CN205015079U - 一种输电线路微风振动监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种输电线路微风振动监测装置，属于监测装置领域。本实用新型包括称重传感器、数据采集处理芯片、电源和无线传输天线，所述数据采集处理芯片分别与称重传感器和无线传输天线相连，所述电源为称重传感器和数据采集处理芯片供电。本实用新型的有益效果为：成本低，功耗低、安装简单，安装至输电线路后容易维护，性价比高；悬臂梁式称重传感器为电子称中常用的传感器，技术成熟，易采购，精度高，价格低；可以准确测量振动频率为1？150Hz、振幅为0.1？3mm的振动信号；各项技术指标达到国网技术规范要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种监测装置，尤其涉及一种输电线路微风振动监测装置。
背景技术
目前国内外对微风振动已展开了大量研究，国外普遍采用能量平衡原理来评价导线振动的情况，国际大电网会议确定了用能量平衡法计算微风振动具有可行性。但微风振动的复杂性导致了数值分析方法无法很好的实际应用。2002年，华北电力大学的王藏柱等人采用传递矩阵法计算导线的振动响应和对应频率下的平衡振幅，从而计算出导线的动弯应变值。但此方法处于初步研究阶段，并未在工程中得到应用。微风振动所使用的传感器根据测量方法不同也有所不同，主要有加速度传感器、倾角传感器、光纤振动传感器、位移传感器等。
国家电网在线监测技术规范要求线上监测装置与塔上主机不能存在物理连接，这就要求线路振动监测装置必须是可以超低功耗运行的设备，否则供电会成为很大的问题。选择合适的传感器是装置长时间运行的关键。
线路振动测量中使用的各种传感器，加速度传感器、倾角传感器、光纤振动传感器、位移传感器等，均存在功耗大、安装复杂，安装至输电线路后维护困难以及性价比低等缺点。
实用新型内容
为解决现有技术中功耗大、安装复杂、安装后维护困难和成本高的问题，本实用新型提供一种输电线路微风振动监测装置。
本实用新型包括称重传感器、数据采集处理芯片、电源和无线传输天线，所述数据采集处理芯片分别与称重传感器和无线传输天线相连，所述电源为称重传感器和数据采集处理芯片供电。
本实用新型作进一步改进，所述数据采集处理芯片包括信号调理单元、数据采集单元、数据处理单元、无线通信单元和电源，所述信号调理单元输入端与称重传感器相连，所述信号调理单元输出端与数据采集单元输入端相连，所述数据处理单元接收所述信号采集单元输出端输出的数据，所述无线通信单元分别与所述数据处理单元和无线传输天线相连，所述电源模块与电源相连。
本实用新型作进一步改进，所述信号调理单元为称重传感器提供稳定工作电源，对称重传感器输出的信号进行去噪、放大、低通滤波处理。
本实用新型作进一步改进，所述数据采集单元主要部件为A/D变换器。
本实用新型作进一步改进，所述数据处理单元包括处理器和负载开关，所述处理器控制负载开关的开和关。当采集处理数据时，打开称重传感器电源，发送数据时打开射频芯片电源，当完成数据采集处理和发送时，进入超低功耗模式，功耗低，耐用。
本实用新型作进一步改进，所述处理器为MSP430单片机，超低功耗。
本实用新型作进一步改进，所述无线通信单元为射频芯片。
本实用新型作进一步改进，所述无线传输天线为RF射频天线。
本实用新型作进一步改进，所述称重传感器为悬臂梁称重传感器。
本实用新型作进一步改进，所述输电线路微风振动监测装置还包括用来将所述输电线路微风振动监测装置固定在输电线路上的线夹，所述悬臂梁称重传感器一端固定在线夹上，另一端连接一个能够与输电线路严密接触的滚轮。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：成本低，功耗低、安装简单，安装至输电线路后容易维护，性价比高；悬臂梁式称重传感器为电子称中常用的传感器，技术成熟，易采购，精度高，价格低；可以准确测量振动频率为1?150Hz、振幅为0.1?3mm的振动信号；各项技术指标达到国网技术规范要求。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型电路结构框图；
图3为本实用新型一实施例机械结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型包括称重传感器、数据采集处理芯片、电源和无线传输天线，所述数据采集处理芯片分别与称重传感器和无线传输天线相连，所述电源为称重传感器和数据采集处理芯片供电。
如图2所示，所述数据采集处理芯片包括信号调理单元、数据采集单元、数据处理单元、无线通信单元和电源模块，所述信号调理单元输入端与称重传感器相连，所述信号调理单元输出端与数据采集单元输入端相连，所述数据处理单元接收所述信号采集单元输出端输出的数据，所述无线通信单元分别与所述数据处理单元和无线传输天线相连，所述电源模块与电源相连。
所述信号调理单元为称重传感器提供稳定的工作电源，对称重传感器输出的微弱信号进行去噪、放大，低通滤波等处理，使称重传感器的输出信号满足数据采集单元输入的要求。
所述数据采集单元主要部件为高精度的A/D变换器（模数转换器，将模拟信号转换成数字信号的电路），根据来奎斯特采样定律，数据采集单元的采样频率应为最大信号频率150Hz的两倍，工程应用一般在最大频率的2.5倍以上。在本实施例中数据采集单元中的A/D变换器选用24bit1KSPS的A/D变换器ADS1220，满足数据采集要求。
所述数据处理单元包括处理器和负载开关，所述处理器控制负载开关的开和关。由于监测装置安装在输电线路上，采用电池供电，因此要求设备功耗不能太大，基于此，数据处理单元采用MSP430超低功耗单片机作为处理器，并通过负载开关控制称重传感器和无线通信单元的供电。当采集处理数据时，打开称重传感器的电源，发送数据时打开无线通信单元的电源，当完成数据采集处理和发送时，进入超低功耗模式。
在本实施例中，所述无线通信单元为射频芯片，所述无线传输天线为RF射频天线(RF,RadioFrequency,射频的意思)，所述称重传感器为悬臂梁称重传感器。
图3为本实用新型优选的一个机械机构实施例，输电线路微风振动监测装置包括数据采集处理芯片、电源、悬臂梁称重传感器2、RF射频天线3和线夹5，所示线夹5用来将所述输电线路微风振动监测装置固定在输电线路上，线夹5支撑着一个仪器外壳1，所示仪器外壳1里面包含有数据采集处理芯片和电源，在本实施例中，所示仪器外壳1的形状为短的圆柱状，也可以为立方体，圆体等其他的形状。RF射频天线3安装在仪器外壳1的表面，以增加信号的传输能力。
所示悬臂梁称重传感器2经过校准后一端固定在线夹5上，另外一端连接一个滚轮6，滚轮6与输电线路4严密接触，使得悬臂梁称重传感器2随输电线路4的振动发生相应的形变。
所述输电线路微风振动监测装置的安装点设置在输电线路4靠近铁塔上悬垂线夹7的地方，易于维护。在本实施例中，线夹5的安装点布置在与输电线路4与悬垂线夹7最后接触点41距离89mm处，主要实现对输电线路4与悬垂线夹7最后接触点41处相对于线夹5的夹头处输电线路4的弯曲幅度的监测。
经试验，本实用新型的结构满足《输电线路微风振动监测装置技术规范》对微风振动监测装置结构要求。具体如下：
（1）有防雨、防潮、防尘、防腐蚀措施；
（2）外壳的防护性能应符合GB4208规定的IP65级要求；
（3）尽可能小巧轻便，总体质量不大于1kg；
（4）微风振动采集单元的传感器量程，应能覆盖导地线弧垂变化引起的位移变化，在各种条件下传感器的探头应始终与导地线保持连续接触；
（5）微风振动采集单元的结构不会对导地线有磨损或其他机械伤害；
（6）微风振动采集单元连接卡具与导地线之间应刚性固定；
（7）连接卡具有防松措施，应保证在运行中不致松脱。
悬臂梁称重传感器的数据处理方法为：
微风振动的振动信号一般是正弦形式，本实用新型输电线路微风振动监测装置连续采样1s得到一组离散的振动信号后，经过一定的计算得到正弦信号的频率和幅值。装置中采用峰峰值法计算振幅，采用快速Fourier变换法计算振动频率。
（1）峰峰值法
峰峰值法是根据正弦信号的特点，记录信号的峰峰值来确定振动的次数，此方法通过比较个点的采样值与其旁边点的采样值来确定该点是否为最大点或最小点。如采样模块的采样频率为1.4kHz，振动信号频率10Hz，选取采样250ms的数据进行分析，当运算处理模块判断得到1点小于其临近的7个点的值时，则认1点为正弦波的波谷，同样当运算处理模块判断得到2点值大于其临近的7个点的值时，认为2点为正弦波的波峰，而从1点到2点处理器就记录半个周期，两点差值就为正弦波的峰峰值。
这种方法比较简单，运算速度快，但由于监测装置处于强电磁环境下，电磁干扰比较严重，数据处理单元容易将某个噪声信号误认为是波峰值或波谷值，导致频率和振幅都会产生误差，因此在做峰峰值分析前要对数据进行最小二乘法的数据拟合或进行FIR滤波，具体使用数据处理方法可带系统结构基本完成后，将采集到的实际数据用matlab软件进行分析到最佳的处理方法及拟合曲线系数或滤波器设计参数。
（2）快速Fourier变换法(FFT)
Fourier原理表明：任何连续测量的时序或信号，都可以表示为不同频率正弦波信号的无限叠加。快速Fourier变换(FFT)利用直接测量到的原始信号，以累加方式来计算该信号中不同正弦波信号的频率、振幅、相位。
将此方法应用到微风振动信号分析中，原始信号含有采样频率为1024Hz、经过均值处理得到的512个样本，对这些样本进行512点的快速Fourier变换，得到512点的复数序列，每一个复数可以表示信号在某一频率下的特征，可很快得到振动信号的频率和振幅。
本实用新型输电线路微风振动监测装置采用悬臂梁称重传感器，可以准确测量振动频率为1?150Hz、振幅为0.1?3mm的振动信号。结合峰峰值法和FFT算法可以准确计算出微风振动的频率和振幅，频率误差<1%，振幅误差<5%，同时根据振幅得到输电线路的动弯应变值，可以达到《输电线路状态监测装置通用技术规范》和《输电线路微风振动监测装置技术规范》的要求。其主要优点在于：
（1）成本低，所采用的悬臂梁称重传感器为电子称中常用的传感器，技术成熟，易采购，精度高，价格低；
（2）所使用的峰峰值法和FFT算法效率高，占用处理器时间短；
（3）装置各项技术指标达到国网技术规范要求。
以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种输电线路微风振动监测装置，其特征在于：包括称重传感器、数据采集处理芯片、电源和无线传输天线，所述数据采集处理芯片分别与称重传感器和无线传输天线相连，所述电源为称重传感器和数据采集处理芯片供电。
2.根据权利要求1所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述数据采集处理芯片包括信号调理单元、数据采集单元、数据处理单元、无线通信单元和电源模块，所述信号调理单元输入端与称重传感器相连，所述信号调理单元输出端与数据采集单元输入端相连，所述数据处理单元接收所述信号采集单元输出端输出的数据，所述无线通信单元分别与所述数据处理单元和无线传输天线相连，所述电源模块与电源相连。
3.根据权利要求2所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述信号调理单元为称重传感器提供稳定工作电源，对称重传感器输出的信号进行去噪、放大、低通滤波处理。
4.根据权利要求2所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述数据采集单元主要部件为A/D变换器。
5.根据权利要求2所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述数据处理单元包括处理器和负载开关，所述处理器控制负载开关的开和关。
6.根据权利要求5所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述处理器为MSP430单片机。
7.根据权利要求2所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述无线通信单元为射频芯片。
8.根据权利要求7所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述无线传输天线为RF射频天线。
9.根据权利要求1-8任一项所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：所述称重传感器为悬臂梁称重传感器。
10.根据权利要求9所述的输电线路微风振动监测装置，其特征在于：还包括用来将所述输电线路微风振动监测装置固定在输电线路上的线夹，所述悬臂梁称重传感器一端固定在线夹上，另一端连接一个能够与输电线路严密接触的滚轮。
Priority Applications (1)
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| CN201520717632.XU CN205015079U (zh) | 2015-09-16 | 2015-09-16 | 一种输电线路微风振动监测装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105823549A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-08-03 | 西安工程大学 | 基于磁阻尼的输电线杆塔振动传感器及其监测系统和方法 |
| CN108375415A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-07 | 国网重庆市电力公司电力科学研究院 | 一种现场环境下输电线路微风振动监测装置校准方法 |
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2015
- 2015-09-16 CN CN201520717632.XU patent/CN205015079U/zh active Active
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