CN106052851B - 高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其中，该装置包括：低温箱；底座，设置于所述低温箱内；第一固定端，固定于所述底座上；椭圆柱形振子，固定于所述第一固定端上，用于旋转以带动微风振动传感器的振动梁上下振动；电机，固定于所述底座上，用于带动所述椭圆柱形振子旋转；PWM控制器，与所述电机连接，用于控制所述电机的转速；积分器，与所述低温箱连接，用于获取所述椭圆柱形振子的形变量；除法器，与所述微风振动传感器和所述积分器连接，用于获取所述微风振动传感器的低温准确度。本发明能够实现严酷低温环境下微风振动传感器的幅值和频率的准确性检验。
Description
技术领域
本发明涉及高压输电线路微风振动领域，尤其涉及低温环境下微风振动监测装置准确度的试验装置，具体来说就是一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置。
背景技术
高压输电线路在风载作用下的振动，根据振幅和频率的不同，大致可分为：高频微幅的微风振动、中频中幅的尾流驰振和低频大幅的舞动。以上三种振动都会给高压输电线路造成危害，其中以高频微幅的微风振动发生得最为频繁。高频微幅的微风振动具有高频性和持续性的特点，主要由卡门涡街引起，对于多分裂导线的微风振动，则同时涉及卡门涡街与尾流效应。
输电线路导地线的微风振动是导致其疲劳损伤的主要原因，持续的微风振动会导致导地线断股、金具损坏和防振器滑落等安全事故，尤其对于大跨越架空输电线路，由于档距大、挂点高、张力高、导线截面大、水面平坦开阔等特点，风载荷输入导线的动能大，振动更为严重。另外，大跨越在输电线路中具有“咽喉”的重要地位，属于架空线路中抗风振的薄弱环节，具有易于风振、难以防振的特点，一直是微风振动防治的重点。
微风振动监测装置在输电线路微风振动监测领域中有着广泛应用。由于我国幅员辽阔，地貌特征千差万别，属于复杂多变的大陆性气候，大部分输电网需要穿过高原、山地、盆地等气候复杂恶劣的区域，因此，在冰雪、冻雨等极寒的气象条件下，微风振动监测装置的低温运行成为不可避免的问题。
微风振动传感器的准确度是微风振动监测装置可靠性的基本技术要求，然而，由于严酷低温环境下(-40～-55℃)，常用的激振器和标准检验仪器都无法正常工作，针对以上问题，根据奥卡姆剃刀准则(Occam's Razor,Ockham's Razor)，本领域技术人员亟需研发一种输电线路微风振动传感器低温准确度试验装置，以实现严酷低温环境下(-40～-55℃)微风振动传感器幅值和频率的准确度检验。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，解决了现有技术中无法在低温环境下准确测量微风振动传感器幅值和频率的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的具体实施方式提供一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，包括：低温箱；底座，设置于所述低温箱内；第一固定端，固定于所述底座上；椭圆柱形振子，固定于所述第一固定端上，用于旋转以带动微风振动传感器的振动梁上下振动；电机，固定于所述底座上，用于带动所述椭圆柱形振子旋转；PWM控制器，与所述电机连接，用于控制所述电机的转速；积分器，与所述低温箱连接，用于获取所述椭圆柱形振子的形变量；除法器，与所述微风振动传感器和所述积分器连接，用于获取所述微风振动传感器的低温准确度。
根据本发明的上述具体实施方式可知，高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置至少具有以下有益效果：通过采用相同结构和材料的固定端以及相同材料共轴心的椭圆柱形振子和圆柱形支撑杆，有效保证低温环境下微风振动侧和椭圆柱形振子侧具有相同的垂直方向变形量；所采用的椭圆柱形振子易于更换，椭圆柱形振子截面的长半轴b满足a≤b≤3a，其中，a为椭圆柱形振子截面的短半轴，本发明可提供符合微风振动参数条件的振源，以此结构进行低温试验，只需计算试验温度条件下，椭圆柱形振子横截面长半轴b的变形量，即可得到振源的准确最大幅值，振动频率则可根据电机转速准确得到，本发明是严酷低温条件下(-40℃～-55℃)输电线路微风振动传感器准确度试验的有效理想方式，能够实现严酷低温环境下微风振动传感器的幅值和频率的准确性检验。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
图1为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的立体示意图；
图2为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的又一立体示意图；
图3为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的主视图；
图4为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的内部结构的俯视图；
图5为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的内部结构的右视图；
图6为本发明具体实施方式提供的准确度试验装置的试验流程图；
图7为本发明具体实施方式提供的使用准确度试验装置测试微风振动传感器时的幅值A’曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。
本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
本发明可以利用准确度试验装置平台实现，该准确度试验装置平台由微风振动传感器、二个固定端、圆柱形支撑杆、椭圆柱形振子、联轴器、电机、PWM控制模块和底座组成。二个固定端为结构相同、各向同性金属材料，用于刚性固定微风振动传感器和约束联轴器轴，并保证低温环境下二个固定端具有相同的变形量；圆柱形支撑杆用于安装微风振动传感器，联轴器用于连接椭圆柱形振子和电机轴。其中，圆柱形支撑杆和椭圆柱形振子共轴心，且均为各向同性的金属材料，圆柱形支撑杆横截面圆半径r与椭圆柱形振子横截面椭圆短半轴a相同，以保证低温环境下该方向上具有相同的变形量；电机由PWM模块控制，以输出试验要求的不同转速；底座为金属材料，二个固定端、低温箱(控制试验温度)和PWM控制模块均刚性安装于底座上。
图1为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的立体示意图，图2为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的又一立体示意图，图3为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的主视图，图4为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的内部结构的俯视图，图5为本发明具体实施方式提供的一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置的内部结构的右视图，如图1-图5所示，通过采用相同结构和材料的固定端以及相同材料共轴心的椭圆柱形振子和圆柱形支撑杆，有效保证低温环境下微风振动侧和椭圆柱形振子侧具有相同的垂直方向变形量；椭圆柱形振子可以更换，椭圆柱形振子截面的长半轴b和短半轴a之间满足a≤b≤3a，因此可提供符合微风振动参数条件的振源，以此结构进行低温试验，只需计算试验温度条件下，椭圆柱形振子横截面长半轴b的变形量，即可得到振源的准确最大幅值，振动频率则可根据电机转速准确得到。
该附图所示的具体实施方式中，该准确度试验装置包括低温箱R、底座1、第一固定端2、椭圆柱形振子3、电机4、PWM控制器5、积分器6、除法器7、第二固定端8、柱形支撑杆9、联轴器10、存储器11和比较器12，其中，底座1设置于所述低温箱R内；第一固定端2固定于所述底座1上；椭圆柱形振子3固定于所述第一固定端2上，椭圆柱形振子3用于旋转以带动微风振动传感器S的振动梁P上下振动；电机4固定于所述底座1上，电机4用于带动所述椭圆柱形振子3旋转；PWM控制器5与所述电机4连接，PWM控制器5用于控制所述电机4的转速；积分器6与所述低温箱R连接，积分器6用于获取所述椭圆柱形振子3的形变量；除法器7与所述微风振动传感器S和所述积分器6连接，除法器7用于获取所述微风振动传感器S的低温准确度；第二固定端8固定于所述底座1上；柱形支撑杆9固定于所述第二固定端8上，柱形支撑杆9用于承载微风振动传感器S；联轴器10设置于所述椭圆柱形振子3和所述电机4之间，联轴器10用于将所述电机4的旋转传送给所述椭圆柱形振子3；存储器11用于存储所述微风振动传感器S的标准低温准确度；比较器12与所述除法器7和所述存储器11连接，比较器12用于根据所述低温准确度和所述标准低温准确度检验所述微风振动传感器S的准确性。例如，除法器7输出的低温准确度大于标准低温准确度时，说明微风振动传感器S的准确性良好，满足工业标准应用，具体来说，低温准确度包括振幅准确度M和频率准确度N，那么，在某一规定低温条件下，椭圆柱形振子的长半轴b和短半轴a的关系确定，并且电机4转速确定时，标准振幅准确度可以为90％，标准频率准确度也可以为90％；如果振幅准确度M大于标准振幅准确度，并且频率准确度N大于标准频率准确度，说明微风振动传感器S满足工业应用要求，本发明不以此为限。
参见图1-图5，本发明通过采用相同结构和材料的两个固定端，以及相同材料共轴心的椭圆柱形振子和圆柱形支撑杆，可以有效保证低温环境下微风振动侧(圆柱形支撑杆及其固定端)和椭圆柱形振子侧(椭圆柱形振子及其固定端)具有相同的垂直方向变形量；所采用的椭圆柱形振子易于更换，椭圆柱形振子截面的长半轴b满足a≤b≤3a，其中，a为椭圆柱形振子截面的短半轴，本申请中椭圆柱形振子的结构可提供符合微风振动参数条件的振源，以此结构进行低温试验，只需计算试验温度条件下，椭圆柱形振子横截面长半轴b的变形量，即可得到振源的准确最大幅值，振动频率则可根据电机转速准确得到，本发明是严酷低温条件下(-40℃～-55℃)输电线路微风振动传感器S准确度试验的有效理想方式，能够实现严酷低温环境下微风振动传感器S的幅值和频率的准确性检验。具体来说，可以将底座1、第一固定端2、椭圆柱形振子3、第二固定端8、柱形支撑杆9、联轴器10置于低温箱R中，低温箱R可以根据试验要求，让其内部温度降到预定温度(-40℃～-55℃)，从而可以试验不同低温环境下微风振动传感器S的幅值准确性和频率准确性，满足用户的试验需求。
本发明的具体实施方式中，利用螺钉D将柱形支撑杆9固定在第二固定端8上(如图2、图5所示)，方便柱形支撑杆5的拆卸，满足用户的试验需求，提高用于体验度。
本发明的又一具体实施方式中，所述椭圆柱形振子3与所述柱形支撑杆9同轴设置，所述椭圆柱形振子3截面的短半轴a与所述柱形支撑杆9截面的半径r相等，且椭圆柱形振子3和柱形支撑杆9为同种金属材料，这样只需计算试验温度下，椭圆柱形振子3横截面长半轴b的变形量，即可得到振源的准确最大幅值，不用考虑椭圆柱形振子3横截面短半轴a的变形量，因为椭圆柱形振子3横截面短半轴a的变形量与柱形支撑杆9截面的半径r的变形量相同；所述第一固定端2和所述第二固定端8之间的间距为130毫米～160毫米；所述第一固定端2和所述第二固定端8的结构及材质完全相同，并且所述第一固定端2和所述第二固定端8平行设置，可以保证严酷低温环境下检验微风振动传感器S的幅值和频率时，不会受到由于第一固定端2和/或第二固定端8形变的影响，提高检验精度；所述椭圆柱形振子3和所述柱形支撑杆9为同种金属材料，例如，所述椭圆柱形振子3和所述柱形支撑杆9均为铝制品；所述椭圆柱形振子3截面的长半轴b与短半轴a之间的关系为a≤b≤3a，如此设置可以提供符合微风振动参数条件的振源。
本发明的又一具体实施方式中，积分器6获取所述椭圆柱形振子3的形变量，椭圆柱形振子3的形变量δ的具体计算公式为：
其中，T0为椭圆柱形振子的初始温度；b为椭圆柱形振子截面的长半轴的初始尺寸；bT为椭圆柱形振子的温度降为T时长半轴的尺寸；α(T)为与椭圆柱形振子的材料定压比热有关的线膨胀系数。
另外，除法器7获取所述微风振动传感器S的低温准确度，低温准确度包括振幅准确度M和频率准确度N，其中，振幅准确度M和频率准确度N的具体计算公式为：
M＝A’/A＝A’/(b-a-δ)
N＝f’/f＝f’/(n/60)
其中，A’为在预设低温下微风振动传感器感应的幅值；A为振源最大幅值；b为椭圆柱形振子截面的长半轴；a为椭圆柱形振子截面的短半轴；δ为在预设低温下椭圆柱形振子长半轴方向的变形；f’为在预设低温下微风振动传感器感应的频率；f为电动转速对应的频率；n为电机转速，n＝f×60。
图6为本发明具体实施方式提供的准确度试验装置的试验流程图，如图6所示，具体试验流程如下：
步骤101：保证椭圆柱形振子的长半轴b与短半轴a的关系为b＝1.5a，使椭圆柱形振子的短半轴a处于垂直位置，定为微风振动传感器S的基准点，并对准确度试验装置(即微风振动监测装置)进行调零。
步骤102：常温下将准确度试验装置置于低温箱中，降温至-40℃，保持3小时，待准确度试验装置整体温度均匀，观察是否有数据漂移，进行调零。
步骤103：利用PWM(脉冲宽度调制)控制器控制电机，分别将电机转速升至180r/min，待转速稳定后，记录准确度试验装置的幅值和频率输出值，关停电机，恢复至常温。
步骤104：重复步骤101、步骤102，分别将电机转速升至600r/min，1200r/min，1800r/min和3000r/min，重复步骤103。
步骤105：将环境温度降为-50℃，保持3小时，待准确度试验装置整体温度均匀，观察是否有数据漂移，调零，并重复步骤103、步骤104。
步骤106：将环境温度将为-55℃，保持3小时，待准确度试验装置整体温度均匀，观察是否有数据漂移，调零，并重复步骤103、步骤104。
步骤107：使准确度试验装置恢复到环境温度，更换椭圆柱形振子，使椭圆柱形振子的长半轴b和短半轴a满足b＝2a，重复步骤101到步骤106。
步骤108：通过热力学专业分析软件计算得到b＝1.5a和b＝2a的椭圆柱形振子在-40℃、-50℃和-55℃下的变形，得到椭圆柱形振子的长半轴方向的变形δ，计算得到振源最大幅值A＝b-a-δ和电机转速对应的频率。
其中，材料的低温变形公式为：
其中，T0为材料的初始温度；L0为材料的初始尺寸；LT为材料温度降为T时的尺寸；α(T)为与材料定压比热有关的线膨胀系数。
步骤109：将各温度下微风振动传感器S记录的振幅A′与该温度下椭圆柱形振子的最大振幅A相比，得到各温度下的振幅准确度M，比值越接近1，振幅准确度M越高，具体来说，M＝A’/A＝A’/(b-a-δ)。
步骤110：将各温度下微风振动传感器S记录的频率数据f′与各个电机转速对应的频率f相比，得到各温度下的频率准确度N，比值越接近1，频率准确度N越高，具体来说，N＝f’/f＝f’/(n/60)。
表1为椭圆柱形振子的长半轴b和短半轴a满足b＝1.5a，b＝45mm时准确度试验结果，表1中转速分别取120转/分、180转/分、1200转/分、1600转/分、3000转/分(对应频率f分别为2、3、20、26.7、50)，温度分别取-40℃、-50℃、-55℃的情况下，振幅准确度M的试验结果，通过表1可以看出，温度越低、转速越快，振幅准确度M越远离1，即振幅准确度M越差。
表1
图7为本发明具体实施方式提供的使用准确度试验装置测试微风振动传感器时的幅值A’曲线图，图7为微风振动传感器输出幅值A’随时间变化曲线图，通过图7可以看出微风振动传感器输出幅值A’的曲线图为单侧正弦波，能够实现严酷低温环境下微风振动传感器的幅值的准确性检验。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (11)
1.一种高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，该准确度试验装置包括：
低温箱(R)；
底座(1)，设置于所述低温箱(R)内；
第一固定端(2)，固定于所述底座(1)上；
椭圆柱形振子(3)，固定于所述第一固定端(2)上，用于旋转以带动微风振动传感器(S)的振动梁(P)上下振动；
电机(4)，固定于所述底座(1)上，用于带动所述椭圆柱形振子(3)旋转；
PWM控制器(5)，与所述电机(4)连接，用于控制所述电机(4)的转速；
积分器(6)，与所述低温箱(R)连接，用于获取所述椭圆柱形振子(3)的形变量；
所述椭圆柱形振子(3)的形变量δ的具体计算公式为：
其中，T0为椭圆柱形振子的初始温度；b为椭圆柱形振子截面的长半轴的初始尺寸；bT为椭圆柱形振子的温度降为T时长半轴的尺寸；α(T)为与椭圆柱形振子的材料定压比热有关的线膨胀系数；
除法器(7)，与所述微风振动传感器(S)和所述积分器(6)连接，用于获取所述微风振动传感器(S)的低温准确度。
2.如权利要求1所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，该准确度试验装置还包括：
第二固定端(8)，固定于所述底座(1)上；以及
柱形支撑杆(9)，固定于所述第二固定端(8)上，用于承载微风振动传感器(S)。
3.如权利要求2所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，所述椭圆柱形振子(3)与所述柱形支撑杆(9)同轴设置。
4.如权利要求2所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，所述椭圆柱形振子(3)截面的短半轴与所述柱形支撑杆(9)截面的半径相等。
5.如权利要求2所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，所述第一固定端(2)和所述第二固定端(8)之间的间距为130毫米～160毫米。
6.如权利要求2所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，所述第一固定端(2)和所述第二固定端(8)完全相同。
7.如权利要求2所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，所述椭圆柱形振子(3)和所述柱形支撑杆(9)为同种金属材料。
8.如权利要求1所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，该准确度试验装置还包括：
联轴器(10)，设置于所述椭圆柱形振子(3)和所述电机(4)之间，用于将所述电机(4)的旋转传送给所述椭圆柱形振子(3)。
9.如权利要求1所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，该准确度试验装置还包括：
存储器(11)，用于存储所述微风振动传感器(S)的标准低温准确度；以及
比较器(12)，与所述除法器(7)和所述存储器(11)连接，用于根据所述低温准确度和所述标准低温准确度检验所述微风振动传感器(S)的准确性。
10.如权利要求1所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，所述椭圆柱形振子(3)截面的长半轴b与短半轴a之间的关系为a≤b≤3a。
11.如权利要求1所述的高压输电线路微风振动传感器的准确度试验装置，其特征在于，所述低温准确度包括振幅准确度M和频率准确度N，其中，所述振幅准确度M和所述频率准确度N的具体计算公式为：
M＝A’/A＝A’/(b-a-δ)
N＝f’/f＝f’/(n/60)
其中，A’为在预设低温下微风振动传感器感应的幅值；A为振源最大幅值；b为椭圆柱形振子截面的长半轴的初始尺寸；a为椭圆柱形振子截面的短半轴的初始尺寸；δ为椭圆柱形振子的形变量；f’为在预设低温下微风振动传感器感应的频率；f为电动转速对应的频率；n为电机转速，n＝f×60。
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