CN104535166A - 夜间铁塔振动测量分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夜间铁塔振动测量分析系统，其包括按要求布置的风速风向测量仪、红外摄像机、工业计算机、激光测距仪以及拾音器；其结合了激光测量、红外测量、环境参数测量，通过组合测量实现夜间铁塔振动测量分析，并且铁塔、导线振动同时记录分析。本发明充分利用晚上风大光线暗的特点，采用激光、红外技术进行测量，提高了测量质量；将铁塔、导线振动同时记录分析，实现了塔线一体结构的同步分析，易于找到两者之间的关联关系。

Description

夜间铁塔振动测量分析系统

技术领域

本发明涉及一种夜间铁塔振动测量分析系统。

背景技术

铁塔的振动测量一般采用在塔上装设加速度探头，然后采用人工用绳拉动铁塔进行测量，登塔也不安全，设备拆卸较复杂，一般在白天进行，目前还没有一种晚上现场用测量分析设备。对于在线监测可采用三维加速度探头连续测量，但收集到的数据相对较少，不足以分析现场铁塔的实际情况。

发明内容

     本发明要解决的技术问题是提供一种安全性高、测量质量高的夜间铁塔振动测量分析系统。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种夜间铁塔振动测量分析系统，其关键技术在于：该系统包括风速风向测量仪、红外摄像机、工业计算机、激光测距仪以及拾音器；

所述风速风向测量仪设于待测铁塔迎风面距塔脚水平距离3米处，所述将激光测距仪设置于待测铁塔迎风面距塔脚水平距离20米处，指向塔头边缘反光点；

所述温度计、湿度计和温湿度传感器、变送器安装于待测铁塔塔底下中间位置；

所述拾音器布置在迎风面靠近工业计算机侧待测铁塔主材距地面3米处，所述拾音器的听筒贴紧待测铁塔主材表面；所述红外摄像机设于待侧铁塔与相邻塔之间距待侧铁塔的塔脚3米处，其镜头指向正上方的导线；装有视频采集卡、温度、湿度、流量采集卡的工业计算机设于相邻塔间距待侧塔塔脚4米处；所述拾音器接到红外摄像机上，所述红外摄像机的音频视频接视频采集卡，所述激光测距仪、温度传感器、变送器、风速、风向测量仪与工业计算机上的采集卡相连或通过无线连接。

本发明的发明原理如下：

本发明是利用晚上风大，光线较暗的环境条件，在激光测距、红外摄像、视觉测量、和声波采集的基础上形成了全方位感知测量系统，可以分析导线振动，铁塔振动之间的关系以及铁塔内部声波的对应关系，从而判断铁塔的健康状态。

导线通过电流发热后会发出红外光，被红外摄像机捕捉，因此利用红外摄像的原理可以得到导线的红外图像，通过对录制的影像进行视觉测量分析处理，可得到导线的摆动时域图谱；在待测塔塔脚主材上固定一台拾音器，并将信号传到红外摄像机则可以记录塔身声波信号，这些信号中有风吹塔的声音信号，也有塔本身关节点错动传出的信号，还有金具连接处传来的摩擦信号；在塔的迎风面布置一台风速风向测量仪可以记录风速、风向，另配一台温度、湿度记录仪可以记录温度和湿度。在塔的水平垂直方向布置一台激光测距仪，可以实时记录铁塔距观测点的距离，从而得到铁塔的横向位移振动时域图谱。将所有的信号通过计算机的采集卡进行同步采集，并记录到数据库中，可以随时利用分析软件进行分析和处理。

导线的摆动时域图谱和铁塔横向位移振动图谱均为位移对应时间的函数，对该函数求导两次可得到加速度图谱（函数），加速度对应的是铁塔的受力，这样就可以和测量得到的风速谱图对照分析塔线体系自身的固有频率、刚度、阻尼等。

对照分析导线的摆动和铁塔振动之间的关联关系，可以分析铁塔与导线的相互作用力，配合声波分析可以得到铁塔具体部件的响应。

多次变化环境条件进行测量，可以得到铁塔刚度、阻尼等参数与温度、湿度的关系，从而实现对铁塔健康情况的预测。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、充分利用晚上风大光线暗的特点，采用激光、红外技术进行测量，提高了测量质量；

2、将铁塔、导线振动同时记录分析，实现了塔线一体结构的同步分析，易于找到两者之间的关联关系；

3、同步记录包括风速、风向、温度、湿度等环境因素参数，便于分析铁塔自身刚度、阻尼的变化规律，为铁塔的设计提供参考。

附图说明

图1是本发明各部件布置示意图；

图2是本发明各部件布置侧视示意图；

    其中，1待侧塔、2红外摄像机、3工业计算机、4导线、5相邻塔、6风向风速测量仪、7激光测距仪，8温湿度变送器、9拾音器，10风向。

具体实施方式

 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

参见附图1和附图2，

1．准备材料：一台红外摄像机（HAC237S－IR－P5），一台高保真拾音器（X5－AUDIO），一台风速风向测量仪（ZDR－1F），一块视频采集卡（ME200），一块温度、湿度、流量采集卡（USB），热电偶温度探头（NR－33），湿度传感器（AM2305），温湿度变送器（AQ3020），激光测距仪（D8），工业计算机一台（IPC610H），温度传感器，温度、湿度记录仪。

2．将风速风向测量仪6布置在待测塔1迎风面距塔脚水平距离3米处；激光测距仪7布置在待测铁1迎风面距塔脚水平距离20米处，指向塔头边缘反光点；将温、湿度传感器和温湿度变送器8布置在塔底下中间位置；拾音器9布置在迎风面靠近工业计算机3侧主材距地面3米处，拾音器9的听筒贴紧主材表面并用502胶点状粘结后用粘胶带捆扎；将红外摄像机2布置在待侧塔1与相邻塔5之间距待侧塔1的塔脚3米的位置，镜头指向正上方的导线；在相邻塔5间距待侧塔塔脚四米处布置工业计算机一台，工业计算机3内装好视频采集卡、温度、湿度、流量采集卡，同时也装好相应采集卡的驱动程序和控制、记录、分析等相关软件，包括matlab软件和ANSYS软件，主要是将图形处理得到时域图谱，可根据视觉测量的原理自行编制。将拾音器9接到红外摄像机2上，然后再将红外摄像机2的音频视频接到视频采集卡上，其余各种传感器、温湿度变送器、测量仪等与工业计算机3上的USB采集卡相连（也可以进行无线连接），调试好设备，准备检测。设备布置见图1。

3．信号处理是通过计算机内的软件进行的：对红外摄像机2传入工业计算机3的图像利用视觉测量技术进行处理，跟踪导线的移动，得到导线的摆动时域图谱；对激光测距仪7测得的距离数据结合塔的高度、监测点与塔间的距离经过简单的几何计算可得到塔头的横向振动时域图谱；声波信号可直接生成声波时域图谱；温度、湿度信号可显示温度的变化图谱，由于温度和湿度信号变化较慢，可采用静态移动平均信号处理，以去除干扰因素。计算机软件可以将各种时域图谱进行同步显示在一个界面上，也可以分别显示，同时还可以进行积分、微分、求自相关、互相关、频谱转换等操作。此处视觉测量技术为公知技术，可参见《河北电力技术》 2013年第4期，冯砚厅发表的论文《铁塔单目立体视觉测量技术研究》。

4．计算铁塔横向振动图谱和导线的摆动图谱的相关性，可以研究导线金具与铁塔的相互作用，结合声波时域图谱可以推测铁塔的缺陷如杆件摩擦、金具撞击等。对照风的时域图谱和铁塔及导线的时域图谱可以发现风作用下铁塔及导线的动态反应，将导线的摆动和铁塔的横向振动图谱时域曲线进行两次微分，即可研究风的受力与导线摆动及铁塔振动的关系。

Claims (1)

1.一种夜间铁塔振动测量分析系统，其特征在于：该系统包括风速风向测量仪（6）、红外摄像机（2）、工业计算机（3）、激光测距仪（7）以及拾音器（9）；

所述风速风向测量仪（6）设于待测塔（1）迎风面距塔脚水平距离3米处，所述将激光测距仪（7）设置于待测塔（1）迎风面距塔脚水平距离20米处，指向塔头边缘反光点；

所述温度传感器、湿度传感器和温湿度变送器（8）安装于待测塔（1）塔底下中间位置；

所述拾音器（9）布置在迎风面靠近工业计算机（3）侧待测塔（1）主材距地面3米处，所述拾音器（9）的听筒贴紧待测塔（1）主材表面；所述红外摄像机（2）设于待侧塔（1）与相邻塔（5）之间距待侧塔（1）的塔脚3米处，其镜头指向正上方的导线；装有视频采集卡、温度、湿度、流量采集卡的工业计算机（3）设于相邻塔（5）间距待侧塔塔脚4米处；所述拾音器（9）接到红外摄像机（2）上，所述红外摄像机（2）的音频视频接视频采集卡，所述激光测距仪（7）、温度、湿度传感器、温湿度变送器（8）、风速风向测量仪（6）与工业计算机（3）上的相应采集卡相连或通过无线连接。