CN211152122U - 一种抱杆倾角远程监控报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种抱杆倾角远程监控报警装置，其测量部件用于设置在抱杆上，测量部件包括用于获取抱杆倾角信息的传感器和用于信号传送的第一数据收发单元；报警器用于发出警示信号；主机包括与第一数据收发单元建立无线通信的第二数据收发单元，以及数据处理单元、语音合成单元、扬声器和报警器供电接口；数据处理单元用于实时根据抱杆倾角信息确定抱杆倾偏角γ，并通过语音合成单元发送播报指令至扬声器；且数据处理单元还以抱杆倾偏角γ大于预设报警阈值为判断条件，输出导通控制信号，以通过报警器供电接口输出工作电压至报警器。应用本方案，在满足现场人员作业安全的基础上，能够及时有效地获知抱杆倾偏角的实时数值，并提高监测效率和质量。

Description

一种抱杆倾角远程监控报警装置

技术领域

本实用新型涉及输变电工程施工技术领域，具体涉及一种输电线路铁塔组立安装施工中的抱杆倾角远程监控报警装置。

背景技术

在电力行业，需要架设铁塔以实现电力远距离输送。众所周知，如果施工地形条件好，地面宽阔平整，可以将角钢和钢板分段组立完成后整体立塔；但多数施工条件下需要在塔位处一步一步完成组塔工作，因此，在组塔过程中就需要采用抱杆来吊装塔材。

请参见图1，该图示出了抱杆工作状态示意图。如图所示，抱杆10可固定在已组立完的塔身20部分，其顶端设有线孔或线环或滑轮，拉线30则穿过线孔或线环或滑轮，该拉线30的一端与牵引设备40相连，另一端用于连接塔材50，通过牵引设备40牵引拉线30将塔材50吊装至组塔施工处。

现有技术中，内悬浮内(外)拉线抱杆分解组塔是输电线路组塔施工中最常用的方法之一。具体来说，内悬浮外拉线抱杆分解组塔方法是将抱杆的临时拉线下端固定在铁塔以外的地面(即外拉线)，抱杆根部置于铁塔结构轴心线，通过承托绳悬浮于铁塔的四根主材。可以确定，抱杆工作强度大、危险系数高，操作失误则会造成比较大的经济损失和人员伤亡，因此，组塔施工中机动绞磨操作者和现场指挥员均需要了解抱杆倾偏角γ实时数值，以判断抱杆是否在允许的安全范围内工作。

为了实时掌握这个角度，通常可以采用经纬仪测量。请参见图2，用两台经纬仪分别支架在正侧两个方向的观测点(A、B)，大致距抱杆约2倍杆高的距离以外，以确保人员安全。测量人员将读数通过对讲机不停传送到现场指挥员的对讲机上。

显然，这种测量方式的主要有以下缺点：

1)不准确。为了获得准确的测量结果，需要抱杆处于静止状态，而抱杆工作过程中动态变化，因此测量结果只能是大概估算；

2)效率低。测量人员将估算出的角度通过对讲机再传给其他人员，此时已非抱杆实时倾角，而且连续观测使得测量人员始终处于高强度工作状态，不具备可持续性；

3)操作不便。组塔施工现场多位于高山峻岭之中，通常不具备摆放经纬仪的地形条件；

4)成本高。需要多名优秀测工配合组塔，却仍然无法有效解决抱杆倾角实时监控问题。

另外一种研究方向是将角度传感器安装在抱杆上，通过屏蔽信号线引下连接至地面的电脑进行处理和显示，缺点是信号电缆长达数百米，安装调试非常麻烦，成本高昂。或者采用无线方式传输至地面。但此类方案的共性问题在于无法将将检测结果有效传给现场施工人员，对于施工中注意力集中在塔材起吊上的机动绞磨操作员和现场指挥员来说，无法在保障安全作业的前提下，及时获知抱杆倾偏角的实时数值。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对抱杆倾角监控技术进行优化设计，以及时有效地将传递检测结果至现场施工人员。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种抱杆倾角远程监控报警装置，在满足现场人员安全作业的基础上，能够及时有效地获知抱杆倾偏角的实时数值。

本实用新型提供的一种抱杆倾角远程监控报警装置，包括测量部件、报警器和主机；其中，所述测量部件用于设置在抱杆上，所述测量部件包括用于获取抱杆倾角信息的传感器和用于信号传送的第一数据收发单元；所述报警器用于发出警示信号；所述主机包括与所述第一数据收发单元建立无线通信的第二数据收发单元，以及数据处理单元、语音合成单元、扬声器和报警器供电接口；所述数据处理单元用于实时根据所述抱杆倾角信息确定抱杆倾偏角γ，并通过所述语音合成单元发送播报指令至所述扬声器；且所述数据处理单元还以所述抱杆倾偏角γ大于预设报警阈值为判断条件，输出导通控制信号，以通过所述报警器供电接口输出工作电压至所述报警器。

优选地，所述传感器为陀螺仪传感器，所述抱杆倾角信息为所述陀螺仪传感器输出的相对于三个坐标轴的加速度数值：a_x,a_y和a_z，其中，X轴和Y 轴构建水平面，Z轴分别与X轴和Y轴垂直；所述主机的数据处理单元采用下述公式确定所述抱杆倾偏角γ：

式中，α为所述传感器的X轴与水平面xy 之间的夹角，β为所述传感器的Y轴与水平面间的夹角。

优选地，所述主机还包括：角度显示器，嵌装于主机箱体面板，所述角度显示器与所述数据处理单元连接，以实时显示所述抱杆倾偏角。

优选地，所述主机还包括提供电量的供电电池和嵌装于主机箱体面板的电量指示器，且所述主机的箱体外部设置有充电插口，以充电至所述供电电池。

优选地，所述主机箱体面板上还配置有音量调节开关和电源开关。

优选地，所述第二数据收发单元为设置在所述主机的箱体外部的全向收发天线。

优选地，所述测量部件的所述第一数据收发单元具有监听工作模式和唤醒工作模式，并配置为：监听工作模式下的所述第一数据收发单元，处于低功耗小电流工作状态；根据所述主机的所述第二数据收发单元发送的附有唤醒码的数据请求指令，所述第一数据收发单元切换至唤醒工作模式，并发送所述抱杆倾角信息。

优选地，所述第二数据收发单元发送所述播报指令后，发送所述附有唤醒码的数据请求指令。

优选地，所述测量部件还包括置于其机壳内的供电电池，且所述机壳外部设置有充电插口，以充电至所述供电电池。

优选地，所述机壳外部固定设置有与所述抱杆本体适配的磁铁，以便所述测量部件设置在所述抱杆上。

优选地，所述测量部件的所述机壳外部设置有电源开关，所述第一数据收发单元为设置在所述机壳外部的全向收发天线。

针对现有技术，本实用新型创新性地提出了一种抱杆倾角远程监控报警装置，以及时有效地将抱杆倾偏角的实时数值传送至现场作业人员。具体地，本方案采用置于抱杆上的测量部件采集抱杆倾角信息，并通过第一数据收发单元发送至主机；该主机采用第二数据收发单元与第一数据收发建立无线通信，其数据处理单元根据所述采集到的抱杆倾角信息确定抱杆倾偏角，并利用语音合成单元发送播报指令，由此通过扬声器进行当前抱杆倾偏角的实时播报；与此同时，数据处理单元还以该抱杆倾偏角γ大于预设报警阈值为判断条件，输出导通控制信号，以通过报警器供电接口输出工作电压至报警器。与现有技术相比，本实用新型具有下述有益技术效果：

第一，本方案通过扬声器进行当前抱杆倾偏角的实时播报，能够较好地适应噪音较大的施工现场环境，现场施工人员得以及时获知当前抱杆倾偏角，并以此作出客观正确的安全评估，确保施工安全，为有效降低输电线路组塔施工安全风险等级提供了技术保障；如此设置，机动绞磨操作员和现场指挥员得以集中注意力在塔材起吊上，无需查看显示器，可有效规避现场施工人员分散注意力影响作业安全的问题，提高了监测效率和质量。另外，实际使用时，对现场施工人员技能水平要求不高，具有使用简单、方便、高效的特点，并且能够灵活适应山区各种复杂施工环境和气象条件。

第二，当抱杆倾偏角γ大于预设报警阈值时，则接通报警器工作电路，通过报警器告知并提醒现场施工人员，进一步提高搭材组装作业的安全性。

第三，相比于较长电缆的布线方式，本方案有利于合理安排施工进度，减少施工费用，易于实现系列化、标准化以及商品化批量生产，适用范围广。具有良好的社会效益和经济效益。

第四，本实用新型的优选方案中，主机箱体面板设置有角度显示器及电量指示器，以便于指挥人员掌握实时倾偏角和当前电量，有利于进行合理的任务分配和人员安排；另外，增设有可为供电电池充电的充电接口，由此，基于供电电池的电池容量确保实际使用状态的集成度。

第五，在本实用新型的另一优选方案中，第一数据收发单元具有监听工作模式和唤醒工作模式，能显著减小无线测量单元的功耗，增加电池续航力。

最后，在本实用新型的又一优选方案中，测量部件可通过机壳外部固定设置的磁铁与抱杆适配，从而可快速在抱杆角钢主材上可靠安装和定位，具有拆装方便的特点。

附图说明

图1为组塔过程中的抱杆工作状态示意图；

图2为现有技术中一种典型的经纬仪测量示意图；

图3为具体实施方式所述抱杆倾角远程监控报警装置的整体示意图；

图4示出了测量部件的工作框图；

图5示出了主机的工作框图；

图6示出了主机数据处理单元的控制流程图；

图7示出了陀螺仪传感器输出加速度与俯仰角、滚转角的关系示意图；

图8是具体实施方式所述测量部件的示意图；

图9为图8所示测量部件的装配爆炸图。

图1-图2中：

抱杆10、塔身20、拉线30、牵引设备40、塔材50；

图3-图9中：

测量部件1、传感器11、第一数据收发单元12、数据处理单元13、机壳 14、供电电池15、充电插口16、顶盖17、电源开关18、磁铁19、主机2、第二数据收发单元21、数据处理单元22、语音合成单元23、扬声器24、供电电池25、角度显示器26、电量指示器27、音量调节开关28、电源开关29、报警器3。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本实施方式以抱杆直段作为描述主体，详细说明适配于抱杆的倾角远程监控报警技术方案。应当理解，该抱杆的自体结构，对于本申请请求保护的技术方案未构成实质性的限制。

请参见图3，该图为本实施方式所述抱杆倾角远程监控报警装置的整体示意图。

该抱杆倾角远程监控报警装置主要包括：用于设置在抱杆上的测量部件 1、远程配置的主机2以及报警器3。这里的“远程配置”是指，满足测量部件1与主机2之间良好通信的物理距离要求。

其中，测量部件1包括用于获取抱杆倾角信息的传感器11和用于信号传送的第一数据收发单元12，具体可通过数据处理单元13进行指令及数据处理；请参见图4，该图示出了测量部件1的工作框图。相应地，主机2包括第二数据收发单元21、数据处理单元22、语音合成单元23、扬声器24和报警器供电接口，请参见图5，该图示出了主机2的工作框图；其中，主机2发送至测量部件1的工作指令，以及测量部件1反馈至主机2的数据信息，均通过与第一数据收发单元12建立无线通信的第二数据收发单元21实现。本方案中，第一数据收发单元12和第二数据收发单元21可优选采用全向收发天线，能够更好地适应山区各种复杂施工环境。

具体地，主机2的数据处理单元22用于实时根据传感器11所获取到的抱杆倾角信息确定抱杆倾偏角γ，并通过语音合成单元23发送播报指令至扬声器24，在噪音较大的施工现场环境，现场施工人员能够及时获知当前抱杆倾偏角，并以此作出客观正确的安全评估，确保施工安全。同时，该数据处理单元22还以抱杆倾偏角γ大于预设报警阈值为判断条件，输出导通控制信号，以通过报警器供电接口输出工作电压至报警器3，由报警器3发出提醒现场施工人员的警示信号。请一并参见图6，该图示出了主机数据处理单元的控制流程图。

本方案中，报警器3可采用声光报警器。该声光报警器具有防雨防尘功能，内置360度反光板和增强光源，并可旋转照射，白天黑夜均能看到警示灯光；此外，报警声音可达110分贝，传输距离满足现场远程匹配需要；底部带有吸力较大的磁铁，可稳定吸附于金属表面，安装方便快捷。

应用该装置，机动绞磨操作员和现场指挥员可集中注意力在塔材起吊上，无需查看显示器，可有效规避现场施工人员分散注意力影响作业安全的问题，提高了监测效率和质量。此外，本方案有利于合理安排施工进度，减少施工费用，易于实现系列化、标准化以及商品化批量生产，适用范围广。具有良好的社会效益和经济效益。

为了获得最佳的检测精度，传感器11优选采用六轴高精度陀螺仪传感器，抱杆倾角信息为陀螺仪传感器11输出的相对于三个坐标轴的加速度数值：a_x,a_y和a_z，其中，X轴和Y轴构建水平面，Z轴分别与X轴和Y轴垂直。请一并参见图7，该图示出了陀螺仪传感器输出加速度与俯仰角、滚转角的关系示意图。

本方案进一步优选采用更为精准的倾偏角γ算法。

通常，陀螺仪传感器输出相对于三个坐标轴的加速度数值分别为a_x,a_y和a_z。具体计算方法为：

a_x＝((a_xH<<8)|a_xL)/32768*16g(g为重力加速度)；

a_y＝((a_yH<<8)|a_yL)/32768*16g；

a_z＝((a_zH<<8)|a_zL)/32768*16g。

假设传感器11的X轴与水平面xy之间的夹角为α(称为俯仰角，pitch)， Y轴与水平面xy间的夹角为β(称为滚转角，roll)，Z轴与重力方向夹角为γ，也即抱杆的实际倾偏角值。

具体地，主机数据处理单元22采用下述公式确定该抱杆倾偏角γ：

式中，α为所述传感器的X轴与水平面xy 之间的夹角，β为所述传感器的Y轴与水平面间的夹角。由此，计算获得的抱杆倾偏角γ更加精准，实时反映抱杆实际偏倾角。

应当理解，主机2的主要构成可集成于箱体内，其中可配置有供电电池25，箱体外部设置有充电插口，以充电至供电电池25。优选采用高容量锂电池，具体可以依据具体总体参数需求进行选配，以保证主机2连续工作。例如但不限于，选用大容量的12V18Ah锂离子电池组，可保证主机连续工作48 小时以上。

为了进一步提高用户体验，箱体外部可设置角度显示器26和电量指示器 27。其中，角度显示器26与数据处理单元22连接，以实时显示抱杆倾偏角γ；电量指示器27可显示供电电池25的当前电量。如此设置，可便于指挥人员掌握实时倾偏角和当前电量，有利于进行合理的任务分配。

其中，角度显示器26可配置为高亮LED显示器，嵌装于主机箱体面板即可。具体地，利用红光显示小数点后二位角度值，在白天光线较强环境也能清晰显示。

其中，电量指示器27可配置为以数字、百分比和柱形图形式显示电池电量，同样嵌装于主机箱体面板。具体请一并参见图3。

进一步地，主机3箱体面板上还配置有音量调节开关28和电源开关29，以分别控制扬声器音量及主机供电。两者均可选配市售成品。具体地，根据现场环境，可通过音量调节开关28控制语音合成电路数值播报扬声器24的音量大小。控制主机的供电。其中，电源开关29上有环形电源符号，带发光二极管LED灯，防水等级IP67。按键按下则接通电源，同时LED灯点亮，反之 LED灯灭，便于操作者判断主机是否处于工作状态。

另外，主机2的第二数据收发单元21由电路板实现相应功能。优选基于印刷电路板焊接电子零部件，固定在主机箱体内部即可。可以理解的是，电子零部件的具体配置非本申请的核心发明点所在，本领域技术人故本文不再赘述。

需要说明的是，测量部件1具体可以采用不同的结构实现。例如但不限于，将相应构件集成于机壳14。请一并参见图8和图9，其中，图8是本实施方式所述测量部件的示意图，图9为图8所示测量部件的装配爆炸图。

如图所示，测量部件1的数据处理单元13可由电路板实现相应功能，固定在其机壳14内部即可。同样可以理解的是，电子零部件的具体配置非本申请的核心发明点所在，本领域技术人故本文不再赘述。

本方案中，机壳14内的还设置有供电电池15，以为测量部件1的用电元件供电，且机壳14外部设置有充电插口16，以充电至测量部件供电电池15。供电电池15优选采用锂电池，具体可固定在机壳14内，并利用顶盖17与机壳 14围合形成密封内。例如但不限于，采用体积小容量大的3.7V10400mAh锂电池组，可保证测量部件1连续工作48小时以上。

进一步地，测量部件1的机壳14外部设置有电源开关18，同样地，测量部件1的电源开关18也可选配市售自锁式金属按钮成品开关，具体固定在机壳14上，作用是控制主机2的供电，不易引起误操作。开关按键上有环形电源符号，带发光二极管LED灯，防水等级IP67，便于操作者判断无线测量单元是否处于工作状态。

此外，为了进一步提高测量部件的安装和定位，作为优选，可以在机壳 14的外部固定设置有与抱杆本体适配的磁铁19，如图所示，磁铁19安装在机壳14底部。以便测量部件1快速在抱杆角钢主材上可靠安装和定位，具有拆装方便的特点。

通常，元件高功耗工作下的用电量较大，特别是对于施工较为恶劣的环境下。为此，本方案的测量部件1的第一数据收发单元12具有监听工作模式和唤醒工作模式，并配置为：监听工作模式下的所述第一数据收发单元12，处于低功耗小电流工作状态；根据主机2的所述第二数据收发单元21发送的附有唤醒码的数据请求指令，第一数据收发单元12切换至唤醒工作模式，并发送所述抱杆倾角信息。也就是说，采用“监听-唤醒”的工作模式，能显著减小无线测量单元的功耗，增加电池续航力。

具体地，第二数据收发单元21发送前述播报指令后，发送该附有唤醒码的数据请求指令。实际工作过程中，该模式下测量部件1的第一数据收发单元12平时处于低功耗小电流的“监听模式”，主机2端第二数据收发单元21的串口打开，无线打开，每次语音播报结束后立即向测量部件1发送数据请求命令，数据包发射前自动增加唤醒码，这样就可以唤醒工作在省电工作状态下的接收方；测量部件1一旦监听到唤醒码，立即进入发射状态，将数据发送给主机2，然后又进入监听模式。

综上方案，工作准备时，施工人员将测量部件1放入工具包带上铁塔，然后固定在抱杆直段角钢主材内侧，开启电源开关18，进入自动工作模式。通过无线电信道与主机2进行数据交换，将检测到的抱杆倾偏角数据传给主机2。倾角远程监控报警主机2和声光报警器3放置在组塔施工点安全警戒线之外的现场指挥处，开机后，数据处理单元22定期以一个很短的时间间隔不停向测量部件1发出数据读取指令，将传回的抱杆倾偏角数据信息进行运算后显示在高亮LED显示器26上，同时将结果通过扬声器24播报给机动绞磨操作员和现场指挥员。当测量到的角度超过某个预置数值后，能驱动声光报警 3器提醒现场工作人员，实现抱杆实时倾偏角远程监控，确保施工安全。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，包括：

测量部件，用于设置在抱杆上，所述测量部件包括用于获取抱杆倾角信息的传感器和用于信号传送的第一数据收发单元；

报警器，用于发出警示信号；

主机，包括与所述第一数据收发单元建立无线通信的第二数据收发单元，以及数据处理单元、语音合成单元、扬声器和报警器供电接口；所述数据处理单元用于实时根据所述抱杆倾角信息确定抱杆倾偏角γ，并通过所述语音合成单元发送播报指令至所述扬声器；且所述数据处理单元还以所述抱杆倾偏角γ大于预设报警阈值为判断条件，输出导通控制信号，以通过所述报警器供电接口输出工作电压至所述报警器。

2.根据权利要求1所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述传感器为陀螺仪传感器，所述抱杆倾角信息为所述陀螺仪传感器输出的相对于三个坐标轴的加速度数值：a_x,a_y和a_z，其中，X轴和Y轴构建水平面，Z轴分别与X轴和Y轴垂直；所述主机的数据处理单元采用下述公式确定所述抱杆倾偏角γ：

式中，α为所述传感器的X轴与水平面xy之间的夹角，β为所述传感器的Y轴与水平面间的夹角。

3.根据权利要求1或2所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述主机还包括：

角度显示器，嵌装于主机箱体面板，所述角度显示器与所述数据处理单元连接，以实时显示所述抱杆倾偏角。

4.根据权利要求3所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述主机还包括提供电量的供电电池和嵌装于主机箱体面板的电量指示器，且所述主机的箱体外部设置有充电插口，以充电至所述供电电池。

5.根据权利要求4所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述主机箱体面板上还配置有音量调节开关和电源开关。

6.根据权利要求5所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述第二数据收发单元为设置在所述主机的箱体外部的全向收发天线。

7.根据权利要求1或2所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述测量部件的所述第一数据收发单元具有监听工作模式和唤醒工作模式，并配置为：监听工作模式下的所述第一数据收发单元，处于低功耗小电流工作状态；根据所述主机的所述第二数据收发单元发送的附有唤醒码的数据请求指令，所述第一数据收发单元切换至唤醒工作模式，并发送所述抱杆倾角信息。

8.根据权利要求7所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述第二数据收发单元发送所述播报指令后，发送所述附有唤醒码的数据请求指令。

9.根据权利要求8所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述测量部件还包括置于其机壳内的供电电池，且所述机壳外部设置有充电插口，以充电至所述供电电池。

10.根据权利要求9所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述机壳外部固定设置有与所述抱杆本体适配的磁铁，以便所述测量部件设置在所述抱杆上。

11.根据权利要求10所述的抱杆倾角远程监控报警装置，其特征在于，所述测量部件的所述机壳外部设置有电源开关，所述第一数据收发单元为设置在所述机壳外部的全向收发天线，所述报警器为声光报警器。

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