CN202736286U - 一种电力隧道三维加速度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力隧道三维加速度监测装置，它采用低功耗设计，采集器与传感器采用分体结构，可以实现对隧道防护目标的无缝覆盖和实时连续监测，提供大量的隧道震动加速度数据信息，通过大量信息的累积，可以实现对隧道的效监测和提前预警。它包括三维加速度采集器，三维加速度采集器沿隧道走向布设，并与若干传感器连接；其中，三维加速度采集器包括微控制器模块、通信模块、电源管理模块、传感器接收模块，微控制器模块与通信模块、传感器接收模块双向通信，电源管理模块为微控制器模块、通信模块以及传感器接收模块供电；传感器接收模块与各传感器连接。

Description

一种电力隧道三维加速度监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力技术领域，尤其涉及一种电力隧道三维加速度监测装置。 

背景技术

随着电力事业的不断发展，城市架空线路送电正在被地下高压电缆所取代，因此地下高压电缆的数量正急剧上升。针对这种现状，对隧道安全的监测更加重要。为了保证隧道电缆供电的可靠性，除了保障隧道内电缆及其附属设施的安全外，同时必须实时监测隧道本体的安全。 

隧道长期运行，由于受到周边机械施工、爆破，压力等因素的影响，会出现某些位置的变形或者微变化。目前实现的对隧道本地的监测，一种是采用动态仪或者压力表，需要配备较多的人力，但是仍然难以实现隧道状态的连续监测，困难大，监测繁琐，信息量少。另一种是采用DSP实现三维加速度监测，这种装置功耗大，必须安装在有供电的位置，不能实现隧道全线的监测，有一定的位置局限性。 

实用新型内容

本实用新型为了解决在隧道供电不足，并且需要连续监测隧道变化等技术问题，提供一种电力隧道三维加速度监测装置，它采用低功耗设计，采集器与传感器采用分体结构，可以实现对隧道防护目标的无缝覆盖和实时连续监测，提供大量的隧道震动加速度数据信息，通过大量信息的累积，可以实现对隧道的效监测和提前预警。 

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

一种电力隧道三维加速度监测装置，它包括三维加速度采集器，三维加速度采集器沿隧道走向布设，并与若干传感器连接；其中，三维加速度采集器包括微控制器模块、通信模块、电源管理模块、传感器接收模块，微控制器模块与通信模块、传感器接收模块双向通信，电源管理模块为微控制器模块、通信模块以及传感器接收模块供电；传感器接收模块与各传感器连接。

所述微控制器模块主要由MPU和实时时钟芯片、硬件看门狗和电源监视芯片、外部晶振及外围电路构成。 

所述通信模块采用通信与电源共线传输方式，在供电同时完成数据和命令传输，进行半双工通信。 

所述传感器为三维振动加速度传感器。 

本实用新型选择振动加速度作为监测的主要物理量。电力隧道内环境复杂，选择振动加速度作为主监测物理量，可以不依赖于照明，不受水雾、灰尘等因素影响，特别适用于对隧道周边的爆破、机械施工等潜在危害因素的监测和预警。从而克服了视频监控存在的问题。 

微控制器模块负责对来自传感器的振动加速度数据进行读取、暂存和分析处理，然后将分析结果和振动加速度的特征值上报给监控主机，监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；同时微控制器模块还负责采集器其他电路模块的管理、控制功能。 

通信模块采用与电源共线传输技术，基于电源载波通信，通信速率为300-9600BPS，负责命令和数据与监控主机的传输。 

电源管理模块负责将来自供电载波线路的电源变换为符合本地各功能模块工作要求的电源，并在微控制器模块的控制下，将各路电源持续或断续地提供给相应的电路模块使用，以实现采集器的最低工作功耗。 

传感器接收模块主要负责采集器与传感器通信以及传感器的供电。 

本实用新型采用采集器与传感器分体结构，一个采集器可以下挂一至四个传感器。采集器与传感器间采用6芯屏蔽电缆连接，最大电缆长度30米。分体设计适合于沿隧道走向布设，便于实现对隧道防护目标的无缝覆盖。 

本实用新型采用超低功耗设计，适合隧道内电力匮乏的环境条件。加速度传感器元件选择功耗极低的微机电三维加速度芯片，单芯片最大工作功耗140μA;数据采集器主控制MPU采用睡眠唤醒工作模式，初始化后MPU即处于睡眠状态，下挂的加速度传感器探测到振动加速度超过预设的阈值时，才以中断方式将MPU唤醒；采集器各外围电路模块均采用可程序控制的供电方式，电路模块不工作时，即切断电源，最大限度地节省电能。 

本实用新型的工作原理是， 

利用隧道内沿电缆方向设置的传感器对隧道由于受到外界冲击力产生的变形或者微变化进行实时采集，通过与传感器相连接的三维加速度采集器对采集器所采集的振动加速度值进行相应的分析和判断，将判断结果和特征值上传至监控主机，监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；监控平台对判断结果和特征值进行相应展示，给出相应预警信息。

本实用新型的有益效果是， 

系统通过对隧道由于受到外界冲击力产生的振动加速度进行采集，对超过设定阈值的采样值进行相应分析和判断，将三维加速度采集器所带4个传感器的振动次数总和及最大震动加速度值通过监控主机上传至监控平台，可以实现对隧道各点状态和变化的实时监测，对于周边机械施工、爆破，压力等因素，进行有效监控，对于严重影响隧道安全的外力因素及时预警。本装置对隧道沿电缆方向监视点全面，不受供电不足影响，装置功能完善。

附图说明

图1：本实用新型的功能组成框图； 

图2：三位加速采集器对振动加速度采集和判断流程图

其中，1. 微控制器模块，2. 通信模块，3.电源管理模块，4. 传感器接收模块，5. 传感器，6. 三维加速度采集器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。 

图1中，该装置采用高集成度及超低功耗设计，由微控制器模块1、通信模块2，电源管理模块3、传感器接收模块4、传感器5组成，将三维加速度传感器沿隧道走向布设，实现对隧道防护目标的无缝覆盖和实时连续监测。 

三维加速度采集器6由上述微控制器模块1、通信模块2，电源管理模块3、传感器接收模块4组成。 

微控制器模块1由MPU和实时时钟芯片、硬件看门狗和电源监视芯片、外部晶振等外围电路构成。MPU为TI公司的低功耗芯片,该芯片供电电压范围1.8-3.6V，待机功耗0.3μA，2.2V供电1MHz时钟频率下工作时功耗270μA；从待机模式唤醒时间少于1μs；内带程序存储器32KB+256B、数据存储器4KB；定时器、模数转换器、比较器、通用串行通信接口等硬件资源。微控制器模块1负责对来自传感器的振动加速度数据进行读取、暂存和简单分析处理，然后将分析结果和振动加速度的特征值上报给上层控制平台；还担负三维加速度采集器6其他电路模块的管理、控制功能。 

通信模块2采用通信与电源共线传输的技术，来完成三维加速度采集器6和传感器5的供电，同时完成采集器与监控主机之间的数据和命令的传输，实现采集器与监控主机之间的的半双工通信功能。通信接收电路采用微功耗运算放大器芯片为核心构成，通信发送电路由三极管、二极管、PTC保险丝等分立元件构成，接收和发送均采用基带脉冲通信机制。 

电源管理模块3负责将来自供电线路的电源变换为符合本地各模块要求的电源电压，并在微控制器模块1的控制下，将各路电源持续或断续地提供给相应的电路模块使用。 

传感器接收模块4主要负责三维加速度采集器6与传感器5通信以及向传感器提供电源。传感器接收模块4由场效应管、TVS保护器件及阻容元件构成。 

传感器5担负三维振动加速度的测量，并将采集结果发给三维加速度采集器6。传感器元件选择功耗极低的微机电三维加速度芯片。 

图2中，三维加速度采集器6启动以后，首先要对采集器和传感器进行相关的初始化设置，以使采集器和传感器进入正常的工作流程中；初始化时，将对传感器的加速度阈值进行设置，加速度阈值是判断隧道监测点有无变形的门槛值，超过此设定阈值，将认为隧道监测点由于受到外力有变化；如果传感器5采样的加速度值一直不超过此阈值，传感器不触发中断，采样数据不做上传；超过此设定阈值后，传感器5将向三位加速度采集器6发出中断请求，表明有变化发生，三位加速度采集器6接收到传感器5的中断请求以后，将读取传感器5的相应数据，然后对读取的数据进行相应的分析和判断处理，同时将每个三维加速度采集器所带的4个传感器振动次数总和及最大震动加速度值通过监控主机上报监控平台。 

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。 

Claims (4)

1.一种电力隧道三维加速度监测装置，其特征是，它包括三维加速度采集器，三维加速度采集器沿隧道走向布设，并与若干传感器连接；其中，三维加速度采集器包括微控制器模块、通信模块、电源管理模块、传感器接收模块，微控制器模块与通信模块、传感器接收模块双向通信，电源管理模块为微控制器模块、通信模块以及传感器接收模块供电；传感器接收模块与各传感器连接。

2.如权利要求1所述的电力隧道三维加速度监测装置，其特征是，所述微控制器模块主要由MPU和实时时钟芯片、硬件看门狗和电源监视芯片、外部晶振及外围电路构成。

3.如权利要求1所述的电力隧道三维加速度监测装置，其特征是，所述通信模块采用通信与电源共线传输方式，在供电同时完成数据和命令传输，进行半双工通信。

4.如权利要求1所述的电力隧道三维加速度监测装置，其特征是，所述传感器为三维振动加速度传感器。

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