CN105222830A - 一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，包括导地线状态量监测单元、装置姿态监测单元、装置姿态调整单元、数据处理单元及锁紧机构；导地线状态量监测单元用于直接测量输电线路导地线状态量参数。由导地线状态量监测单元监测得到的信号送进数据处理单元，对监测数据进行分析处理；由装置姿态监测单元对装置的姿态进行监测，监测信号反馈到装置姿态调整单元，对调整量进行计算后通过舵机和万向轮对姿态进行上下、左右、前后进行调整，调整完成后通过锁紧机构对装置进行锁紧。本申请技术方案克服了原有线上监测单元安装不精确、姿态发生变化导致监测不准确等缺点，提高了线上数据采集的准确性，同时降低安装难度。

Description

一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置

技术领域

本发明涉及输电线路状态监测技术领域，更具体涉及一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置及其采集方法。

背景技术

输电线路在线监测装置由于可以实现输电线路运行状态的实时感知、监视预警、分析诊断和评估预测，已在电网的状态管理、防灾减灾及智能电网的建设中得到了广泛应用。用于输电导地线的状态监测技术有导线温度监测、导线风偏监测、导线舞动监测及微风振动监测等，但线上监测用传感器的设计及安装存在一些问题，导致安装困难，安装精度低，运行稳定性差，进而导致监测数据的准确性差等问题，严重影响导线类的输电线路在线监测装置在工程中的应用效果。

目前常用的导地线状态监测数据采集装置的安装紧固件复杂，存在安装不合理、传感器宜松动，部分监测用的传感器对安装要求很高，安装不合适导致测量结果误差大，运行不稳定；同时，还存在现场安装不方便、容易损坏等问题，如微风振动传感器测量点要求严格，同时传感器需要处于导线的正上方，风偏角度传感器安装位置在长期运行后发生姿态偏移，都将会对测量结果带来很大影响。

发明内容

本发明针对上述现有的导地线状态监测数据采集装置存在安装困难、安装精度不够、姿态无法自动调整等问题，提出本发明申请一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，根据指令在导线上移动和转动，具备姿态自动调整功能，也进行远程遥控,克服了原有线上监测单元安装不精确、姿态发生变化导致监测不准确等缺点，提高了装置的安装精度和测量准确性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，包括壳体、导地线状态量监测单元、设置在所述壳体里的装置姿态监测单元、装置姿态调整单元、数据处理单元、遥控单元、锁紧机构和以所述壳体轴线为中心，设有将所述壳体分为上下两个对称半球的用于放置所述导地线的安装槽；

所述导地线状态量监测单元包括设置在所述壳体外的用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件和设置在所述安装槽的内壁上的用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件；

所述装置姿态监测单元包括设置在所述安装槽的内壁中，正对着的安装槽壁上的用于测量所述导地线状态量参数的传感测量元件的用于测量所述采集装置的姿态传感器测量元件；

所述装置姿态调整单元根据所述装置姿态监测单元反馈来的监测信号调整所述采集装置与所述导地线的相对位置；所述装置姿态调整单元包括设置在所述壳体中心，与所述导地线上下左右相接触的四个万向轮；所述万向轮通过舵机与姿态控制电路相连；所述姿态控制电路控制左右万向轮驱使所述采集装置沿着导地线进行移动；所述姿态控制电路控制上下万向轮使得所述传感器测量元件相对所述导地线无偏移；

所述数据处理单元平行于所述装置监测单元设置在所述安装槽的内壁中，用于对所述导地线状态监测单元的数据及所述姿态监测单元的数据进行处理分析，并与所述遥控单元一起负责与外部输电铁塔进行数据通信；所述姿态控制电路连接数据处理单元；

所述遥控单元平行于所述装置监测单元设置在所述安装槽的内壁中，用于与所述输电铁塔上的数据集中器进行无线通信和遥控；

所述锁紧机构设置在所述安装槽的两侧，用于将两个半球外壳锁紧。

所述用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件包括微风振动传感器、舞动传感器和导线风偏传感器；所述舞动传感器和导线风偏传感器对应的分别设置在任意一个外壳半球的所述安装槽的内壁上；所述微风振动传感器设置在所述壳体外部；当所述锁紧机构对所述外壳进行锁紧时，所述用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件紧贴在被测导地线的表面上进行测量；在所述舞动传感器和所述的装置姿态监测单元之间与所述导线风偏传感器和所述的装置姿态监测单元之间分别设置用于传感器走线的空心圆管。

所述用于测量所述采集装置的姿态传感器测量元件包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘，通过低功耗ARM数据处理器进行数据算法分析，输出所述采集装置的包括偏转角和角速度的参数，通过比较所述采集装置的姿态预设值，输出需要调整的方位、角度和速度到所述所述装置姿态调整单元。

所述装置姿态调整单元还包括可伸缩套筒和支座；所述支座、可伸缩套筒、舵机和任意一个万向轮依次连接；所述支座设置在所述安装槽的内壁中，平行于所述装置监测单元设置；当所述采集装置进行锁紧时，而所述导地线表面不平整，使得所述万向轮和所述导地线接触时可弹性收缩。

所述舵机通过减速齿轮和万向轮连接；所述万向轮采用90度结构瑞典轮；与所述导地线左右相接触的两个万向轮的轮子轴线和安装槽轴线垂直；与所述导地线上下相接触的两个万向轮的轮子轴线和安装槽轴线平行；与所述导地线左右相接触的两个万向轮沿导线轴向滚动，与所述导地线上下相接触的两个万向轮沿导线旋转。

所述数据处理单元包括信号放大滤波电路、A/D转换电路、微处理器及存储模块。

所述遥控单元包括ZigBee模块。

所述锁紧机构包括旋转卡销、内螺纹圆柱孔、电机、锥型齿轮和安装座；设置在同一个半球的外壳的所述安装座、电机、锥型齿轮和旋转卡销依次连接；所述旋转卡销与另一半球的外壳的内螺纹圆柱孔通过彼此相匹配的螺纹进行锁紧；所述安装座设置在所述安装槽的内壁中；所述电机通过所述锥型齿轮带动所述旋转卡销在内置螺纹孔里进行螺旋运动，实现所述采集装置的锁死和解锁。

在所述安装槽内部镶嵌有绝缘耐磨橡胶，用于隔离各个部件。

当所述传感器测量元件相对所述导地线位置左右偏转时，控制上下两个万向轮正转或反转；当所述传感器测量元件相对所述导地线位置前后偏转时，控制左右两个万向轮以相反的转向进行转动。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案直接采用姿态传感器对装置姿态进行监测，具备装置姿态监测准确、测量方式简单易行；

2、本发明技术方案利用舵机和万向轮对装置姿态进行上下、左右、前后进行调整，可根据指令使装置在导线上前后移动和转动，实现装置姿态自动调整功能，克服了装置姿态不能自动调整的不足，消除传感器姿态变化带来的误差影响，最终使导地线状态监测结果更加精确；

3、本发明技术方案采用螺纹旋转锁紧及解锁原理，利用电机带通旋转卡销进行正反旋转，实现了装置的自动锁紧，防止装置在运行时姿态发生偏移；

4、本发明技术方案采用电机旋转原理的自动锁紧机构所需的硬件和装置姿态调整的部分硬件相同，因此一套硬件实现两种相互独立的电机控制，元件利用率高，结构紧凑。

附图说明

图1为本发明实施例采集装置的正面剖视图；

图2为本发明实施例采集装置的的左面剖视图；

图3为本发明实施例采集装置的电路原理框图示意图；

其中，1-舞动传感器，2-导线风偏传感器，3-微风振动传感器，4-装置姿态监测单元，5-万向轮，6-舵机，7-可伸缩套筒，8-支座，9-空心圆管，10-姿态控制电路，11-电机，12-锥型齿轮，13-旋转卡销，14-内螺纹圆柱孔，15-安装座，16-数据处理单元，17-遥控单元。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，如图1和图2所示，装置包括导地线状态量监测单元、装置姿态监测单元4、装置姿态调整单元、数据处理单元16、遥控单元17及锁紧机构。

所述的导地线状态量监测单元包括微风振动传感器3、舞动传感器1(加速度计)、导线风偏传感器2(角度传感器)，其中微风振动传感器3由于测量原理多为悬臂梁式，为准确测量89mm测量点的振动，微风振动传感器3的探头设置在装置的外部，导线舞动传感器1和导线风偏传感器2设置在装置的内部的传感器安装槽内壁，当装置锁紧时，传感器可以紧贴在被测导地线的表面上。

所述的装置姿态监测单元4由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘组成，通过低功耗ARM数据处理器进行数据算法分析，输出装置主体的偏转角和角速度等参数，通过比较装置姿态预设值，输出需要调整的方位、角度和速度。

所述的装置姿态调整单元由万向轮5、舵机6、可伸缩套筒7、支座8、姿态控制电路10组成，姿态控制数据来自数据处理单元16和遥控单元17，采用的万向轮5为90度结构瑞典轮，其中两个轮子对称分部在装置中心左右两侧，轮子的轴线和安装槽轴线垂直；另外两个轮子对称分部在装置中心上下两侧，轮子的轴线和安装槽轴线平行；左右分布的轮子负责沿导线轴向滚动，上下分布的轮子负责沿导线旋转。舵机6安装在固定支座上，舵机6通过减速齿轮和万向轮5连接，姿态控制电路10分别连接数据处理单元16和舵机6，装置姿态调整模块内置有弹簧结构，当导线表面不平整以及装置锁紧时，实现万向轮5和导线接触时可弹性收缩。

所述的数据处理单元16包括信号放大滤波电路、A/D转换电路、微处理器及存储模块，用于对导地线状态监测数据及姿态监测数据进行处理分析，并和遥控单元17一起负责与外部进行数据通信。

图3是本发明所述的装置电路原理框图，导地线状态量监测单元输出的数据通过放大滤波、A/D转换后送入数据处理单元，数据处理后通过无线通信模块发送到塔上数据集中器上。装置姿态监测单元4输出的偏转角和角速度等数据送入到数据处理单元16进行分析处理，然后输出需要调整的数据到姿态控制电路10中，通过PID控制对装置姿态进行自动调整；通过ZigBee模接收遥控指令，通过处理器送至姿态控制电路10；姿态调整完成后通过数据处理单元16和姿态控制单元对自动锁紧机构中的电机11进行控制，实现自动锁紧，当姿态需要再次调整时，需先通过控制指令进行自动解锁再进行调整。

所述的锁紧机构包括旋转卡销13、内螺纹圆柱孔14、电机11，锁紧机构安装在装置的两端。旋转卡销13和内螺纹圆柱孔14安装在安装槽的两端，其螺纹相互匹配，当旋转卡销13正转时，安装槽进行锁紧，反转时安装槽进行解锁，安装槽中心圆槽用于固定导地线，圆槽内部附置有绝缘耐磨橡胶。

由于测量设备和解调设备都为电气测量，在输电线路的强电磁场区域内极易受到电磁干扰的影响；将多个光纤振动传感器分别安装在不同的微风振动监测区域内，使用OPGW将这些光纤振动传感器连接到变电站内的一套光纤光栅解调系统，这样就可以实时监测多个光纤光栅振动传感器的振动状况，分别计算出不同监测区域的微风情况，分布式测量大大降低了系统成本。

本发明的上述实施例的光纤光栅监测系统适合于各种气候测量，抗电磁干扰，利于长期监测；在动态测量中，该系统测量精度高、速度快、频率响应好、长期性能稳定；测量得到的应变通过波长编码实现，光纤光栅振动测量系统不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响；测量灵敏度好、分辨率高；采用分布式测量技术，可以使用一套解调系统对多个微风振动区域进行同时监测，大大降低了系统成本；光纤光栅解调系统由变电站电源系统功能，电源安全稳定。

利用姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置对导线微风振动状态数据进行采集。装置安装前在存储器里预先设置了采集装置的姿态初始数据。先把采集装置安装在导线上，此时装置处于未锁紧状态，安装人员利用遥控器遥控装置，启动装置的左右两个的万向轮5，两个万向轮5朝同一个方向以相同速度转动，驱使装置沿着导线进行移动，当移动到指定被测点位时，安装人员启动姿态调整模式，采集装置对当前姿态数据和预置姿态数据进行对比，控制装置进行姿态调整，当装置传感器安装位置左右偏转时，启动装置上下的两个万向轮5正转或反转，当装置传感器安装位置前后偏转时，启动装置左右的两个万向轮5以相反的转向进行转动。姿态调整完成后，启动锁紧机构，完成装置锁紧，当运行过程中监测到采集装置的姿态偏移到调整值时，先启动锁紧机构，再进行姿态调整。

本发明采用姿态传感器对装置姿态进行监测，采用PID控制舵机6和万向轮5实现状态姿态自动调整，具有操作便捷、调整精度高等优势，可显著提高装置监测准确性。

本发明采用电机11带动旋转卡销13在内置螺纹孔里进行螺旋运动，实现装置的锁死和解锁，具有原理简单，智能化操作等优点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：包括壳体、导地线状态量监测单元、设置在所述壳体里的装置姿态监测单元、装置姿态调整单元、数据处理单元、遥控单元、锁紧机构和以所述壳体轴线为中心，设有将所述壳体分为上下两个对称半球的用于放置所述导地线的安装槽；

所述导地线状态量监测单元包括设置在所述壳体外的用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件和设置在所述安装槽的内壁上的用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件；

所述装置姿态监测单元包括设置在所述安装槽的内壁中，正对着的安装槽壁上的用于测量所述导地线状态量参数的传感测量元件的用于测量所述采集装置的姿态传感器测量元件；

所述装置姿态调整单元根据所述装置姿态监测单元反馈来的监测信号调整所述采集装置与所述导地线的相对位置；所述装置姿态调整单元包括设置在所述壳体中心，与所述导地线上下左右相接触的四个万向轮；所述万向轮通过舵机与姿态控制电路相连；所述姿态控制电路控制左右万向轮驱使所述采集装置沿着导地线进行移动；所述姿态控制电路控制上下万向轮使得所述传感器测量元件相对所述导地线无偏移；

所述数据处理单元设置在所述安装槽的内壁中，平行于所述装置监测单元，用于对所述导地线状态监测单元的数据及所述姿态监测单元的数据进行处理分析，并与所述遥控单元一起负责与外部输电铁塔进行数据通信；所述姿态控制电路连接数据处理单元；

所述遥控单元设置在所述安装槽的内壁中，平行于所述装置监测单元，用于与所述输电铁塔上的数据集中器进行无线通信和遥控；

所述锁紧机构设置在所述安装槽的两侧，用于将两个半球外壳锁紧。

2.如权利要求1所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：所述用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件包括微风振动传感器、舞动传感器和导线风偏传感器；所述舞动传感器和导线风偏传感器对应的分别设置在任意一个外壳半球的所述安装槽的内壁上；所述微风振动传感器设置在所述壳体外部；当所述锁紧机构对所述外壳进行锁紧时，所述用于测量所述导地线状态量参数的传感器测量元件紧贴在被测导地线的表面上进行测量；在所述舞动传感器和所述的装置姿态监测单元之间与所述导线风偏传感器和所述的装置姿态监测单元之间分别设置用于传感器走线的空心圆管。

3.如权利要求1或2所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：所述用于测量所述采集装置的姿态传感器测量元件包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘，通过低功耗ARM数据处理器进行数据算法分析，输出所述采集装置的包括偏转角和角速度的参数，通过比较所述采集装置的姿态预设值，输出需要调整的方位、角度和速度到所述所述装置姿态调整单元。

4.如权利要求1所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：所述装置姿态调整单元还包括可伸缩套筒和支座；所述支座、可伸缩套筒、舵机和任意一个万向轮依次连接；所述支座设置在所述安装槽的内壁中，平行于所述装置监测单元设置；当所述采集装置进行锁紧时，而所述导地线表面不平整，使得所述万向轮和所述导地线接触时可弹性收缩。

5.如权利要求4所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：所述舵机通过减速齿轮和万向轮连接；所述万向轮采用90度结构瑞典轮；与所述导地线左右相接触的两个万向轮的轮子轴线和安装槽轴线垂直；与所述导地线上下相接触的两个万向轮的轮子轴线和安装槽轴线平行；与所述导地线左右相接触的两个万向轮沿导线轴向滚动，与所述导地线上下相接触的两个万向轮沿导线旋转。

6.如权利要求1或2所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：所述数据处理单元包括信号放大滤波电路、A/D转换电路、微处理器及存储模块。

7.如权利要求1或2所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：所述遥控单元包括ZigBee模块。

8.如权利要求1所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：所述锁紧机构包括旋转卡销、内螺纹圆柱孔、电机、锥型齿轮和安装座；设置在同一个半球的外壳的所述安装座、电机、锥型齿轮和旋转卡销依次连接；所述旋转卡销与另一半球的外壳的内螺纹圆柱孔通过彼此相匹配的螺纹进行锁紧；所述安装座设置在所述安装槽的内壁中；所述电机通过所述锥型齿轮带动所述旋转卡销在内置螺纹孔里进行螺旋运动，实现所述采集装置的锁死和解锁。

9.如权利要求1所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：在所述安装槽内部镶嵌有绝缘耐磨橡胶，用于隔离各个部件。

10.如权利要求5所述的一种姿态可自动调整的导地线状态监测数据采集装置，其特征在于：当所述传感器测量元件相对所述导地线位置左右偏转时，控制上下两个万向轮正转或反转；当所述传感器测量元件相对所述导地线位置前后偏转时，控制左右两个万向轮以相反的转向进行转动。