通过频谱分析移位进行的接触磨损检测的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 所公开的发明涉及在电触头中的磨损检测。
【背景技术】
[0002]电流的切换产生在开关触头之间的电弧放电，有可能引起对触头的相当大的损坏。金属原子被腐蚀并由于接触而被离子化，导致电弧腐蚀。当开关完全闭合时，在开关的触头上的电弧腐蚀削弱良好的接触接合完整性。
[0003]需要接触磨损检测来指示是否需要更换开关触头。触头常常在寿命周期中被更换得太早或太迟，仅仅基于外部时间表或在设定数量的操作之后。检测接触磨损的较早的尝试将紫外光的源聚焦于先前应用至电触头的荧光示踪材料。从UV照亮的示踪材料检测到的光学荧光的量与触头的磨损的量有关。
【发明内容】
[0004]根据本发明的示例实施方式，在开关中的接触磨损检测器包括具有由第一材料组成的基层和由第二材料组成的接触层的电触头。开关触头中的一个或两个可具有被涂覆有第二材料的接触层的第一材料的基层。
[0005]每当触头断开时，电弧出现，其中，触头的目前暴露的表面被局部加热，引起被暴露表面的一些材料的蒸发，其被离子化，在分离的触头之间形成等离子体。
[0006]构成电弧的所蒸发的材料的离子发射具有被暴露表面的材料的特征光谱的光。
[0007]由开关中的光检测器和所连接的电子器件检测和分析从电弧发射的光的特征光
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[0008]对于新的开关触头，只有第二材料涂层目前被暴露，且电弧等离子体主要由发射第二材料的特征光谱的第二材料离子组成，其被光检测器和所连接的电子器件检测和识别。
[0009]随着时间的过去，第二材料涂层被腐蚀，引起在第二材料涂层中的磨损区域的形成，这暴露在下面的第一材料。
[0010]当触头断开且电弧出现时，在磨损区域中的第一材料的目前暴露的表面被局部加热，引起一些第一材料的蒸发，第一材料被离子化，在分离的触头之间形成等离子体。
[0011]构成电弧的所蒸发的第一材料的离子发射具有第一材料的特征光谱的光。
[0012]从电弧发射的光中的第一材料的特征光谱由开关中的光检测器和所连接的电子器件检测和分析，指示触头的磨损情况。
[0013]在示例实施方式中，在基层中的第一材料可以是黄铜，而在接触层中的第二材料可以是锌。在其它示例实施方式中，第一材料可以是黄铜、铜、镍或铝，而第二材料可以是银、锡、金或碳化钨。电触头可以是接触器、断路器或继电器以及开关的部件。
[0014]本发明实现更简单的维护调度，提供对过多的接触磨损的早期检测，促进电气触头的延长的寿命，并消除对拆卸复杂的设备以确定组合开关的接触状态的需要。
【附图说明】
[0015]在如下简要描述的附图中描绘了本发明的示例实施方式:
[0016]图1A示出具有由第一材料组成的基层和由第二材料组成的接触层的电触头，接触层被配置成电接触开关中的相对的触头。
[0017]图1B示出图1A的电触头，其中，由于电弧腐蚀，接触层在区域中变得磨损，基层具有穿过接触层的磨损区域暴露的部分。该图还示出当触头分离时基层的第一材料形成在穿过磨损区域暴露的基层的部分和相对的触头之间的电弧。该图还示出这样形成的电弧发射具有逐渐增加的来自第一材料的分量的光，其由接近触头的光检测器检测。
[0018]图2示出当触头分离时从在图1B的触头和开关的相对的触头之间形成的电弧发射的光。光被示出为由接近触头的光检测器检测。光检测器和相关电子器件检测由在穿过磨损区域暴露的基层的部分和相对的触头之间的电弧发射的光的特征光谱。
[0019]图3示出诸如断路器的单个封装的例子，其中光检测器位于图2的开关触头附近，光检测器被配置成当触头分离时检测从在触头之间形成的电弧发射的光。图2的光检测器和相关电子器件检测由电弧发射的光的特征光谱，从而检测触头的磨损的量。
[0020]图4A示出黄铜的示例频谱图像，其指示在黄铜的520nm的波长下的辐照度中的大峰值。
[0021]图4B示出锌的示例频谱图像，其指示在锌的520nm的波长下的辐照度中没有峰值。
【具体实施方式】
[0022]图1A示出具有由诸如黄铜的第一材料组成的基层和由诸如锌的第二材料组成的接触层120的电触头100。接触层120可被配置成电接触在图2中所示的开关205中的相对的触头100’。
[0023]每当触头100和100’断开时，电弧210出现，如图1B所示。触头100的目前暴露的表面被局部加热，引起被暴露表面的一些材料的蒸发，这些材料被离子化，在分离的触头100和100’之间形成等离子体。构成电弧210的所蒸发的材料的离子发射在图1B中示出的光212，光212具有触头100的被暴露表面的材料的特征光谱。从电弧210发射的光的特征光谱可由在图1B中示出的、接近触头的光检测器220检测，并被图2中所示的所连接的电子器件230、240和250分析。
[0024]对于新的开关触头100和100’，目前只有在接触层120中的诸如锌的第二材料被暴露。电弧210的等离子体主要由发射第二材料(例如，锌)的特征光谱的第二材料(例如，锌)离子组成。由光检测器220和所连接的电子器件230、240和250检测并识别第二材料(例如，锌)的特征光谱。
[0025]随着时间的过去，接触层120的第二材料通过电弧腐蚀被腐蚀，引起在第二材料涂层中的磨损区域125的形成，这暴露下面的基层110的第一材料，如图1B所示。当触头磨损时，可能有过渡期，在该过渡期期间，基层110的第一材料和接触层120的第二材料二者正被腐蚀并可促成电弧210。当这两种材料都促成电弧时，将从这两种材料发射光212。当接触层120被磨损掉时，基层110的第一材料的光谱的出现可以是渐进的。
[0026]在可选实施方式中，基层110的第一材料和/或接触层120的第二材料可由具有相互不同的光谱的多种材料组成，以便可具有在通过电弧腐蚀而被腐蚀的材料的成分中的逐渐的变化。相应地，当接触层120被腐蚀掉时，具有在由电弧发射的光的光谱中的逐渐的变化。
[0027]图1B示出图1A的电触头100，其中，由于电弧腐蚀，接触层120在区域125中变得磨损，使得基层110可具有穿过接触层120的磨损区域125暴露的部分。
[0028]当开关100和100’断开且电弧210出现时，在磨损区域125中的诸如黄铜的第一材料的基层110的目前被暴露表面被局部加热，引起一些第一材料(例如，黄铜)的蒸发，第一材料被离子化，在分离的触头100和100’之间形成等离子体。构成电弧210的所蒸发的第一材料(例如，黄铜)的离子发射具有第一材料(例如，黄铜)的特征光谱的光212。
[0029]图1B示出位于触头100附近的光检测器。在从电弧210发射的光212中的第一材料(例如，黄铜)的特征光谱由在单个封装、即开关205的封装200中的光检测器220检测，并由图2中所示的所连接的电子器件230、240和250分析，指示触头的磨损情况。
[0030]如上面讨论的，当触头磨损时，可能有过渡期，在该过渡期期间，基层110的第一材料