CN117146713A - 一种激光位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光位移传感器，本体包括出射口和入射口，激光发射源固定连接在本体上，激光发射源的出光方向正对出射口并与出射口方向平行；所述拐臂固定连接在本体上，拐臂位置位于出射口下部，拐臂不遮挡出射口，拐臂的长度方向与激光发射源的出光方向垂直；所述第一反射镜固定连接在拐臂上，第一反射镜位于出射口正下方，第一反射镜的反射面与激光发射源的出光成45°夹角；所述第二反射镜可拆卸连接在拐臂上，第二反射镜的位置位于第一反射镜的反射光路的路径上，第二反射镜的反射面与第一反射镜的反射光成45°夹角；所述CCD接收器设置在本体上，CCD接收器面朝入射口，CCD接收器与控制器电连接。解决了量程和精度不能同时提高这个矛盾。

Description

一种激光位移传感器

技术领域

本发明涉及一种激光位移传感器，属于激光位移传感器技术领域。

背景技术

在电网中，高压断路器的刚分速度、刚合速度如果不能满足相关要求，就有可能让高压开关出现故障，刚分速度过慢，熄弧不及时，会造成开关解体***，刚分速度过快，容易造成机械故障。刚合速度过快容易造成触头损伤，刚合速度过慢，严重烧损触头。测速对于高压断路器来讲非常重要，但是现有的技术主要为接触安装的传感器，如直线电阻测速传感器、旋转型电阻传感器、旋转型编码传感器等，这些传感器采用接触安装，很容易磕碰高压断路器本体，容易造成安全事故。而且，很多时候这类传感器无法安装到开关本体上，造成无法测速。非接触式的激光传感器在该方面具有很大的优势，且激光传感器测速精度高，不安装在断路器本体上，具有很好的安全价值。

激光传感器对高压断路器进行测速，需要技术改进，不能直接应用在断路器本体上，这是由于高压断路器的速度快，运动范围大，所以需要的激光传感器要具有精度高，采样频率高才能满足要求，但是，激光传感器如果采用高精度的测量准确，其测量量程就会非常短。采用一般精度的激光传感器又不满足要求，这就形成了矛盾，为了解决这一矛盾，本发明在原有的高精度激光传感器基础上，设计一种辅助装置，通过该装置扩大激光传感器的量程，满足高压断路器现场测试的要求，并在扩大量程的同时，保障测试过程中的精度不受到大的变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种激光位移传感器，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案为：一种激光位移传感器，包括控制器、本体、激光发射源、CCD接收器、第一透反射镜、第二反射镜和拐臂；

所述本体包括出射口和入射口，激光发射源固定连接在本体上，激光发射源的出光方向正对出射口并与出射口方向平行；

所述拐臂固定连接在本体上，拐臂位置位于出射口下部，拐臂不遮挡出射口，拐臂的长度方向与激光发射源的出光方向垂直；

所述第一反射镜固定连接在拐臂上，第一反射镜位于出射口正下方，第一反射镜的反射面与激光发射源的出光成45°夹角；

所述第二反射镜可拆卸连接在拐臂上，第二反射镜的位置位于第一反射镜的反射光路的路径上，第二反射镜的反射面与第一反射镜的反射光成45°夹角；

所述CCD接收器设置在本体上，CCD接收器面朝入射口，CCD接收器与控制器电连接。

进一步地，所述拐臂上沿拐臂长度方向设有若干插孔，第二反射镜侧部设有与插孔相匹配的插杆，第二反射镜通过插杆与插孔配合开拆卸连接在拐臂上。

进一步地，所述插孔内壁上设有定位孔，所述插杆上设有与定位孔相匹配的凸起。

进一步地，所述第一反射镜为等腰直角棱镜。

进一步地，所述第二反射镜的插杆为永磁材料，拐臂为铁磁性材料。

进一步地，所述拐臂为L形，拐臂的短臂与本体可拆卸连接。

进一步地，所述本体后侧面设有与拐臂的短臂相匹配的凹槽，短臂通过与凹槽配合将拐臂固定连接在本体上。

进一步地，所述凹槽的底面嵌入第二永磁体，第二永磁体与凹槽的底面平齐。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，

1）本发明通过激光发射源发射出来的激光，通过第一反射镜使其原来垂直发射的激光发生直角转换，再通过一定距离的第二反射镜使其激光再次发生直接转换，两次直接转换后的激光与原来的激光出射方向是平行的，在同样的CCD接收器宽度下增加了量程，解决了量程和精度不能同时提高这个矛盾；

2）本发明通过改变第二反射镜与第一反射镜的距离，刻实现量程的精确控制。

附图说明

图1为本发明的电路连接框图；

图2为本发明的激光位移传感器测量量程原理图；

图3为本发明的激光位移传感器的前视图；

图4为本发明的激光位移传感器的立体视图；

图5为本发明的激光位移传感器的结构图；

图6为图5中A处的局部视图；

图7为本发明的流程图；

图8为本发明激光位移传感器的***视图；

图9为图8中B处的局部视图。

具体实施方式

实施例1：参考图1-6和图8-9，一种激光位移传感器，包括控制器1、本体18、激光发射源21、CCD接收器20、第一透反射镜17、第二反射镜16和拐臂19；所述本体18包括出射口和入射口，激光发射源21固定连接在本体18上，激光发射源21的出光方向正对出射口并与出射口方向平行；所述拐臂19固定连接在本体18上，拐臂19位置位于出射口下部，拐臂19不遮挡出射口，拐臂19的长度方向与激光发射源21的出光方向垂直；所述第一反射镜17固定连接在拐臂19上，第一反射镜17位于出射口正下方，第一反射镜17的反射面与激光发射源21的出光成45°夹角；所述第二反射镜16可拆卸连接在拐臂19上，第二反射镜16的位置位于第一反射镜17的反射光路的路径上，第二反射镜16的反射面与第一反射镜17的反射光成45°夹角；所述CCD接收器20设置在本体18上，CCD接收器20面朝入射口，CCD接收器20与控制器1电连接。

如图2所示，灰色区域为激光测速传感器，激光发射源21发射出来的激光，通过第一反射镜使其原来垂直发射的激光发生直角转换，再通过一定距离的第二反射镜使其激光再次发生直接转换，两次直接转换后的激光与原来的激光出射方向是平行的，那么原来垂直出射激光设定其量程为L0也就是AB，反射回激光CCD接收器20CD的中点为N，那么两次折射后的新的激光束的量程就变为了L1也就是A’B’，其中点M’反射到CCD接收器20上就会形成一个夹角δ。用这种办法可以使得量程变大，同时容易计算，这里面都是以固定系数进行增加的。那么系数的变化就和ε相关，如果设计ε为精确控制的距离，这个系数变化和量程的变化就变成了可以精准的控制的量，也就是这个装置可以实现在一定范围内量程可调变化的功能。

按照上述的原理设计，选择三角折射镜为12mm*12mm*18mm的尺寸，第一反射镜17要保障605nm激光的全透射性，需要在上面涂抹透射材料，在进入三角折射镜后，要全反光将其折射变化90度，第一反射镜17为三角折射镜。这里设计的时候，要保障三焦折射镜出射口这条边与激光束垂直，且紧密贴合原有的激光发射器窗口。避免出现光的散射情况。第二个三角折射镜，其中一个镜面要保障与变化方向的激光垂直，且镜面也要涂抹透射材料，出射窗口的镜面要保障所出射的激光与原有激光方向保持一致。这两个三角折射镜在制作过程中要多次调节，并调节好。

进一步地，所述拐臂19上沿拐臂19长度方向设有若干插孔19-1，第二反射镜16侧部设有与插孔19-1相匹配的插杆16-1，第二反射镜16通过插杆16-1与插孔19-1配合开拆卸连接在拐臂19上。当需要改变激光位移传感器11的量程的时候，可以将第二反射镜16距离第一反射镜17的距离调节得远一点，反之则近一点。

进一步地，所述插孔19-1内壁上设有定位孔19-2，所述插杆16-1上设有与定位孔19-1-2相匹配的凸起16-1-1。通过定位孔19-1-2与凸起16-1-1配合，使得第二反射镜16位置固定不会发射偏转。

进一步地，所述第一反射镜17为等腰直角棱镜。

进一步地，所述第二反射镜16的插杆16-1为永磁材料，拐臂19为铁磁性材料。

进一步地，所述拐臂为L形，拐臂19的短臂19-2与本体18可拆卸连接。对于第一反射镜和第二反射镜这种易受损的元件而言，可以使得装置便于检修更换。

进一步地，所述本体18后侧面设有与拐臂19的短臂19-2相匹配的凹槽18-3，短臂19-2通过与凹槽18-3配合将拐臂19固定连接在本体18上。

进一步地，所述凹槽18-3的底面嵌入第二永磁体18-1，第二永磁体18-1与凹槽18-3的底面平齐。便于拐臂拆卸更换。

实施例1：参考图1-6一种高压断路器激光测速装置，包括控制器1、电子可调电源15、第一霍尔传感器7、第二霍尔传感器8、激光驱动模块10和激光位移传感器11；所述电子可调电源15与控制器1电连接，电子可调电源15与灭弧室上下两端电连接；所述继电器6与控制器1电连接，电子可调电源15通过继电器6与断路器储能模块电连接，电子可调电源15为主回路提供电压；所述第一霍尔传感器7设置在电子可调电源15与灭弧室连接之间的连线处，第一霍尔传感器7与控制器1电连接，第一霍尔传感器7用于测量高压断路器合闸后主回路的电流；所述第二霍尔传感器8与控制器1电连接，第二霍尔传感器8设置在分合闸线圈处，第二霍尔传感器8用于测量分合闸线圈电流；所述激光驱动模块10与控制器1电连接，激光位移传感器11与激光驱动模块10电连接。控制器1通过RS232接口与上位机13连接，以便分析采集到的数据。

进一步地，还包括电子隔离模块2，所述电子隔离模块2设置在继电器6和控制器1之间。

进一步地，还包括第一光电隔离模块3，所述第一光电隔离模块3设置在第一霍尔传感器7与控制器1之间。

进一步地，还包括第二光电隔离模块4和第三霍尔传感器9，所述第三霍尔传感器9通过第二光电隔离模块4与控制器1电连接，第三霍尔传感器9设置在断路器辅助触点处。

进一步地，还包括存储模块14，所述存储模块14与控制器1电连接。

进一步地，还包括上位机13，所述上位机13与控制器1通过RS232通信协议连接。

参考图2，由于CCD接收器20宽度有限，导致激光位移传感器11直接照射到动触头后反射的光如果想让CCD接收器20接收到，只能将动触头限定在很小的运动范围AB，但动触头运动范围是限定死了的，这使得激光位移传感器11不能直接用于测量动触头位移，为了解决此问题，在本实施例中进一步地，还包括激光位移传感器11包括：本体18、激光发射源21、CCD接收器20、第一透反射镜17、第二反射镜16和拐臂19；所述本体18包括出射口和入射口，激光发射源21固定连接在本体18上，激光发射源21的出光方向正对出射口并与出射口方向平行；所述拐臂19固定连接在本体18上，拐臂19位置位于出射口下部，拐臂19不遮挡出射口，拐臂19的长度方向与激光发射源21的出光方向垂直；所述第一反射镜17固定连接在拐臂19上，第一反射镜17位于出射口正下方，第一反射镜17的反射面与激光发射源21的出光成45°夹角；所述第二反射镜16可拆卸连接在拐臂19上，第二反射镜16的位置位于第一反射镜17的反射光路的路径上，第二反射镜16的反射面与第一反射镜17的反射光成45°夹角；所述CCD接收器20设置在本体18上，CCD接收器20面朝入射口。

如图2所示，灰色区域为激光测速传感器，激光发射源21发射出来的激光，通过一个三角折射镜使其原来垂直发射的激光发生直角转换，再通过一定距离的另外一个三角折射镜使其激光再次发生直接转换，两次直接转换后的激光与原来的激光出射方向是平行的，那么原来垂直出射激光设定其量程为L0也就是AB，反射回激光CCD接收器20CD的中点为N，那么两次折射后的新的激光束的量程就变为了L1也就是A’B’，其中点M’反射到CCD接收器20上就会形成一个夹角δ。用这种办法可以使得量程变大，同时容易计算，这里面都是以固定系数进行增加的。那么系数的变化就和ε相关，如果设计ε为精确控制的距离，这个系数变化和量程的变化就变成了可以精准的控制的量，也就是这个装置可以实现在一定范围内量程可调变化的功能。

按照上述的原理设计，选择三角折射镜为12mm*12mm*18mm的尺寸，第一反射镜17要保障605nm激光的全透射性，需要在上面涂抹透射材料，在进入三角折射镜后，要全反光将其折射变化90度，第一反射镜17为三角折射镜。这里设计的时候，要保障三焦折射镜出射口这条边与激光束垂直，且紧密贴合原有的激光发射器窗口。避免出现光的散射情况。第二个三角折射镜，其中一个镜面要保障与变化方向的激光垂直，且镜面也要涂抹透射材料，出射窗口的镜面要保障所出射的激光与原有激光方向保持一致。这两个三角折射镜在制作过程中要多次调节，并调节好。

拐臂19与激光位移传感器11的固定也可以采用磁铁吸附的方式，具体为在激光传感器本体18外壳上，设计嵌入式磁铁，并设计磁铁吸附的凹槽，也就是定位安装口，拐臂19改进为L型结构，拐臂19的L型结构头部也装配有磁铁，并通过定位安装口和定位槽，将拐臂19卡在激光传感器上实现定位。

拐臂19与第二反射镜16连接采用查槽可拆卸连接，并且插槽包括1个以上，插槽沿拐臂19长度方向分布，当需要改变激光位移传感器11的量程的时候，可以将第二反射镜16距离第一反射镜17的距离调节得远一点，反之则近一点。

实施例2：参考图7一种高压断路器激光测速方法，所述方法包括以下步骤：

S01、控制器1控制继电器6为高压断路器的储能电机进行储能；

S02、高压断路器进行分闸操作，控制器1通过第二霍尔传感器8获取分合闸线圈在分闸过程中的上电时刻以及分合闸线圈的电压和电流；

S03、高压断路器在动静触头刚分时刻，通过第一霍尔传感器7测量主回路电流的消失时刻；

S04、控制器1以分合闸线圈上电的时刻为起始点到主回路电流消失为终点计算分闸刚分时间；

S05、控制器1通过激光位移传感器11的测量数据，以刚分时间为依据计算断路器分闸速度；

S06、高压断路器进行合闸操作，第二霍尔传感器8获取分闸过程中分合闸线圈的上电时刻和电流电压；

S07、控制器1通过第一霍尔传感器7检测主回路电流突然出现的时刻并记录；

S08、控制器1以分合闸线圈上电的时刻为起始点到主回路电流突然出现为终点计算合闸刚分时间；

S09、控制器1通过激光位移传感器11的测量数据，以刚合时间为依据计算断路器合闸速度。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种激光位移传感器，其特征在于，包括控制器（1）、本体（18）、激光发射源（21）、CCD接收器（20）、第一透反射镜（17）、第二反射镜（16）和拐臂（19）；

所述本体（18）包括出射口和入射口，激光发射源（21）固定连接在本体（18）上，激光发射源（21）的出光方向正对出射口并与出射口方向平行；

所述拐臂（19）固定连接在本体（18）上，拐臂（19）位置位于出射口下部，拐臂（19）不遮挡出射口，拐臂（19）的长度方向与激光发射源（21）的出光方向垂直；

所述第一反射镜（17）固定连接在拐臂（19）上，第一反射镜（17）位于出射口正下方，第一反射镜（17）的反射面与激光发射源（21）的出光成45°夹角；

所述第二反射镜（16）可拆卸连接在拐臂（19）上，第二反射镜（16）的位置位于第一反射镜（17）的反射光路的路径上，第二反射镜（16）的反射面与第一反射镜（17）的反射光成45°夹角；

所述CCD接收器（20）设置在本体（18）上，CCD接收器（20）面朝入射口，CCD接收器（20）与控制器（1）电连接。

2.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述拐臂（19）上沿拐臂（19）长度方向设有若干插孔（19-1），第二反射镜（16）侧部设有与插孔（19-1）相匹配的插杆（16-1），第二反射镜（16）通过插杆（16-1）与插孔（19-1）配合开拆卸连接在拐臂（19）上。

3.根据权利要求2所述的激光位移传感器，其特征在于，所述插孔（19-1）内壁上设有定位孔（19-2），所述插杆（16-1）上设有与定位孔（19-1-2）相匹配的凸起（16-1-1）。

4.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述第一反射镜（17）为等腰直角棱镜。

5.根据权利要求2所述的激光位移传感器，其特征在于，所述第二反射镜（16）的插杆（16-1）为永磁材料，拐臂（19）为铁磁性材料。

6.根据权利要求1所述的激光位移传感器，其特征在于，所述拐臂为L形，拐臂（19）的短臂（19-2）与本体（18）可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的激光位移传感器，其特征在于，所述本体（18）后侧面设有与拐臂（19）的短臂（19-2）相匹配的凹槽（18-3），短臂（19-2）通过与凹槽（18-3）配合将拐臂（19）固定连接在本体（18）上。

8.根据权利要求7所述的激光位移传感器，其特征在于，所述凹槽（18-3）的底面嵌入第二永磁体（18-1），第二永磁体（18-1）与凹槽（18-3）的底面平齐。