CN201681462U - 基于adss光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高压铁塔技术领域，特别是涉及一种基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，由分别设置在各个高压铁塔上的安全监测装置、以太网通讯网络、综合数据采集监控服务器及供电模块所组成，安全监测装置由铁塔防盗模块、铁塔倒塌预警模块所组成，铁塔防盗模块包括振动报警模块、红外报警模块、微波报警模块、红外摄像模块，铁塔倒塌预警模块包括振动检测模块、摆动和弯曲检测模块、微波报警模块。监测装置安装在铁塔上，然后通过ADSS光缆将各个监测点连接起来，最终连接地面监控中心服务器上。优点是利用以太网通讯技术实现监测装置与监控中心通讯、并将各个检测装置的报警数据快速传送到监控中心服务器进行最终的处理、报警。

Description

基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置

技术领域

本实用新型属于高压铁塔安全监测技术领域，特别是涉及一种基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置。

背景技术

高压铁塔作为电力传输的重要设施，一直以来都受到高度重视，铁塔的架设、维护都需要巨大财力、物力、人力，高压铁塔的安全对电力供应、工农业生产都有着至关重要的意义。高压铁塔的事故给国民经济和国民生活造成了严重的影响，并带来了不可估量的损失。铁塔事故发生后，重新架设与维修铁塔也耗费了巨大的人力物力。如果可以在高压铁塔出现事故之前提前做出预防和处理，将大大减少损失。

近年来，盗窃电力设施的犯罪行为时有发生，盗窃态势有些抬头，中、低压线路、变压器屡遭犯罪份子盗窃。高压线路被盗的情况发生较少，但高压铁塔塔材却时有被盗。犯罪分子盗窃铁塔导致铁塔倒地所造成的损失远比铁塔本身的价值大得多。高压铁塔倒地会导致大面积停电，而且短时间内难以恢复，严重影响着城乡工农业生产及办公的用电，给社会造成了恶劣的影响。

自然环境的变化对铁塔的安全造成严重威胁，雨雪、冰冻使铁塔不能承重或受力造成了很多事故。2008年南方特大雪灾就是最典型的例子，另外地震、地基不稳或者人类活动也可能引起高压铁塔的晃动和弯曲，最终导致高压铁塔倒塌。

另外，高压铁塔自身的螺丝松动、共振、老化等造成塔体倒塌。这些情况都非常容易出现，并且不易被察觉。例如在野外塔体长期受风吹日晒、雨雪侵袭，风吹使得塔体晃动，可能导致螺丝松动。而日晒和雨雪侵袭则导致塔体老化。如果高压铁塔与火车道比较接近，也可能受到火车运行的影响，导致引起共振。这些情况对塔体都是非常危险的。

由于自然原因或者塔体自身原因导致塔体倒塌，在某些情况下比盗窃更加难以预防，不易被值班巡逻人员发现。因此，塔体自身情况的实时检测对保护塔体、预防倒塌有着很重要的作用。

ADS8光缆也称全介质自承式光缆，用一种全介质(无金属)光缆独立地沿输电线路架挂在电力导线内侧以构成输电线路上的光纤通信网。

当输电线路已经架设有地线，且剩余寿命还相当长，需要尽快以低安装费用建设光缆系统，同时避免停电作业等前提下，采用ADSS光缆是有很大优势的。

实用新型专利“高压输电线路铁塔防盗监控装置”(专利号：200820012130.7)公开了一种高压输电线路铁塔防盗监控装置，包括壳体、监控装置主控器、振动传感器、微波红外传感器、GSM通信模块及太阳能电源；太阳能电源安装在壳体上方，微波红外传感器安装在壳体下方，并通过供电线及通讯线连接到监控装置主控器上；振动传感器安装在铁塔上或壳体内，并通过供电线和通讯线连接到监控装置主控器上；GSM模块内置在监控装置主控器内，通讯天线安装在壳体外部。这种方案依赖GSM模块，通过手机网络进行数据传输，需要依赖电信部门的设备。因此，通讯速度慢，可靠性低。另外，需要交纳数据流量费用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：

本实用新型的基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于由分别设置在各个高压铁塔上的安全监测装置，通过以太网通讯网络与这些安全监测装置相连接的综合数据采集监控服务器，分别与此综合数据采集监控服务器、以太网通讯模块相连接的供电模块所组成，

所述的安全监测装置由并行设置的铁塔防盗模块、铁塔倒塌预警模块所组成，

所述的铁塔防盗模块包括并行设置的振动报警模块、红外报警模块、微波报警模块、红外摄像模块，

所述的铁塔倒塌预警模块包括并行设置的振动检测模块、摆动和弯曲检测模块、微波报警模块。

所述的摆动和弯曲检测模块使用电阻应变传感器或者钢结构表面式光纤光栅应变传感器。

所述的以太网通讯网络为ADSS光缆以太网通讯网络，此ADSS光缆以太网通讯网络的通讯模块直接架设在铁塔上。

所述的供电模块采用太阳能电池、风能发电装置和蓄电池。

所述的红外报警模块采用被动式红外探测器，由光学系统、热传感器即红外传感器及报警控制器组成。

所述的微波报警模块采用雷达式微波探测器。

本实用新型将分布在不同地点的重点监视铁塔有机地联系起来，当铁塔出现异常现象时，通过以太网通信模块将每个监视铁塔的现场震动、铁塔弹性应变、红外成像信息传入综合数据采集与监控系统，监控人员根据从综合数据采集与监控系统获得的数据和信息，立即联系、组织有关人员出警，确保高压输电线路安全运行。

监控装置主要用于现场监测、判断铁塔是否被盗或者其他危险。通过振动传感器检测铁塔是否被敲击、铁锯锯动，通过微波红外传感器检测铁塔下方是否有人停靠，并利用红外摄像机摄下铁塔下面的实时状况。通过应变传感器检测塔体的摆动和弯曲情况。

监控与传输系统是铁塔装置的核心，它控制着各个传感模块的开关，并把各路数据汇总、分析，并传送到监控中心(综合数据采集与监控系统)。

铁塔控制装置使用的是高性能的工业处理器，保证了在室外恶劣环境下的可靠性与稳定性。

在铁塔监控装置与监控中心之间采用ADSS光缆以太网通信方式，在每个铁塔控制装置中加装以太网通讯模块。这样既节省了再投资，又保证监控系统网络的安全、稳定、可靠。以太网通讯模块具有数据交换功能，不但提供以太网接口，同时具有双向的以太网通讯功能，能够将整条高压线路上的安全监测装置的信息传送到监控中心的服务器上，同时也能将监控中心的控制信息传送到每一个安全检测装置上，使得整条高压线路上的安全监测装置通过ADSS光缆和以太网通讯方式与监控中心服务器通讯。

高压线路铁塔装置均安装于野外，可以采用太阳能电池/风能发电装置和蓄电池三者供电，保证供电的持续可靠。

铁塔的防盗模块包括三个子模块，这三个子模块在防盗方面各有特点，可以根据实际情况灵活配置，互相取长补短，配合使用。

犯罪分子破坏铁塔的时候必然引起铁塔振动，通过采集振动信号可以有效地监控铁塔是否处于安全状态。振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。

振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量作为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将机械量变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。

为了准确的判断是否有盗窃行为发生，铁塔振动的幅值和频率都必须关注。如果盗窃分子以锤子或者其他钝器连续敲击铁塔时，振动传感器将会高位输出很长时间，这时振动传感器可以报警。如果盗窃分子用锯破坏铁塔时，振动幅值将会相对低一些，这时仅以幅值判断可能出现误判，就需要提取振动的频率。盗窃分子锯的时候会产生周期振动，振动周期和幅值可能有所不同，但是振动的特征仍然有很多相似之处。可以将采集到的信号序列与预先存储在运算器中的序列利用快速傅里叶变换(FFT)做相关运算。

由于野外环境比较复杂，红外传感器是另外一个重要的检测手段。凡是温度超过绝对0℃的物体都能产生热辐射，而温度低于1725℃的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热。而任何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同。

在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。称为被动红外，探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒钟已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。

被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)及报警控制器等部分组成。其核心是红外探测器件，通过光学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在范围以内。

被动式红外探测器根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平视场角可以大于90°，垂直视场角最大也可以达到90°，但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。根据本项目的特征采取多波束型。红外传感器采集到的信号放到处理器的内存中，与下一时刻采集到的信号进行计算，如果下一刻值超过前一刻一定范围，则认为有危险人员出现。如果在一定范围之内，则认为是环境自然变化。

在本装置中，当有犯罪分子靠近铁塔，并未实施盗窃时，红外报警装置就可以检测到有人靠近，提前发出报警信号，同时也可以作为振动传感器的补充。微波探测器分为雷达式和墙式两种。在本系统中采用雷达式微波探测器。雷达式是一种将微波收、发系统合置的探测器，工作原理基于多普勒效应。微波的波长很短，在1mm～1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移。此时可认为报警产生。

采用多普勒雷达的原理，将微波发射天线与接收天线装在一起。使用体效应管作微波固态振荡源，通过与波导的组合，形成一个小型的发射微波信号的发射源。探头中的肖基特检波管与同一波导组成单管波导混频器作为接收机与发射源耦合回来的信号混频，从而得到一个频率差，再送到低频放大器处理后控制报警的输出。

探测器对警戒区域内活动目标的探测范围是一个立体防范空间，范围比较大，可以覆盖60°至90°的水平辐射角，控制面积可达几十到几百平方米。雷达式微波探测器的发射能图与所采用的天线结构有关，采用全向天线(如1/4波长的单极天线)可产生近乎圆球形或椭圆形的发射范围，这种能场适合保护大面积的房间或仓库等处。而采用定向天线(如喇叭天线)可以产生宽泪滴形或又窄又长的泪滴形能图，适合保护狭长的地点，如走廊或通道等。

雷达式微波探测器采用主动方式，雷达式微波探测器相对红外传感器的弱点是不能判断是物体在运动还是人在活动，但是不受环境中热风影响。雷达式微波探测器和红外传感器根据实际情况混合使用可以取得比较好的效果。

铁塔倒塌预警模块中的振动检测模块原理与防盗模块中所使用的振动检测模块近似。在这里检测到的振动信号用来计算铁塔自身振动的频率和幅值，根据铁塔自身振动频率和幅值的大小来判断铁塔是否有倒塌的风险。

铁塔倒塌预警模块中的摆动和弯曲检测模块使用电阻应变传感器或者钢结构表面式光纤光栅应变传感器。利用电阻应变传感器可以检测铁塔支架的弯曲角度，通过弯曲角度的检测，可以实时检测铁塔的摆动情况。电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。

钢结构表面式光纤光栅应变传感器主要用于测量各种钢结构的表面应变。该传感器可以焊接或用专用胶粘接在钢结构的表面，以达到测量铁塔钢结构的弯曲程度。通过对弯曲程度的测量计算出铁塔的摆动情况。

应变传感器安装在铁塔的弯曲最大处，可以根据实际情况放置多个检测点。检测铁塔摆动和弯曲程度首先应进行数学建模，并把模型用程序语言方式写入控制器中。应变传感器的检测值作为输入，铁塔摆动和弯曲作为输出。一旦输出值大于设定值，则发出报警。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的优点是利用以太网通讯技术实现监测装置与监控中心通讯、并将各个检测装置的报警数据快速传送到监控中心服务器进行最终的处理、信息发布、报警等。监测装置安装在重要的铁塔上，然后通过ADSS光缆将各个监测点连接起来，最终连接地面监控中心服务器上。

本装置通过采用基于ADSS光缆的以太网技术通讯方式，并结合先进的数字处理技术进行高压铁塔的安全监控装置的设计，这个装置充分运用以太网通讯技术实现安全检测装置的长距离布置，提高了整个监测系统的覆盖范围、网络通讯的速度和安全性。并且易于维护、可以与电力系统的其他现有监控系统相互结合。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型的基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于由分别设置在各个高压铁塔上的安全监测装置，通过以太网通讯网络与这些安全监测装置相连接的综合数据采集监控服务器(图中的控制器)，分别与此综合数据采集监控服务器、以太网通讯模块相连接的供电模块所组成，

所述的安全监测装置由并行设置的铁塔防盗模块、铁塔倒塌预警模块所组成，

所述的铁塔防盗模块(图中的虚线框内部分)包括并行设置的振动报警模块、红外报警模块、微波报警模块、红外摄像模块，

所述的铁塔倒塌预警模块包括并行设置的振动检测模块、摆动和弯曲检测模块、微波报警模块。

所述的摆动和弯曲检测模块使用电阻应变传感器或者钢结构表面式光纤光栅应变传感器。

所述的以太网通讯网络为ADSS光缆以太网通讯网络，此ADSS光缆以太网通讯网络的通讯模块直接架设在铁塔上。

所述的供电模块采用太阳能电池、风能发电装置和蓄电池。

所述的红外报警模块采用被动式红外探测器，由光学系统、热传感器即红外传感器及报警控制器组成。

所述的微波报警模块采用雷达式微波探测器。

本实用新型的优点是利用以太网通讯技术实现监测装置与监控中心通讯，并将各个检测装置的报警数据快速传送到监控中心服务器进行最终的处理、信息发布、报警等。监测装置安装在重要的铁塔上，然后通过ADSS光缆将各个监测点连接起来，最终连接地面监控中心服务器上。

Claims (6)

1.一种基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于由分别设置在各个高压铁塔上的安全监测装置，通过以太网通讯网络与这些安全监测装置相连接的综合数据采集监控服务器，分别与此综合数据采集监控服务器、以太网通讯模块相连接的供电模块所组成，

所述的安全监测装置由并行设置的铁塔防盗模块、铁塔倒塌预警模块所组成，

所述的铁塔防盗模块包括并行设置的振动报警模块、红外报警模块、微波报警模块、红外摄像模块，

所述的铁塔倒塌预警模块包括并行设置的振动检测模块、摆动和弯曲检测模块、微波报警模块。

2.根据权利要求1所述的基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于所述的摆动和弯曲检测模块使用电阻应变传感器或者钢结构表面式光纤光栅应变传感器。

3.根据权利要求1所述的基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于所述的以太网通讯网络为ADSS光缆以太网通讯网络，此ADSS光缆以太网通讯网络的通讯模块直接架设在铁塔上。

4.根据权利要求1所述的基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于所述的供电模块采用太阳能电池、风能发电装置和蓄电池。

5.根据权利要求1所述的基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于所述的红外报警模块采用被动式红外探测器，由光学系统、热传感器即红外传感器及报警控制器组成。

6.根据权利要求1所述的基于ADSS光缆以太网通讯的高压铁塔安全监测装置，其特征在于所述的微波报警模块采用雷达式微波探测器。

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