CN104297517A - 基于pvdf传感器的风速测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于PVDF传感器的风速测量仪，该测量仪包括电缆固定部分，PVDF传感器，连接部件和PC板，其中：电缆固定部分通过连接部件固定在电缆上，PVDF传感器设置在PC板上并插在电缆固定部分的凹槽里，垂直径向的上下左右四个方向均布置PVDF传感器，同过对四个传感器进行数据采集并进行处理，得到测量电缆附近风速和风向。本发明可以在电缆上安装拆卸，对了解电缆风速局部信息有较好的便捷性和灵活性；利用PVDF传感器，此传感器在测量频率方面有较好的一致性；利用PC板测量涡流脱落频率，适应环境能力强，并且同时保护PVDF传感器；可以提供电缆所受风压大小等信息，为分析电缆舞动受力提供可靠依据。

Description

基于PVDF传感器的风速测量仪
技术领域
本发明涉及风速测量技术，具体地，涉及一种基于PVDF(聚偏二氟乙烯压电聚合物)传感器的风速测量仪，可以帮助了解电缆舞动时电缆的受力情况。
背景技术
导线舞动是由于导线覆冰后存在偏心，在风的激励下产生的一种低频(0.1～3.0Hz)，大振幅(约为直径的20～300倍，可达10m以上)的自激振动现象。在相应的大气条件下导线舞动时常发生，且由于其大振幅、摆动持续时间长等特点，导线舞动容易引起相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、杆塔倒塌，导线折断等严重事故，造成重大经济损失，对输电线路的运行安全造成了巨大危害。我国是舞动多发的国家，曾多次发生舞动事故。2008年1月份我国遭受了历史上罕见的持续的低温雨雪冰冻自然灾害天气，由于输电导线的覆冰与舞动，我国13个省(区)的电力系统运行受到严重影响。2010年1月20日山东电网遭受线路舞动灾害，造成13条500kV线路跳闸36条次，41条220kV线路跳闸86条次。输电导线的覆冰与舞动研究进而在我国得到了普遍重视，目前世界各国都在开展输电导线舞动研究。
开展输电线路舞动轨迹的多维度监测技术研究，对开展输电线路舞动机理及其防治措施的研究具有非常重要的意义。在舞动导线前端检测中，输电导线各部分的风压监测是不可缺少的环节。常见的风速测量方法有：机械式风速传感器(螺旋桨式和风杯式风速传感器，如申请号为CN201310176418.3的中国专利)，其特点是结构简单使用方便，对环境适应性强，但是存在转动部件，易磨损，转动惯性会降低响应风速；热敏电阻式风速传感器(如申请号为CN201310107907.3的中国专利)，其特点是使用方便价格低廉，但是每一个热敏电阻在使用过程中不能保证其动态性能完全一致，并且环境也会对其精度造成影响；CMOS集成风速传感器(申请号为CN 201010103608.9的中国专利)，其特点是可以同时测量风速和风向，但是所测风速量程较小，抗腐蚀性能不好；等等。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于PVDF传感器的风速测量仪。
本发明PVDF风速测量仪是利用风经过时在装置被封区域里形成涡流，利用PVDF传感器测量涡流脱落频率，通过涡流脱落频率算出风速；该风速测量仪在电缆上方便装卸，可以测量电缆各个部位所受风速和风向等信息；该风速测量仪可以为导线舞动时导线各部分受力的大小提供依据。
为实现上述目的，本发明提供了一种可以应用在高压电缆上进行风速测量的基于PVDF传感器的风速测量仪，该测量仪包括电缆固定部分，PVDF传感器，连接部件和PC板，其中：电缆固定部分通过连接部件固定在电缆上，PVDF传感器设置在PC板上并插在电缆固定部分的凹槽里，垂直径向的上下左右四个方向均布置PVDF传感器，同过对四个传感器进行数据采集并进行处理，可以得到测量电缆附近风速和风向。本发明利用传感器得到的电信号，处理后可以得到频域内的突变值，及在传感器背风区里的涡流脱落频率，可以计算得到风速，这种测量装置方便拆卸和安装，对测量电缆受风速大小了解电缆舞动原理提供依据。
优选的，所述PVDF传感器为膜状压电传感器，膜状PVDF传感器可以弯曲，能够更方便容易的贴合PC板表面。
优选的，所述PVDF传感器贴在PC板上，更优选地，PVDF传感器用双面胶布贴在PC板上。PC板价格低廉，环境适应性强，可以对传感器进行保护，同时双面胶布粘贴方法简单，不需要其他任何复杂的传感器粘贴安装过程。
优选的，所述PC板为透明厚度为0.5mm左右，采用该0.5mm厚度的PC板在实际环境风速范围内仍处在弹性状态，同时产生的振动频率和幅度较好，信号在频域范围内能较清晰分辨出涡流脱落频率。
优选的，所述电缆固定部分由四个结构相同的部件组成，每个部件为四分之一圆筒形状，可以采用环境适应性强的塑料制成，这种结构方便在电缆上安装和拆卸。
本发明将制作好的PVDF风速测量仪固定在电缆上，实时监测各个PVDF传感器收集的信息，对每组信息进行信号处理，可以判别估算出风速和风向。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、该风速测量仪可以在电缆上安装拆卸，对了解电缆风速局部信息有较好的便捷性和灵活性；
2、该风速测量仪利用PVDF传感器，此传感器在测量频率方面有较好的一致性；
3、该风速测量仪利用PC板测量涡流脱落频率，适应环境能力强，并且同时保护PVDF传感器；
4、该风速测量仪可以提供电缆所受风压大小等信息，为分析电缆舞动受力提供可靠依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1和图2为本发明一较优实施例的风速测量仪整体结构示意图；
图3为一实施例中电缆固定部分的结构示意图。
图中：1为电缆固定部分，2为PVDF传感器，3为PC板，4为连接部件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为了满足舞动导线前端风压监测的问题，本发明设计了一个可以在输电导线上方便装卸的风压测量装置，与之前的风速传感器相比较，这种测量装置可以固定在导线的测点上进行测量，得到的是导线测点附近的风速和风压，相比在杆塔上测量得到的数据更准确；测量装置使用到了PC板，对PVDF传感器起到保护作用，更能适应各种环境条件；PVDF传感器在测量频率方面其性能一致性较好，可以满足精度要求。
如图1-2所示，为本发明一优选实施例，该基于PVDF传感器的风速测量仪包括电缆固定部分1、PVDF传感器2、PC板3和连接部件4，其中：PVDF传感器2用双面胶贴在PC板3上插在电缆固定部分1的凹槽里。电缆固定部分1通过连接部件4固定在电缆上，垂直径向的上下左右四个方向均布置PVDF传感器2，同过对四个传感器2进行数据采集并进行处理，得到测量电缆附近风速和风向。
本实施例中，所述连接部件4可以采用螺丝螺栓，电缆固定部分通过螺丝螺栓固定在电缆上，螺栓插在事先设计好的孔洞里，用螺丝加以固定。当然，在其他实施例中，也可以采用其他的连接部件。
本实施例中，选用的电缆固定部分1内径为2.5cm，外径为5cm，长度为10cm，固定部分1由四个结构相同的部件组成，每个部件为四分之一圆筒形状，圆筒外侧面中间部分有突出起支撑作用的结构，此结构末端有向圆周伸展的凹槽结构，提供PC板3的插入；此四分之一圆筒状部件边缘有两对沿着径向分布的突出的圆孔，螺栓可以插入两个部件的圆孔，用螺栓加以固定来组装此固定部分。如图3所示。这种结构方便在电缆上安装和拆卸，并且这种尺寸可以保证斯特劳哈尔数在0.2左右。
本实施例中，PC板3尺寸为37mm*100mm*0.5mm；PVDF传感器2用双面胶布贴在PC板3中部；PC板3插在固定装置1凹槽内，有PVDF传感器2一侧面向内部。
本实施例中，电缆固定部分1四个方向均有PVDF传感器2，并且对称布置。
本实施例中，将完整的装置固定在电缆上，对各个方向上的PVDF传感器2进行数据采集，采集频率为1kHz，采集时间依情况而定；得到的数字信号利用快速傅里叶变换在频域里可以看到有明显的突变值，利用对风传感器和侧面传感器的数据对被封传感器的数据进行修正，可以将这个突变值显示的更为明显，此突变值对应的频率即为背风区域里的涡流脱落频率，通关涡流脱落频率与风速的关系其中：fs为涡流脱落频率，U为风速值，D为圆筒直径，St为斯得鲁哈尔数。计算得到风速；垂直径向方向上下左右四个方向的PVDF传感器2同时采集同时处理，还可以辨别出大致的风向。
本发明并不局限于上述的实施举例，如用改变固定部分的尺寸，增加PVDF传感器数量，可以对风向的测量更为准确。
本发明基于PVDF传感器的风速测量仪利用PC板保护传感器，对环境有一定的适应能力，利用传感器收集信号转化为频率信息，更为精确。
本发明基于PVDF传感器的风速测量仪利用PC板保护传感器，环境对其影响较小，并且PVDF传感器在测量频率方面其性能一致性较好，可以满足精度要求。
本发明基于PVDF传感器的风速测量仪测量风速范围相对较大，环境适应能力强，有一定的抗腐蚀能力。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种基于PVDF传感器的风速测量仪，其特征在于，该测量仪包括电缆固定部分，PVDF传感器，连接部件和PC板，其中：电缆固定部分通过连接部件固定在电缆上，PVDF传感器设置在PC板上并插在电缆固定部分的凹槽里，垂直径向的上下左右四个方向均布置PVDF传感器，同过对四个传感器进行数据采集并进行处理，得到测量电缆附近风速和风向。
2.根据权利要求1所述的基于PVDF传感器的风速测量仪，其特征在于，所述PVDF传感器为膜状压电传感器。
3.根据权利要求1所述的基于PVDF传感器的风速测量仪，其特征在于，所述PVDF传感器贴在PC板上。
4.根据权利要求3所述的基于PVDF传感器的风速测量仪，其特征在于，所述PVDF传感器用双面胶布贴在PC板上。
5.根据权利要求1所述的基于PVDF传感器的风速测量仪，其特征在于，所述PC板为透明厚度为0.5mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于PVDF传感器的风速测量仪，其特征在于，所述电缆固定部分由四个结构相同的部件组成，每个部件为四分之一圆筒形状，圆筒外侧面中间部分有突出起支撑作用的结构，此结构末端有向圆周伸展的凹槽结构，该凹槽提供PC板的插入；此四分之一圆筒状部件边缘有两对沿着径向分布的突出的圆孔，连接部件插入两个部件的圆孔。
7.根据权利要求1-5任一项所述的基于PVDF传感器的风速测量仪，其特征在于，所述电缆固定部分四个方向上的PVDF传感器，对称布置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106771337A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 南京理工大学 基于压电片的风速信号采集方法及装置
CN110661224A (zh) * 2019-10-10 2020-01-07 国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司 一种用于架空输电线路风荷载监测的防震锤

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59136658A (ja) * 1983-01-25 1984-08-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 風向風速計
CN2814340Y (zh) * 2005-04-30 2006-09-06 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种矢量传感器
CN101692097A (zh) * 2009-07-24 2010-04-07 南京航空航天大学 风速风向仪
CN202433084U (zh) * 2011-12-08 2012-09-12 国网电力科学研究院 高压及超高压电力电缆运行振动传感单元
CN102903018A (zh) * 2012-09-29 2013-01-30 上海市电力公司 一种基于gis的输电线路风速预警信息处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59136658A (ja) * 1983-01-25 1984-08-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 風向風速計
CN2814340Y (zh) * 2005-04-30 2006-09-06 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种矢量传感器
CN101692097A (zh) * 2009-07-24 2010-04-07 南京航空航天大学 风速风向仪
CN202433084U (zh) * 2011-12-08 2012-09-12 国网电力科学研究院 高压及超高压电力电缆运行振动传感单元
CN102903018A (zh) * 2012-09-29 2013-01-30 上海市电力公司 一种基于gis的输电线路风速预警信息处理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106771337A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 南京理工大学 基于压电片的风速信号采集方法及装置
CN110661224A (zh) * 2019-10-10 2020-01-07 国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司 一种用于架空输电线路风荷载监测的防震锤

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