CN104848855B - 基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统及标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统及标定方法，包括光幕传感器系统、信号调理转换系统、数据采集转换系统和监控分析系统；多组横向光幕传感器的发射端和接收端分别固定在输电线路舞动范围的上下两侧；多组纵向光幕传感器的发射端和接收端分别固定在输电线路舞动范围的左右两侧；监控分析系统筛选出所有的高电平信号，同时记录每个高电平信号的对应时刻，通过查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置最终绘制出输电线路的舞动轨迹。本发明能够对室内舞动机所驱动的输电线路的舞动轨迹，实现高灵敏度的标定，具有测量精度高、测量误差较小的优点，保证了输电线路舞动轨迹标定的连续性与完整性。
Description
技术领域
本发明涉及输变电设备检测技术领域，尤其涉及一种基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统及标定方法。
背景技术
输电线路舞动是指在外界非平衡应力的作用下，输电线路产生低频率（0.1Hz-5Hz）、大幅度（可达10m以上）的振动现象。当室外的输电线路发生舞动时，经常会造成输电杆塔上的金具损毁、输电线路相间闪络等事故，严重时输电线路的舞动会造成输电杆塔倒塌等大型事故。因此，对输电线路舞动进行监测具有重要的实用价值与经济意义。
目前，输电线路舞动的监测主要利用加速度传感器系统以及摄像头配合数字图像处理系统。加速度传感器系统是将加速度传感器附在输电线路表面，当输电线路发生舞动时，加速度传感器将加速度信息通过以太网发送给计算机系统，计算机对加速度信息进行积分获得输电线路的舞动信息，这种方法在积分的过程中受初值的干扰较大，且加速度传感器易受输电线路的干扰，准确性较差。摄像头与数字图像处理系统的配合是将摄像头安装在输电线路杆塔上，将拍得的输电线路舞动照片通过无线传输系统发送到计算机并利用数字图像处理系统进行处理，从而得到输电线路的舞动轨迹。这种方法只能实现定性监测且准确度较低。
为了能够准确掌握线路舞动轨迹信息，亟需一种采用直接位移量手段的线路舞动轨迹测量系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统及标定方法，能够对室内舞动机所驱动的输电线路的舞动轨迹，实现高灵敏度的标定，具有测量精度高、测量误差较小的优点，保证了输电线路舞动轨迹标定的连续性与完整性。
本发明采用下述技术方案：
一种基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，包括光幕传感器系统、信号调理转换系统、数据采集转换系统和监控分析系统；
所述的光幕传感器系统包括横向光幕传感器子系统和纵向光幕传感器子系统，横向光幕传感器子系统由多组横向光幕传感器组成，多组横向光幕传感器的发射端和多组横向光幕传感器的接收端分别通过固定装置固定在输电线路舞动范围的上下两侧；纵向光幕传感器子系统由多组纵向光幕传感器组成，多组纵向光幕传感器的发射端和多组纵向光幕传感器的接收端分别通过固定装置固定在输电线路舞动范围的左右两侧；多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端的信号输出端分别连接信号调理转换系统的信号输入端；
所述的信号调理转换系统用于将多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端输出的电平信号经调理和转换变为标准电平信号，信号调理转换系统的信号输出端连接数据采集转换系统的信号输入端；
所述的数据采集转换系统用于对接收到的标准电平信号进行离散采集，数据采集转换系统的信号输出端连接监控分析系统的信号输入端；
所述的监控分析系统用于对接收到的信号进行处理，筛选出所有的高电平信号，同时记录每个高电平信号的对应时刻，通过查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置，最终绘制出输电线路的舞动轨迹。
还包括隔离保护系统，隔离保护系统用于实现电气隔离，隔离保护系统的信号输入端连接信号调理转换系统的信号输出端，隔离保护系统的信号输出端连接数据采集转换系统的信号输入端。
所述的固定装置包括固定板，固定板上部和下部分别设置有光幕传感器顶部固定板和尾部固定板，光幕传感器的上下两端分别于固定在顶部固定板和尾部固定板上。
所述的光幕传感器与顶部固定板和尾部固定板转动连接，顶部固定板或尾部固定板上设置有光幕传感器周向角度调整装置。
所述的横向光幕传感器的发射端和接收端分别利用两套固定装置对应固定在输电线路舞动范围的上下两侧；纵向光幕传感器的发射端和接收端分别利用两套固定装置对应固定在输电线路舞动范围的左右两侧。
所述的横向光幕传感器和纵向光幕传感器的数量和为30个。
所述的横向光幕传感器和纵向光幕传感器由直流电源模块供电。
一种利用权利要求1所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统进行标定的方法，包括以下步骤：
A:利用室内舞动机驱动输电线路的开始舞动；
B:利用横向光幕传感器子系统和纵向光幕传感器子系统分别采集输电线路舞动轨迹信号；
C: 信号调理转换系统将多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端输出的电平信号经调理和转换变为标准电平信号；
D: 隔离保护系统进行电气隔离；
E: 数据采集转换系统对接收到的标准电平信号进行离散采集；
F: 监控分析系统对接收到的信号进行处理，筛选出所有的高电平信号，同时记录每个高电平信号的对应时刻，通过查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置，最终绘制出输电线路的舞动轨迹。
本发明具有如下优点：
1.测量速度快。由于采用光幕传感器对输电线路舞动轨迹进行标定，光幕传感器的测量结果经信号调理系统与数据采集系统后直接输入计算机内，与传统的基于数字图像处理技术相比，能极大地提高输电线路舞动轨迹测量速度；且属于对输电线路直接位移进行测量，相比于加速度传感器系统不需要积分运算过程，从而提升线路舞动轨迹测量系统的工作效率。
2.测量误差小。输电线路舞动轨迹测量系统能如实有效地测量输电线路的舞动轨迹，当输电线路只发生扭转时，传统的加速度传感器会依旧产生位移变化而产生较大的轨迹误差，而使用光幕传感器可以在很大程度上减小该方面的误差，并且没有积分过程，从而使测量结果更加精确。
3.测量实时性好。输电线路舞动轨迹测量系统能跟随输电线路舞动迅速输出，数据采集卡较高的采样率及光幕传感器的输出频率保证了测量系统跟得上输电线路的位移变化，从而能真实地反映输电线路的舞动轨迹。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明中固定装置与纵向光幕传感器的安装结构示意图；
图3为本发明中的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：
如图1至图2所示，本发明所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统及标定方法，包括光幕传感器系统、信号调理转换系统、数据采集转换系统和监控分析系统；
所述的光幕传感器系统包括横向光幕传感器子系统和纵向光幕传感器子系统，横向光幕传感器子系统由多组横向光幕传感器组成，多组横向光幕传感器的发射端和多组横向光幕传感器的接收端分别通过固定装置固定在输电线路舞动范围的上下两侧。纵向光幕传感器子系统由多组纵向光幕传感器组成，多组纵向光幕传感器的发射端和多组纵向光幕传感器的接收端分别通过固定装置固定在输电线路舞动范围的左右两侧。多组横向光幕传感器和多组纵向光幕传感器位置的设计，能够保证输电线路在舞动过程中的任一位置，总能对横向光幕传感器或纵向光幕传感器所发射的光束进行切割，实现本发明对输电线路舞动轨迹信号有效实时的采集。多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端的信号输出端分别连接信号调理转换系统的信号输入端。横向光幕传感器和纵向光幕传感器由直流电源模块供电。
本发明中，固定装置包括固定板1，固定板1上部和下部分别设置有光幕传感器顶部固定板2和尾部固定板3，光幕传感器（横向光幕传感器或纵向光幕传感器）的上下两端分别于固定在顶部固定板2和尾部固定板3上。为了能够对所固定的光幕传感器（横向光幕传感器或纵向光幕传感器）进行角度的微调，本发明中所固定的光幕传感器（横向光幕传感器或纵向光幕传感器）与顶部固定板2和尾部固定板3转动连接，顶部固定板2或尾部固定板3上设置有光幕传感器周向角度调整装置4，能够驱动所固定的光幕传感器（横向光幕传感器或纵向光幕传感器）沿周向进行角度微调。本发明中，横向光幕传感器的发射端和接收端分别利用两套竖直设置的固定装置对应固定在输电线路舞动范围的上下两侧；纵向光幕传感器的发射端和接收端分别利用两套水平设置的固定装置对应固定在输电线路舞动范围的左右两侧。横向光幕传感器和纵向光幕传感器的数量和为30个，横向光幕传感器数量为13个，纵向光幕传感器的数量为17个。当某横向光幕传感器或纵向光幕传感器的接收端所接收到的光强小于一定阈值时，则此横向光幕传感器或纵向光幕传感器的接收端输出5V的高电平。当某横向光幕传感器或纵向光幕传感器的接收端所接收到的光强大于等于一定阈值时，则此横向光幕传感器或纵向光幕传感器的接收端输出0V的低电平。
所述的信号调理转换系统用于将多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端输出的电平信号经调理和转换变为标准电平信号，信号调理转换系统的信号输出端连接数据采集转换系统的信号输入端；
为了进一步提高信号质量，本发明中，还在信号调理转换系统和数据采集转换系统之间增设了隔离保护系统，隔离保护系统用于实现电气隔离，隔离保护系统的信号输入端连接信号调理转换系统的信号输出端，隔离保护系统的信号输出端连接数据采集转换系统的信号输入端。
所述的数据采集转换系统用于对接收到的标准电平信号进行离散采集，数据采集转换系统的信号输出端连接监控分析系统的信号输入端；
所述的监控分析系统用于对接收到的信号进行处理，筛选出所有的高电平信号，此高电平信号代表输电线路在此时刻挡住了光幕传感器的发射端，与光幕传感器处于同一水平或竖直位置，使其接受端接收到的光强水平不足，从而输出高电平。同时记录每个高电平信号的对应时刻，查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置便可获得输电线路的S-t曲线，从而绘制出输电线路的舞动轨迹。
本发明在工作时，第一步，利用横向光幕传感器子系统和纵向光幕传感器子系统分别采集输电线路舞动轨迹信号；当输电线路舞动到任一位置时，由于输电线路的钢绞线直径大于横向光幕传感器和纵向光幕传感器所发射的光束直径，因而会在舞动过程中将完全阻挡光幕传感器系统中某一横向光幕传感器和/或纵向光幕传感器发射的光束，造成所对应的横向光幕传感器和/或纵向光幕传感器的接收端所接收到的光强减弱，当接收到的光强小于一定阈值时，所对应的横向光幕传感器和/或纵向光幕传感器的接收端输出高电平。
第二步，信号调理转换系统将多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端输出的电平信号经调理和转换变为标准电平信号，若接收到的电平信号为5V的高电平，则保持不变；若接收到的电平信号为0V-0.8V的低电平，则将其转换为0V的低电平。
第三步，利用隔离保护系统进行电气隔离，保护采集设备。
第四步，利用数据采集转换系统在监控分析系统的控制下对接收到的标准电平信号进行离散采集。
最后，利用监控分析系统对接收到的信号进行处理，筛选出所有的高电平信号，同时记录每个高电平信号的对应时刻，查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置便可获得输电线路的S-t曲线，从而绘制出输电线路的舞动轨迹。
如图3所示，本发明所述的利用基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统进行标定的方法，包括以下步骤：
A: 利用横向光幕传感器子系统和纵向光幕传感器子系统分别采集输电线路舞动轨迹信号；
B: 信号调理转换系统将多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端输出的电平信号经调理和转换变为标准电平信号；
C: 隔离保护系统进行电气隔离；
D: 数据采集转换系统对接收到的标准电平信号进行离散采集；
E: 监控分析系统对接收到的信号进行处理，筛选出所有的高电平信号，同时记录每个高电平信号的对应时刻，查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置便可获得输电线路的S-t曲线，从而绘制出输电线路的舞动轨迹。
上述方法与前文所述方法原理过程一致，在此不再赘述。
Claims (8)
1.一种基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，其特征在于：包括光幕传感器系统、信号调理转换系统、数据采集转换系统和监控分析系统；
所述的光幕传感器系统包括横向光幕传感器子系统和纵向光幕传感器子系统，横向光幕传感器子系统由多组横向光幕传感器组成，多组横向光幕传感器的发射端和多组横向光幕传感器的接收端分别通过固定装置固定在输电线路舞动范围的上下两侧；纵向光幕传感器子系统由多组纵向光幕传感器组成，多组纵向光幕传感器的发射端和多组纵向光幕传感器的接收端分别通过固定装置固定在输电线路舞动范围的左右两侧；多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端的信号输出端分别连接信号调理转换系统的信号输入端；
所述的信号调理转换系统用于将多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端输出的电平信号经调理和转换变为标准电平信号，具体转换过程为：接收到的电平信号为5V的高电平，则保持不变；若接收到的电平信号为0V-0.8V的低电平，则将其转换为0V的低电平；信号调理转换系统的信号输出端连接数据采集转换系统的信号输入端；
所述的数据采集转换系统用于对接收到的标准电平信号进行离散采集，数据采集转换系统的信号输出端连接监控分析系统的信号输入端；
所述的监控分析系统用于对接收到的信号进行处理，筛选出所有的高电平信号，同时记录每个高电平信号的对应时刻，通过查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置，最终绘制出输电线路的舞动轨迹。
2.根据权利要求1所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，其特征在于：还包括隔离保护系统，隔离保护系统用于实现电气隔离，隔离保护系统的信号输入端连接信号调理转换系统的信号输出端，隔离保护系统的信号输出端连接数据采集转换系统的信号输入端。
3.根据权利要求1或2所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，其特征在于：所述的固定装置包括固定板，固定板上部和下部分别设置有光幕传感器顶部固定板和尾部固定板，光幕传感器的上下两端分别于固定在顶部固定板和尾部固定板上。
4.根据权利要求3所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，其特征在于：所述的光幕传感器与顶部固定板和尾部固定板转动连接，顶部固定板或尾部固定板上设置有光幕传感器周向角度调整装置。
5.根据权利要求4所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，其特征在于：所述的横向光幕传感器的发射端和接收端分别利用两套固定装置对应固定在输电线路舞动范围的上下两侧；纵向光幕传感器的发射端和接收端分别利用两套固定装置对应固定在输电线路舞动范围的左右两侧。
6.根据权利要求5所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，其特征在于：所述的横向光幕传感器和纵向光幕传感器的数量和为30个。
7.根据权利要求6所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统，其特征在于：所述的横向光幕传感器和纵向光幕传感器由直流电源模块供电。
8.一种利用权利要求1所述的基于光幕传感器的输电线路舞动轨迹标定系统进行标定的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A:利用横向光幕传感器子系统和纵向光幕传感器子系统分别采集输电线路舞动轨迹信号；
B: 信号调理转换系统将多组横向光幕传感器接收端和多组纵向光幕传感器接收端输出的电平信号经调理和转换变为标准电平信号；
C: 隔离保护系统进行电气隔离；
D: 数据采集转换系统对接收到的标准电平信号进行离散采集；
E: 监控分析系统对接收到的信号进行处理，筛选出所有的高电平信号，同时记录每个高电平信号的对应时刻，通过查询各个高电平信号对应的光幕传感器的位置，最终绘制出输电线路的舞动轨迹。
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