CN109725241B - 基于物联网的沟道电缆检测预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的沟道电缆检测预警系统，属于物联网技术领域。该系统包括RFID识别定位模块、智能检测机器人和远程监控服务中心。智能检测机器人包括轮履变结构模块，避障传感器模块，机器人自主控制芯片，电机驱动模块，电源，检测系统承载平台和沟道电缆局部放电检测传感器系统。机器人于沟道内移动，检测系统承载平台所搭载的电缆状态检测模块采集现场电缆信息，RFID读写器采集定位信息，经处理器模块处理后，通过无线通信模块将信息传输到远程监控服务中心。监控人员可以据此及时判断故障情况与位置，从而减轻巡检人员的工作量，并提供科学的维修依据。系统结构合理，安全可靠，易于维护。

Description

基于物联网的沟道电缆检测预警系统

技术领域

本发明属于物联网技术领域，涉及基于物联网的沟道电缆检测预警系统。

背景技术

随着人们对电能需求的逐渐增加，地下沟道电缆网络的规模日渐庞大。电缆的运行寿命有限，电气强度会随运行时间增加而变差，同时，恶劣的地下环境、制造过程中的缺陷会进一步加速电缆的老化，使供电可靠性下降。目前主要采用的人工巡检方式效率较低，成本较高，而且检查的范围受到限制。因此，设计一种地下电缆检测预警系统，提高地下电缆的巡检效率已成为当务之急。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于物联网的沟道电缆检测预警系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于物联网的沟道电缆检测预警系统，该系统包括RFID识别定位模块、智能检测机器人和远程监控服务中心；

其中智能检测机器人包括机器人承载平台和沟道电缆局部放电检测传感器系统；

沟道电缆局部放电检测系统包括电缆状态检测模块、RFID读写器、处理器模块和无线通信模块；

机器人承载平台包括轮履变结构模块、避障传感器模块、机器人自主控制芯片、电机驱动模块、电源和检测系统承载平台；

轮履变结构模块用于在地下电缆沟道复杂环境中越障前行，检测系统承载平台拥有四个自由度，能够调整传感器位置以满足检测需求；机器人在沟道内移动，电缆状态检测模块采集电缆信息，RFID读写器读取定位信息，经处理器模块处理后，通过无线通信模块将信息传输到远程监控服务中心。

进一步，所述RFID标签为半主动式标签，每隔5m设置一个，其用透明塑料卡套封装，使用透明塑料环扣扣于通道电缆之上；RFID读写器天线靠近机器人的一侧设置有涂有电磁波吸收材料的塑料板，以减弱其信号与电缆局部放电超高频信号的相互干扰。

进一步，所述电缆状态检测模块包括红外热成像仪、超声波检测模块和超高频电磁波检测模块，用于检测电缆的局部放电；

其中，超高频检测模块包括天线、超高频信号调理单元和超高频信号采集卡，超高频信号调理单元包括混频电路；天线后方设置有抛物线形的金属罩，用于汇集电磁波；天线放置于金属罩的焦点处。

进一步，所述轮履变结构模块包括内驱动轮、外轮、弹性履带、打开结构和支架；

当打开结构收拢时，模块作为轮式结构进行转动，提高移动速度和灵活性；

当打开结构打开时，模块转为履带式结构，提高越障性能和地面适应性。

进一步，所述的传感器承载平台为四轴机械臂式结构，前三个自由度分别保证在XoY、YoZ和XoZ平面的移动，第四个自由度保证传感器模块探头始终稳定处于水平位置。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种基于物联网的地下电缆检测预警系统，该系统利用智能检测机器人进行信息采集，经过无线通信模块传送至远程监控服务中心进行综合分析处理，从而实时掌握沟道电缆情况。该系统可以代替工作人员进入狭窄的电缆沟道进行巡检，结构合理、安全可靠、使用方便，减少了人员的劳动量，提高了工作效率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为检测机器人的概览图。

图2为检测机器人的轮履变结构。

图3为超高频检测模块中的双臂阿基米德平面螺旋天线示意图。

图4为超高频检测模块中金属罩和天线的位置关系图。

附图标记：1-机器人承载平台，101-轮履变结构模块，102-避障传感器模块，1011-内驱动轮，1012-外轮，1013-弹性履带，1014-打开结构，1015-支架，12-天线，13-金属罩。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图4，为一种基于物联网的沟道电缆检测预警系统。

基于物联网的沟道电缆检测预警系统包括布置在电缆沟道内的RFID标签、智能检测机器人和远程监控服务中心。其中智能检测机器人搭载了超声波测距模块、电缆状态检测模块、电源、嵌入式系统、无线数据传输模块。

机器人承载平台1包括轮履变结构模块101、避障传感器模块、机器人自主控制芯片、电机驱动模块、电源和检测系统承载平台；

所述轮履变结构模块101包括内驱动轮1011、外轮1012、弹性履带1013、打开结构1014和支架1015；

天线12后方设置有抛物线形的金属罩13，用于汇集电磁波；天线放置于金属罩的焦点处。

智能检测机器人在电缆沟道内移动，通过前置以及两侧的超声波测距模块进行测距，由此实现沿沟道运动。轮履变结构模块在未遇到较高障碍物时为轮式结构，使机器人可以在电缆沟道内以正常速度运行并且越过小石块等低矮障碍物；机器人前置了多个超声测距模块，分为上下两层，当位于下层的超声测距模块检测到障碍物而上层的未检测到，说明障碍物较高但可以翻越，此时轮履变结构模块将变换成履带式结构，使机器人能够翻越障碍物；当上层的超声波测距模块检测到障碍，说明已经到达电缆沟道末端或者前方障碍物无法越过，机器人将返回出发点。

机器人两侧所携带的RFID读写器能读取等间距放置在电缆沟道侧壁的RFID标签中的数据，此数据包括该RFID标签所处的具体位置、电缆状态的检测时间和历史记录、重点检测位置、电缆沟道参数和电缆使用寿命等；同时，RFID读写器能将检测到的电缆状态数据记录在临近的RFID标签中，作为此后设置重点检测位置的参考依据。

电缆状态检测模块包括红外热成像仪、超声波检测模块、超高频检测模块。红外热成像仪检测电缆局部放电的发热效应，超声波检测模块检测电缆局部放电产生的超声波信号。

超高频检测模块检测电缆局部放电产生的超高频信号。其中，红外信号直接通过无线通信模块发送给监控服务中心；超声波信号经过超声波检测模块采集，经过放大、滤波、AD转换后，由无线通信模块发送给监控服务中心；超高频信号经过双臂阿基米德平面螺旋天线采集，经过放大、混频电路混频、滤波、AD转换后，由无线通信模块发送给监控服务中心。

监控中心包括数据收发单元、数据存储单元、中央处理器、ID索引库、报警单元以及上位机显示界面。数据收发单元接收无线通信模块回传的数据后，中央处理器根据所接收的RFID标签ID在索引库中查找该标签位置，定位机器人当前位置。中央处理器同时对收到的红外、超声波、超高频信号进行综合分析，如有故障发生，则启动报警单元，同时通过数据收发单元将分析结果传递给检测机器人，使机器人能够将电缆状况的准确信息记录在RFID标签中。中央处理器将所有接收到的信息分析后存入数据存储单元，并以图形化的方式在界面显示，工作人员可以依据显示结果，采取相应措施。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于物联网的沟道电缆检测预警系统，其特征在于：该系统包括：布置在电缆沟道内的RFID标签、RFID识别定位模块、智能检测机器人和远程监控服务中心；

其中智能检测机器人包括机器人承载平台和沟道电缆局部放电检测传感器系统；

沟道电缆局部放电检测系统包括电缆状态检测模块、RFID读写器、处理器模块和无线通信模块；

机器人承载平台包括轮履变结构模块、避障传感器模块、机器人自主控制芯片、电机驱动模块、电源和检测系统承载平台；

所述电缆状态检测模块包括红外热成像仪、超声波检测模块和超高频电磁波检测模块，用于检测电缆的局部放电；

其中，超高频检测模块包括天线、超高频信号调理单元和超高频信号采集卡，超高频信号调理单元包括混频电路；天线后方设置有抛物线形的金属罩，用于汇集电磁波；天线放置于金属罩的焦点处；

所述红外热成像仪检测电缆局部放电的发热效应，所述超声波检测模块检测电缆局部放电产生的超声波信号，所述超高频检测模块检测电缆局部放电产生的超高频信号，其中，红外信号直接通过无线通信模块发送给监控服务中心；超声波信号经过超声波检测模块采集，经过放大、滤波、AD转换后，由无线通信模块发送给监控服务中心；超高频信号经过双臂阿基米德平面螺旋天线采集，经过放大、混频电路混频、滤波、AD转换后，由无线通信模块发送给监控服务中心；

智能检测机器人搭载了超声波测距模块，所述超声波测距模块分别设置在所述智能检测机器人前端以及两侧，设置在所述智能检测机器人前端的超声波测距模块包含若干个超声波测距模块，分为位于所述智能检测机器人的上下两层，位于下层的超声测距模块检测到障碍物而上层的未检测到障碍物，所述轮履变结构模块变换成履带式结构，翻越障碍物；位于上层的超声波测距模块检测到障碍，所述智能检测机器人到达电缆沟道末端或者障碍物无法越过，所述智能检测机器人返回出发点；

RFID标签中的数据包括该RFID标签所处的具体位置、电缆状态的检测时间和历史记录、重点检测位置、电缆沟道参数和电缆使用寿命；同时，RFID读写器能将检测到的电缆状态数据记录在临近的RFID标签中，作为此后设置重点检测位置的参考依据；

所述轮履变结构模块用于在地下电缆沟道复杂环境中越障前行，检测系统承载平台拥有四个自由度，能够调整传感器位置以满足检测需求；机器人在沟道内移动，电缆状态检测模块采集电缆信息，RFID读写器读取定位信息，经处理器模块处理后，通过无线通信模块将信息传输到远程监控服务中心；

所述的检测系统承载平台为四轴机械臂式结构，前三个自由度分别保证在XoY、YoZ和XoZ平面的移动，第四个自由度保证传感器模块探头始终稳定处于水平位置；

所述远程监控服务中心包括数据收发单元、数据存储单元、中央处理器、ID索引库、报警单元以及上位机显示界面，所述数据收发单元接收无线通信模块回传的数据后，中央处理器根据所接收的RFID标签ID在ID索引库中查找该标签位置，定位机器人当前位置；中央处理器同时对收到的红外、超声波、超高频信号进行综合分析，若有故障发生，则启动报警单元，同时通过数据收发单元将分析结果传递给检测机器人，使机器人能够将电缆状况的准确信息记录在RFID标签中。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沟道电缆检测预警系统，其特征在于：所述RFID标签为半主动式标签，每隔5m设置一个，其用透明塑料卡套封装，使用透明塑料环扣扣于通道电缆之上；RFID读写器天线靠近机器人的一侧设置有涂有电磁波吸收材料的塑料板，以减弱其信号与电缆局部放电超高频信号的相互干扰。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的沟道电缆检测预警系统，其特征在于：所述轮履变结构模块包括内驱动轮、外轮、弹性履带、打开结构和支架；

当打开结构收拢时，模块作为轮式结构进行转动，提高移动速度和灵活性；

当打开结构打开时，模块转为履带式结构，提高越障性能和地面适应性。