CN205079759U - 一种电缆户外终端支架防沉降监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电缆户外终端支架防沉降监测装置，包括激光发射装置和激光接收装置。激光发射装置包括电源模块、主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块。激光接收装置包括硅光电池阵列、多路模拟开关、副微处理器、串口通讯从模块。主微处理器控制激光发射装置发射激光照射在硅光电池阵列的1或2只硅光电池上，接收激光照射的硅光电池发出电平信号，该信号经副微处理器的处理得到接受激光照射硅光电池的位置信号，通过串口通讯从模块将该位置信号传送给主微处理器，主微处理器通过GSM/GPRS无线通讯模块将该位置信号发射给远端后台的软件系统，操作方便，测量精确。

Description

一种电缆户外终端支架防沉降监测装置

技术领域

本实用新型属于电缆检测技术领域，具体涉及一种电缆户外终端支架防沉降监测装置。

背景技术

电缆终端作为电气连接的中间环节，是最易受到外部环境影响的一环。其中终端沉降的问题十分突出，毫厘之间的倾斜就可能改变电缆终端的场强分布，导致终端损坏并长时间停运，进而带来较为严重的经济损失。为了缩短监测电缆终端沉降所消耗的时间，提高监测电缆终端沉降的准确性，研制电缆户外终端支架防沉降监测装置，实现对终端支架沉降的监测功能。

目前对电缆终端支架沉降监测，主要采用的方法是传统登塔监测和连通器监测装置两种。均需要大量的人工操作，且由于需要登上电缆终端塔，还有一定的危险性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种电缆户外终端支架防沉降监测装置，解决现有技术中电缆终端支架沉降监测操作不便、成本高的技术问题。

为了解决该技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种电缆户外终端支架防沉降监测装置，包括电缆铁塔、电缆终端支架、激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置固定在电缆铁塔上，激光接收装置安装在电缆终端支架上，且电缆铁塔与电缆终端支架的间距小于10m。

所述激光发射装置包括电源模块、主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块；所述电源模块与主微处理器连接，主微处理器的输出端分别与激光发射模块的输入端、无线通讯模块的输入端和串口通讯主模块的输入端连接；所述源模块为主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块供电；所述激光接收装置包括硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器、电压比较器、副微处理器、串口通讯从模块；所述硅光电池阵列的输出端与多路模拟开关的输入端连接，多路模拟开关的输出端与信号放大器的输入端相连接，信号放大器的输出端与电压比较器的输入端连接，电压比较器的输出连接至副微处理器的输入引脚，副微处理器的输出引脚连接至多路模拟开关的控制引脚；所述串口通讯从模块的输入端与副微处理器连接，串口通讯从模块的输出端与串口通讯主模块的输出端通过通讯电缆连接；通过串口通讯从模块为副微处理器、硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器和电压比较器供电；

所述主微处理器发送发射命令给激光发射装置，所述激光发射装置接收发射命令发射激光，激光照射在硅光电池阵列的一个或两个硅光电池上，接收激光照射的硅光电池输出与其他未接收激光照射的硅光电池不同的电平信号，将所有的电平信号位置信号经过多路模拟开关、信号放大器和电压比较器处理后送给副微处理器，副微处理器根据电平信号得出接收激光照射硅光电池的位置信号，通过串口通讯从模块和串口通讯主模块传将接收激光照射硅光电池的位置信号将送给主微处理器，主微处理器通过无线通讯模块将该位置信号发射给远端后台软件系统。

采用该装置进行电缆终端支架沉降检测的原理如下：将激光发射装置固定在电缆铁塔上，非常牢固，可以认为它不受沉降的影响。将激光接收装置安装在电缆终端支架上。当电缆终端支架新建成或经过仪器检测确认无沉降时，可将激光发射的光斑对准硅光电池阵列的最中间位置。如果电缆终端支架无沉降，则激光发射的光斑一直对准光电池阵列的最中间一个硅光电池，其他硅光电池无法接收到激光。如果电缆终端支架出现沉降，则激光发射的光斑就会偏离光电池阵列的最中间一个硅光电池,照射到其他的硅光电池上。沉降量越大，则偏离中心的位置越远，从而微处理器可以检测出沉降量的具体大小以及偏移的方向。

进一步改进，所述电源模块包括太阳能电池板、太阳能充电器、充电电池组和DC-DC降压模块，所述太阳能电池板的输出端与太阳能充电器的输入端相连接，太阳能充电器的输出端连接充电电池组的输入端，充电电池组的输出端与DC-DC降压模块的输入端相连接，DC-DC降压模块的输出端与主微处理器连接，所述太阳能电池板接收太阳光的照射将太阳能转换为电能，通过太阳能充电器将电能储存于充电电池组，经过DC-DC降压模块将充电电池组输出电压降为主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块的工作电压。采用太阳能电池板为该装置提供电能，污染小，合理利用自然能源、节约成本。

进一步改进，所述太阳能电池板为50W多晶太阳电池板，其额定输出电压为19V，因为太阳能电池板的输出电压与充电电池组的所需电压并不匹配，所以需增加一块太阳能充电器，太阳能充电器将太阳能电池板输出的19V转换为充电电池组所需要的12.6V。所述太阳能充电器采用开关降压模式DC-DC转换的方式实现太阳能电池板最大功率点跟踪功能，保证在光照强度变化时，太阳能电池板一直输出最大功率，以充分利用太阳能。在一般情况下，需要用开关模式DC-DC转换器实现点跟踪功能，保持输出功率最大化。所述太阳能充电器的最小转换效率可达90%。

所述充电电池组为18650型锂充电电池三节串联，容量为2600mAH，单节输出电压4.2V，三节串联输出12.6V额定电压；当电池的放电电流为2600mA时，则充电电池组可持续放电输出1小时；当电池的放电电流为260mA时，可持续放电输出10小时。

所述DC-DC降压模块将充电电池组输出的12.6V降压为+5.0V，所述微处理器、激光发射模块、无线通讯模块、主微处理器、RS232串口通讯主模块、硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器、电压比较器、副微处理器和RS232串口通讯从模块均采用+5.0V供电。所述DC-DC降压模块采用专用的开关电源控制芯片，可保证转换效率最小为80%。

进一步改进，所述硅光电池阵列由7列7行49只硅光电池组成，所述49只硅光电池密集排列，组成方形结构。当硅光电池没有受到激光照射时，其输出电压较低。当硅光电池受到激光照射时，其输出电压较高，可达0.4V。硅光电池的输出电压信号经过多路模拟开关，送往信号放大器进行电压放大，然后经过电压比较器处理后送往微处理器。激光具有相干性好、方向性强、发射角小、亮度高、抗干扰性强等特点，导致硅光电池阵列接收到的光斑直径较小，同一时刻，最多只有1到2只硅光电池能够接收到激光，其他的硅光电池则无法收到激光。在副微处理器的控制下，多路模拟开关轮流选通所有的硅光电池，从而得到所有硅光电池的状态，进而可知道是哪一只硅光电池受到了激光照射。

进一步改进，所述无线通讯模块为GSM/GPRS通讯模块。本装置基于全球移动通信系统的监控方案，利用无线通信方式进行监测，解决了电缆终端平台位移检测装置管理问题。主微处理器定期将电池电量信息、从激光接收装置收到的终端支架沉降位移信息通过GSM/GPRS通讯模块经GPRS公共通信网络发送给远端后台软件系统。

进一步改进，所述RS232串口通讯从模块的输出端与RS232串口通讯主模块的输出端通过4芯通讯电缆连接。

进一步改进，所述串口通讯主模块为RS232串口通讯主模块，串口通讯从模块为RS232串口通讯从模块。由于激光发射装置、激光接收装置之间有一定的距离，如果主微处理器和副微处理器的信号不经过处理就发送给对方，容易发生畸变，导致通讯出错，采用RS232模块，将主微处理器和副微处理器的微小信号进行放大提升，可以远距离传输，保证通讯可靠。

所述电缆户外终端支架防沉降监测装置电路的功耗分析如下：

所述激光发射装置和激光接收装置采用间隔式运行，每天运行4次，每次运行20秒的时间，则每天运行时间为：

4*20秒=80秒=0.0222小时

当激光发射装置和激光接收装置运行时，+5.0V回路的电流实测为400mA，则需要的容量为：

5.0V*400mA=2000mVA=2.0VA

所述DC-DC降压模块的输出容量为2.0VA，当转换效率为80%时，则输入容量为：

2.0VA/80%=2.5VA

由于充电电池组的额定输出电压为12.6V，则充电电池组的输出电流为：

2.5VA/12.6V=0.198A=198mA

激光发射装置和激光接收装置每天运行0.0222小时,充电电池组的输出容量为：

198mA*0.0222H=4.4mAH

由于充电电池组的额定容量为2600mAH，所以在充满电的情况下，整套装置可以使用的天数为：

2600mAH/4.4mAH=591天

也就是说，电池充满一次，就可以使用591天，即1.6年。

所述太阳能电池板的额定功率为50W,太阳能充电器的最小转换效率为90%，则太阳能充电器的输出为：

50W*90%=45W

则将充电电池组的电池充满所需要的时间为：

(12.6V*2.6A*1H)/45W=(32.76W*1H)/45W=0.73H=0.73小时

也就是说，在阳光充足的情况下，将电池充满，最多需要0.73小时。从上面的功耗分析来看，整套装置可以长期工作，无需更换电池。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型所述电缆户外终端支架防沉降监测装置，通过采用激光发射装置和激光接收装置监测电缆户外终端支架防沉降情况，装置安装调试完毕后，无需人工干预，实时不间断的在线监测，时刻保证电缆户外终端支架处于受监控状态，操作方便。

2、本实用新型所述电缆户外终端支架防沉降监测装置，激光发射装置和激光接收装置电路的功耗小，且自带太阳能电池对装置内部的锂电池充电，终身无需更换电池，节约成本。

3、本实用新型所述电缆户外终端支架防沉降监测装置，属于数字测量，避免了测量易受电源波动、传输线路损耗等干扰因素影响的问题，测量精度高。

4、本实用新型所述电缆户外终端支架防沉降监测装置，采用GSM/GPRS无线通讯模块定期将从激光接收装置收到的终端支架沉降位移信息发送给远端后台软件系统，方便操作人员准确掌握电缆终端支架防沉降情况。

附图说明

图1显示了本实用新型工所述激光发射装置的结构示意图。

图2显示了本实用新型工所述激光接收装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、2所示，一种电缆户外终端支架防沉降监测装置，包括电缆铁塔、电缆终端支架、激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置固定在电缆铁塔上，激光接收装置安装在电缆终端支架上，且电缆铁塔与电缆终端支架的间距小于10m。

如图1所示，所述激光发射装置包括太阳能电池板、太阳能充电器、充电电池组、DC-DC降压模块、主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块；所述太阳能电池板的输出端与太阳能充电器的输入端相连接，太阳能充电器的输出端连接充电电池组的输入端，充电电池组的输出端与DC-DC降压模块的输入端相连接，DC-DC降压模块的输出端与主微处理器连接，主微处理器的输出端分别与激光发射模块的输入端、无线通讯模块的输入端和串口通讯主模块的输入端连接。如图2所示，所述激光接收装置包括硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器、电压比较器、副微处理器、串口通讯从模块；所述硅光电池阵列的输出端与多路模拟开关的输入端连接，多路模拟开关的输出端与信号放大器的输入端相连接，信号放大器的输出端与电压比较器的输入端连接，电压比较器的输出连接至副微处理器的输入引脚，副微处理器的输出引脚连接至多路模拟开关的控制引脚；所述串口通讯从模块的输入端与副微处理器连接，串口通讯从模块的输出端与串口通讯主模块的输出端通过通讯电缆连接。

所述太阳能电池板为50W多晶太阳电池板，其额定输出电压为19V，太阳能充电器将太阳能电池板输出的19V转换为充电电池组所需要的12.6V；所述充电电池组为18650型锂充电电池三节串联，容量为2600mAH，单节输出电压4.2V，三节串联输出12.6V额定电压；所述DC-DC降压模块将充电电池组输出的12.6V降压为+5.0V，所述微处理器、激光发射模块、无线通讯模块、主微处理器、RS232串口通讯主模块、硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器、电压比较器、副微处理器和RS232串口通讯从模块均采用+5.0V供电。所述硅光电池阵列由7列7行49只硅光电池组成，所述49只硅光电池密集排列，组成方形结构。所述无线通讯模块为GSM/GPRS通讯模块。所述RS232串口通讯从模块的输出端与RS232串口通讯主模块的输出端通过4芯通讯电缆连接。所述串口通讯主模块为RS232串口通讯主模块，串口通讯从模块为RS232串口通讯从模块。

所述太阳能电池板接受太阳光的照射将太阳能转换为电能，通过太阳能充电器将电能储存于充电电池组，在经过DC-DC降压模块将充电电池组输出电压降为主微处理器、激光发射模块、GSM/GPRS无线通讯模块和RS232串口通讯主模块的工作电压+5.0V；通过RS232串口通讯主模块和RS232串口通讯从模块为副微处理器、硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器和电压比较器提供电源。

采用该装置进行电缆终端支架沉降监测的过程如下：将激光发射装置固定在电缆铁塔上，非常牢固，可以认为它不受沉降的影响。将激光接收装置安装在电缆终端支架上。主微处理器发送发射命令给激光发射装置，激光发射装置接收发射命令后发射激光，激光照射在硅光电池阵列上，由于激光具有相干性好、方向性强、发射角小、亮度高、抗干扰性强等特点，使得硅光电池阵列接收到的光斑直径较小，同一时刻只有1或2只硅光电池能够接收到激光，而其他的硅光电池则无法收到激光。当电缆终端支架新建成时，将激光发射的光斑对准硅光电池阵列的最中间位置的硅光电池上。其他没有受到激光照射硅光电池输出电压较低，受到激光照射的硅光电池输出电压较高。硅光电池的输出电压信号经过多路模拟开关，送往信号放大器进行电压放大，然后经过电压比较器处理后送往副微处理器，在副微处理器的控制下，多路模拟开关轮流选通所有的硅光电池，从而得到所有硅光电池的状态，进而可知受激光照射硅光电池的位置信号，通过串口通讯模块将受激光照射硅光电池的位置信号传送给主微处理器，主微处理器通过GSM/GPRS无线通讯模块将该位置信号和电池组电量信息发射给远端后台的软件系统，软件系统不断接收并分析信号数据，修正由于地面振动、风吹等带来的误差，准确判断电缆终端支架沉降情况及运行情况，一旦发现检测装置电量不足或者平台出现故障性位移，即可安排维护人员去现场勘查情况，操作方便，测量精确。

本实用新型中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims (7)

1.一种电缆户外终端支架防沉降监测装置，其特征在于，包括电缆铁塔、电缆终端支架、激光发射装置和激光接收装置，所述激光发射装置固定在电缆铁塔上，激光接收装置安装在电缆终端支架上，且电缆铁塔与电缆终端支架的间距小于10m；

所述激光发射装置包括电源模块、主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块；所述电源模块与主微处理器连接，主微处理器的输出端分别与激光发射模块的输入端、无线通讯模块的输入端和串口通讯主模块的输入端连接；所述源模块为主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块供电；

所述激光接收装置包括硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器、电压比较器、副微处理器、串口通讯从模块；所述硅光电池阵列的输出端与多路模拟开关的输入端连接，多路模拟开关的输出端与信号放大器的输入端相连接，信号放大器的输出端与电压比较器的输入端连接，电压比较器的输出连接至副微处理器的输入引脚，副微处理器的输出引脚连接至多路模拟开关的控制引脚；所述串口通讯从模块的输入端与副微处理器连接，串口通讯从模块的输出端与串口通讯主模块的输出端通过通讯电缆连接；通过串口通讯从模块为副微处理器、硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器和电压比较器供电；

所述主微处理器发送发射命令给激光发射装置，所述激光发射装置接收发射命令发射激光，激光照射在硅光电池阵列的一个或两个硅光电池上，接收激光照射的硅光电池输出与其他未接收激光照射的硅光电池不同的电平信号，将所有的电平信号位置信号经过多路模拟开关、信号放大器和电压比较器处理后送给副微处理器，副微处理器根据电平信号得出接收激光照射硅光电池的位置信号，通过串口通讯从模块和串口通讯主模块传将接收激光照射硅光电池的位置信号将送给主微处理器，主微处理器通过无线通讯模块将该位置信号发射给远端后台软件系统。

2.根据权利要求1所述的电缆户外终端支架防沉降监测装置，其特征在于，所述电源模块包括太阳能电池板、太阳能充电器、充电电池组和DC-DC降压模块，所述太阳能电池板的输出端与太阳能充电器的输入端相连接，太阳能充电器的输出端连接充电电池组的输入端，充电电池组的输出端与DC-DC降压模块的输入端相连接，DC-DC降压模块的输出端与主微处理器连接，所述太阳能电池板接收太阳光的照射将太阳能转换为电能，通过太阳能充电器将电能储存于充电电池组，经过DC-DC降压模块将充电电池组输出电压降为主微处理器、激光发射模块、无线通讯模块和串口通讯主模块的工作电压。

3.根据权利要求2所述的电缆户外终端支架防沉降监测装置，其特征在于，所述串口通讯主模块为RS232串口通讯主模块，串口通讯从模块为RS232串口通讯从模块。

4.根据权利要求3所述的电缆户外终端支架防沉降监测装置，其特征在于，所述太阳能电池板为50W多晶太阳电池板，其额定输出电压为19V，太阳能充电器将太阳能电池板输出的19V转换为充电电池组所需要的12.6V；

所述充电电池组为18650型锂充电电池三节串联，容量为2600mAH，单节输出电压4.2V，三节串联输出12.6V额定电压；

所述DC-DC降压模块将充电电池组输出的12.6V降压为+5.0V，所述微处理器、激光发射模块、无线通讯模块、主微处理器、RS232串口通讯主模块、硅光电池阵列、多路模拟开关、信号放大器、电压比较器、副微处理器和RS232串口通讯从模块均采用+5.0V供电。

5.根据权利要求4所述的电缆户外终端支架防沉降监测装置，其特征在于，所述硅光电池阵列由7列7行49只硅光电池组成，所述49只硅光电池密集排列，组成方形结构。

6.根据权利要求3-5任一项所述的电缆户外终端支架防沉降监测装置，其特征在于，所述RS232串口通讯从模块的输出端与RS232串口通讯主模块的输出端通过4芯通讯电缆连接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的电缆户外终端支架防沉降监测装置，其特征在于，所述无线通讯模块为GSM/GPRS通讯模块。