一种电缆接头界面压力测量系统

技术领域

本发明涉及电缆接头界面压力测量技术领域，具体为一种电缆接头界面压力测量系统。

背景技术

为测量电缆终端接头的界面压力，通常采用在电缆本体与橡胶应力锥之间预置压力传感器的方式。当电缆附件扩张时，压力传感器检测到界面压力变化，并将测量结果输出。目前的预置压力传感器的方式采用将压力传感器放置于铝制套管表面的方式，然而，这种方式不利于将压力传感器快捷安装和拆卸，并且温度变化对压力传感器精度的影响较大，采用铝制套管的方式并不能解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆接头界面压力测量系统，结构简单，便于拆卸安装，将薄膜压力传感器的大部分体积至于电缆接头界面探头内部，有利于降低温度变化对薄膜压力传感器的影响，从而提高界面压力的测量精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电缆接头界面压力测量系统，包括电缆接头、薄膜压力传感器、测量模块、采集模块、软件分析系统，所述电缆接头内部安装塑料套管，所述薄膜压力传感器贴于电缆接头界面，所述电缆接头与测量模块电性连接，所述测量模块与采集模块电性连接，所述测量模块与软件分析系统电性连接，所述测量模块包括电压转化模块、测量电桥，所述采集模块包括A/D转换模块、单片机，所述测量电桥与所述电压转化模块连接，所述电压转化模块与A/D转换模块连接，所述A/D转换模块与单片机连接，所述单片机与软件分析系统连接。

优选的，当电缆接头界面压力产生应变时，粘贴在其上的薄膜压力传感器随之发生相同的机械变形，引起薄膜压力传感器上的应变片电阻发生相应的变化。

优选的，所述测量电桥采用MCP6004型号。

优选的，还包括电源模块，所述电源模块与电压转化模块、测量电桥、A/D转换模块、单片机电性连接。

优选的，所述单片机选用STM32F103。

优选的，所述薄膜压力传感器的数量为多个，每个所述薄膜压力传感器都通过依次经过测量电桥、电压转化模块与A/D转换模块连接。

优选的，所述软件分析系统内部包括上位机采集程序和力学计算程序，上位机采集程序储存并显示采集模块得到的测量数据，并将测得数据传输至力学计算程序，力学计算程序通过对薄膜压力传感器校准得到的压力-电阻曲线将输入的测试电压信号转化为实测的电缆接头界面压力。

优选的，所述力学计算程序内部设有多个力学模型、多组材料参数库，力学计算程序通过对薄膜压力传感器校准得到的压力-电阻曲线与其对应的力学模型和材料参数库进行分析，转化为实测的电缆接头界面压力。

优选的，所述A/D转换模块为多通道A/D转换模块。

优选的，还包括电缆接头界面探头，所述电缆接头界面探头深入电缆接头两端，且薄膜压力传感器安装在电缆接头界面探头上，电缆接头界面探头深入时，使薄膜压力传感器与电缆接头界面紧密贴合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的结构简单，结构简单，便于拆卸安装，将薄膜压力传感器的大部分体积至于电缆接头界面探头内部，有利于降低温度变化对薄膜压力传感器的影响，从而提高界面压力的测量精度。

2、本发明通过塑料套管、电缆接头界面探头构成低温压力校验系统，并将薄膜传感器的大部分结构置于低温压力校验系统中，低温压力校验系统使得温度变化对于压力传感器输出结果造成的误差减少，提高了界面压力的测量精度。

3、本发明对比分析了常见的电缆附件界面压力测试方法，综合各方法的优缺点，决定选取电缆接头界面探头内置薄膜压力传感器与有限元分析结合的方法测量分析电缆接头界面压力分布及变化规律，大大提高了界面压力的测量精度，且该结构提高了进而提高了接头界面的密封性，避免薄膜压力传感器受温度变化影响。

4、本发明构建了基于薄膜式压力传感器的界面压力测量系统，主要包括硬件测量装置和软件分析系统两部分，测量模块、采集模块和计算分析模块三大模块，能够实现对电缆接头界面抱紧力的直接测量。

5、本发明的薄膜压力传感器选取FlexiForce HT201薄膜压力传感器作为界面压力传感器，其测量范围为0~222 N，使用温度范围为-40 ℃ ~ 204 ℃，具有良好的柔韧性和可自由弯曲度，因此适用于复杂条件下电缆附件界面压力测量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的原理结构框图；

图2为本发明的功能模块示意图；

图3为本发明的测量电桥的电路结构图；

图4为本发明的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，本发明提供一种电缆接头界面压力测量系统，包括电缆接头、薄膜压力传感器、测量模块、采集模块、软件分析系统，电缆接头内部安装塑料套管，薄膜压力传感器贴于电缆接头界面，电缆接头与测量模块电性连接，测量模块与采集模块电性连接，测量模块与软件分析系统电性连接，测量模块包括电压转化模块、测量电桥，采集模块包括A/D转换模块、单片机，测量电桥与电压转化模块连接，电压转化模块与A/D转换模块连接，A/D转换模块与单片机连接，单片机与软件分析系统连接。

其中，电缆附件的抱紧力由附件绝缘材料SIR与电缆本体绝缘XLPE的过盈配合产生，在冷缩电缆附件生产过程中，使用塑料支撑条使附件处于扩张状态，在附件安装过程中抽出塑料支撑条，硅橡胶绝缘紧缩在电缆本体绝缘XLPE表面，由于附件绝缘材料SIR处于扩张状态，其产生径向应力

当电缆接头界面压力产生应变时，粘贴在其上的薄膜压力传感器随之发生相同的机械变形，引起薄膜压力传感器上的应变片电阻发生相应的变化。

薄膜式压力传感器的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生的机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生相应的变化。

测量电桥采用MCP6004型号，如图3所示，测量电桥主要是由温度补偿应变片与电阻-电压转换模块构成。由于薄膜压力传感器输出为电阻值，为了能够转换为电压量，因此需要加入电阻-电压转换模块。电阻-电压转换模块主要是由低功率运算放大器构成，通过输入测量得到的电阻值，经过MCP6004模块输出得到电压值，然后再由电压转化模块对得到的电压值进行处理，这样能够大大提高测量精度。

本发明还包括电源模块，电源模块与电压转化模块、测量电桥、A/D转换模块、单片机电性连接。单片机选用STM32F103。

软件分析系统内部包括上位机采集程序和力学计算程序，上位机采集程序储存并显示采集模块得到的测量数据，并将测得数据传输至力学计算程序，力学计算程序通过对薄膜压力传感器校准得到的压力-电阻曲线将输入的测试电压信号转化为实测的电缆接头界面压力。

工作原理：薄膜压力传感器测量到电缆附件上的应变值，以电阻值的形式输出，然后依次经过测量电桥、电压转换模块、A/D转换模块，将电阻模拟信号转化为能够被单片机采集的电压数字信号，最后通过单片机的串口模式将数据上传到上位机中，由上位机内的软件分析系统，根据内置电缆接头力学模型及不同条件下的材料参数的算法程序，由测量模块和采集模块测量传输得到的应变变化结合上附件的力学模型及材料自身的特性，进而计算出电缆附件的界面压力。

本发明为了进一步提高电缆附件的界面压力的测量精度，薄膜压力传感器的数量为多个，每个薄膜压力传感器都通过依次经过测量电桥、电压转化模块与A/D转换模块连接，A/D转换模块为多通道A/D转换模块。

并且诶，力学计算程序内部设有多个力学模型、多组材料参数库，力学计算程序通过对薄膜压力传感器校准得到的压力-电阻曲线与其对应的力学模型和材料参数库进行分析，转化为实测的电缆接头界面压力。

当采用多通道时，如图4所示，其工作流程为：单片机编译好程序之后，通过打开引脚、A\D转换模块将模拟的电压信号转换为数字信号，并且将数据经过串口模块，输出到上位机。如图4所示为代码的流程图，本次使用到通道数总的为多个（如13个）。首先需要先初始化以及配置单片机的多个引脚，然后分别配置单片机的ADC、Usart串口、DMA的工作参数，接着读取多通道ADC采集的数据，得到输入的电阻值的大小，并将数据直接从DMA外设取出送到串口处，最后在上位机的串口软件上显示，完成一次数据采集。

本发明为了降低温度变化对薄膜压力传感器的影响，还包括电缆接头界面探头，电缆接头界面探头深入电缆接头两端，且薄膜压力传感器的大部分结构安装在电缆接头界面探头上，电缆接头界面探头深入时，使薄膜压力传感器与电缆接头界面紧密贴合，这种结构还便于安装拆卸，提高了接头界面的密封性。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。