CN104483043B - 一种瓷柱绝缘子应力检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种瓷柱绝缘子应力检测装置，包括拉力传感器、信号调理电路、A/D转换模块、处理器和输入输出模块；拉力传感器采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并处理成微电压信号，该信号在信号调理电路中得到幅值和频率的调制，且通过A/D转换模块转换得到拉力值，并在处理器中与输入的拉力角度参数，通过预设的应力分布与力载荷的对应关系，得到应力分布情况及应力最大值，当应力最大值大于预设的阈值，则在输入输出模块显示报警信息；否则在输入输出模块显示应力分布情况。实施本发明实施例，能够实现瓷柱绝缘子应力状态的在线检测，其简单易操作，安全性、可靠性和准确率高，从而可以预防瓷柱绝缘子断裂事故的发生。

Description

一种瓷柱绝缘子应力检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统检测技术领域，尤其涉及一种瓷柱绝缘子应力检测装置及方法。

背景技术

瓷绝缘子按用途可分为线路瓷绝缘子和电站瓷绝缘子。其中，电站瓷绝缘子主要为瓷柱绝缘子，可用于变电站中的隔离开关、母线、接地开关以及阻波器等电器设备，起着绝缘和机械固定的作用。因此，瓷柱绝缘子能否可靠稳定运行，则关系着电网的安全，而快速及安全的瓷柱绝缘子在线检测方法，则可以避免因瓷柱绝缘子瓷瓶断裂而引发导致隔离开关损坏或导致变电站母线短路与电力系统解列危害安全运行的电力事故。

目前，瓷柱绝缘子在线检测方法主要有两种，分别为非接触式检测法和接触式检测法。

非接触式检测法包括：一、借助超声波查缺陷功能的超声波检测法，其缺点在于：不成熟，受限于多种外在因素；二、借助激光测频的多普勒振动法，其针对已经出现裂纹的绝缘子进行检测且效果明显，缺点在于：对未开裂的瓷柱绝缘子检测无效，且检测设备造价高、体积大、操作难、维修复杂，不适于在野外作业。

接触式检测法包括：一、电压分布法，其缺点在于：需事先测量正常瓷柱绝缘子上的电压分布，但现场测量工作比较复杂；二、电流检测法，其缺点在于：现场测量时需具备一定的工作条件，尤其对于危险性比较高且结构比较复杂的设备上的瓷柱绝缘子需逐个测量。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种瓷柱绝缘子应力检测装置及方法，能够实现瓷柱绝缘子应力状态的在线检测，其简单易操作，安全性、可靠性和准确率高，从而可以预防瓷柱绝缘子断裂事故的发生。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种瓷柱绝缘子应力检测装置，所述装置包括拉力传感器、信号调理电路、A/D转换模块、处理器和输入输出模块；其中，

所述拉力传感器的一端与瓷柱绝缘子相配合，另一端与所述信号调理电路的一端相连，用于采集所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将所述得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号；

所述信号调理电路的另一端与所述A/D转换模块的一端相连，用于获取所述微电压信号，并调制所述微电压信号的幅值和频率；

所述A/D转换模块的另一端与所述处理器的一端相连，用于获取所述调制后的微电压信号，并将所述调制后的微电压信号进行模数转换得到瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值；

所述处理器的另一端与所述输入输出模块相连，用于获取所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值及所述输入输出模块输入的母线牵引线拉力角度参数，并根据预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系，得到瓷柱绝缘子的应力分布情况及其对应的应力最大值；

所述输入输出模块，用于响应用户对所述母线牵引线拉力角度参数的输入操作，并执行输入所述母线牵引线拉力角度参数的操作，以及显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

其中，所述信号调理电路包括电桥放大电路和二阶低通滤波电路；其中，

所述电桥放大电路包括第一放大运算器、第一电压负反馈电路和带通滤波电路；其中，所述第一放大运算器的正输入端与所述拉力传感器的另一端相连，负输入端与所述第一电压负反馈电路的一端及所述带通滤波电路的一端相连，输出端与所述第一电压负反馈电路的另一端、所述带通滤波电路的另一端及所述二阶低通滤波电路的输入端相连；

所述二阶低通滤波电路包括第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第二电压负反馈电路和第二放大运算器；其中，所述第一低通滤波电路的一端与所述电桥放大电路的第一放大运算器的输出端相连，另一端与所述第二低通滤波电路的一端、第二放大运算器的输出端、第二电压负反馈电路的一端及A/D转换模块相连；所述第二低通滤波电路的另一端与所述第二放大运算器的正输入端相连；所述第二放大运算器的负输入端与所述第二电压负反馈电路的另一端相连。

其中，所述拉力传感器为旁压式传感器。

其中，所述输入输出模块以图形方式和/或图表方式显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

本发明实施例还提供了一种瓷柱绝缘子应力检测方法，其在前述的装置中实现，所述方法包括：

采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将所述得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号；

调制所述微电压信号的幅值和频率，并将所述调制后的微电压信号进行模数转换得到瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值；

响应用户对母线牵引线拉力角度参数的输入操作，并执行输入所述母线牵引线拉力角度参数的操作，且将所述母线牵引线拉力角度参数和所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值，通过预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系计算得到瓷柱绝缘子的应力分布情况及其对应的应力最大值；

显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

其中，在所述采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将所述得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号的步骤之前，所述方法进一步包括步骤：

建立瓷柱绝缘子有限元模型；

将所述建立的瓷柱绝缘子有限元模型离散处理成多个离散点，得到各离散点分别对应的离散单元及每一离散单元对应的多个离散节点；

对所述得到的各离散点分别对应的离散单元进行仿真分析，得到各离散单元的应力分析结果，并将所述得到的各离散单元应力分析结果通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程；

根据所述形成的矩阵方程，拟合获得瓷柱绝缘子应力与力载荷方向和大小的关系曲线图，并根据所述获得的瓷柱绝缘子应力与力载荷方向和大小的关系曲线图，得到所述预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系。

其中，所述建立瓷柱绝缘子有限元模型，并根据所述建立的瓷柱绝缘子有限元模型，得到其对应的相关数据的具体步骤包括：

选择所述瓷柱绝缘子的一个或多个物理参数，建立瓷柱绝缘子有限元模型；其中，所述物理参数包括厚度和横截面面积；

设置所述瓷柱绝缘子的材料属性及其对应的参数值，并在所述瓷柱绝缘子上选择一定尺寸面积，且根据预定的比例将所选的面积划分出多个网格单元，得到每一网格单元的参数值；其中，所述材料属性包括弹性模量、泊松比和质量密度；

设置包括应力边界条件和位移边界条件的边界条件；

根据所述设置的材料属性对应的参数值、每一网格单元参数值及边界条件，通过所述建立的瓷柱绝缘子有限元模型计算得到其对应的相关数据。

其中，所述对所述得到的各离散点分别对应的离散单元进行仿真分析，得到各离散单元的应力分析结果，并将所述得到的各离散单元应力分析结果通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程的步骤具体为：

将所述各离散点分别对应的离散单元均进行近似插值处理，进一步根据预设的公式得到各离散单元中各离散节点分别对应的位移量、应变量和应力量，并将所述得到的各离散单元中各离散节点分别对应的位移量、应变量和应力量通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程。

其中，所述方法进一步包括：

在采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力时，根据所述瓷柱绝缘子接线掌处母线牵引线直径，调节所述装置中拉力传感器的参数设置，得到所述非电信号。

其中，所述方法进一步包括：

以图形方式和/或图表方式显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于通过装置的拉力传感器实时测量瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值，并根据母线牵引线拉力值及输入的母线牵引线拉力角度参数，获得瓷柱绝缘子伞裙结构应力分布情况，实现瓷柱绝缘子应力状态的在线检测，因此该装置简单易操作，安全性、可靠性和准确率高，从而可以预防瓷柱绝缘子断裂事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的瓷柱绝缘子应力检测装置的结构示意图；

图2为图1中信号调理电路的结构示意图；

图3为图2中信号调理电路应用场景的电路连接示意图；

图4为本发明实施例提供的瓷柱绝缘子应力检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

发明人根据瓷柱绝缘子断裂事故的统计结果，获知瓷柱绝缘子断裂部位集中在伞根。由于瓷柱绝缘子伞根处构成材料是陶瓷材料，根据陶瓷材料的显微组织结构显示，主要由离子键和共价键组成，这两种化学键的特点是方向性强和结合强度高，导致材料组织结构很难发生显著的位错运动，使得绝缘子在宏观上表现出强脆性、弱塑性的特征。因此基本上可以认为陶瓷材料的断裂过程是一个完全处于弹性形变状态的脆性断裂过程。因此，引入最大拉应力理论来解释陶瓷、铸铁等脆性材料在轴向拉伸和扭转时的破坏情况。

最大拉应力理论认为当材料构件处在外界应力作用下时，材料自身内部也会产生应力分布，其中应力值较大的点(区域)称之为危险点(区域)。在外应力不断增大的过程中，危险点(区域)的应力值也会相应地增大，直至增大到临界最大拉应力，此时材料就会沿着最大拉应力所在的截面发生脆性断裂。因此最大拉应力理论认为材料之所以发生脆断的原因是材料内部产生的拉应力达到或超过了材料拉应力极限值。相应地关系表示为：

σ_max＝σ₁≥σ₀，σ₁＞0 (1)

式(1)中：σ₁为外应力作用下材料内部产生的拉应力值；σ₀为材料拉应力极限值。

因此，在材料的单向拉伸中，横截面上的拉应力就是单向应力状态下的最大拉应力，可以利用最大拉应力理论建立材料的强度计算准则。在复杂外力状态下，当单元体内的最大拉应力(σmax＝σ₁)增大到同样的σ₀时，材料同样会发生脆性断裂，即可以将断裂准则归纳为

σ₁＝σ₀ (2)

另外，脆性材料在轴向拉伸至脆断位置时，存在

σ₀＝σ_b (3)

式(3)中，σ_b表示轴向拉伸时的极限应力值。

同时，要考虑到一定的安全储备，因此根据最大拉应力理论建立的强度条件为：

式(4)中，σ₁为第一主应力，且必须是拉应力，此时的第一主应力指的是应力值中绝对值最大的应力；n为安全系数，安全系数为工程上常用数值，一般由理论结合大量工程实践数据总结获得；[σ]为材料的最大许用应力。

综上，发明人根据最大拉应力理论提出有限元分析法来构建出瓷柱绝缘子分析模型，从而得到瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系，并设计出一种瓷柱绝缘子应力检测装置，通过该装置实时测量瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值，以及获取输入的母线牵引线拉力角度参数，得到瓷柱绝缘子伞裙结构应力分布情况，实现瓷柱绝缘子应力状态的在线检测。应当说明的是，有限元分析法是将一个连续的介质如气体、液体、固体离散成有限个单元进行计算的方法，该分析法是以变分法为基础，运用范围广泛，如应力场、电磁场、热场、流场。并可采用ANSYS软件来实现。

如图1所示，为发明人在本发明实施例提供的一种瓷柱绝缘子应力检测装置，该装置包括：拉力传感器1、信号调理电路2、A/D转换模块3、处理器4和输入输出模块5；其中，

拉力传感器1的一端与瓷柱绝缘子(未图示)相配合，另一端与信号调理电路2的一端相连，用于采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号；

信号调理电路2的另一端与A/D转换模块3的一端相连，用于获取微电压信号，并调制微电压信号的幅值和频率；

A/D转换模块3的另一端与处理器4的一端相连，用于获取调制后的微电压信号，并将调制后的微电压信号进行模数转换得到瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值；

处理器4的另一端与输入输出模块5相连，用于获取瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值及输入输出模块5输入的母线牵引线拉力角度参数，并根据预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系，得到瓷柱绝缘子的应力分布情况及其对应的应力最大值；

输入输出模块5，用于响应用户对母线牵引线拉力角度参数的输入操作，并执行输入母线牵引线拉力角度参数的操作，以及显示瓷柱绝缘子的应力分布情况。

可以理解的是，该瓷柱绝缘子应力检测报警装置还具有电源模块(未画出)，存储单元(未画出)以及接口单元(未画出)，该接口单元可以诸如USB接口、SD卡接口、以太网接口、RS232接口中的一个或多个。

其中，在一个实施例中，该拉力传感器1为旁压式传感器，A/D转换模块3选用ADS1100模块，处理器4选用Samsung公司的S3PV210型号的CPU；为了便于观察瓷柱绝缘子的应力分布情况，输入输出模块5可以采用奇美车载工业公司生产的G070Y2-T02型号显示屏，并以图形方式和/或图表方式显示瓷柱绝缘子的应力分布情况。

应当说明的是，由于瓷柱绝缘子出厂有多种型号，与应力最大值对比的预设阈值将根据瓷柱绝缘子厂家提供的抗拉强度和安全系数计算获得，并且每种型号的瓷柱绝缘子分别具有对应的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系。换句话来说，每种型号的瓷柱绝缘子都需采用有限元分析法来构建出对应的瓷柱绝缘子分析模型。

由于传感器的信号频率普遍较高，为了实现微电压信号的放大及过滤，并保调整微电压信号的幅值和频率，如图2所示，因此信号调理电路2包括电桥放大电路21和二阶低通滤波电路22；其中，

电桥放大电路21包括第一放大运算器211、第一电压负反馈电路212和带通滤波电路213；其中，

第一放大运算器211的正输入端(+)与拉力传感器1的另一端相连，负输入端(-)与第一电压负反馈电路212的一端及带通滤波电路213的一端相连，输出端与第一电压负反馈电路212的另一端、带通滤波电路213的另一端及二阶低通滤波电路22的输入端相连；

二阶低通滤波电路22包括第一低通滤波电路221、第二低通滤波电路222、第二电压负反馈电路223和第二放大运算器224；其中，

第一低通滤波电路221的一端与电桥放大电路21的第一放大运算器211的输出端相连，另一端与第二低通滤波电路222的一端、第二放大运算器224的输出端、第二电压负反馈电路223的一端及A/D转换模块3相连；

第二低通滤波电路222的另一端与第二放大运算器224的正输入端(+)相连；

第二放大运算器224的负输入端(-)与第二电压负反馈电路223的另一端相连。

作为一个例子，如图3所示，为信号调理电路2应用场景的电路连接示意图，图中，U1为第一放大运算器，C1形成带通滤波电路，R4形成第一电压负反馈电路，得到由U1、C1和R4构成的电桥放大电路；U2为第二放大运算器，R5和C2形成第一低通滤波电路，R7和C3形成第二低通滤波电路，R8形成第二电压负反馈电路，得到由U2、C2、C3、R5、R7和R8构成的二阶低通滤波电路。

本发明实施例中的瓷柱绝缘子应力检测装置的工作原理为：拉力传感器1用来采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并将采集的非电信号转变为微位移信号，再把微位移信号转换成微电压信号，此微电压信号电压一般为0～5V，拉力传感器1将微电压信号传输至信号调理电路2；信号调理电路2由串联的电桥放大电路21和二阶低通滤波电路22构成，对输入的微电压信号调整幅值和频率，并将处理后的数据送入A/D转换模块3进行A/D转换，转换得到代表母线拉力F的数值；处理器4将此数据结果存储于RAM，同时用户通过输入输出模块5手动选择瓷柱绝缘子编号及其对应的母线牵引线拉力角度参数，处理器4调用RAM中所选瓷柱绝缘子对应的力载荷与离散节点应力的对应关系模型(即预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系)，计算得到瓷柱绝缘子应力分布情况(即瓷柱绝缘子各离散节点处应力值大小)和应力最大值，若应力最大值超出预设的阈值，进行报警，而获得的瓷柱绝缘子应力分布以图形形式和/图表方式在输入输出模块5上显示，同时保存至FLASH存储器，以备后期查看调用。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种瓷柱绝缘子应力检测方法，其在前述的装置中实现，所述方法包括：

步骤S101、采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将所述得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号；

具体为，在采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力时，可进一步根据瓷柱绝缘子接线掌处母线牵引线直径，调节装置中拉力传感器的参数设置，从而得到非电信号，并将得到的非电信号经转化为微位移信号后，进一步将微位移信号处理成微电压信号。

步骤S102、调制所述微电压信号的幅值和频率，并将所述调制后的微电压信号进行模数转换得到所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值；

步骤S103、响应用户对母线牵引线拉力角度参数的输入操作，并执行输入所述母线牵引线拉力角度参数的操作，且将所述母线牵引线拉力角度参数和所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值，通过预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系计算得到瓷柱绝缘子的应力分布情况及其对应的应力最大值；

步骤S104、显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

进一步的，可以图形方式和/或图表方式显示瓷柱绝缘子的应力分布情况。

在本发明实施例中，步骤S101之前，需采用有限元分析得到瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系，因此进一步包括步骤：

步骤S201、建立瓷柱绝缘子有限元模型；

步骤S202、将建立的瓷柱绝缘子有限元模型离散处理成多个离散点，得到各离散点分别对应的离散单元及每一离散单元对应的多个离散节点；

步骤S203、对得到的各离散点分别对应的离散单元进行仿真分析，得到各离散单元的应力分析结果，并将得到的各离散单元应力分析结果通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程；

步骤S204、根据形成的矩阵方程，拟合获得瓷柱绝缘子应力与力载荷方向和大小的关系曲线图，并根据获得的瓷柱绝缘子应力与力载荷方向和大小的关系曲线图，得到预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系。

具体过程为，在步骤S201中还包括以下实现步骤：步骤a、选择瓷柱绝缘子的一个或多个物理参数，建立瓷柱绝缘子有限元模型；其中，物理参数包括厚度和横截面面积等；步骤b、设置瓷柱绝缘子的材料属性及其对应的参数值，并在瓷柱绝缘子上选择一定尺寸面积，且根据预定的比例将所选的面积划分出多个网格单元，得到每一网格单元的参数值；其中，材料属性包括弹性模量、泊松比和质量密度等；步骤c、设置包括应力边界条件和位移边界条件的边界条件；步骤d、根据设置的材料属性对应的参数值、每一网格单元参数值及边界条件，通过建立的瓷柱绝缘子有限元模型计算得到其对应的相关数据。

由于对于瓷柱绝缘子的力学分析其实是应力场分析，对应于每一个场，都有对应的控制方程，因此对于求解瓷柱绝缘子中应力场分布步骤a和步骤b的实现，其控制方程如下所示：

I、平衡微分方程公式为：

式(5)中，σ_x、σ_y、σ_z分别为x、y、z方向的正应力；

II、几何方程公式为：

式(6)中，γ_xy表示xy方向上的剪切应变，γ_yz表示yz方向上的剪切应变，γ_zx表示zx方向上的剪切应变；

III、物理方程，即广义胡克定理为：

式(7)中，E为弹性模量；μ为泊松比；u、v、w为材料内部各点在x、y、z方向上的位移；ε_x、ε_y、ε_z为材料内部各点在方向x、y、z上的应变；σ_x、σ_y、σ_z为材料内部各点在x、y、z方向上的应力；τ_xy、τ_yz、τ_zx为xy、yz、zx方向上的剪应力；f_x、f_y、f_z为x、y、z方向上的惯性力。坐标系采用ANSYS软件默认的全局坐标系，即笛卡尔坐标系。

求解瓷柱绝缘子中应力场分布除了上述的控制方程，还需要步骤c中的边界条件作为辅助，从而才能在步骤d中通过建立的瓷柱绝缘子有限元模型计算得到其对应的相关数据。边界条件一般包含应力边界条件和位移边界条件，本发明实施例中设定的应力边界条件和位移边界条件如下：

IV、应力边界条件为：

式(8)中：为外力在i方向上的分量，σ_ij为材料内部点处沿ij方向的应力矢量，n_j为j方向的单位矢量；i＝x、y、z；j＝x、y、z。

V、位移边界条件为：

u＝u^*,v＝v^*,w＝w^* (9)

式(9)中：u^*、v^*、w^*分别表示物体边界(例如固定点或自由表面)在x、y、z方向上的位移。

通过步骤S201有了控制方程和边界条件后，接下来需要在步骤S202中，将连续的介质(即瓷柱绝缘子有限元模型计算得到的相关数据)离散成离散节点和离散单元，离散节点和离散单元是对实际结构本身及内在关系的抽象表达。离散节点用来表示实际结构几何对象间的相互连接方式，一般有六个自由度，即沿三个坐标轴方向的平动和绕三个坐标轴方向的转动，进行应力分析时，应该消除节点的刚体自由度。离散单元用来表示实际结构几何对象本身承受能力，为离散节点提供刚度，保证离散节点具有抵御外界的能力，同时限定不同离散节点间的传力内容，并确保不同离散节点间传力路线的畅通。

进一步的，在步骤S203中，将各离散点分别对应的离散单元均进行近似插值处理，进一步根据预设的公式，即式(5)至式(7)，得到各离散单元中各离散节点分别对应的位移量、应变量和应力量，并将得到的各离散单元中各离散节点分别对应的位移量、应变量和应力量通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程为：

[K_f(u,t)][u]＝[F] (10)

式(10)中，[K_f(u,t)]为总体刚度矩阵，其中元素为各离散单元刚度，是位置u和温度t的函数；u表示离散单元中共用离散节点的位移矩阵，F表示单元中各离散节点产生的应力矩阵。

最后在步骤S204中，根据采用前述的控制变量法在步骤S203中对瓷柱绝缘子有限元模型中各离散单元进行仿真分析，得出不同的力载荷作用下瓷柱绝缘子有限元模型各离散单元的应力计算结果，经拟合获得瓷柱绝缘子应力与力载荷方向和大小的关系曲线图，采用MATLAB总结应力与力载荷的经验公式，这样就得到力载荷与应力的一一对应关系。对不同型号瓷柱绝缘子力荷载作用点不同，例如，对110kV和220kV瓷柱绝缘子，力荷载均作用于瓷柱绝缘子上部的接线掌部位，但作用的力臂不同。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，由于通过装置的拉力传感器实时测量瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值，并根据母线牵引线拉力值及输入的母线牵引线拉力角度参数，获得瓷柱绝缘子伞裙结构应力分布情况，实现瓷柱绝缘子应力状态的在线检测，因此该装置简单易操作，安全性、可靠性和准确率高，从而可以预防瓷柱绝缘子断裂事故的发生。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种瓷柱绝缘子应力检测装置，其特征在于，所述装置包括拉力传感器、信号调理电路、A/D转换模块、处理器和输入输出模块；其中，

所述拉力传感器的一端与瓷柱绝缘子相配合，另一端与所述信号调理电路的一端相连，用于采集所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将所述得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号；

所述信号调理电路的另一端与所述A/D转换模块的一端相连，用于获取所述微电压信号，并调制所述微电压信号的幅值和频率；

所述A/D转换模块的另一端与所述处理器的一端相连，用于获取所述调制后的微电压信号，并将所述调制后的微电压信号进行模数转换得到瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值；

所述处理器的另一端与所述输入输出模块相连，用于获取所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值及所述输入输出模块输入的母线牵引线拉力角度参数，并根据预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系，得到瓷柱绝缘子的应力分布情况；

所述输入输出模块，用于响应用户对所述母线牵引线拉力角度参数的输入操作，并执行输入所述母线牵引线拉力角度参数的操作，以及显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号调理电路包括电桥放大电路和二阶低通滤波电路；其中，

所述电桥放大电路包括第一放大运算器、第一电压负反馈电路和带通滤波电路；其中，所述第一放大运算器的正输入端与所述拉力传感器的另一端相连，负输入端与所述第一电压负反馈电路的一端及所述带通滤波电路的一端相连，输出端与所述第一电压负反馈电路的另一端、所述带通滤波电路的另一端及所述二阶低通滤波电路的输入端相连；

所述二阶低通滤波电路包括第一低通滤波电路、第二低通滤波电路、第二电压负反馈电路和第二放大运算器；其中，所述第一低通滤波电路的一端与所述电桥放大电路的第一放大运算器的输出端相连，另一端与所述第二低通滤波电路的一端、第二放大运算器的输出端、第二电压负反馈电路的一端及A/D转换模块相连；所述第二低通滤波电路的另一端与所述第二放大运算器的正输入端相连；所述第二放大运算器的负输入端与所述第二电压负反馈电路的另一端相连。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拉力传感器为旁压式传感器。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入输出模块以图形方式和/或图表方式显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

5.一种瓷柱绝缘子应力检测方法，其特征在于，其在如权利要求1至4中任一项所述的装置中实现，所述方法包括：

采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将所述得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号；

调制所述微电压信号的幅值和频率，并将所述调制后的微电压信号进行模数转换得到瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值；

响应用户对母线牵引线拉力角度参数的输入操作，并执行输入所述母线牵引线拉力角度参数的操作，且将所述母线牵引线拉力角度参数和所述瓷柱绝缘子母线牵引线拉力值，通过预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系计算得到瓷柱绝缘子的应力分布情况及其对应的应力最大值；

显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力并得到非电信号，将所述得到的非电信号经转化为微位移信号后处理成微电压信号的步骤之前，所述方法进一步包括步骤：

建立瓷柱绝缘子有限元模型；

将所述建立的瓷柱绝缘子有限元模型离散处理成多个离散点，得到各离散点分别对应的离散单元及每一离散单元对应的多个离散节点；

对所述得到的各离散点分别对应的离散单元进行仿真分析，得到各离散单元的应力分析结果，并将所述得到的各离散单元应力分析结果通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程；

根据所述形成的矩阵方程，拟合获得瓷柱绝缘子应力与力载荷方向和大小的关系曲线图，并根据所述获得的瓷柱绝缘子应力与力载荷方向和大小的关系曲线图，得到所述预设的瓷柱绝缘子应力分布与力载荷的对应关系。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述建立瓷柱绝缘子有限元模型，并根据所述建立的瓷柱绝缘子有限元模型，得到其对应的相关数据的具体步骤包括：

选择所述瓷柱绝缘子的一个或多个物理参数，建立瓷柱绝缘子有限元模型；其中，所述物理参数包括厚度和横截面面积；

设置所述瓷柱绝缘子的材料属性及其对应的参数值，并在所述瓷柱绝缘子上选择一定尺寸面积，且根据预定的比例将所选的面积划分出多个网格单元，得到每一网格单元的参数值；其中，所述材料属性包括弹性模量、泊松比和质量密度；

设置包括应力边界条件和位移边界条件的边界条件；

根据所述设置的材料属性对应的参数值、每一网格单元参数值及边界条件，通过所述建立的瓷柱绝缘子有限元模型计算得到其对应的相关数据。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所述得到的各离散点分别对应的离散单元进行仿真分析，得到各离散单元的应力分析结果，并将所述得到的各离散单元应力分析结果通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程的步骤具体为：

将所述各离散点分别对应的离散单元均进行近似插值处理，进一步根据预设的公式得到各离散单元中各离散节点分别对应的位移量、应变量和应力量，并将所述得到的各离散单元中各离散节点分别对应的位移量、应变量和应力量通过各离散单元共用离散节点间的联系形成矩阵方程。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

在采集瓷柱绝缘子母线牵引线拉力时，根据所述瓷柱绝缘子接线掌处母线牵引线直径，调节所述装置中拉力传感器的参数设置，得到所述非电信号。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

以图形方式和/或图表方式显示所述瓷柱绝缘子的应力分布情况。