CN104075662A - 一种支撑式架空管母位移监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种支撑式架空管母位移监测装置和监测系统，包括在管母下方金属支架上安装激光红外测距传感器，在管母位端头安装一个斜面反射板，通过激光红外测距传感器对反射器发射红外激光，测量管母端头与激光头之间的距离，则通过计算便测得管母水平位移量；包括主控制、处理单元模块、辅助控制、处理单元模块、激光测距模块、温湿度测量模块及工控机。支撑式架空管母位移在线监测系统可以在地面实时查看管母在一段时间内的热伸冷缩变化数据、曲线，建立一套数学模型，对母线与线夹间、伸缩节与线夹间因管母热伸冷缩而顶死现象进行预报警，检测管母是否能在线夹上自由地热伸冷缩。
Description
技术领域
本发明涉及支撑式架空管母位移监测系统。
背景技术
高压变电站大多无人值守，电站有多段管母，管母在不同气候（如高温酷暑、雨雪冰冻）的影响下由于热胀冷缩而发生移动，管母与托架产生摩擦，会导致下方的支撑瓷瓶受到较大应力，缩短瓷瓶使用寿命。
现有的对管母位移进行监测的方法主要是通过安装自制的刻度盘和指针指示管母位置，进行人工观测。由于管母位置较高，而且处于强电场环境中，考虑安全因素，多采用望远镜对指针指示刻度进行观测。但人工观测易受到天气的影响，在阴雨和雪天的时候能见度低，无法进行有效观测，且这种方式只能将测量精度精确到毫米级。由于观测不便，数据记录的密度也不高。
中国专利名称为《一种电力管母线膨胀收缩监测装置及方法》，公开号为CN 103363879 A，公开了电力管母线膨胀收缩监测装置包括运动转换机构以及用于固定整个装置的固定座，运动转换机构包括驱动杆和转动轴，转动轴一端穿过一表盘后固定有指针，在推动所述驱动杆位移时，指针连同所述转动轴转动。同样也没有解决上述的技术问题。
目前国内尚没有仪器能实现管母位移的电子化自动测量、记录和远传，即便是人工监测，亦无完善的管理文档和预警机制。
发明内容
本发明提供一种能够准确测量管母位移的测量装置。同时提供一种电子化自动测量、记录和远传，管母热伸冷缩而顶死现象进行预报警的监测系统。
本发明的技术方案是：一种支撑式架空管母位移监测装置，包括在管母下方金属支架上安装激光红外测距传感器，在管母位端头安装一个斜面反射板，通过激光红外测距传感器对反射器发射红外激光，测量管母端头与激光头之间的距离，则通过计算便测得管母水平位移量；所述的计算的公式为：
其中v:激光传播速度 t:激光在空气中传播的时间
v是已知数据，
h表示发光点至激光探头照射到反射板上的激光点之间的垂直距离；
S表示激光探头至反射板之间的距离；
t是待测数据。
上述的激光红外测距传感器还包括一个电流控制模块和一个温度控制模块。
监测装置每20分钟监测一次。
一种包括如上所述的监测装置的监测系统，其特征在于，它还包括：
（1）主控制、处理单元模块：实时控制激光测距模块外，通过RS485总线连接各个辅助控制、处理单元模块，并把各个管母位移量通过光纤传送到主控室内工控机机接收测距数据进行分析；
（2）辅助控制、处理单元模块：及时控制管母位移监测点激光测距模块，处理相关数据把位移量的变化情况实时传送至主控制、处理单元模块；
（3）激光测距模块：对管母位移量进行实时记录、并把数据传送至控制单元；
（4）温湿度测量模块：一个实时监测环境的温湿度，把温湿度信号通过光纤通信传输至控制、处理单元；
（5）工控机：接收由主控制单元传输来的数据，并保存数据，建立文档；分析数据，合成曲线图并显示；当管母位移量超过安全值时，产生警报信号；
其中（1）与（2）、（1）与（3）、（2）与（3）之间采用RS485通信，（1）与（4）之间采用光纤通信。
上述的管母位移监测装置为1－100个。
本发明支撑式架空管母位移监测装置经过激光定点测得的数据准确，误差值小，受气候、天气变化的影响小。设20s测量一次，控制测量时才有激光输出，可延长激光测距传感器的使用寿命。
支撑式架空管母位移在线监测系统可以在地面实时查看管母在一段时间内的热伸冷缩变化数据、曲线，建立一套数学模型，对母线与线夹间、伸缩节与线夹间因管母热伸冷缩而顶死现象进行预报警，检测管母是否能在线夹上自由地热伸冷缩。
附图说明
图1是本发明的支撑式架空管母位移激光监测装置示意图；
图2是本发明的支撑式架空管母位移激光监测管母水平位移量示意图；
图3是激光控制器原理框图；
图4是激光过电流保护电路示意图；
图5是控制系统主程序软件流程图；
图6是上位机软件流程图；
图7控制屏软件系统示意图；
图8是系统总体框图；
图中标记：1 激光发射器 2 激光反射板 3 管母
具体实施方式
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括硬件和软件两个部分。
硬件部分：本系统装置主控制处理系统控制器采用TI公司数字信号控制器TMS320F2812，它具有120MHz高速处理能力，具备32位处理单元，单指令周期32位累加运算，可满足应用对于更快代码开发与集成高级控制器的处理器性能的要求。以6个管母位移监测点为例，系统总体框图如图3。主要包括（1）主控制、处理单元模块，（2）辅助控制、处理单元模块，（3）激光测距模块，（4）温湿度测量模块，（5）工控机。各模块之间的通信：（1）与（2）、（1）与（3）、（2）与（3）之间采用RS485通信，之所以使用有线的RS485通信，是因为高压大电流管母会在其周边形成大范围的高能交变电磁场，可能会对射频、蓝牙之类的带天线的无线通信装置形成致命危害。（1）与（5）之间采用光纤通信，这里之所以不用RS485通信。有线通信会严重缩短爬电距离，不予考虑。采用光纤通信在该环境下可靠运行。
（1）主控制、处理单元模块：除实时控制三个激光测距模块外，通过RS485总线连接各个辅助控制、处理单元模块，使管母位移监测点扩充至100个，并把各个管母位移量、温湿度通过光纤传送到主控室内工控机机接收测距数据进行分析。
（2）辅助控制、处理单元模块：及时控制A、B、C三相管母位移监测点激光测距模块，处理相关数据把位移量的变化情况实时传送至主控制、处理单元模块。
（3）激光测距模块：对管母位移量进行实时记录、并把数据传送至控制单元。激光测距模块主要由激光控制器进行控制。
激光控制系统总体方案设计：由于半导体激光器光辐射波长和输出功率与驱动电流，P-N 结温度有很大的关系，电流、温度的起伏会引起光功率的变化，或造成激光频率的漂移，影响输出的准确、稳定。除光学反馈法外，温度、工作电流的反馈调节是控制半导体激光输出特性的一种有效手段。本系统在试验调试过程中，分解成两个独立的模块，即电流控制和温度控制，每个模块调试成功后再进行系统联调。
电流控制模块。驱动电源通电后，系统自动复位，通过软件可设定电流值，DSP 将此数字量加到DA 转换器的输入端，经过数模转换转化为模拟量后，加载到末级恒流源电路上，从而获得所需电流输出。同时，末级电流信号通过取样电阻转化为电压信号，DSP 对该电压信号采样，经A/D 转换器转换后反馈回DSP，实时计算后送入PID 控制器，由PID 控制器送出控制量即电压0 U ，当末级电流信号的测量值低于给定值，增大电流，此时末级电压上升；反之，减小电流，以实现末级电流的稳恒控制。
温度控制模块。采用温度传感器AD590 对激光二极管的P-N温度采样，将温度转化成电流，从而通过DSP 对电流进行采样，算法处理后，输出PWM 方波控制半导体制冷器驱动电路工作，通过制冷片和散热装置使得系统始终工作在25°C 附近。
AD590 是已经校正过的二端温度传感器，直流工作电源为4~30V，不需要。芯片上的薄膜电阻已经经过了激光修正，故器件互换性好。输出阻抗高达100MΩ 以上，能很好的消除电压的波动和交流纹波对系统的影响。正向电压可达44V，反向耐压可达20V，因此，即使工作电压接反，也不易损坏器件，一般工作电压为+15V。AD590 给出的温标是热力学温标T，如果用摄氏温度t表示，t 与T的关系是t=T-273.16。 AD590具有标准化（1μ A/ K）的输出，固有的线性化关系，不需要电桥，因此AD590 输出的电流便于远距离传输，且不会因为激励电压的降低和噪声电压而产生不允许的误差。
（4）温湿度测量模块：实时监测环境的温湿度，把温温湿度信号通过光纤通信传输至控制、处理单元。环境温湿度测量采用温湿度传感器SHTll。SHTll为具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换等特点。与传统的温湿度传感器不同，SHTll是基于CMOSens技术的新型智能温湿度传感器，它将温湿度传感器、信号放大调理、A／D转换、二线串行接口全部集成于一个芯片内，融合了CMOS芯片技术与传感器技术，使传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点。其测量原理：首先利用2只传感器分别产生相对湿度、温度的信号；然后经过放大，分别送至A／D转换器进行模数转换、校准和纠错；再通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至微控器；最后利用微控器完成非线性补偿和温度补偿。
（5）工控机模块。接收由主控制单元传输来的数据，并保存数据，建立文档；分析数据，合成曲线图并显示；当管母位移量超过安全值时，产生警报信号。
本系统的激光驱动电路及控制电源电路，除了芯片本身具有的保护措施外，还对系统进行了专门的保护，具体如下。过电流保护采用电流互感器作为电流检测元件，其具有足够快的响应速度，能够在ＭＯＳＦＥＴ管允许的过流时间内将其关断，起到保护作用。 如图4所示，过流保护信号取自功率电阻，经分压、滤波后加至电压比较器的同相输入端，如图所示。当同相输入端过电流检测信号比反相输入端参考电平高时，比较器输出高电平，使D2从原来的反向偏置状态转变为正向导通，并把同相端电位提升为高电平，使电压比较器一直稳定输出高电平。同时，该过电流信号还送到TMS320F2812的脚I/O口。
Claims (5)
1.一种支撑式架空管母位移监测装置，其特征在于，包括在管母下方金属支架上安装激光红外测距传感器，在管母位端头安装一个斜面反射板，通过激光红外测距传感器对反射器发射红外激光，测量管母端头与激光头之间的距离，则通过计算便测得管母水平位移量；所述的计算的公式为：
其中v:激光传播速度 t:激光在空气中传播的时间
v是已知数据，d是测得管母水平位移量；
h表示发光点至激光探头照射到反射板上的激光点之间的垂直距离；
S表示激光探头至反射板之间的距离；
t是待测数据。
2.如权利要求1 所述的监测装置，其特征在于，所述的激光红外测距传感器还包括一个电流控制模块和一个温度控制模块。
3.如权利要求1或2所述的监测装置，其特征在于，所述的监测装置每4－10分钟监测一次。
4.一种包括权2－3所述的监测装置的监测系统，其特征在于，它还包括：
（1）主控制、处理单元模块：实时控制激光测距模块外，通过RS485总线连接各个辅助控制、处理单元模块，并把各个管母位移量通过光纤传送到主控室内工控机机接收测距数据进行分析；
（2）辅助控制、处理单元模块：及时控制管母位移监测点激光测距模块，处理相关数据把位移量的变化情况实时传送至主控制、处理单元模块；
（3）激光测距模块：对管母位移量进行实时记录、并把数据传送至控制单元；
（4）温湿度测量模块：一个实时监测环境的温湿度，把温温湿度信号通过光纤通信传输至控制、处理单元；
（5）工控机：接收由主控制单元传输来的数据，并保存数据，建立文档；分析数据，合成曲线图并显示；当管母位移量超过安全值时，产生警报信号；
其中模块（1）与（2）、（1）与（3）、（2）与（3）之间采用RS485通信，（1）与（4）之间采用光纤通信。
5.如权利要求4 所述的监测系统，其特征在于，所述的管母位移监测装置为1－100个。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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