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故障电弧探测器是什么原理的应用1. 引言故障电弧是一种常见的电力系统故障，容易引起火灾和人员伤亡。
因此，研究和应用故障电弧探测器成为电力系统安全保障的重要方面。
本文将介绍故障电弧探测器的原理及其应用。
2. 故障电弧探测器的原理故障电弧探测器是一种能够快速检测和识别电力系统中发生的故障电弧的设备。
它基于电弧产生的特性来进行检测。
故障电弧通常具有以下特点： - 高频率：电弧产生时会发出高频率的信号； - 高能量：故障电弧会释放大量的能量，产生高温和高压； - 特定频段：电弧频率通常在几千赫兹到几百千赫兹之间。
故障电弧探测器利用这些特点，通过传感器感知电力系统中的电弧信号，并进行信号处理和判别，从而判断是否发生故障电弧。
3. 故障电弧探测器的应用故障电弧探测器的应用十分广泛，主要包括以下几个方面：3.1 家庭电路故障电弧探测故障电弧在住宅和商业建筑的电气系统中经常发生。
家庭电路故障电弧探测器可以及时检测到电力线路中的故障电弧，并通过触发断路器等主动保护装置来切断电源，防止火灾的发生。
3.2 工业电力系统故障电弧探测在工业电力系统中，由于电气设备复杂多样，故障电弧频繁发生。
故障电弧探测器可以有效地监测和识别这些故障电弧，及时采取措施来保护设备和人员的安全。
3.3 太阳能电力系统故障电弧探测太阳能电力系统中也常常发生故障电弧，例如光伏逆变器中的电弧。
太阳能电力系统故障电弧探测器可以帮助及时发现这些故障电弧，减少系统故障的风险。
3.4 铁路电力系统故障电弧探测铁路电力系统中的故障电弧可能导致列车事故和电力线路故障。
故障电弧探测器可以在铁路电力系统中快速检测到故障电弧，并触发相应的保护装置，防止事故的发生。
4. 总结故障电弧探测器是一种利用故障电弧产生的特性进行电弧检测和识别的装置。
它在家庭电路、工业电力系统、太阳能电力系统和铁路电力系统等领域具有广泛的应用。
通过使用故障电弧探测器，我们能够及时发现故障电弧，并采取相应的措施来防止火灾和事故的发生，保障电力系统的安全稳定运行。
电弧光传感器概述电力系统中一旦发生短路故障，就会产生巨大的电弧光，电弧光发生时产生很大的光能量辐射和很高的温度辐射，这些辐射对电力系统有着很大的破坏作用，有时还会造成操作人员的伤亡事故。
电弧光的危害程度取决于电弧光的持续时间，所以只要能够快速的限制或者切断系统电源就可以有效地减低电弧光造成的损害。
电弧光传感器检测电弧光的强度，将弧光信号传输给电弧光保护装置，进而根据电弧光的强度判断是要切断系统电源.所以弧光传感器在整个电弧光保护系统中起着非常重要的角色.点测型弧光传感器（电流型）弧光传感器ArcSensor02-5m/10m/15m/20m/25m/30m/¼电流型，检测可见光，传感器长度可制定，最大长度为100m。
将光强转换为脉冲电流。
点测型：安装在每个需要的监测点。
特点：精确故障定位；传感器自检。
弧光传感器ArcSensor03-5m/10m/15m/20m/25m/30m/¼电流型，检测紫外光，传感器长度可制定，最大长度为100m。
将光强转换为脉冲电流。
点测型：安装在每个需要的监测点。
特点：精确故障定位；传感器自检。
弧光传感器ArcSensor05-5m/10m/15m/20m/25m/30m/¼电流型，检测可见光和紫外光双波段，传感器长度可制定，最大长度为100m。
将光强转换为脉冲电流。
点测型：安装在每个需要的监测点。
特点：精确故障定位；传感器自检。
点测型弧光传感器（光纤型）弧光传感器ArcSensor12-5m/10m/15m/20m/25m/30m/¼光纤型，检测可见光，传感器长度可制定，最大长度为100m。
弧光信号连接到弧光检测单元。
点测型：安装在每个需要的监测点。
特点：精确故障定位；传感器自检。
弧光传感器ArcSensor13-5m/10m/15m/20m/25m/30m/¼光纤型，检测紫外光，传感器长度可制定，最大长度为100m。
高压开关柜的电弧灭弧和过电压保护技术研究高压开关柜是电力系统中重要的设备之一，用于控制和分配电能。
在其运行过程中，可能会出现电弧和过电压等故障情况，因此电弧灭弧和过电压保护技术的研究对于确保设备的安全运行至关重要。
一、电弧灭弧技术电弧是高压开关柜中常见的故障，它是由电流在断路器中断开时产生的。
电弧产生的高温和强烈的光辐射会对设备和人员造成严重的危害，因此电弧灭弧技术的研究和应用对于保障设备安全至关重要。
1. 电弧传感器技术电弧传感器技术是一种检测电弧信号并迅速切断故障电路的技术。
它通过监测电弧的光辐射和电流等特征来判断故障是否为电弧故障，并快速触发灭弧装置进行切断。
电弧传感器技术的应用可以大大提高灭弧速度，减少故障对设备的损害。
2. 灭弧装置设计灭弧装置是用于切断电弧故障电路的关键设备。
它可以通过灭弧介质的喷洒、气流吹灭、磁场力等方式将电弧切断，从而实现对电弧的灭弧保护。
在灭弧装置的设计中，需要考虑电弧传感器的信号处理、灭弧介质的选择和喷洒方式等因素，以确保灭弧效果的可靠性和稳定性。
二、过电压保护技术过电压是指电网中电压瞬时或持续超过额定值的现象，在高压开关柜中可能会由雷电、开关操作和设备故障等原因引起。
过电压的存在会对设备造成严重的损坏，因此过电压保护技术的研究和应用对于设备的保护至关重要。
1. 过电压监测技术过电压监测技术是一种实时监测电网中电压的技术。
通过监测电压的变化和波形，可以及时检测到过电压的存在，并触发过电压保护装置进行保护措施。
过电压监测技术的应用可以有效防止设备因过电压而受到损坏。
2. 过电压保护装置设计过电压保护装置是用于保护设备免受过电压损害的关键设备。
它可以通过接地、继电器保护、放电器等方式降低过电压的影响，保护设备的安全运行。
在过电压保护装置的设计中，需要考虑过电压保护级别、触发条件和保护装置的动作时间等参数，以确保对设备的有效保护。
三、电弧灭弧和过电压保护技术的研究进展随着电力系统的发展和高压开关柜的智能化，电弧灭弧和过电压保护技术也在不断进步和创新。
电弧故障探测器工作原理
电弧故障探测器是一种电力设备，用于检测和识别电力系统中的电弧故障。
它的工作原理主要通过检测电弧故障产生的电流、电压和光强等信号来实现。
通常，电弧故障探测器会安装在电力系统中，在电器设备或电路上监测电弧故障信号。
当电系统中发生电弧故障时，电弧将产生一系列特征信号，如电流变化、频率特征、短时过电压和光辐射等。
电弧故障探测器会通过传感器收集这些特征信号，并将其传输到处理单元进行分析和判别。
处理单元使用算法和模型来检测和识别电弧故障的特征，确定是否为真正的电弧故障，并及时报警。
具体的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 传感器感知：电弧故障探测器使用传感器来感知电弧故障产生的信号，包括电流、电压和光强等。
2. 信号采集：探测器将传感器感知到的信号采集并传输给处理单元，通常通过模拟电路进行信号转换和处理。
3. 信号分析：处理单元对采集到的信号进行分析和处理，包括特征提取、频率分析和波形识别等。
4. 故障判别：利用算法和模型，处理单元对分析得到的信号进
行比对和判断，确定是否为真正的电弧故障。
5. 报警信号：若识别为真正的电弧故障，处理单元将触发报警信号，通知相关人员。
电弧故障探测器的工作原理基于电弧故障的物理特性和特征信号，高效准确地发现电力系统中的电弧故障，帮助提高电力系统的安全性和可靠性。
电弧传感器原理
电弧传感器是一种用于检测电弧发生的装置，它可以通过检测电弧的光、声、辐射等特征来实现对电弧的快速、准确的检测。
下面将介绍电弧传感器的工作原理。
电弧传感器利用光电效应实现对电弧光的检测。
当电弧发生时，电弧产生的光辐射会被传感器接收到，并转化为电信号。
传感器中的光电二极管会将接收到的光信号转化成电流信号。
电流信号经过放大和处理后，就可以得到电弧的存在与否。
除了光信号，电弧还会产生声音和辐射。
电弧传感器可以利用麦克风和辐射传感器来接收电弧产生的声音和辐射信号。
这些信号也会被传感器转化为电信号，并进行相应的处理。
为了提高电弧传感器的灵敏度和准确性，传感器通常还会配备滤波器和放大器。
滤波器可以将杂散信号滤除，只保留与电弧相关的信号。
放大器可以将接收到的微弱信号放大到可以被处理的程度，以提高传感器的灵敏度和可靠性。
总结起来，电弧传感器通过接收、转化和处理电弧产生的光、声、辐射等信号，实现对电弧的快速、准确的检测。
它在电力系统、焊接工艺等领域中得到广泛应用，为保障电气安全和生产质量起到了重要作用。
旋转式电弧传感器技术的研究现状及发展趋势-工程论文旋转式电弧传感器技术的研究现状及发展趋势杜舜尧① DU Shun-yao；陈明和① CHEN Ming-he；吴诗语② WU Shi-yu（①南京航空航天大学机电学院，南京210016；②南京工业大学先进材料研究院，南京210009）（①College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China；②Institute of Advanced Materials，Nanjing Tech University，Nanjing 210009，China）摘要：文章介绍了旋转式电弧传感器技术的研究背景，综述国内外旋转式电弧传感器技术的研究现状，并对旋转式电弧传感器技术的未来发展趋势作了展望。
Abstract：This paper describes the research background of rotating arc sensor technology. Domestic and foreign research situation of rotating arc sensor technology is reviewed. At the same time，the future development trends of rotating arc sensor technology are provided.关键词：旋转式电弧传感器技术；研究背景；研究现状；发展趋势Key words：rotating arc sensor technology；research background；research situation；development trends中图分类号：TG441.3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0127-04收稿日期：2015年7月12日。
传感器在焊接中的应用引言在本学期，我们学习了《热加工与测试技术》这门课。
了解到了许多传感器在现代的生产以及生活中起着越来越重要的作用。
当然，对电弧焊来说，要实现其自动控制，进而实现焊接的智能化，很重要的—点就是传感器技术的应用。
在焊接过程中，首先应该使电弧与焊缝对中，这是保证焊接质量的关键。
随着焊接自动化的发展，焊接传感器显得越来越重要。
一、焊接传感器及应用定义：对于电弧焊用的传感器，目前还没有明确的定义。
一般认为：检测工件接头的位置。
坡口的形状、有无障碍物和定位等构件状态及检测焊丝伸出长度，电弧和熔池状况，焊道外观等焊接固有特性和状态并将检测的结果转换为电信号的装置，都可以称为电弧焊传感器。
在电弧焊中，焊接传感器按照使用目的，可分为三类：第一类传感器：主要用于检测构件位置。
坡口位置或焊缝中心线位置以达到焊缝位置自动跟踪的目的，简称为焊缝位置自动跟踪传感器．它约占焊接传感器使用总量的80％．因此本节对传感器概况的介绍主要是对焊缝位置自动跟踪传感器而言．第二类传感器：主要是在焊接过程中用以自动检测焊接条件（例如坡口尺寸等)以实时自动控制焊接工艺参数来适应每一时刻的焊接状况，称为焊接条件实时跟踪传感器．第三类传感器：可同时完成上述两项功能，它也仅占焊接传感器使用总量的10%．焊缝自动跟踪传感器系统焊缝自动跟踪传感器系统由传感器、信号处理器和伺服装置三部分组成。
1.传感器检测到的信息，经处理后最终用于推动伺服装置以便对焊接位置进行适时调整，实现焊接过程的自动跟踪。
从传感器系统的结构来看，它是以电弧(焊炬)相对于焊缝(坡口)中心位置的偏差作为被调量。
以焊炬位移量作为操作量的闭环控制系统。
当电弧相对于焊缝中心位置发生偏差时，传感器能自动检测出这一偏差，输出信号，实时地调整焊炬运动，使之准确地与焊缝对中.实际生产中经常要求同时进行焊炬左右位置和高低位置的自动跟踪。
这种双向焊缝跟踪系统更具有实用价值。
2.信号处理器对传送来的电信号进行处理，包括去除噪声干扰，将调制信号解调、放大及运算，最后经功率放大部分输出驱动信号给伺服装置。
弧焊机器人电弧传感跟踪技术的应用摘要：在弧焊机器人发展过程中，传感系统起到了非常关键的作用，提高了机器人对工作环境的适应性，在中厚板焊接中，多数采用了电弧传感跟踪系统，通过电流或电压的变化，计算出电弧与焊缝之间的位置偏差，并及时进行调整，保证焊枪能够按照实际焊缝位置进行焊接，保证了焊接质量。
关键词：弧焊机器人；电弧传感；传感灵敏度自1959年世界上第一台工业机器人发明以来，工业机器人经历了50余载的发展，机器人的结构、驱动、坐标系、控制系统、跟踪等技术发展得越来越完善，工业机器人应用的领域，从最初的汽车行业发展到包括汽车、电子、化工、医疗、工业制造等在内的多个行业发挥着不可替代的作用。
1974年日本川崎公司研制开发了首台弧焊机器人，弧焊机器人对应用环境的适应性，还体现在通过传感系统的反馈对焊接轨迹、焊枪姿态、焊接参数进行实时调整方面。
常用的传感系统有电弧传感、激光传感、视觉传感等，在中厚板焊接方面，电弧传感具有不可替代的作用。
在机器人弧焊作业中，由于工装误差、焊接热变形、工件尺寸误差等实际焊接条件的变化，按照原有轨迹运动的焊枪不再能够保证对焊缝的准确对中，这样就导致焊接质量下降，甚至无法维持正常的焊接过程。
通过电弧传感方式，可实现焊缝的自动跟踪，增强弧焊机器人的环境适应能力。
1 电弧传感跟踪原理焊枪的导电嘴和焊缝之间相对运动时，会引起弧长的变化，由于焊接电源的调节作用，焊接电流或者电弧电压也会发生变化，通过实时采集电流或电压值，可以检测出焊缝的中心位置，并计算出电弧和焊缝之间的位置偏差。
如图1-1所示，在稳定的焊接状态下，电弧工作点A0，弧长l0，焊丝伸出长度L1，电流I0，当焊枪与工件表面距离H0发生阶跃变化增大到H1时，弧长突然被拉长到l1，此时焊丝伸出长度L1来不及变化，电弧随机在新的工作点A1处燃烧，电流突变为I1。
当电弧沿着焊缝的垂直方向扫描，焊接电流将随着扫描引起的焊枪高度的变化而变化，而送丝系统的送丝速度保持不变，则此时的焊丝熔化速度小于送丝速度，使得焊丝伸出长度渐渐变长，此时的电弧弧长逐渐变短，最后电弧稳定在一个新的工作点A2，弧长l2，焊丝伸出长度L2，电流I2，结果焊丝伸出长度和弧长都比原来增加。
电弧传感器焊缝跟踪系统2、电弧传感焊缝跟踪技术的发展状况2、1 电弧传感器发展概述焊缝自动跟踪方面，传感器提供着系统赖以进行处理和控制所必须的有关焊缝的信息。
我们研究电弧传感器就是要从焊接电弧信号中提取出能够实时并准确反映焊炬与焊缝中心的偏移变化信号，并将此信号采集出来，作为气体保护焊焊缝自动跟踪系统的输入信号，即气体保护焊焊缝自动跟踪系统的传感信号。
目前，国际、国内焊接界对电弧传感器的研究非常活跃，用于焊缝跟踪的电弧传感器主要有以下几种类型:(1)并列双丝电弧传感器。
利用两个彼此独立的并列电弧对工件施焊，当焊枪的中心线未对准坡口中心时，其作用焊丝具有不同的干伸长度，对于平外特性电源将造成两个电流不相等，因此根据两个电流差值即可判别焊炬横向位置并实现跟踪。
(2)旋转扫描电弧传感器。
在带有焊丝导向的喷嘴旋转时，旋转速度与焊接电流之间存在一定的关系。
高速旋转电弧传感器可用于厚板间隙及角接焊缝的跟踪，在结构上比摆动式电弧传感器复杂，还需要在焊接工艺、信息处理等方面进行深入的研究。
(3)焊炬摆动式电弧传感器。
当电弧在坡口中摆动时，焊丝端部与母材之间距离随焊炬对中位置而变化，它会引起焊接电流与电压的变化。
由于受机械方面限制，摆动式电弧传感器的摆动频率一般较低，限制了在高速和薄板搭接接头焊接中的应用。
在弧焊其他参数相同的条件下，摆动频率越高，摆动式电弧传感器的灵敏度越高。
2、2 电弧传感器的工作原理电弧传感器的基本原理是：利用焊炬与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊炬高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源一般采用平或缓降的外特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。
电弧传感器的工作原理如图1所示。
L为电源外特性曲线，在稳定焊接状态时，电弧工作点为A0，弧长L0 ，电流I0 ，当焊炬与工件表面距离发生阶跃变化增大时、弧长突然被拉长为L1、此时干伸长还来不及变化，电弧在新的工作点A1、燃烧，电流突变为I1，电流瞬时变化为△I1反之亦然。
电弧传感器及其应用综述罗雨1，焦向东2，纪文刚2，周灿丰2（1.北京化工大学北京，100029；2.北京石油化工学院海洋工程连接技术中心，北京，102617）摘要：0.引言随着生产自动化和智能化技术的迅速发展，各种新技术在焊接领域得到了广泛应用，焊接自动跟踪系统已成为焊接自动控制研究领域中的一个重要内容。
精确的焊缝跟踪可以快速实现焊缝的精确定位，是保证焊接质量的关键，是实现焊接过程自动化的重要研究方向。
焊缝跟踪和焊接质量实时控制是提高焊接过程自动化程度的两个方面，其中焊缝跟踪是保证焊接质量的基础。
目前用于焊缝跟踪控制多采用视觉传感器和电弧传感器。
视觉传感器属于附加装置，使得焊接系统复杂、重量增加、可达性差，且成本较高，实际应用较少；电弧传感器是利用焊接电弧自身特点的传感器，有较强的传感焊缝坡口信息的能力，不需要在焊枪上附加任何装置，实时性好，焊枪运动的灵活性和可达性最好，尤其符合焊接过程低成本自动化要求，其信号处理也没图像处理技术复杂，对环境要求低，抗干扰能力强，电弧扫描不仅可以跟踪传感，保证焊接参数的稳定，又可以达到改善成形的效果，特别是可明显改善斜角焊缝、搭接焊及厚板开坡口多道焊的表面成形及两侧熔合。
它的研究和应用不仅对提高我国自动化焊接的水平有着重大促进作用，还有着非常现实的意义[1]。
目前,电弧传感器作为一种焊接传感手段倍受各国重视, 国外许多焊接设备研究和制造机构都在努力开发这一领域。
工业发达国家的研究起步较早, 已研制出多种电弧扫描形式(如双丝并列、摆动和旋转) 的电弧传感器, 新型磁控电弧传感器目前也正处于研制阶段。
这些电弧传感器适合于埋弧焊、TIG和MIG/MAG等不同焊接方法, 有些已用于焊接生产。
许多国家所生产的弧焊机器人、管道焊接机器人上均配有摆动式或旋转式电弧传感跟踪装置[2]。
1.电弧传感器原理电弧传感器的基本原理是：利用焊炬与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来间接获得焊炬的空间位置信息。
以等速送丝、采用焊接电源平或缓降外特性电弧传感系统为例，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。
其工作原理如图(1)所示。
图(1) 电弧传感器工作原理图L为电源外特性曲线，在稳定焊接状态时，电弧工作点为A0，弧长L0，电流I0，当焊炬与工件表面距离发生阶跃变化增大时．弧长突然被拉长为L1．此时干伸长还来不及变化，电弧在新的工作点A1燃烧，电流突变为I1，电流瞬时变化为△I1反之亦然。
从上述分析可以得出电弧位置的变化将引起电弧长度的变化，焊接电流也相应变化，从而可以判断焊炬与焊缝间的相对位置（高低位置）。
但是，电弧传感器利用电弧的自身调节特性，不是独立于焊接电源-电弧系统之外，而是与焊接电源-电弧系统特性密切相关的一部分，其传感机制比其他形式的传感器更为复杂独特，对它的研究及应用必须考虑电弧扫描实现方式、焊接电源特性、焊接工艺条件、规范及信号提取处理方法等多个影响因素。
详细的工艺条件请查看附件。
根据电弧对焊缝扫描方式的不同，气体保护焊中电弧传感与跟踪控制焊缝的方法主要有基于摆动扫描方式的电弧传感器以及基于旋转扫描方式的电弧传感器。
电弧传感焊缝跟踪的基本原理是：在焊接过程中，根据电弧在焊缝中进行摆动或旋转扫描时由于焊矩与工件表面距离发生变化而使电弧本身的参数(如电流、电压等)产生变化来确定电弧与焊缝之间的关系，从旋转电弧的电流与电压变化中获得焊缝横向与高低偏差信息，根据电弧传感器输出焊缝位置偏差信息，控制跟踪执行机构进行焊缝跟踪。
但事实上，不同尺寸的坡口、焊接规范的差别、与焊缝成形有关的电弧摆动幅度及频率等条件变化，导致电流信号的灵敏度相差甚远；焊接过程中的电弧会受到各种干扰，如熔滴过渡、飞溅、焊接熔池的影响等；送丝速度与电源特性也难以保证每时每刻的理想恒定；机械摆动位置与电弧长度变化之间的延迟、电弧运动中弧长自调节作用的电流响应速度等不可避免的会引起信号的相位差。
这些原因增加了系统应用的难度。
怎样从电弧参数变化中准确可靠地得到所需要的信息，这是应用电弧传感器所必须要解决的极其重要的问题，也直接决定着电弧传感器的性能和使用[1]。
以下是几种典型的焊接电源外特性以及对应的焊接电流或电压的扫描波形。
海河大学的姚和清研制的短路过渡电弧传感器使用的焊接电源是Fronius的TPS4000，属于平特性型焊接电源，图(2)是使用等速送丝以及平或缓降外特性的焊接电源的情况下，采用摆动电弧扫描V型坡口的方式采集到的电流波形[3]。
图(2) 焊接电源缓降特性及摆动电弧扫描波形1987年日本NKK公司申请的专利[4]，介绍了两种焊接电源外特性下焊接电流或电压的扫描波形。
（焊接电流的波形只能由具有恒压特性的焊接电源得到。
电弧电压波形可以由具有恒压特性也可以由具有恒流特性的焊接电源得到）图(3)是使用等速送丝以及平或缓降外特性的焊接电源的情况下，采用旋转电弧扫描V型坡口的方式采集到的电流波形。
图(4)是使用等速送丝以及恒流特性焊接电源的情况下，采用旋转电弧扫描V型坡口的方式采集到的电压波形。
日本琦玉大学的Kenji Ohshima等人使用了复合外特性的焊接电源，电弧扫描V型坡口后得到的焊接电流波形，如图(5)所示[5]清华大学的刘文焕采用了脉冲焊接新工艺, 其焊接电源的外特性为双阶梯形, 如图(6)所示焊接过程中电源交替输出外特性和外特性, 因而输出了脉冲电流采用这种电源与传统的恒压电源的区别是当电弧在坡口里摆动扫描时,焊接电流和电弧电压都将随弧长的变化而变化,且其变化规律相反。
即当弧长变短时, 其电流增加而电压减小反之亦然。
因此为了进一步提高系统的跟踪精度和灵敏度, 本系统的传感信号采用维弧期间的电压和脉冲期间的电流二个信号[6]。
王克争研制的电弧传感器的焊缝自动跟踪系统,采用具有先进性能的开关型MIG/MAG脉冲焊接电源,将电流和电压信号同时用作传感信号,通过电弧的扫描,既实现了焊接过程的自动跟踪,又解决了打底焊道的熔透问题,大大提高了产品焊接质量[7]。
图(3) 焊接电源缓降特性及旋转电弧扫描波形图(4) 焊接电源恒流特性及旋转电弧扫描波形图(5) 焊接电源恒流特性及旋转电弧扫描波形图(6) 双阶梯形外特性焊接电源2.电弧传感器分类2.1并列双丝电弧传感器[8]它是靠2个相隔一定距离的焊丝产生2个电弧排列在V形坡口焊缝的两侧, 2个电弧参数的差值提供2个电弧的中线是否偏离焊缝的信息, 从而实现焊缝跟踪的控制。
根据2个电弧参数和参考值比较的差值可实现对导电嘴与工件表面距离的控制。
但它要求2个焊丝之间要有良好的电绝缘、并且间距应不小于8mm,以避免2个电弧产生相互的磁场干扰。
它虽然完全排除了摆动电弧传感或旋转电弧传感所必需的机械运动机构的麻烦。
但由于采用双丝、带来了送丝系统及焊枪结构较复杂的缺点。
2.2摆动式扫描电弧传感器摆动扫描式电弧传感器是目前应用最广的一种焊接电弧传感器,这种电弧传感器需要一套摆动装置,在焊缝的横向方向来回摆动而实现焊缝跟踪。
用在弧焊机器人上的摆动电弧传感器不需要摆动装置,通过机器人手臂带动焊枪作横向摆动即可。
但受机器人结构因素以及机械方面限制，摆动频率一般较低，限制了电弧传感器在高速和薄板搭接接头焊接中的应用。
机器人的摆动频率一般在10Hz以下,如图7a所示。
在高速焊接和焊缝弧度大的情况下,其跟踪效果会受到影响。
（波浪式(折曲式)焊丝窄间隙焊这种方法是通过弯丝装置使焊丝弯曲,随着焊丝的熔化,电弧在坡口内实现横向摆动。
弯丝机构一种是采用使送丝轮横向往复摆动的方法,称为波浪式;另一种是采用特殊形状的送丝轮,称为折曲式。
波浪式方法通过摆动幅度来改变焊丝弯曲程度,进而调节电弧摆动范围,调节过程简单易于实现,并且可以实现电弧在靠近侧壁处的短暂停留,摆动频率小于2Hz。
折曲式摆动频率可以达到15Hz,但不具有上述波浪式的优点,并且特殊形状的送丝轮制造复杂,所以在实际应用中大部分为波浪式。
唐山开元焊接自动化设备有限公司生产的波浪式焊丝窄间隙焊，使用极值比较法来实现焊缝的跟踪）M. Kodama[9,10]等人发明了一种电磁高速摆动电弧传感器,这种电弧传感器的两侧分别有永磁铁和激励线圈,当激励线圈通过一定频率的直流电流时,导电杆便会产生一定频率的摆动,从而实现焊缝的跟踪。
如图（7b），这种高速摆动的电弧传感器的摆动频率一般可在0～40Hz之间，靠一种特制的焊枪来实现高速振动[11],可振动的导电杆两侧镶有磁铁, 在焊枪外壳上装有激磁线圈及磁极, 当激磁线圈接通一定频率的交变电流时, 则导电杆会产生一定频率的振动, 从而使焊丝也产生高速振动。
利用振动时的焊接电流、电弧电压波形变化来获得电弧中心是否偏离焊缝的信息。
它的特点：是实现电弧高速摆动是在焊枪外壳不动的情况下进行的,焊枪结构相对来说比较简单. 更适合安装在焊接机器人上应用。
图(7a) 弧焊机器人摆动电弧传感器图(7b) 电磁高速摆动电弧传感器2.3 旋转式扫描电弧传感器旋转扫描式焊炬最早出现在日本NKK的关于窄间隙焊文献中用来改善两侧熔合和角焊缝及多道焊的成形，后来发现高速旋转电弧还可用于焊接跟踪传感，且灵敏度更高，就积极致力于高速旋转电弧在传感跟踪上的发展，研究成功了高速旋转电弧传感器。
20世纪80年代, 日本NKK 公司发明了一种旋转式电弧传感器,分两种型号，一种是普通用途的圆锥摆型的旋转电弧传感器，一种是用于窄间隙焊缝跟踪的偏心焊嘴型旋转电弧传感器，并应用到窄间隙焊接中,其原理如图(8)所示导电杆作为圆锥的母线,绕圆锥轴线旋转(公转) ,而并不绕导电杆自身轴线旋转(自转) ,并且在锥顶处运动的幅度很小,这种结构调节扫描直径的方法是调节圆锥顶角,传感器需用一级齿轮减速传动,结构较大,影响了焊炬的可达性。
这种技术在NKK 公司的船舶、锅炉及结构生产中得以应用,且取得了显著的成效[12,13]。
韩国的C. H. Kim [14-17]等人制作了一种高速旋转电弧传感器,如图9所示,这种传感器依靠导电嘴的偏心来实现电弧的旋转运动,导电嘴的偏心度就是电弧的旋转半径。
虽然它的转动机构比较简单、紧凑,但其在高速旋转时,焊丝在导电嘴中必须以同样的转速旋转,这就加剧了导电嘴的损耗。
德国亚琛科技大学的的U.Dilthey [18]等人也在高速旋转电弧传感器方面做了大量的研究工作,制作了如图(10)电弧传感器并进行了焊缝跟踪。
这种旋转电弧传感器的导电杆一端固定在一个球形铰链上, 以该铰链为导电杆圆锥运动的锥顶, 导电杆通过一个调心轴承装在一个齿轮的偏心孔内, 电动机通过一个主动齿轮驱动装有导电杆的齿轮, 则导电杆以铰链为锥顶作圆锥运动,导电杆下端的运动轨迹就是电弧旋转的轨迹。
电弧旋转半径可以通过上下移动调心轴承图(8) 日本NKK 旋转电弧传感器 图(9) 韩国旋转电弧传感器 图(10) 德国旋转电弧传感器位置进行一定调节。
