CN203310511U - 一种测量多点加速度定位扰动源的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量多点加速度定位扰动源的系统，它包括至少一台监控主机，每台监控主机至少与一台振动源监测终端连接，所述振动源监测终端包括微控制器模块，微控制器模块分别通信模块、传感器接收模块和声音采集模块连接，所述传感器接收模块与振动源传感器连接，所述通信模块和微控制器模块均与电源管理模块连接，通信模块与监控主机通信。通过本实用新型的实施，可以实现对电力隧道周边机械施工行为的监测，测算出机械施工的大体方位，从而为电力隧道的风险评估和防范提供依据，保障电力隧道本体的安全，从而保障电流设施和电力运行的安全稳定。对本方法针对性强，可靠性高。

Description

一种测量多点加速度定位扰动源的系统

技术领域

    本实用新型涉及一种定位扰动源的系统，尤其涉及一种测量多点加速度定位扰动源的系统。 

背景技术

随着经济持续增长、城市电网迅猛发展以及现代城市对电流采集器供电可靠性、环境美化的要求，现代化的城市建设对电力输送提出了更高的要求，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。电缆具有运行维护工作量小、不占空间走廊等优点。 

为了保障供电的可靠性和稳定性，首先要保证隧道本体的安全和稳定，以有效的方法对位于地下设施周边的机械施工行为实施监测和预警，对保障地下电力设施的安全可靠运行意义重大。 

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种测量多点加速度定位扰动源的系统，它具有测知周边是否有机械施工行为存在，并测算出机械施工的大体方位，从而为风险的评估和防范提供依据的优点。 

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

一种测量多点加速度定位扰动源的系统，它包括至少一台监控主机，每台监控主机至少与一台振动源监测终端连接，所述振动源监测终端包括微控制器模块，微控制器模块分别与通信模块、传感器接收模块和声音采集模块连接，所述传感器接收模块与振动源传感器连接，所述通信模块和微控制器模块均与电源管理模块连接，通信模块与监控主机通信。

所述监控主机包括底板，底板分别与电源转换及通信脉冲产生插板、用户接口板和串口通信插板连接，所述监控主机采用6U机架式，所述监控主机至多支持插接8块用户接口板，每个用户接口板具备8个通信端口。 

所述微控制器包括MPU，MPU与实时时钟芯片、看门狗电路、电源监视芯片晶振电路连接。 

所述通信模块采用通信与电源共线传输模式。 

所述振动源传感器为压电式传感器。 

所述传感器接收模块与振动源传感器通信及提供电源，所述传感器接收模块包括场效应管、TVS保护器和电阻电容。 

所述监控主机与振动源监测终端之间的通信距离为0KM～10KM。 

所述声音采集模块采用拾音器。 

本实用新型的工作原理：振动源监测终端利用振动源传感器检测现场的各项震动参数如次数、时间间隔、频率、方向及加速度，配合声音采集模块采集现场的声音，将这些采集的数据上传给微控制器，微控制器对这些数据进行处理，定位振动源的位置，并将分析结果通过通信模块上传给监控主机，监控主机根据通信模块上传的数据，实现对电力隧道周边机械施工行为的监测，测算出机械施工的大体方位，从而为电力隧道的风险评估和防范提供依据，保障电力隧道本体的安全，从而保障电流设施和电力运行的安全稳定。对本方法针对性强，可靠性高。 

本实用新型的有益效果：通过本实用新型的实施，可以实现对电力隧道周边机械施工行为的监测，测算出机械施工的大体方位，从而为电力隧道的风险评估和防范提供依据，保障电力隧道本体的安全，从而保障电流设施和电力运行的安全稳定。对本方法针对性强，可靠性高。 

附图说明

图1为本实用新型的振动源监测终端组成图； 

图2为监控主机组成结构示意图；

图3为本实用新型单次疑似冲击的提取示意图。

其中，1.监控主机，2.振动源监测终端，3.底板，4.电源转换及通信脉冲产生插板，5.用户接口板，6.串口通信插板，7.微控制器模块，8.通信模块，9.电源管理模块，10.传感器接收模块，11. 声音采集模块，12. 振动源传感器。 

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。 

如图1所示，一种测量多点加速度定位扰动源的系统，它包括至少一台监控主机1连接，每台监控主机1至少与一台振动源监测终端2连接，所述振动源监测终端2包括微控制器模块7，微控制器模块7分别与通信模块8、传感器接收模块10和声音采集模块11连接，所述传感器接收模块10与振动源传感器12连接，所述通信模块8和微控制器模块7均与电源管理模块9连接，通信模块8与监控主机1通信。 

如图2所示，监控主机1包括电源转换及通信脉冲产生插板4，用户接口板5，串口通信插板6，底板3，所述电源转换及通信脉冲产生插板4，用户接口板5，串口通信插板6与底板3连接。 

电源转换及通信脉冲产生插板4完成电源转换和通信脉冲信号产生；用户接口板5完成数据传输和与串口通信插板6的通信；串口通信插板6完成用户接口板5与用户客户端的通信，用户接口板5与串口通信插板6间为串口通信，通过串口通信插板6转化成网口与用户客户端连接；串口通信插板6为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口；底板3完成与电源转换及通信脉冲产生插板4、串口通信插板6和用户接口板5间的数据交互和电源供电。 

监控主机1采用6U机架式模块化设计，相邻的用户接口板5采用冗余备份，实现智换切换，保证可靠性；监控主机1最多支持插接8块用户接口板5，每块用户接口板5具备8个通信端口，每个通信端口可以挂载1～16个振动源监测终端2，这样监控主机1具备最大64端口，监控主机1和振动源监测终端2之间的通信距离是0KM～10KM。 

监控主机1具备全工模式和半工模式两种工作模式，用户可根据实际需求选用，以求达到最佳使用要求和经济成本。当处于半工工作模式时，若主用的用户接口板5故障，可切换到备用的用户接口板5，增强了工作的稳定性和可靠性，故障时可不断电维护，方便可靠。 

如图1，振动源监测终端2采用高集成度及超低功耗设计，由微控制器模块7、通信模块8，电源管理模块9、传感器接收模块10、声音采集模块11和振动源传感器12组成，将振动源传感器12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。 

微控制器模块7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7负责对来自振动源传感器12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。 

通信模块8采用通信与电源共线传输的技术，来完成传感器接收模块10和微控制器模块7的供电，同时完成微控制器模块7与监控主机1之间的数据和命令的传输，实现微控制器7与监控主机1之间的的半双工通信功能。通信模块8包括通信接收电路和通信发生电路，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9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7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10主要负责振动源传感器12的通信以及向传感器提供电源。传感器接收模块10由场效应管、TVS保护器件及阻容元件构成。 

声音采集模块11采用高性能拾音器采集现场声音信息。将现场录音作为辅助监测物理量使用，对传输数据量进行严格限制：一是振动源监测终端2只保存与经过初步判定的疑似目标振动时段相对应的录音数据，这个时段通常为几秒钟；二是现场声音的录制采用高倍率声音压缩技术，声码器可将每秒录音数据压缩至300字节以下，最大限度地减小现场录音的数据量；三是现场录音仅在中心认为必要时调取，振动源监测终端2上报（探测到目标振动的）初步判定结果时并不直接上传录音数据。 

振动源传感器12担负振动源加速度的测量，并将采集结果发给振动源监测终端3的微控制器模块7。振动源传感器12元件选择功耗极低的微机电加速度采集芯片。 

振动源监测终端2利用振动源传感器12检测现场的各项震动参数如次数、时间间隔、频率、方向及加速度，配合声音采集模块11采集现场的声音，将这些采集的数据上传给微控制器模块7，微控制器模块7对这些数据进行处理，定位振动源的位置，并将分析结果通过通信模块8上传给监控主机1，监控主机1根据通信模块上传的数据，实现对电力隧道周边机械施工行为的监测，测算出机械施工的大体方位，从而为电力隧道的风险评估和防范提供依据，保障电力隧道本体的安全，从而保障电流设施和电力运行的安全稳定。对本方法针对性强，可靠性高。 

如图3所示，以双时窗算法（STA/LTA算法）提取单次的疑似冲击，疑似冲击中均值比超过8的为强疑似冲击。 

适当选取长、短时窗的宽度，不断计算长、短时窗内测得的振动加速度的绝对平均值，并计算两个平均值的比值——均值比，当均值比超过某一触发阈值N1（设定典型取值：N1=4）的时候，则认为检测到一次疑似冲击；当均值比低于停止触发阈值N2（设定典型取值：N2=3）时，则认为本次冲击结束。短时窗反映的是目标振动的瞬时加速度水平，长时窗反映的是干扰振动（噪声）的加速度水平。 

能沿大地有效传播的机械振动主要频率分布在0Hz～150Hz，根据香农理论，振动检测的采样率应当选为300Hz以上，实际应用中选择采样频率为400Hz。短时窗的时长选择20ms～100ms之间，典型值为40ms，依据选择采样频率，采样点数是8个～40个之间；长时窗的时长选择200ms～1000ms之间，典型值为400ms，依据选择采样频率，采样点数是80个～400个之间；触发阈值3～8之间，停止阈值2～7之间。 

依据单次冲击的提取，可以实现目标冲击的确认，确认方法有两种。 

一种是依据周期性确认。疑似冲击周期性连续出现N次，N的取值范围为3～10，则可确认是周期性目标冲击，振动源监测终端2将这一组目标冲击的参数上报。 

一种是依据冲击强度确认。统计强疑似冲击出现的次数，凡是限定时间T（取值范围：T=100S～200S）内强疑似冲击超过N（取值范围：N=2～10）次的，则确认为非周期性的强目标冲击，振动源监测终端2将本组目标冲击的参数上报。 

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 (8)

1.一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，它包括至少一台监控主机，每台监控主机至少与一台振动源监测终端连接，所述振动源监测终端包括微控制器模块，微控制器模块分别与通信模块、传感器接收模块和声音采集模块连接，所述传感器接收模块与振动源传感器连接，所述通信模块和微控制器模块均与电源管理模块连接，通信模块与监控主机通信。

2.如权利要求1所述一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，所述监控主机包括底板，底板分别与电源转换及通信脉冲产生插板、用户接口板和串口通信插板连接，所述监控主机采用6U机架式，所述监控主机至多支持插接8块用户接口板，每个用户接口板具备8个通信端口。

3.如权利要求1所述一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，所述微控制器包括MPU，MPU与实时时钟芯片、看门狗电路、电源监视芯片晶振电路连接。

4.如权利要求1所述一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，所述通信模块采用通信与电源共线传输模式。

5.如权利要求1所述一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，所述振动源传感器为压电式传感器。

6.如权利要求1所述一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，所述传感器接收模块与振动源传感器通信及提供电源，所述传感器接收模块包括场效应管、TVS保护器和电阻电容。

7.如权利要求1所述一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，所述监控主机与振动源监测终端之间的通信距离为0KM～10KM。

8.如权利要求1所述一种测量多点加速度定位扰动源的系统，其特征是，所述声音采集模块采用拾音器。

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