CN107367345B - 一种检测输电线路应力状态的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测输电线路应力状态的系统，涉及输电线路领域，用于检测输电线路的应力状态，系统包括：采集设备，靶点，通信设备，供电设备和服务器，本系统通过采集设备采集的采集图像和采集温度确定输电线路的长度变化从而确定其应力状态，解决了现有技术中监测应力状态需要引出导线的技术问题。

Description

一种检测输电线路应力状态的系统

技术领域

本发明涉及输电线路领域，更具体地，涉及一种检测输电线路应力状态的系统。

背景技术

输电线路在使用过程中，由于自身重力的作用、空气流动造成的影响以及其他震动将造成输电线路承受应力，从而产生应变，在长期承受应力的状况下，输电线路将逐渐产生蠕变、导致输电线路横截面减小、结构强度减小，结构变形达到临界值时，输电线路会产生断裂，造成经济损失，此外，输电线路一般都安装在人们不易接触的高空，其中高压输电线路往往安装在人迹罕至的郊区，这些输电线路的应力和应变状态往往难以观察，很多情况下，当人们注意到输电线路的变化时，输电线路的结构强度已经大幅降低，难以采取补救措施，因此有必要对输电线路的应力状态进行检测，防患于未然。

现有技术中，人们对输电线路的应力状态进行检测的方式，是通过在输电线路中上粘贴应变片并检测其长度变化，从而获取其应变再计算出应力状态，采用这种方法能够得到较为精确的数值，但是，安装应变片对于操作者的技术水平要求需要较高，而且为了检测应变片的长度变化，需要从应变片引出导线，通过测量应变片的阻值确定其长度变化，由于使用过程中需要引出导线，距离测量物体越远，导线就越长，而越长的导线越容易断裂，所以限制了其使用距离，在实际环境中，输电线路在两个输电基座之间的长度往往在十米以上，在偏远郊区，甚至达到百米以上，在这种情况下，并不适宜采用应变片进行检测。

因此，提供一种无需引出导线就能对输电线路的应力状态进行检测的系统，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种检测输电线路应力状态的系统，解决了现有技术中监测应力状态需要引出导线的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述系统检测第一输电基座与第二输电基座之间的输电线路的应力状态，所述系统包括：

采集设备，固定在所述第一输电基座上，包括：第一处理器、数字摄像机和温度传感器；

靶点，位于所述数字摄像机的摄像范围内，包括：第一靶点、第二靶点、第三靶点、第四靶点和第五靶点，其中：

所述第一靶点和所述第二靶点间隔标定距离固定在所述第一输电基座或所述第二输电基座上；

沿着所述第一输电基座到所述第二输电基座的方向上，所述第三靶点、所述第四靶点和所述第五靶点依次间隔分布在所述输电线路上，所述第四靶点位于所述输电线路的中点；

通信设备，与所述采集设备相连接，固定在所述第一输电基座上；

供电设备，与所述通信设备和所述采集设备相连接，固定在所述第一输电基座上，包括：第二处理器、太阳能板和电池，其中：

所述电池内嵌有电池管理系统；

服务器，通过无线网络与所述通信设备相连接，用于根据所述采集设备采集的采集图像和采集温度确定所述输电线路的应力状态。

可选的，所述通信设备，与所述采集设备和所述供电设备之间，通过串行数据线和供电线相连接。

可选的，所述系统还包括：固定于所述第二输电基座上的标尺，所述第一靶点和所述第二靶点分别位于所述标尺的两端，所述标尺的材料是陶瓷。

可选的，所述第三靶点与所述第四靶点之间的距离、以及所述第四靶点和所述第五靶点之间的距离，不小于1m。

可选的，所述供电设备包括：透明保护壳和设置于所述透明保护壳内的供电设备本体，所述透明保护壳具有开口，所述开口朝向地面。

可选的，所述靶点为红色、黄色或绿色。

可选的，所述服务器在确定应力状态时，具体采用以下步骤：

获取所述采集图像和所述采集温度；

依据所述采集温度和初始温度，对所述标定距离进行修正得到修正距离，其中，所述初始温度为固定所述第一靶点和所述第二靶点时的温度；

根据所述修正距离，获取所述采集图像中所述第三靶点与所述第四靶点之间的第一采集距离，获取所述采集图像中所述第四靶点与所述第五靶点之间的第二采集距离；

根据第一距离、第二距离、所述第一采集距离和所述第二采集距离确定所述输电线路的应变，其中，所述第一距离为在所述初始温度时所述第三靶点与所述第四靶点之间的距离，所述第二距离为在所述初始温度时所述第四靶点与所述第五靶点之间的距离；

根据所述应变、所述输电线路的杨氏模量确定所述输电线路的应力状态。

可选的，依据所述采集温度和所述初始温度，对所述标定距离进行修正得到所述修正距离具体包括：

用所述采集温度减去所述初始温度得到温度差；

用所述温度差乘以基座材质的线性热膨胀系数得到变化长度，其中：所述基座材质是制备所述第一输电基座和所述第二输电基座的材料；用所述标定距离加上所述变化长度得到所述修正距离。

可选的，所述输电线路的应变包括：第一应变和第二应变；

根据所述第一距离、所述第二距离、所述第一采集距离和所述第二采集距离确定所述输电线路的应变，具体包括：

用所述采集温度和所述初始温度，对所述第一距离和所述第二距离分别进行修正得到第一修正距离和第二修正距离；用所述第一采集距离减去所述第一修正距离的差值除以所述第一修正距离得到所述第一应变；

用所述第二采集距离减去所述第二修正距离的差值除以所述第二修正距离得到所述第二应变。

与现有技术相比，本发明的一种检测输电线路应力状态的系统，实现了如下的有益效果：

1)本发明提供的系统采用固定靶点的方式确定被检测点，无需从被检测点引出导线，可以检测较长输电线路的应力状态；

2)本发明提供的系统对使用人员技能和经验要求低，安装和使用方便快捷；

3)本发明提供的系统采用拍照的方式进行应力检测，在保证安全性的条件下降低了检测成本。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的组成图；

图2为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的采集设备的组成图；

图3为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的靶点的组成图；

图4为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的供电设备的组成图；

图5为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的布局图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

图1为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的组成图，图2为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的采集设备的组成图，图3为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的靶点的组成图，图4为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的供电设备的组成图，图5为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的布局图。

一种检测输电线路应力状态的系统10，如图1所示，包括：采集设备11、靶点12、通信设备13、供电设备14和服务器15，集设备11、通信设备13和供电设备14彼此之间互相连接，通信设备13通过无线网络与服务15相连接；靶点12不与任何设备相连接。

采集设备11，如图2所示，包括：数字摄像机111、第一处理器112和温度传感器113；靶点12，如图3所示，包括：第一靶点121、第二靶点122、第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125；如图4所示，供电设备14，包括：第二处理器141、太阳能板142和电池143，其中第二处理器141、太阳能板142和电池143彼此两两之间相互连接，电池143中内嵌有电池管理系统。

如图5所示，系统10用于检测第一输电基座20与第二输电基座30之间的输电线路40的应力状态，采集设备11、通信设备13和供电设备14固定在第一输电基座20上，第一靶点121和第二靶点122间隔标定距离固定在第一输电基座20上，第一靶点121和第二靶点122也可以间隔标定距离固定在第二输电基座30上，沿着第一输电基座20到第二输电基座30的方向上，第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125依次间隔分布在输电线路40上，第四靶点124位于输电线路40的中点；服务器15可位于任意位置，通过无线网络与通信设备13相连接。

靶点12的所有组成部分都位于数字摄像机拍摄111的摄像范围内，数字摄像机111按照设定的程序，采用连续录像或者间歇时拍照的方式获取采集图像，同时温度传感器113获取拍摄照片时的采集温度，第一处理器112将采集图像和采集温度发送给通信设备13，通信设备13再将其发送给服务器15，服务器15根据采集设备11获取的采集图像和采集温度确定输电线路40的应力状态。

进一步的，在一些可选的实施例中，服务器15在确定应力状态时，具体采用以下步骤：

获取采集图像和采集温度；

依据采集温度和初始温度，对标定距离进行修正得到修正距离，其中，初始温度为固定第一靶点121和第二靶点122时的温度；

根据修正距离，获取采集图像中第三靶点123与第四靶点124之间的第一采集距离，获取采集图像中第四靶点124与第五靶点125之间的第二采集距离；

根据第一距离、第二距离、第一采集距离和第二采集距离确定输电线路的应变，其中，第一距离为在初始温度时第三靶点123与第四靶点124之间的距离，第二距离为在初始温度时第四靶点124与第五靶点125之间的距离；

根据应变、输电线路40的杨氏模量确定输电线路的应力状态。

具体的，标定距离是作为确定采集图像中第一采集距离和第二采集距离的依据，然而，由于温度的变化会导致物体热胀冷缩，相应的，将导致第一靶点121和第二靶点122之间距离的变化，所以需要对标定距离进行修正，得到第一靶点121和第二靶点122之间的实际距离，即修正距离，再依据修正距离，确定第一采集距离和第二采集距离，然后可计算出第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125之间输电线路40的长度变化，再确定第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125之间的应变，最后用杨氏模量乘以应变的到应力，从而确定输电线路的应力状态，在获取采集图像的时候，应当改变数字摄像机111的拍摄角度，保证从多个角度拍摄各个靶点，从不同角度获取采集图像可以提高计算的精度。

进一步的，在一些可选的实施例中，依据采集温度和初始温度，对标定距离进行修正得到修正距离具体包括：

用采集温度减去初始温度得到温度差；

用温度差乘以基座材质的线性热膨胀系数得到变化长度，其中：基座材质是制备第一输电基座20和第二输电基座30的材料；

用标定距离加上变化长度得到修正距离。

具体的，第一输电基座20和第二输电基座30可以由多种材料组成，但第一靶点121和第二靶点122必须固定在同一种材料上，且该材料连接第一靶点121和第二靶点122，用该材料的线性热膨胀系数作为基座材质的线性热膨胀系数。

进一步的，在一些可选的实施例中，输电线路40的应变包括：第一应变和第二应变；

根据第一距离、第二距离、第一采集距离和第二采集距离确定输电线路的应变，具体包括：

用采集温度和初始温度，对第一距离和第二距离分别进行修正得到第一修正距离和第二修正距离；用第一采集距离减去第一修正距离的差值除以第一修正距离得到第一应变；

用第二采集距离减去第二修正距离的差值除以第二修正距离得到第二应变。

具体的，输电线路的应变包括第一应变和第二应变，事实上，使用本发明可以检测输电线路40上任意一段子线路上的应变和应力，只需要在待检测的子线路两端各固定一个靶点，并确定该子线路在安装时的长度，其他步骤与确定第三靶点123和第四靶点124之间的应变与应力的步骤相同。

实施例2

图1为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的组成图，图2为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的采集设备的组成图，图3为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的靶点的组成图，图4为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的供电设备的组成图，图5为本发明中一种检测输电线路应力状态系统的布局图。

一种检测输电线路应力状态的系统10，请参看图1，包括：采集设备11、靶点12、通信设备13、供电设备14和服务器15。

采集设备11，如图2所示，包括：数字摄像机111、第一处理器112和温度传感器113；优选的，数字摄像机111具有红外摄像功能，可用于拍摄夜间图像。

靶点12，如图3所示，包括：第一靶点121、第二靶点122、第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125；优选的，靶点12的任一边长不大于20cm。

请参看图4，供电设备14，包括：第二处理器141、太阳能板142和电池143，其中第二处理器141、太阳能板142和电池143彼此两两之间相互连接，电池143中内嵌有电池管理系统；当太阳能板142所提供的电压达到阈值时，太阳能板142为第二处理器141和电池143供电，当太阳能板142所提供的电压小于阈值时，由电池143为第二处理器141供电，其中电池143采用可充电锂离子电池，优选的，采用钛酸锂电池。

再次参考图1，在系统10中，采集设备11、通信设备13和供电设备14彼此之间互相连接，通信设备13通过无线网络与服务15相连接；靶点12不与任何设备相连接。采集设备11、通信设备13和供电设备14彼此之间通过有线连接的方式相互连接，通信设备13通过GPRS网络与服务15相连接。

请参看图5，系统10用于检测第一输电基座20与第二输电基座30之间的输电线路40的应力状态，第一输电基座20与第二输电基座30之间没有任何其他输电基座，输电线路40上任意两段子线路的杨氏模量相同。

采集设备11、通信设备13和供电设备14固定在第一输电基座20上，第一靶点121和第二靶点122间隔标定距离固定在第一输电基座20上，第一靶点121和第二靶点122也可以间隔标定距离固定在第二输电基座30上，沿着第一输电基座20到第二输电基座30的方向上，第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125依次间隔分布在输电线路40上，第四靶点124位于输电线路40的中点；服务器15的可在任意位置，通过GPRS网络与通信设备13相连接。

靶点12的所有组成部分都位于数字摄像机拍摄111的摄像范围内，数字摄像机111按照设定的时间，采用连续录像或者间歇时拍照的方法得到采集图像，采集图像内包含靶点12，同时温度传感器113确定拍摄照片时的采集温度，第一处理器112将采集图像和采集温度发送给通信设备13，通信设备13再将其发送给服务器15，服务器15根据采集设备11采集的采集图像，利用三维建模软件，例如：AICON 3D Studio、PolyWorks、Geomagic Control或Spatial Analyzer。提取出第一靶点121、第二靶点122、第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125的位置关系，再依据采集温度对标定距离进行修正，从而确定第三靶点123、第四靶点124和第五靶点125之间的距离，从而确定输电线路40应变和应力状态，为了尽可能精确的获取数据，数字摄像机拍摄111可采用间隔拍照的方式，在较短的时间内，一般不超过10分钟，拍摄多张采集图像，并且在拍摄采集图像的时候转动数字摄像机拍摄111的角度，这样通过多个角度拍摄的采集图像，可以提高建模的精确度，而在这段较短的时间内，可以忽略温度变化的影响。

进一步的，在一些可选的实施例中，通信设备13，与采集设备11和供电设备14之间，通过串行数据线和供电线相连接。串行数据线用于传输通信设备13向采集设备11发送的控制信号、供电设备14中电池管理系统记录的电池状态数据、以及采集设备11向传输设备13发送的采集图像和采集温度数据，其中：电池状态数据由供电设备14经通信设备13发送至服务器15，控制信号由服务器15发送至通信设备13，控制信号用于指定采集设备11获取采集图像的时间点。

进一步的，在一些可选的实施例中，系统10还包括：固定于第二输电基座20上的标尺，第一靶点121和第二靶点122分别位于标尺的两端，标尺的材料是陶瓷。此时，标尺的长度就是标定距离，采用陶瓷制作标尺是因为陶瓷的热膨胀系数小，标尺的长度随环境温度的变化小，而且陶瓷耐腐蚀能力强，在系统10的使用寿命内，不会因自然腐蚀而被破坏。

进一步的，在一些可选的实施例中，第三靶点123与第四靶点124之间的距离、以及第四靶点124和第五靶点125之间的距离，不小于1m。在本发明中，任一靶点12的大小忽略不计，任一靶点12被视为一个固定点，而当第三靶点123与第四靶点124之间的距离或第四靶点124和第五靶点125之间的距离小于或等于1m时，如果忽略靶点12的大小，则计算所得到的应力值将具有较大误差，不具有参考意义。

进一步的，在一些可选的实施例中，供电设备14包括：透明保护壳和设置于透明保护壳内的供电设备本体，透明保护壳具有开口，开口朝向地面。透明保护壳用于防止供电设备14被雨水、积雪或大风等破坏，透明保护壳可透过太阳光，不影响太阳能板142的使用，供电设备14与其他设备的连接线从开口引出。

进一步的，在一些可选的实施例中，靶点12为红色、黄色或绿色。这三种颜色具有较高的分辨度，可以更为清楚的显示在采集图像中，提高系统10的检测精度。

本发明提供一种检测输电线路应力状态的系统，实现了如下有益效果：

1)本发明提供的系统采用固定靶点的方式确定被检测点，无需从被检测点引出导线，可以检测较长输电线路的应力状态；

2)本发明提供的系统对使用人员技能和经验要求低，安装和使用方便快捷；

3)本发明提供的系统采用拍照的方式进行应力检测，在保证安全性的条件下降低了检测成本。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述系统检测第一输电基座与第二输电基座之间的输电线路的应力状态，所述系统包括：

采集设备，固定在所述第一输电基座上，包括：第一处理器、数字摄像机和温度传感器；

靶点，位于所述数字摄像机的摄像范围内，包括：第一靶点、第二靶点、第三靶点、第四靶点和第五靶点，其中：

所述第一靶点和所述第二靶点间隔标定距离固定在所述第一输电基座或所述第二输电基座上；

沿着所述第一输电基座到所述第二输电基座的方向上，所述第三靶点、所述第四靶点和所述第五靶点依次间隔分布在所述输电线路上，所述第四靶点位于所述输电线路的中点；

通信设备，与所述采集设备相连接，固定在所述第一输电基座上；

供电设备，与所述通信设备和所述采集设备相连接，固定在所述第一输电基座上，包括：第二处理器、太阳能板和电池，其中：

所述电池内嵌有电池管理系统；

服务器，通过无线网络与所述通信设备相连接，用于根据所述采集设备采集的采集图像和采集温度确定所述输电线路的应力状态；

所述服务器在确定应力状态时，具体采用以下步骤：

获取所述采集图像和所述采集温度；

依据所述采集温度和初始温度，对所述标定距离进行修正得到修正距离，其中，所述初始温度为固定所述第一靶点和所述第二靶点时的温度；

根据所述修正距离，获取所述采集图像中所述第三靶点与所述第四靶点之间的第一采集距离，获取所述采集图像中所述第四靶点与所述第五靶点之间的第二采集距离；

根据第一距离、第二距离、所述第一采集距离和所述第二采集距离确定所述输电线路的应变，其中，所述第一距离为在所述初始温度时所述第三靶点与所述第四靶点之间的距离，所述第二距离为在所述初始温度时所述第四靶点与所述第五靶点之间的距离；

根据所述应变、所述输电线路的杨氏模量确定所述输电线路的应力状态。

2.根据权利要求1所述的一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述通信设备，与所述采集设备和所述供电设备之间，通过串行数据线和供电线相连接。

3.根据权利要求1所述的一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述系统还包括：固定于所述第二输电基座上的标尺，所述第一靶点和所述第二靶点分别位于所述标尺的两端，所述标尺的材料是陶瓷。

4.根据权利要求1所述的一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述第三靶点与所述第四靶点之间的距离、以及所述第四靶点和所述第五靶点之间的距离，不小于1m。

5.根据权利要求1所述的一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述供电设备包括：透明保护壳和设置于所述透明保护壳内的供电设备本体，所述透明保护壳具有开口，所述开口朝向地面。

6.根据权利要求1所述的一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述靶点为红色、黄色或绿色。

7.根据权利要求1所述的一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，依据所述采集温度和所述初始温度，对所述标定距离进行修正得到所述修正距离具体包括：

用所述采集温度减去所述初始温度得到温度差；

用所述温度差乘以基座材质的线性热膨胀系数得到变化长度，其中：所述基座材质是制备所述第一输电基座和所述第二输电基座的材料；

用所述标定距离加上所述变化长度得到所述修正距离。

8.根据权利要求1所述的一种检测输电线路应力状态的系统，其特征在于，所述输电线路的应变包括：第一应变和第二应变；

根据所述第一距离、所述第二距离、所述第一采集距离和所述第二采集距离确定所述输电线路的应变，具体包括：

用所述采集温度和所述初始温度，对所述第一距离和所述第二距离分别行修正得到第一修正距离和第二修正距离；用所述第一采集距离减去所述第一修正距离的差值除以所述第一修正距离得到所述第一应变；

用所述第二采集距离减去所述第二修正距离的差值除以所述第二修正距离得到所述第二应变。