CN116482437A - 一种基于双向检测法的断点检测装置及其使用方法 - Google Patents

一种基于双向检测法的断点检测装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双向检测法的断点检测装置及其使用方法，包括第二支架，所述第二支架的顶部连接有第一支架，所述横梁的内壁穿设有螺丝，所述螺丝的外壁设置有扣带，所述扣带的内壁设置有传感器装置，所述传感器装置包括顶盖、第一插头、第一弹簧、绝缘头和挡板，所述挡板设置在传感器装置的内部。本发明通过双向检测电路实现对松动光伏组件的实时定位并检测松动螺丝数目，解决了现有人工定期维护光伏电站螺丝松动效率低的问题，通过单片机采集到的正、反向电阻信息实时传输给网络端通过页面显示，工作人员可以通过页面呈现数据判断是否需要对电站实施精确维护，避免了光伏组件因抗风等级下降而产生的财产安全隐患。

Description

一种基于双向检测法的断点检测装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及光伏电站安全防护技术领域，具体为一种基于双向检测法的断点检测装置及其使用方法。
背景技术
目前，国内外针对光伏组件螺栓连接状态检测与辨识研究还相对较少，已有的对螺栓连接松动检测的方法主要有以下几种：(1)人工检查方法；(2)基于压电智能材料技术的方法；(3)基于声发射技术的方法；
最早也是最为有效的检测方法是人工检查方法，通过运维人员定期对分布式光伏电站所有光伏组件进行巡检，检查组件连接螺栓是否拧紧，这样的检测方式效率极低，人工成本高。
基于压电智能材料技术的方法是螺栓松动识别与检测较为常见的方法，该方法主要是通过利用压电材料的正逆压电效应来识别螺栓松动与否，但是，由于每个工人施工时的预紧力大小不同，无法进行有效预测，因此在实际过程中无法使用，采用压电材料的方法检测也会造成系统连线变得非常复杂，导致成本较高；
声发射检测的原理是由声发射源发射的弹性波传播到材料表面，引起材料的机械振动，然后利用声发射探测器将材料的机械振动转换为电信号，进行数据处理，从信号中分析并推断出材料的性能，由于结构动力参数的识别和提取过程往往基于线性化的假设，忽略了许多重要的非线性振动影响，因此，基于结构动力参数分析的相关方法难于精准识别和定位单个螺栓的松动位置和松动程度等损伤信息，且声发射提取到的频率信息极易淹没在复杂噪声环境频率下，因此无法投入到实践应用中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双向检测法的断点检测装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的现有人工定期维护光伏电站螺丝松动效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于双向检测法的断点检测装置，包括：
第二支架，所述第二支架的顶部连接有第一支架，所述第一支架的顶部对称连接有横梁，所述横梁的顶部依次交错设置有光伏板和压边块；
所述横梁的内壁穿设有螺丝，所述螺丝的外壁设置有扣带，所述扣带的内壁设置有传感器装置；
所述传感器装置包括顶盖、第一插头、第一弹簧、绝缘头和挡板，所述挡板设置在传感器装置的内部，所述第一弹簧的一端与挡板的外壁固定连接，所述挡板的内壁设置有圆孔，所述圆孔的内壁穿设有第一插头，所述第一插头的一端连接有绝缘头，所述传感器装置的一端设置有顶盖。
优选的，所述扣带包括圆槽和柱型插头，圆槽设置在扣带的内部，柱型插头穿设在圆槽的内部，且柱型插头的一端与扣带的外壁固定连接。
优选的，所述螺丝的外壁环绕安装有螺母，且螺母位于扣带的下方，螺丝的外壁对称设置有第一垫片和第二垫片，且扣带的外壁与第二垫片的外壁相连接，第一垫片和第二垫片之间设置有第二弹簧。
优选的，所述传感器装置的外壁设置有方形槽口，传感器装置的外壁设置有第一螺纹线，且第一螺纹线位于方形槽口的一侧，传感器装置的外壁设置有第二螺纹线，且第二螺纹线位于第一螺纹线的一侧，第二螺纹线的外壁设置有底盖，底盖的外壁对称设置有第一出线口和第二出线口，传感器装置的内壁设置有金属片，且金属片位于挡板的一侧，金属片的外壁设置有引线口，金属片的外壁设置有插口，且绝缘头的一端延伸至插口的内部，传感器装置的内壁设置有隔板，第一螺纹线的外壁设置有转动圆环。
优选的，所述传感器装置的外形为空心柱体，镶嵌设置在扣带的内部，柱型插头的外形呈圆柱状，外径尺寸与圆槽的内径尺寸相等，第一垫片和第二垫片的外形均为圆盘状，金属片、隔板均为圆盘状与传感器装置内部的尺寸相等，第一插头侧面固定连接一根导线穿过挡板的圆孔和金属片的引线口，最终通过底盖的第一出线口引出，金属片的一端同样连接一根导线，通过底盖的第二出线口引出。
优选的，所述第二支架的外壁设置有箱体，箱体包括继电器、数字电位器、单片机和无线传输模块，继电器、数字电位器、单片机和无线传输模块均设置在箱体的内部，且电性连接，箱体的外壁设置有散热孔。
一种基于双向检测法的断点检测装置的使用方法，所述双向检测方法的断点检测实现包括以下步骤：步骤1、传感器网络设计，包括传感器设计、不同位置光伏组件松动螺丝检测设计、传感器网络连线设计，步骤2、正向电压检测实现对松动光伏组件定位，步骤3、反向电压检测判断松动光伏组件断点个数，步骤4、遍历算法设计；
所述步骤1的传感器由螺丝、螺母、垫片、弹簧、抱箍侧压传感器构成，在螺丝上依次放置第一垫片、第二弹簧、第二垫片，将螺母延螺纹线拧紧，第二弹簧表面被完全压成平面。将抱箍侧压装置的扣带包裹第二垫片，并将圆槽与柱型插头紧扣，此时侧压传感装置的顶盖正对第一垫片并被第一垫片向外侧挤压，顶盖的位移带动相连第一插头和第一弹簧向内推进，使第一插头穿过挡板的内部圆孔，当顶盖完全盖上侧压传感装置，第一插头最右端绝缘头完全插入金属片的插口，此时第一插头前端表面与金属片完全贴合，形成导电回路，该传感器处于低阻态；当螺丝发生松动，第二弹簧恢复原状态，第一垫片和第二垫片受力弹开，侧压传感装置的顶盖不再受第二弹簧挤压，顶盖所连接第一弹簧恢复初始状态，推动顶盖向螺丝所处方向位移，顶盖的位移带动第一插头同时向螺丝所处方向位移，第一插头顶处绝缘头带动金属片移动一段距离被隔板阻断分离，此时第一插头前端表面不再与金属片接触，导电回路变断路，该传感器处于高阻态。
所述步骤1中侧压传感装置，当螺丝松动时，第一插头顶处绝缘头带动金属片移动一段距离的方式为该传感器检测拧紧到松动状态提供了一定行程。通过转动圆环可以控制挡板向前(向后)移动，使得挡板带动第一弹簧向前(向后)移动，以达到控制顶盖伸出角度的目的。通过转动底盖，控制金属片与底盖之间的距离，以确保当顶盖完全被第一弹簧完全挤压时，第一插头的绝缘头可以完整顶入金属片的插口内部。
所述步骤1的不同位置光伏组件松动螺丝检测设计，所述分布式光伏电站的螺丝位置分布主要分为两种，一种为板面固定的螺丝，一种为支架间固定的螺丝，对于一块光伏组件上板面固定螺丝主要分布在四个边角处，将同一边角所有螺丝作为一个传感器，同一块光伏组件上共有四个传感器，对于相邻光伏组件之间至少有一条边相邻，该相邻边共用两个螺丝固定将上下两边角固定，每一条相邻边共用两个传感器，N块光伏组件板面固定螺丝所需传感器为2N+2；对于N块光伏组件上支架间固定螺丝共分为M组，将每个支架间同一角落处固定螺丝作为一个传感器；
不同位置光伏组件松动螺丝特征识别方式，将每n个传感器串联在一起并在其两端并联一个阻值为Ri的编码电阻作为板面螺丝松动检测的特征；在步骤1所述传感器的两端导线上连接一个带有二极管串阻值为ri的导线作为板面固定螺丝数目检测的特征；在步骤1所述传感器的导线上分别并联两个二极管和一个阻值为α的电阻作为支架间固定螺丝检测的特征；
所述步骤1的传感器网络连线设计，将光伏组件中每个传感器中的负极与下一个传感器的正极通过导线连接，将每n个传感器串联在一起并在其两端并联一个阻值为Ri的编码电阻，作为一个传感器支路，在每个传感器支路的负极引出一根导线与下一个传感器支路的正极连接，所有传感器支路串联形成传感器网络；
所述步骤2的正向电压检测，通过电源对N块光伏组件施加两段正向电压，当N块光伏组件上所有螺丝处于拧紧状态时，传感器网络处于低阻态，所有编码电阻Ri全被短路，两段正向电压所测的N块光伏组件整体的阻值均只有导线的内阻大小；当两段电压检测等效电阻值相同但阻值远大于导线内阻时，表明光伏组件板面连接处出现断点(螺丝松动)，对应传感器处于高阻态，测得N块光伏组等效电阻为对应编码电阻Ri与导线内阻之和；当两段电压检测等效电阻不同时，表明光伏组件支架连接处出现断点，对应传感器处于高阻态，测得N块光伏组两个等效电阻之差为对应编码电阻αi与导线内阻之和；
通过步骤2正向电压检测，可以实现对松动光伏组件的精准定位，根据等效电阻与编码电阻Ri或αi对比，可以区分板面连接出现断点还是支架连接出现断点；
所述步骤3的反向电压检测，当步骤3中光伏组件板面连接处出现断点时，对N块光伏组件施加两段不同的反向电压，测得两段电流值，通过公式电阻值与编码电阻ri对比，判断该松动光伏组件断点数目；
所述步骤2与步骤3中正向电压与反向电压之间跳变供给由单片机控制两个继电器实现；
所述步骤2、步骤3中两段不同电压供给，将数字电位器以及N块光伏组件所形成的传感器网络串联，通过电源给整个电路正、反向施加电压，改变数字电位器中可编程阻值大小可实现对传感器的不同分压；
所述步骤4遍历算法设计，所述步骤3正向电压和步骤4反向电压分别检测到同一个阻值结果可能为多种不同编码电阻叠加造成的，因此需要通过遍历算法分别识别出正向电压检测到相同阻值结果对应的多种可能原因，以及反向电压检测到的相同阻值结果对应的多种可能原因，取两者可能原因的交集，以达到定位松动光伏组件并检测断点数量的目的；
所述步骤5维护条件判断，其维护条件如下：(1)当某块光伏组件四个角有其中两个角存在断点时，需要对该松动光伏组件维护，(2)当所有不相邻的光伏组件均存在一个断点时，需要对所有存在断点的光伏组件维护；
通过将每N块光伏组件分为一组，一共分为M组，通过单片机M个引脚口分别连接M组电路，将此M组以星形方式排列，单片机放置于星形中心，加快信号的传输速率，可以实现一块单片机采集M×N块光伏组件上所有螺丝的状态信息，降低了生产成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过安装有单片机和传感器装置解决了现有人工定期维护光伏电站螺丝松动效率低的问题，通过单片机采集到的正、反向电阻信息实时传输给网络端通过页面显示，工作人员可以通过页面呈现数据判断是否需要对电站实施精确维护，避免了光伏组件因抗风等级下降而产生的财产安全隐患，解决光伏组件松动后由于板面振动所产生的隐裂问题。
2.本发明通过对螺丝松动后不同的编码电阻的识别，可以有效区分组件松动的部位，通过正向检测实现对松动组件定位，通过反向检测实现对松动螺丝数目的判断。根据光伏组件松动危险程度预设维护条件，确保实时监控并维护组件安全。
3.采用本发明基于双向检测法的断点检测方法适用于大规模螺丝检测领域中，打破了现有技术中螺丝松动定位困难的问题，易于安装，与不同场合的适配度高，应用范围较广，可以长期实现对整个电站螺丝松动的监测，经济成本低。
附图说明
图1为本发明的光伏板结构示意图；
图2为本发明的横梁结构示意图；
图3为本发明的传感器结构示意图；
图4为本发明的抱箍侧压传感器装置结构示意图；
图5为本发明的侧压传感装置结构示意图；
图6为本发明的侧压传感装置侧视图；
图7为本发明的侧压传感装置剖面图；
图8为本发明的传感器连线示意图；
图9为本发明的传感器网络连线图示意图；
图10为本发明的工作流程图。
图中：1、扣带；10、光伏板；11、横梁；12、压边块；13、第一支架；14、第二支架；15、继电器；16、数字电位器；17、单片机；18、无线传输模块；19、箱体；2、圆槽；20、散热孔；3、柱型插头；4、传感器装置；40、顶盖；401、第一插头；402、第一弹簧；403、绝缘头；411、方形槽口；412、第一螺纹线；413、第二螺纹线；42、转动圆环；43、底盖；431、第一出线口；432、第二出线口；44、挡板；441、圆孔；45、隔板；46、金属片；461、引线口；462、插口；5、螺丝；6、螺母；7、第一垫片；8、第二垫片；9、第二弹簧；47、导线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1和图2本发明提供的一种实施例：一种基于双向检测法的断点检测装置，包括第二支架14，第二支架14的顶部连接有第一支架13，第一支架13的顶部对称连接有横梁11，第二支架14对第一支架13进行支撑，第一支架13通过横梁11对光伏板10提供安装空间，螺丝5与螺母6与压边块12对光伏板10的位置进行定位安装，横梁11的顶部依次交错设置有光伏板10和压边块12，传感器装置4的外形为空心柱体，镶嵌设置在扣带1的内部，柱型插头3的外形呈圆柱状，外径尺寸与圆槽2的内径尺寸相等，第一垫片7和第二垫片8的外形均为圆盘状，金属片46、隔板45均为圆盘状与传感器装置4内部的尺寸相等，第一插头401侧面固定连接一根导线47穿过挡板44的圆孔441和金属片46的引线口461，最终通过底盖43的第一出线口431引出，金属片46的一端同样连接一根导线47，通过底盖43的第二出线口432引出。
请参阅图2、图3、图4、图5、图6和图7，横梁11的内壁穿设有螺丝5，螺丝5的外壁设置有扣带1，扣带1的内壁设置有传感器装置4，传感器装置4包括顶盖40、第一插头401、第一弹簧402、绝缘头403和挡板44，挡板44设置在传感器装置4的内部，第一弹簧402的一端与挡板44的外壁固定连接，挡板44的内壁设置有圆孔441，圆孔441的内壁穿设有第一插头401，第一插头401的一端连接有绝缘头403，传感器装置4的一端设置有顶盖40，扣带1包括圆槽2和柱型插头3，圆槽2设置在扣带1的内部，柱型插头3穿设在圆槽2的内部，且柱型插头3的一端与扣带1的外壁固定连接，第一插头401侧面固定连接一根导线47穿过挡板44的圆孔441，该导线同时穿过金属片46的引线口461，最终通过底盖43的第一出线口431引出，金属片46的一端同样连接一根导线47，通过底盖43的第二出线口432引出，两根导线47的作用是当第一插头401的绝缘头403完全插入金属片46的插口462上时，第一插头401前端表面与金属片46接触形成导通回路，第二支架14的外壁设置有箱体19，箱体19包括继电器15、数字电位器16、单片机17和无线传输模块18，继电器15、数字电位器16、单片机17和无线传输模块18均设置在箱体19的内部，且电性连接，箱体19的外壁设置有散热孔20，传感器由螺丝5、螺母6、传感器装置4、扣带1、弹簧及垫片构成，对于一块光伏组件上板面固定螺丝5主要分布在四个边角处，在每一边角通过压边块12将光伏板10和横梁11连接，将同一边角所有螺丝5作为一个传感器，同一块光伏板10上共有四个传感器，对于相邻光伏组件之间至少有一条边相邻，该相邻边共用两个两个压边块12将上下两边角固定，每一条相邻边共用两个传感器，八块光伏板10板面固定螺丝5所需传感器为18个，对于支架间固定螺丝5主要有两部分，一部分是第一支架与横梁固定的螺丝，共有2个第一支架，两个第一支架13与横梁的固定点有四处，因此需要4个传感器节点；另一部分是第二支架与地面固定的螺丝，共有4个第二支架，四个第二支架与地面固定点有四处，有4个传感器，因此光伏板10支架间固定共计8个传感器。为了区分对不同部位松动螺丝检测，如图5所示，所述每2个传感器的两端并联上一个带有阻值为(＝100KΩ,110KΩ,120KΩ,…,160KΩ,170KΩ，其中i＝1,2,3,…,7,8)的导线作为板面固定螺丝5检测的特征；在步骤1所述传感器的导线上分别并联两个二极管和一个阻值为30kΩ的电阻作为支架间固定螺丝5检测的特征，柱型插头3通过圆槽2对扣带1的位置进行固定连接，检测板面松动用的是Ri,100K-170K，i＝1，2，..，8，通过出现对应的阻值可以判断出这一串光伏组件中具体哪处边上出现了螺丝松动的现象，然后在后续反向检测中判断出现松动得到边松了几颗螺丝，主要是2个传感器串联然后并上一个电阻Ri，检测支架松动用的是a，每个为30kΩ，通过两端电压求出的两段等效电阻差/30kΩ就可以判断有几处支架出现了松动，在进行反向检测时，检测板面松动数量用的是ri，阻值为500，1000，1500，2000，2500。
请参阅图3，螺丝5的外壁环绕安装有螺母6，且螺母6位于扣带1的下方，螺丝5的外壁对称设置有第一垫片7和第二垫片8，且扣带1的外壁与第二垫片8的外壁相连接，第一垫片7和第二垫片8之间设置有第二弹簧9，螺丝5与螺母6之间松动后第二弹簧9会推动第一垫片7与第二垫片8之间的位置进行分离，螺丝5拧紧时，第一垫片7与第二垫片8上的第二弹簧9相互挤压，第二垫片8上第二弹簧9发生形变，该传感器处于低阻态。当螺丝5松动时，第一垫片7与第二垫片8恢复原形，该传感器处于高阻态。
请参阅图5和图7，传感器装置4的外壁设置有方形槽口411，传感器装置4的外壁设置有第一螺纹线412，且第一螺纹线412位于方形槽口411的两侧，传感器装置4的外壁设置有第二螺纹线413，且第二螺纹线413位于第一螺纹线412的两侧，第二螺纹线413的外壁设置有底盖43，底盖43的外壁对称设置有第一出线口431和第二出线口432，传感器装置4的内壁设置有金属片46，且金属片46位于挡板44的一侧，金属片46的外壁设置有引线口461，金属片46的外壁设置有插口462，且绝缘头403的一端延伸至插口462的内部，传感器装置4的内壁设置有隔板45，第一螺纹线412的外壁设置有转动圆环42，第一螺纹线412便于转动圆环42转动，第二螺纹线413使底盖43与传感器装置4进行连接，外部引脚端口分别连接两根导线作为传感器的正负极通过第一出线口431和第二出线口432延伸至传感器装置4的内部进行连接。
请参阅图8和图9，一种基于双向检测法的断点检测装置的使用方法，所述基于双向检测法的断点检测实现方式包括以下步骤：步骤1、传感器网络设计，包括传感器设计、不同位置光伏组件松动螺丝5检测设计、传感器网络连线设计，步骤2、正向电压检测实现对松动光伏组件定位，步骤3、反向电压检测判断松动光伏组件断点个数，步骤4、遍历算法设计；
步骤1的传感器由螺丝5、螺母6、垫片、弹簧、抱箍侧压传感装置构成，在螺丝5上依次放置第一垫片7、第二弹簧9、第二垫片8，将螺母延螺纹线拧紧，第二弹簧9表面被完全压成平面。将抱箍侧压装置的扣带1包裹第二垫片8，并将圆槽2与柱型插头3紧扣，此时侧压传感装置的顶盖40正对第一垫片7并被第一垫片7向外侧挤压，顶盖40的位移带动相连第一插头401和第一弹簧402向内推进，使第一插头401穿过挡板44的内部圆孔441，当顶盖40完全盖上侧压传感装置，第一插头401最右端绝缘头403完全插入金属片46的插口462，此时第一插头401前端表面与金属片46完全贴合，形成导电回路，该传感器处于低阻态；当螺丝发生松动，第二弹簧9恢复原状态，第一垫片7和第二垫片8受力弹开，侧压传感装置的顶盖40不再受第二弹簧9挤压，顶盖40所连接第一弹簧402恢复初始状态，推动顶盖40向螺丝所处方向位移，顶盖40的位移带动第一插头401同时向螺丝所处方向位移，第一插头401顶处绝缘头403带动金属片46移动一段距离被隔板45阻断分离，此时第一插头401前端表面不再与金属片46接触，导电回路变断路，该传感器处于高阻态。
所述步骤1中侧压传感装置，当螺丝松动时，第一插头401顶处绝缘头403带动金属片46移动一段距离的方式为该传感器检测拧紧到松动状态提供了一定行程，通过转动圆环42可以控制挡板44向前(向后)移动，使得挡板44带动第一弹簧402向前(向后)移动，以达到控制顶盖40伸出角度的目的。通过转动底盖43，控制金属片46与底盖43之间的距离，以确保当顶盖40完全被第一弹簧402完全挤压时，第一插头401的绝缘头403可以完整顶入金属片46的插口462内部。
步骤1的不同位置光伏组件松动螺丝检测设计，分布式光伏电站的螺丝位置分布主要分为两种，一种为板面固定的螺丝，一种为支架间固定的螺丝，对于一块光伏组件上板面固定螺丝主要分布在四个边角处，将同一边角所有螺丝作为一个传感器，同一块光伏组件上共有四个传感器，对于相邻光伏组件之间至少有一条边相邻，该相邻边共用两个螺丝固定将上下两边角固定，每一条相邻边共用两个传感器，N块光伏组件板面固定螺丝所需传感器为2N+2；对于N块光伏组件上支架间固定螺丝共分为M组，将每个支架间同一角落处固定螺丝作为一个传感器；
不同位置光伏组件松动螺丝特征识别方式，在步骤1传感器的两端导线上连接一个带有二极管串阻值为ri的导线作为板面松动螺丝数目检测的特征；将每n个传感器串联在一起并在其两端并联一个阻值为Ri的编码电阻作为板面松动螺丝检测的特征；在步骤1传感器的导线上分别并联两个二极管和一个阻值为α的电阻作为支架间固定螺丝检测的特征；
步骤1的传感器网络连线设计，将光伏组件中每个传感器中的负极与下一个传感器的正极通过导线连接，将每n个传感器串联在一起并在其两端并联一个阻值为Ri的编码电阻，作为一个传感器支路，在每个传感器支路的负极引出一根导线与下一个传感器支路的正极连接，所有传感器支路串联形成传感器网络；
步骤2的正向电压检测，通过电源对N块光伏组件施加两段正向电压，当N块光伏组件上所有螺丝处于拧紧状态时，传感器网络处于低阻态，所有编码电阻Ri全被短路，两段正向电压所测的N块光伏组件整体的阻值均只有导线的内阻大小；当两段电压检测等效电阻值相同但阻值远大于导线内阻值时，表明光伏组件板面连接处出现断点(螺丝松动)，对应传感器处于高阻态，测得N块光伏组等效电阻为对应编码电阻Ri与导线内阻之和；当两段电压检测等效电阻不同时，表明光伏组件支架连接处出现断点，对应传感器处于高阻态，测得N块光伏组两个等效电阻之差为对应编码电阻αi与导线内阻之和；
通过步骤2正向电压检测，可以实现对松动光伏组件的精准定位，根据等效电阻与编码电阻Ri或αi对比，可以区分板面连接出现断点还是支架连接出现断点；
步骤3的反向电压检测，当步骤3中光伏组件板面连接处出现断点时，对N块光伏组件施加两段不同的反向电压，测得两段电流值，通过公式电阻值与编码电阻ri对比，判断该松动光伏组件断点数目；
步骤2与步骤3中正向电压与反向电压之间跳变供给由单片机控制两个继电器实现；
步骤2、步骤3中两段不同电压供给，将数字电位器以及N块光伏组件所形成的传感器网络串联，通过电源给整个电路正、反向施加电压，改变数字电位器中可编程阻值大小可实现对传感器的不同分压；
步骤4遍历算法设计，步骤3正向电压和步骤4反向电压分别检测到同一个阻值结果可能为多种不同编码电阻叠加造成的，因此需要通过遍历算法分别识别出正向电压检测到相同阻值结果对应的多种可能原因，以及反向电压检测到的相同阻值结果对应的多种可能原因，取两者可能原因的交集，以达到定位松动光伏组件并检测断点数量的目的，在进行检测时，正向检测过程R1+R2+R5的值正好等于R2+R3+R4值，出现这种情况时，正向检测无法识别出具体时哪组光伏板出现松动的现象，因此通过遍历算法，可以有效识别出测得的等效阻值可能由这两种组合造成，然后再通过反向检测，得出一个阻值，这个阻值可能同样是有几种可能性，然后取正反向检测的交集即可判断出具体是哪组光伏板出现松动现象，反向检测测得阻值正好等于r1+r2+r5(一号、二号、五号板边松动)同时也等于r1+r3+r4(一号、三号、四号板边松动)，结合之前正向检测可以判断，可以确定松动是由一号、二号、五号板边松动造成的，进而确定了具体是哪组光伏板松动的现象，正向检测到一个阻值结果可能对应多种可能性，因此会通过代码预设找出所有不同结果对应的那些多种可能性，因此得出一个阻值结果可以在我们预设的所有可能结果里面查到它有集中可能性，反向同样如此，取正反向两种可能性交集从而判断具体哪处的光伏组件出现了松动，松动了多少颗螺丝；
步骤5维护条件判断，其维护条件如下：(1)当某块光伏组件四个角有其中两个角存在断点时，需要对该松动光伏组件维护，(2)当所有不相邻的光伏组件均存在一个断点时，需要对所有存在断点的光伏组件维护；
通过将每N块光伏组件分为一组，一共分为M组，通过单片机M个引脚口分别连接M组电路，将此M组以星形方式排列，单片机放置于星形中心，加快信号的传输速率，可以实现一块单片机采集M×N块光伏组件上所有螺丝的状态信息，降低了生产成本；
步骤1的传感器网络连线设计。将光伏组件中每个传感器中的负极与下一个传感器的正极通过导线连接，使得一块光伏组件上所有传感器串联在一起。对于板面松动螺丝的检测，在每2个传感器的两端并联一个阻值为(＝100kΩ,110kΩ,120kΩ,…170kΩ，其中i＝1,2,…,8)的编码电阻。将每块光伏组件最后一颗螺丝上的传感器的负极除了与对应编码电阻连接以外还要引出一根导线与下一块光伏组件的第一个传感器的正极连接；
正向电压检测步骤，通过电源对8块光伏组件施加两段正向电压。当8块光伏组件上所有螺丝处于拧紧状态时，传感器网络处于低阻态，所有编码电阻全被短路，两段正向电压所测的8块光伏组件整体的阻值均只有导线的内阻大小；当两段电压检测等效电阻值相同但阻值远大于导线内阻时，表明光伏组件板面连接处出现断点(螺丝松动)，对应传感器处于高阻态，测得8块光伏组等效电阻为对应编码电阻与导线内阻之和；当两段电压检测等效电阻不同时，表明光伏组件支架连接处出现断点(螺丝松动)，对应传感器处于高阻态，测得N块光伏组两个等效电阻之差为对应编码电阻30kΩ的倍数关系值与导线内阻之和。
进一步地，通过2正向电压检测，可以实现对松动光伏组件的精准定位，根据两段等效电阻是否相同，可以区分板面连接出现断点还是支架连接出现断点。
进一步地，所述步骤3的反向电压检测，当步骤2中光伏组件板面连接处出现断点时，对N块光伏组件施加两段不同的反向电压，测得两段电流值，通过公式电阻值与编码电阻对比，判断该松动光伏组件断点数目。
进一步地，所述步骤3不同反向电压提供，将数字电位器以及N块光伏组件所形成的传感器网络串联。通过电源给整个电路反向施加电压，通过改变数字电位器中可编程阻值大小可实现对传感器的不同分压。
进一步地，所述步骤2正向电压和步骤3反向电压分别检测到同一个阻值结果可能为多种不同编码电阻叠加造成的，因此需要通过步骤4遍历算法分别识别出正向电压检测到的相同阻值结果对应的多种可能原因，以及反向电压检测到的相同阻值结果对应的多种可能原因，取两者可能原因的交集，以达到定位松动光伏组件并检测断点数量的目的，正向检测过程R1+R2+R5的值正好等于R2+R3+R4值，出现这种情况时，正向检测无法识别出具体时哪组光伏板出现松动的现象，因此通过遍历算法，可以有效识别出测得的等效阻值可能由这两种组合造成，然后再通过反向检测，得出一个阻值，这个阻值可能同样是有几种可能性，然后取正反向检测的交集即可判断出具体是哪组光伏板出现松动现象，反向检测测得阻值正好等于r1+r2+r5(一号、二号、五号板边松动)同时也等于r1+r3+r4(一号、三号、四号板边松动)，结合之前正向检测可以判断，可以确定松动是由一号、二号、五号板边松动造成的，进而确定了具体是哪组光伏板松动的现象。
所述步骤2与步骤3中正向电压与反向电压之间跳变供给由单片机控制两个继电器实现，当决定给定正向电压时，继电器一的常开端NO1与公共端COM1相连，继电器二的常闭端NC2与公共端COM2相连，由此形成闭合回路实现正向供电；当决定给定正向电压时，继电器一的常闭端NC1与公共端COM1相连，继电器二的常闭端NO2与公共端COM2相连，由此形成闭合回路实现反向供电。
步骤5为维护条件判断，所述步骤5维护条件判断，其维护条件如下：(1)当某块光伏组件四个角有其中两个角存在断点时，需要对该松动光伏组件维护。(2)当所有不相邻的光伏组件均存在一个断点时，需要对所有存在断点的光伏组件维护。
进一步地，通过将每8块光伏组件分为一组，一共分为16组，通过单片机16个引脚口分别连接16组电路，将此16组以星形排列，单片机放置于心形中心，加快信号的传输速率，可以实现一块单片机采集144块光伏组件上所有螺丝的状态信息，极大地降低了生产成本。
工作原理，首先传感器由螺丝、螺母、垫片、弹簧、抱箍侧压传感装置构成，对于一块光伏组件上板面固定螺丝5主要分布在四个边角处，在每一边角通过压边块12将光伏板10和横梁11连接，将同一边角所有螺丝5作为一个传感器，同一块光伏板10上共有四个传感器，对于相邻光伏组件之间至少有一条边相邻，该相邻边共用两个压边块12将上下两边角固定，每一条相邻边共用两个传感器，八块光伏板10板面固定螺丝5所需传感器为18个，对于支架间固定螺丝5主要有两部分，一部分是第一支架与横梁固定的螺丝，共有2个第一支架，两个第一支架13与横梁的固定点有四处，因此需要4个传感器节点；另一部分是第二支架与地面固定的螺丝，共有4个第二支架，四个第二支架与地面固定点有四处，有4个传感器，因此光伏板10支架间固定共计8个传感器，为了区分对不同部位松动螺丝检测，如图8所示，所述每2个传感器的两端分别并联一个带有电阻且阻值为(＝100KΩ,110KΩ,120KΩ,…,160KΩ,170KΩ，其中i＝1,2,…,7,8)的导线作为板面固定螺丝5检测的特征；在步骤1所述传感器的导线上分别并联两个二极管和一个阻值为30kΩ的电阻作为支架间固定螺丝5检测的特征，柱型插头3通过圆槽2对扣带1的位置进行固定连接，当螺丝松动时，第一插头401顶处绝缘头403带动金属片46移动一段距离的方式为该传感器检测拧紧到松动状态提供了一定行程，通过转动圆环42可以控制挡板44向前(向后)移动，使得挡板44带动第一弹簧402向前(向后)移动，以达到控制顶盖40伸出角度的目的，通过转动底盖43，控制金属片46与底盖43之间的距离，以确保当顶盖40完全被第一弹簧402完全挤压时，第一插头401的绝缘头403可以完整顶入金属片46的插口462内部，当第一插头401的绝缘头403完全插入金属片46的插口462上时，第一插头401前端表面与金属片46接触形成导通回路。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种基于双向检测法的断点检测装置，其特征在于，包括：
第二支架(14)，所述第二支架(14)的顶部连接有第一支架(13)，所述第一支架(13)的顶部对称连接有横梁(11)，所述横梁(11)的顶部依次交错设置有光伏板(10)和压边块(12)；
所述横梁(11)的内壁穿设有螺丝(5)，所述螺丝(5)的外壁设置有扣带(1)，所述扣带(1)的内壁设置有传感器装置(4)；
所述传感器装置(4)包括顶盖(40)、第一插头(401)、第一弹簧(402)、绝缘头(403)和挡板(44)，所述挡板(44)设置在传感器装置(4)的内部，所述第一弹簧(402)的一端与挡板(44)的外壁固定连接，所述挡板(44)的内壁设置有圆孔(441)，所述圆孔(441)的内壁穿设有第一插头(401)，所述第一插头(401)的一端连接有绝缘头(403)，所述传感器装置(4)的一端设置有顶盖(40)。
2.根据权利要求1所述的一种基于双向检测法的断点检测装置，其特征在于：所述扣带(1)包括圆槽(2)和柱型插头(3)，圆槽(2)设置在扣带(1)的内部，柱型插头(3)穿设在圆槽(2)的内部，且柱型插头(3)的一端与扣带(1)的外壁固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于双向检测法的断点检测装置，其特征在于：所述螺丝(5)的外壁环绕安装有螺母(6)，且螺母(6)位于扣带(1)的下方，螺丝(5)的外壁对称设置有第一垫片(7)和第二垫片(8)，且扣带(1)的外壁与第二垫片(8)的外壁相连接，第一垫片(7)和第二垫片(8)之间设置有第二弹簧(9)。
4.根据权利要求1所述的一种基于双向检测法的断点检测装置，其特征在于：所述传感器装置(4)的外壁设置有方形槽口(411)，传感器装置(4)的外壁设置有第一螺纹线(412)，且第一螺纹线(412)位于方形槽口(411)的一侧，传感器装置(4)的外壁设置有第二螺纹线(413)，且第二螺纹线(413)位于第一螺纹线(412)的一侧，第二螺纹线(413)的外壁设置有底盖(43)，底盖(43)的外壁对称设置有第一出线口(431)和第二出线口(432)，传感器装置(4)的内壁设置有金属片(46)，且金属片(46)位于挡板(44)的一侧，金属片(46)的外壁设置有引线口(461)，金属片(46)的外壁设置有插口(462)，且绝缘头(403)的一端延伸至插口(462)的内部，传感器装置(4)的内壁设置有隔板(45)，第一螺纹线(412)的外壁设置有转动圆环(42)。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于双向检测法的断点检测装置，其特征在于：所述传感器装置(4)的外形为空心柱体，镶嵌设置在扣带(1)的内部，柱型插头(3)的外形呈圆柱状，外径尺寸与圆槽(2)的内径尺寸相等，第一垫片(7)和第二垫片(8)的外形均为圆盘状，金属片(46)、隔板(45)均为圆盘状与传感器装置(4)内部的尺寸相等，第一插头(401)侧面固定连接一根导线(47)穿过挡板(44)的圆孔(441)和金属片(46)的引线口(461)，最终通过底盖(43)的第一出线口(431)引出，金属片(46)的一端同样连接一根导线(47)，通过底盖(43)的第二出线口(432)引出。
6.根据权利要求1所述的一种基于双向检测法的断点检测装置，其特征在于：所述第二支架(14)的外壁设置有箱体(19)，箱体(19)包括继电器(15)、数字电位器(16)、单片机(17)和无线传输模块(18)，继电器(15)、数字电位器(16)、单片机(17)和无线传输模块(18)均设置在箱体(19)的内部，且电性连接，箱体(19)的外壁设置有散热孔(20)。
7.一种基于双向检测法的断点检测装置的使用方法，适用于权利要求1-6任意一项所述的一种基于双向检测法的断点检测装置，其特征在于，所述基于双向检测法的断点检测实现方式包括以下步骤：步骤1、传感器网络设计，包括传感器设计、不同位置光伏组件松动螺丝检测设计、传感器网络连线设计，步骤2、正向电压检测实现对松动光伏组件定位，步骤3、反向电压检测判断松动光伏组件断点个数，步骤4、遍历算法设计；
所述步骤1的传感器由螺丝、螺母、垫片、弹簧、抱箍侧压传感器构成，在螺丝上依次放置第一垫片、第二弹簧、第二垫片，将螺母延螺纹线拧紧，第二弹簧表面被完全压成平面，将抱箍侧压装置的扣带包裹第二垫片，并将圆槽与柱型插头紧扣，此时传感器装置的顶盖正对第一垫片并被第一垫片向外侧挤压，顶盖的位移带动相连第一插头和第一弹簧向内推进，使第一插头穿过挡板的内部圆孔，当顶盖完全盖上传感器装置，第一插头最右端绝缘头完全插入金属片的插口，此时第一插头前端表面与金属片完全贴合，形成导电回路，该传感器处于低阻态；当螺丝发生松动，第二弹簧恢复原状态，第一垫片和第二垫片受力弹开，传感器装置的顶盖不再受第二弹簧挤压，顶盖所连接第一弹簧恢复初始状态，推动顶盖向螺丝所处方向位移，顶盖的位移带动第一插头同时向螺丝所处方向位移，第一插头顶处绝缘头带动金属片移动一段距离被隔板阻断分离，此时第一插头前端表面不再与金属片接触，导电回路变断路，该传感器处于高阻态；
所述步骤1中抱箍侧压装置，当螺丝松动时，第一插头顶处绝缘头带动金属片移动一段距离的方式为该传感器检测拧紧到松动状态提供了一定行程；通过转动圆环可以控制挡板向前(向后)移动，使得挡板带动第一弹簧向前(向后)移动，以达到控制顶盖伸出角度的目的，通过转动底盖，控制金属片与底盖之间的距离，以确保当顶盖完全被第一弹簧完全挤压时，第一插头的绝缘头可以完整顶入金属片的插口内部；
所述步骤1的不同位置光伏组件松动螺丝检测设计，所述分布式光伏电站的螺丝位置分布主要分为两种，一种为板面固定的螺丝，一种为支架间固定的螺丝，对于一块光伏组件上板面固定螺丝主要分布在四个边角处，将同一边角所有螺丝作为一个传感器，同一块光伏组件上共有四个传感器，对于相邻光伏组件之间至少有一条边相邻，该相邻边共用两个螺丝固定将上下两边角固定，每一条相邻边共用两个传感器，N块光伏组件板面固定螺丝所需传感器为2N+2；对于N块光伏组件上支架间固定螺丝共分为M组，将每个支架间同一角落处固定螺丝作为一个传感器；
不同位置光伏组件松动螺丝特征识别方式，将每n个传感器串联在一起并在其两端并联一个阻值为Ri的编码电阻作为板面螺丝松动检测的特征；在步骤1所述传感器的两端导线上连接一个带有二极管串阻值为ri的导线作为板面固定螺丝数目检测的特征；在步骤1所述传感器的导线上分别并联两个二极管和一个阻值为α的电阻作为支架间固定螺丝检测的特征；
所述步骤1的传感器网络连线设计，将光伏组件中每个传感器中的负极与下一个传感器的正极通过导线连接，将每n个传感器串联在一起并在其两端并联一个阻值为Ri的编码电阻，作为一个传感器支路，在每个传感器支路的负极引出一根导线与下一个传感器支路的正极连接，所有传感器支路串联形成传感器网络；
所述步骤2的正向电压检测，通过电源对N块光伏组件施加两段正向电压，当N块光伏组件上所有螺丝处于拧紧状态时，传感器网络处于低阻态，所有编码电阻Ri全被短路，两段正向电压所测的N块光伏组件整体的阻值均只有导线的内阻大小；当两段电压检测等效电阻值相同但阻值远大于导线内阻时，表明光伏组件板面连接处出现断点(螺丝松动)，对应传感器处于高阻态，测得N块光伏组件等效电阻为对应编码电阻Ri与导线内阻之和；当两段电压检测等效电阻不同时，表明光伏组件支架连接处出现断点，对应传感器处于高阻态，测得N块光伏组件两个等效电阻之差为对应编码电阻αi与导线内阻之和；
通过步骤2正向电压检测，可以实现对松动光伏组件的精准定位，根据等效电阻与编码电阻Ri或αi对比，可以区分板面连接出现断点还是支架连接出现断点；
所述步骤3的反向电压检测，当步骤3中光伏组件板面连接处出现断点时，对N块光伏组件施加两段不同的反向电压，测得两段电流值，通过公式求得电阻值与编码电阻ri对比，判断该松动光伏组件断点数目；
所述步骤2与步骤3中正向电压与反向电压之间跳变供给由单片机控制两个继电器实现；
所述步骤2、步骤3中两段不同电压供给，将数字电位器以及N块光伏组件所形成的传感器网络串联，通过电源给整个电路正、反向施加电压，改变数字电位器中可编程阻值大小可实现对传感器的不同分压；
所述步骤4遍历算法设计，所述步骤3正向电压和步骤4反向电压分别检测到同一个阻值结果可能为多种不同编码电阻叠加造成的，因此需要通过遍历算法分别识别出正向电压检测到相同阻值结果对应的多种可能原因，以及反向电压检测到的相同阻值结果对应的多种可能原因，取两者可能原因的交集，以达到定位松动光伏组件并检测断点数量的目的；
所述步骤5维护条件判断，其维护条件如下：(1)当某块光伏组件四个角有其中两个角存在断点时，需要对该松动光伏组件维护，(2)当所有不相邻的光伏组件均存在一个断点时，需要对所有存在断点的光伏组件维护；
通过将每N块光伏组件分为一组，一共分为M组，通过单片机M个引脚口分别连接M组电路，将此M组以星形方式排列，单片机放置于星形中心，加快信号的传输速率，可以实现一块单片机采集M×N块光伏组件上所有螺丝的状态信息，降低了生产成本。
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