测领域，具体为一种变压器振动传感器及其宽频带振动微能量采集器。

背景技术

电力变压器运行时，电流通过绕组在绕组间、线饼间及线匝间产生电动力引起绕组振动。由于作用在导体上的电动力与电流和磁场强度的乘积成正比，因此变压器绕组导体所受电动力及绕组振动的加速度正比于负载电流的平方。振动信号的基频为100Hz，当变压器绕组变形后，振动中会产生分数次谐波和高次谐波。因此，为了监测变压器运行状态，采用振动监测法可实现绕组故障诊断。适用于在线监测绕组运行状态，不影响电力变压器正常运行，且与设备无电气连接，具有安全、可靠性高等优点。

变压器绕组振动信号由加速度传感器检测。加速度传感器内部自带电荷放大器，可将振动声学信号转换成与之成正比的电压信号。加速度传感器通过固定底座安装于变压器外壁，安装位置通常选取在油箱外壁正面中部或顶面中部靠近绕组处。同时，为了保证检测点的统一性，加速度传感器底座长期固定于变压器外壁。信号采集单元由采集模块、处理模块、电源模块及通信模块构成，且内置放大、滤波、A/D转换等信号调理电路。在传感器应用过程中，随着传感器向无线化发展，需要通过电池对传感器进行供电。通过在传感器内部设计振动微能量收集装置，为传感器的电池或超级电容进行充电，将有效提升传感器的连续运行时间，实现环境能量的有效采集。

目前，电磁式振动微能量采集器基于电磁感应原理，通过磁铁和线圈的相互运动实现线圈中产生感应电流，进而将振动机械能转换为电能。该方法取决于磁铁与线圈的相互运动距离，二者相对距离变化越剧烈，则输出能量越高。为了提高能量采集器输出功率，使能量采集器谐振频率与变压器振动激振频率相同，则会大幅提高磁铁和线圈相对运动距离。同时，通过器件可动部件的非线性振动模态设计，也会进一步拓宽能量采集器的共振频带范围。

但即使如此，目前大多数微型振动能量收集器存在工作频带窄等问题，即只有在谐振频率处有峰值电压输出，当外界振动频率离开谐振频率后输出电压迅速下降，这一点极大地降低了微型振动能量收集器对环境的适应性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种变压器振动传感器及其宽频带振动微能量采集器，结构简单，设计合理，实现100Hz～200Hz宽频振动的情况下振动能量的有效转化。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种宽频带振动微能量采集器，包括从上到下依次设置的上拾振单元、叠层线圈和下拾振单元；

所述上拾振单元包括上固定框架、上支撑梁和上永磁体；上永磁体通过上支撑梁与上固定框架连接，

所述下拾振单元包括下固定框架、下支撑梁和上永磁体；下永磁体通过下支撑梁与下固定框架连接，

所述叠层线圈固定设置，且与上永磁体和下永磁体呈同轴间隔设置。

可选的，所述上支撑梁呈十字布置，连接上永磁体和上固定框架。

可选的，所述上支撑梁呈刚性且呈蛇形折叠设置，蛇形折叠平面与上永磁体的运动方向垂直。

可选的，所述下支撑梁呈十字布置，连接下永磁体和下固定框架。

可选的，所述下支撑梁呈刚性且呈环形的直支撑梁设置，环形的平面与下永磁体的运动方向垂直。

可选的，所述上支撑梁和下支撑梁的振动相位相反。