CN110836659A - 一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统及方法 - Google Patents

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徐震
贾梦頔
李晓东
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State Grid Beijing Electric Power Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Abstract

本发明公开一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，主控制器连接电源、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元；电源管理单元用于在太阳能电池板产生电流存储在电池中，并将电池中的电能转变为各单元所需的电压，向主控制器、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元供电；传感器采集单元包括重心测量装置和气象传感器模块；重心测量装置固定于待监测杆塔的重心位置。本发明通过在待监测杆塔处安装重心测量装置，能够无线监测杆塔的三轴数据，并能够准确的计算器重心倾角，以此来准确预测杆塔倾倒风险；本发明进一步的检测杆塔周围的气相信息，供监控人员结合重心倾角来综合预测，提高了准确性，相对于现有技术更加客观，而且实现了远程监测。

Description

一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统及方法
技术领域
本发明属于杆塔检测技术领域，特别涉及一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统及方法。
背景技术
架设在偏远山区的输电杆塔运行环境恶劣，虽然巡线人员会定期检查，但没有专业仪器去测量杆塔的倾斜角度，只能靠肉眼观察来判断输电杆塔是否倾斜，无法发现那些已经有轻微倾斜的杆塔，而且杆塔的倾斜一般都是长期因素累加的效果，遇上像大风、暴雨或覆冰等自然灾害天气，这些健康不良的杆塔就极有可能倒塌，造成重大安全事故。
目前通判断杆塔倾倒风险，只能通过巡检人员根据经验来判断，判断的准确性非常差，对实际工作带来巨大的困扰。因此，在巡检输电线路杆塔时受到人为的因素影响较大。
实由必要研制一种监测方法，以更加客观的监测杆塔的倾角，保障电力供应的正常进行和人员的生命安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统方法，以解决上述技术问题。本发明通过监测杆塔的重心倾角能够准确的判断杆塔的倾倒风险，及时预警防止灾害的发生。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，包括：电源、主控制器、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元；
主控制器连接电源、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元；
电源包括电源管理单元和连接电源管理单元的太阳能电池板和电池；电源管理单元用于在太阳能电池板产生电流存储在电池中，并将电池中的电能转变为各单元所需的电压，向主控制器、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元供电；
传感器采集单元包括重心测量装置和气象传感器模块；
重心测量装置固定于待监测杆塔的重心位置。
进一步的，重心测量装置采用型号为MPU6050的9轴运动处理传感器。
进一步的，气象传感器模块包括风速传感器和雨量传感器。
进一步的，气象传感器模块还包括温湿度传感器和气压传感器。
进一步的，主控制器采用ARM 32位的Cortex-M3微控制器。
进一步的，重心测量装置固定于待监测杆塔的重心位置，并保持竖直方向垂直。
进一步的，还包括监控中心；GPRS模块通过GPRS模块无线连接监控中心；北斗短报文模块通过北斗网络无线连接监控中心。
一种局部微气象下杆塔重心倾角监测方法，包括以下步骤：
1)、重心测量装置固定于待测杆塔的重心位置，并进行校正，使其初始状态保持竖直方向垂直；重心测量装置的加速度三轴校正初始值为：x0，y0，z0；
2)、重心测量装置工作采集加速度三轴数据：Data_x，Data_y，Data_z；
3)、重心测量装置将测量数据传输给主控制器；
4)、主控制器通过GPRS模块/北斗短报文模块将采集的加速度三轴数据无线上传给监控中心；
5)、监控中心根据重心测量装置采集的加速度三轴数据，计算杆塔重心倾角：
加速度数据偏移量：
x轴dx＝Data_x-x0；y轴dy＝Data_y-y0；z轴dz＝Data_z-z0
杆塔重心倾角agl计算公式为：
Figure BDA0002281781590000031
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统方法，通过在待监测杆塔处安装重心测量装置，能够无线监测杆塔的三轴数据，并能够准确的计算器重心倾角，以此来准确预测杆塔倾倒风险；本发明进一步的检测杆塔周围的气相信息，供监控人员结合重心倾角来综合预测，提高了准确性，相对于现有技术更加客观，而且实现了远程监测。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统的结构框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
请参阅图1所示，本发明提供一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，包括：电源、主控制器、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元。
主控制器采用ARM 32位的Cortex-M3微控制器。主控制器连接电源、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元。
电源包括电源管理单元和连接电源管理单元的太阳能电池板和电池；电源管理单元用于在太阳能电池板产生电流存储在电池中，并将电池中的电能转变为各单元所需的电压，向主控制器、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元供电。
传感器采集单元包括重心测量装置和气象传感器模块；重心测量装置采用型号为MPU6050的9轴运动处理传感器；气象传感器模块包括温湿度传感器、风速传感器、雨量传感器和气压传感器。
MPU6050固定于杆塔之上，并保持竖直方向垂直。
MPU6050是全球首例9轴运动处理传感器。它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(DigitalMotion Processor)，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其I2C或SPI接口输出一个9轴的信号(SPI接口仅在MPU-6000可用)。MPU-6050也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。MPU-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒(dps)，加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。一个片上1024字节的FIFO，有助于降低系统功耗。和所有设备寄存器之间的通信采用400kHz的I2C接口或1MHz的SPI接口。对于需要高速传输的应用，对寄存器的读取和中断可用20MHz的SPI。另外，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1％变动的振荡器。芯片尺寸4×4×0.9mm，采用QFN封装(无引线方形封装)，可承受最大10000g的冲击，并有可编程的低通滤波器。关于电源，MPU-6050可支持VDD范围2.5V±5％，3.0V±5％，或3.3V±5％。另外MPU-6050还有一个VLOGIC引脚，用来为I2C输出提供逻辑电平。VLOGIC电压可取1.8±5％或者VDD。
本发明采用MPU6050的陀螺仪传感器测角度，用加速度传感器测加速度。
温湿度传感器、风速传感器、雨量传感器和气压传感器所测量的温湿度信息、风速信息、雨量信息和气压信息通过模数转换后通过GPRS模块/北斗短报文模块上传给监控中心；监控中心对采集的数据进行运算计算杆塔重心倾角，并结合气相数据和杆塔重心倾角，综合判断杆塔的倾倒风险。
本发明提供一种局部微气象下杆塔重心倾角监测方法，包括：
1)、MPU6050固定于待测杆塔的重心位置，并进行校正，使其初始状态保持竖直方向垂直；MPU6050的加速度三轴校正初始值为：x0，y0，z0；
2)、MPU6050工作采集加速度三轴数据：Data_x，Data_y，Data_z；温湿度传感器、风速传感器和气压传感器同步采集杆塔周围温湿度信息、风速信息和气压信息；
3)、MPU6050将测量数据传输给主控制器；温湿度传感器、风速传感器和气压传感器将采集的杆塔周围温湿度信息、风速信息和气压信息传输给主控制器；
4)、主控制器通过GPRS模块/北斗短报文模块将采集的加速度三轴数据、温湿度传感器、风速传感器和气压传感器数据无线上传给监控中心；
5)、监控中心根据MPU6050采集的加速度三轴数据，计算杆塔重心倾角：
加速度数据偏移量：
x轴dx＝Data_x-x0；y轴dy＝Data_y-y0；z轴dz＝Data_z-z0
杆塔重心倾角agl计算公式为：
Figure BDA0002281781590000051
监控中心的工作人员通过实时计算的杆塔重心倾角agl与阈值的比较，便能够判断杆塔的倾倒风险。
温湿度信息、风速信息、雨量信息和气压信息中经过实测温湿度信息和气压信息与杆塔倾倒没有太大的直接关系，风速信息和雨量信息对杆塔的倾倒有一定的关系，风速越大，杆塔受力越大，杆塔的倾倒风险越大；降雨对杆塔倾倒也有一定的影响，降雨量越大，杆塔受力越大，而且降雨会影响土壤的紧实度，也会加大倾倒风险，雨量越大也会加速杆塔的倾倒；监控中心的工作人员在判断根据杆塔重心倾角agl与阈值的比较的时候，可以参考风速和降雨信息，辅助判断进行预警。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，其特征在于，包括：电源、主控制器、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元；
主控制器连接电源、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元；
电源包括电源管理单元和连接电源管理单元的太阳能电池板和电池；电源管理单元用于在太阳能电池板产生电流存储在电池中，并将电池中的电能转变为各单元所需的电压，向主控制器、GPRS模块、北斗短报文模块和传感器采集单元供电；
传感器采集单元包括重心测量装置和气象传感器模块；
重心测量装置固定于待监测杆塔的重心位置。
2.根据权利要求1所述的一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，其特征在于，重心测量装置采用型号为MPU6050的9轴运动处理传感器。
3.根据权利要求1所述的一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，其特征在于，气象传感器模块包括风速传感器和雨量传感器。
4.根据权利要求1所述的一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，其特征在于，气象传感器模块还包括温湿度传感器和气压传感器。
5.根据权利要求1所述的一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，其特征在于，主控制器采用ARM 32位的Cortex-M3微控制器。
6.根据权利要求1所述的一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，其特征在于，重心测量装置固定于待监测杆塔的重心位置，并保持竖直方向垂直。
7.根据权利要求1所述的一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，其特征在于，还包括监控中心；GPRS模块通过GPRS模块无线连接监控中心；北斗短报文模块通过北斗网络无线连接监控中心。
8.一种局部微气象下杆塔重心倾角监测方法，其特征在于，基于权利要求1至7中任一项所述的一种局部微气象下杆塔重心倾角监测系统，包括以下步骤：
1)、重心测量装置固定于待测杆塔的重心位置，并进行校正，使其初始状态保持竖直方向垂直；重心测量装置的加速度三轴校正初始值为：x0，y0，z0；
2)、重心测量装置工作采集加速度三轴数据：Data_x，Data_y，Data_z；
3)、重心测量装置将测量数据传输给主控制器；
4)、主控制器通过GPRS模块/北斗短报文模块将采集的加速度三轴数据无线上传给监控中心；
5)、监控中心根据重心测量装置采集的加速度三轴数据，计算杆塔重心倾角：
加速度数据偏移量：
x轴dx＝Data_x-x0；y轴dy＝Data_y-y0；z轴dz＝Data_z-z0
杆塔重心倾角agl计算公式为：
Figure FDA0002281781580000021
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