CN103234683B - 一种基于fbg与gprs的高压线张力监控与预警系统装置 - Google Patents

一种基于fbg与gprs的高压线张力监控与预警系统装置 Download PDF

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一种基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，包括传感器模块，单片机，外围电路及GPRS模块，电源模块，电路板，外壳；其中：传感器模块，单片机，外围电路及GPRS模块和电源模块通过电路连接，集成于一块电路板上，GPRS模块通过GPRS网络接入互联网，与主机上的数据接收和处理程序模块相连；电路板安装于外壳中，传感器的光纤光栅部分伸出外壳，粘附于高压电线缆上；外壳安装于高压电线缆上。本发明的优点：适宜于严苛环境下使用，同时远程感应精度高，具有长期稳定性，测量精度高，兼容性能极佳，便于进一步拓展系统功能，网络覆盖面积极广，便于监控偏远地区的高压线缆。

Description

一种基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置
技术领域
本发明涉及高压线张力监控与预警系统，特别涉及了一种基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，FBG为光纤布拉格光栅。
背景技术
电力工业是国民经济的支柱产业，是服务于千家万户的公用事业。其中远距离高压电网的铺架和建设在大容量传输电能中起着很大的作用。目前输电的华中、华东、华北、东北和南方电网，都是以500千伏为主的高压电网架。现有的长距离输电线长期以来抗风险能力一直备受关注，现有输电线的技术标准在一定程度上不受自然等因素的制约，在一定的工作温度范围和负荷承重限度之间是可以正常工作的。但是高压输电线若发生故障，比如由于雨雪冰冻灾害等，冰冻挂在高压线上时会增加输电线的荷载，履冰面积越大，电线承重越来越大，输电线断裂以及耐张塔倒塌的可能性越来越大。现阶段为了预防这种灾害，必须由线路工人进行安全巡查。线路工人的工作是十分辛苦，尤其是在地形复杂的山区，均要每月到位一次进行巡线检查。一条线路往往几百公里，全靠人走，还要上塔工作，工作劳动强度很大，经济成本较高。并且人工查找故障点往往需要较长时间。因此在山区等复杂的地形下，及时发现故障和及时维修是很不容易实现的。及时检测维修输电网络成为一大难题，尤其考虑到高压电线的力学复杂性。现有测量办法精确性低，时效性低，并且维修成本高，不仅耗费人力物力，还不能保证故障的准时准确预警。
发明内容
本发明的目的是为了提高工作效率，特提供了一种基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置。
本发明提供了一种基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，其特征在于：所述的基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，包括传感器模块1，单片机2，外围电路及GPRS模块3，电源模块4，电路板5，外壳6；
其中：传感器模块1，单片机2，外围电路及GPRS模块3和电源模块4通过电路连接，集成于一块电路板5上，GPRS模块3通过GPRS网络接入互联网，与主机上的数据接收和处理程序模块相连；电路板5安装于外壳6中，传感器1的光纤光栅11部分伸出外壳6，粘附于高压电线缆上；外壳6安装于高压电线缆上。
传感器模块1包括第一光纤布拉格光栅11，波分耦合器12，雪崩光电二极管13，A/D模块14，第二光纤布拉格光栅15，LED灯16，运算电路17；
第一光纤布拉格光栅11和第二光纤布拉格光栅15分别受LED灯16照射，波分耦合器12与雪崩光电二极管13连接，运算电路17分别与雪崩光电二极管13和A/D模块14连接。
第一光纤布拉格光栅11粘贴在高压线上用来测量力的应变，第二光纤布拉格光栅15固定在一个装置中，形状不随高压线力的大小变化，仅测量温度信号。运用LED灯16灯光照射到布拉格光纤光栅，反射光连接到波分耦合器12的输入端，第一光纤布拉格光栅11的功能是完成应变信号到光波长信号的转变过程，应变信号具体为力或温度，波分耦合器12有一个输入端，两个输出端，功能是将光波长信号转变为光功率信号。其两个输出端分别与两个雪崩光电二极管13的输入端相连，其功能是将光功率信号转变为电信号。
所述的电源模块4由导线41和电流调理器42构成；导线41绕制在高压线上，利用传输的电能通过电磁感应现象在导线41中产生出交流电，电流调理器42完成整流、滤波过程将导线中不稳定的交流转变成稳定的直流，为整个系统提供电源。
所述的外壳6为长方体结构或圆柱体结构。
所述的单片机2采用的是AT89S51/52单片机。包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统几大单元及数据总线、地址总线和控制总线的三大总线。单片机2的一组输入输出接口与A/D转换器14的八个输出端口对于连接，功能是通过单片机编程实现对GPRS系统的控制，包括数据的无线传输、接收和显示，对于整个硬件电路起到控制和枢纽的作用。
本发明的优点：
本发明所述的基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，采用FBG传感器，不受电磁影响，适宜于严苛环境下使用，同时远程感应精度高，具有长期稳定性，安装容易且费用低廉，适合批量生产。采用波分耦合器解调光信号性价比高，且测量精度可以保证。采用能够兼容51系列的AT89S51单片机，兼容性能极佳，便于进一步拓展系统功能。采用GPRS网络，成本得到控制，同时GPRS网络覆盖面积极广，便于监控偏远地区的高压线缆，选择加密算法，使得传输信息不易泄露。可以得到大量数据组建数据库，从而通过数据挖掘，实现及时预警，而且通过数据分析还能得到张力过大的原因，极大地便利了高压线缆维护。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置连接示意图；
图2为外壳示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，其特征在于：所述的基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，包括传感器模块1，单片机2，外围电路及GPRS模块3，电源模块4，电路板5，外壳6；
其中：传感器模块1，单片机2，外围电路及GPRS模块3和电源模块4通过电路连接，集成于一块电路板5上，GPRS模块3通过GPRS网络接入互联网，与主机上的数据接收和处理程序模块相连；电路板5安装于外壳6中，传感器1的光纤光栅11部分伸出外壳6，粘附于高压电线缆上；外壳6安装于高压电线缆上。
传感器模块1包括第一光纤布拉格光栅11，波分耦合器12，雪崩光电二极管13，A/D模块14，第二光纤布拉格光栅15，LED灯16，运算电路17；
第一光纤布拉格光栅11和第二光纤布拉格光栅15分别受LED灯16照射，波分耦合器12与雪崩光电二极管13连接，运算电路17分别与雪崩光电二极管13和A/D模块14连接。
第一光纤布拉格光栅11粘贴在高压线上用来测量力的应变，第二光纤布拉格光栅15固定在一个装置中，形状不随高压线力的大小变化，仅测量温度信号。运用LED灯16灯光照射到布拉格光纤光栅，反射光连接到波分耦合器12的输入端，第一光纤布拉格光栅11的功能是完成应变信号到光波长信号的转变过程，应变信号具体为力或温度，波分耦合器12有一个输入端，两个输出端，功能是将光波长信号转变为光功率信号。其两个输出端分别与两个雪崩光电二极管13的输入端相连，其功能是将光功率信号转变为电信号。
所述的电源模块4由导线41和电流调理器42构成；导线41绕制在高压线上，利用传输的电能通过电磁感应现象在导线41中产生出交流电，电流调理器42完成整流、滤波过程将导线中不稳定的交流转变成稳定的直流，为整个系统提供电源。
所述的外壳6为长方体结构。
所述的单片机2采用的是AT89S51/52单片机。包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统几大单元及数据总线、地址总线和控制总线的三大总线。
单片机2的一组输入输出接口与A/D转换器14的八个输出端口对于连接，功能是通过单片机编程实现对GPRS系统的控制，包括数据的无线传输、接收和显示，对于整个硬件电路起到控制和枢纽的作用。
实施例2
本实施例与实施例1整体结构类似，区别之处在于所述的外壳6为圆柱体结构。

Claims (4)

1.一种基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，其特征在于：所述的基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，包括传感器模块（1），单片机（2），外围电路及GPRS模块（3），电源模块（4），电路板（5），外壳（6）；
其中：传感器模块（1），单片机（2），外围电路及GPRS模块（3）和电源模块（4）通过电路连接，集成于一块电路板（5）上，GPRS模块（3）通过GPRS网络接入互联网，与主机上的数据接收和处理程序模块相连；电路板（5）安装于外壳（6）中，传感器模块（1）的光纤光栅（11）部分伸出外壳（6），粘附于高压电线缆上；外壳（6）安装于高压电线缆上；
传感器模块（1）包括第一光纤布拉格光栅（11），波分耦合器（12），雪崩光电二极管（13），A/D模块（14），第二光纤布拉格光栅（15），LED灯（16），运算电路（17）；
第一光纤布拉格光栅（11）和第二光纤布拉格光栅（15）分别受LED灯（16）照射，波分耦合器（12）与雪崩光电二极管（13）连接，运算电路（17）分别与雪崩光电二极管（13）和A/D模块（14）连接。
2.按照权利要求1所述的基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，其特征在于：所述的电源模块（4）由导线（41）和电流调理器（42）构成；导线（41）绕制在高压线上，利用传输的电能通过电磁感应现象在导线（41）中产生出交流电，电流调理器（42）完成整流、滤波过程将导线中不稳定的交流转变成稳定的直流，为整个系统提供电源。
3.按照权利要求1所述的基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，其特征在于：所述的外壳（6）为长方体结构或圆柱体结构。
4.按照权利要求1所述的基于FBG与GPRS的高压线张力监控与预警系统装置，其特征在于：所述的单片机（2）采用的是AT89S51/52单片机；包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统几大单元及数据总线、地址总线和控制总线的三大总线。
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