DE3824000A1

DE3824000A1 - Mast (pylon, pole) having monitoring device for the protection against mast damage

Info

Publication number: DE3824000A1
Application number: DE19883824000
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ing Harjes; Detlef Dipl Ing Gross; Manfred Dipl Ing Beck; Gerd Hahne
Original assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1987-11-07
Filing date: 1988-07-15
Publication date: 1989-05-18
Also published as: DE3824000C2

Abstract

The physical protection by means of optical waveguides (LWL) is to be extended to the protection of masts, pillars and the like, and a monitoring device is to be created which in the case of an attempted mechanical damage of the mast gives a reliable signal at an early stage. In addition, the monitoring device is to be constructed in such a manner that other sensors can also be used apart from optical waveguide sensors. The solution essentially consists in that the optical waveguide sensors (16) are arranged in the monitoring region (3) of the mast base (4), the other sensors are arranged directly above it, and they are connected via optical waveguide lines (11, 15) to an autonomous monitoring apparatus (21) which is arranged on a mast cross-arm (6) in a metal housing and comprises a battery power supply, a plurality of laser diodes and/or only photodiodes, an electronic evaluation system and a radio transmitter. When different sensors are to be used, then each optical waveguide (11) guided along the mast is guided into a metal housing (41) which is fastened to the upper edge of the monitoring region (3) on the mast and contains an autonomous electronic module (42) to which is connected on the input side the sensor and on the output side the optical waveguide (11). Either an infrared detector (43) or a microphone (44) for structure-borne noise is arranged as sensor inside the modular housing (41) or an optical waveguide sensor (16) is arranged alongside the base (4) of a main leg. Monitoring of this kind is used in particular in the case of high-voltage towers (transmission poles). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Mast mit Überwachungseinrichtung zum Schutz gegen Mastsbeschädigung unter Einsatz von Lichtwellen leitern (LWL) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a mast with monitoring device for Protection against mast damage using light waves conductors (LWL) according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Objektschutzes mittels Lichtwellenleiter (LWL). Hierfür gibt es bereits mehrere Einrich tungen, die mit LWL als Sensoren ausgestattet sind. Im wesent lichen handelt es sich dabei um Zaunanlagen, in deren Maschendraht ein LWL eingezogen ist. Beim Durchtrennen der Zaunanlage wird der LWL unterbrochen und löst ein Signal aus (US-PS 42 75 294).The invention is in the field of object protection by means of Optical fiber (LWL). There are already several facilities for this lines that are equipped with fiber optic sensors. In essence Lichen are fence systems in their wire mesh an optical fiber has moved in. When cutting through the fence, the LWL interrupted and triggers a signal (US-PS 42 75 294).

Eine weitere Überwachungsart ist gekennzeichnet durch LWL-Senso ren, die in Gebäuden oder im Freien in den Boden eingelegt sind. So ist eine Bodenplatte aus mehreren Balken bekannt, bei der je der Balken eine Deckschicht aus einem flexiblen Material hat, in welche die Seele eines LWL-Zugsensors längslaufend eingebettet ist (DE-OS 36 28 083). Der LWL ist mit seinen Enden oder mit dort an gebrachten Steckern aus der Deckschicht herausgeführt und zu einem Licht-Dämpfungsmeßgerät weitergeführt. Wirkt auf einen solchen Balken beim Überschreiten oder Überfahren eine Kraft (Druck), dann kommt es im LWL-Sensor zu Mikrokrümmungen, die eine Erhöhung der Lichtdämpfung zur Folge haben, was zur Signalgabe benutzt wird. Dazu ist ein Überwachungsgerät erforderlich, in dem Lichtsender, Lichtempfänger, Auswertegerät und Signalgeber angeordnet sind.Another type of monitoring is characterized by LWL-Senso that are placed in the ground indoors or outdoors. So a base plate is known from several beams, each of which the beam has a covering layer made of a flexible material, in which is the soul of a fiber optic tension sensor embedded longitudinally (DE-OS 36 28 083). The FO is with its ends or with there brought plugs out of the top layer and to one Light attenuation meter continued. Acts on one Beam when crossing or passing a force (pressure), then there are microbends in the fiber optic sensor, which increases the Light attenuation result in what is used for signaling. This requires a monitoring device in which the light transmitter, Light receiver, evaluation device and signal transmitter are arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Objektschutz mittels LWL auf den Schutz von Masten, Pfeilern und dergleichen, insbeson dere auf den von Hochspannungsmasten, auszudehnen, und eine Über wachungseinrichtung zu schaffen, die bei versuchten mechanischen Beschädigungen des Mastes frühzeitig und sicher Signal gibt. Zudem soll die Überwachungseinrichtung so ausgebildet werden, daß außer LWL-Sensoren auch andere Sensoren eingesetzt werden können.The invention is based on the object protection by means of LWL on the protection of masts, pillars and the like, in particular to expand on that of high voltage pylons, and an over to create a security device that is tried when mechanical Damage to the mast gives an early and safe signal. In addition the monitoring device should be designed so that except LWL sensors other sensors can be used.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1, die weitere Aufgabe durch die des Anspruchs 3 gelöst. Die Lösung besteht im wesentlichen darin, daß die Sensoren in oder unmittelbar über dem Überwachungsbereich des Mastfusses angeordnet und mittels LWL-Leitungen mit einem autarken Überwachungsgerät verbunden sind, das auf einer Masttraverse in einem Metallgehäuse angeordnet ist, und eine Batterieversorgung, mehrere Laserdioden und/oder nur Fotodioden, eine Auswerteelektronik und einen Funk sender enthält.This task is characterized by the characteristics of the contractor claim 1, the further object achieved by that of claim 3. The solution is essentially that the sensors in or located directly above the surveillance area of the mast foot and by means of fiber optic cables with an autonomous monitoring device are connected on a mast traverse in a metal housing is arranged, and a battery supply, several laser diodes and / or only photodiodes, evaluation electronics and a radio transmitter contains.

Die ummantelten LWL-Leitungen sind kraftschlüssig auf den Mast geklebt, und das Überwachungsgerät hat seitlich mehrere Buchsen für die Stecker der LWL-Leitungen. Am Boden jeder Buchse ist eine Licht-Empfangsdiode (Fotodiode) eingesetzt, oder eine -Sendediode (getaktete Laserdiode), falls als Sensoren LWL eingesetzt und die Lichtsender im Überwachungsgerät angeordnet werden.The coated fiber optic cables are non-positive to the mast glued, and the monitoring device has several sockets on the side for the connectors of the fiber optic cables. There is one at the bottom of each socket Light receiving diode (photodiode) used, or a send diode (clocked laser diode), if used as sensors LWL and the Light transmitters can be arranged in the monitoring device.

In diesem Fall ist von hier aus an jedem Masteckstiel entlang eine doppeladrige, ummantelte LWL-Leitung bis zum oberen Rand des Über wachungsbereichs geführt. Dort sind Leitung und Adern abgemantelt, somit LWL-Sensoren gebildet, und diese sind bis zum Eckstiel-Fuß ende geführt, wo sie miteinander verspleist sind, so daß sie eine LWL-Sensorschleife bilden. - Das Überwachungsgerät überprüft jede Sekunde die LWL-Sensoren auf Unversehrtheit (Durchlichtprüfung) und startet bei einer Störung der optischen Werte (Manipulation am Sensor) ein Alarmprogramm, bei dem der Funksender den Alarm sofort absetzt und ihn in Minutenabstand wiederholt.In this case there is one along each mast corner from here double-core, coated fiber optic cable up to the upper edge of the over security area. The cable and wires are stripped there, thus fiber optic sensors are formed, and these are up to the corner stem foot end where they are spliced together so that they are a Form fiber optic sensor loop. - The monitor checks everyone Second the fiber optic sensors for integrity (transmitted light test) and starts in the event of a fault in the optical values (manipulation on Sensor) an alarm program, in which the radio transmitter sends the alarm immediately stops and repeats it every minute.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, daß sie aufgrund ihrer Bauelemente - LWL-Sensoren, LWL-Leitungen und Über wachungsgerät in einem Metallgehäuse (Faradayscher Käfig) - von äußeren elektromagnetischen Feldern nicht gestört werden kann.A major advantage of this device is that it due to their components - fiber optic sensors, fiber optic cables and over security device in a metal housing (Faraday cage) - from external electromagnetic fields can not be disturbed.

Die weitere Aufgabe, eine solche Mast-Überwachungseinrichtung so auszubilden, daß außer LWL-Sensoren auch andere Sensoren einge setzt werden können, wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Diese Lösung besteht im wesentlichen darin, daß jeder an den Masteckstielen entlanggeführte LWL in ein am obe ren Rand des Überwachungsbereichs am Mast befestigtes Metallgehäu se geführt ist, das ein autarkes Elektronikmodul enthält, an das eingangsseitig der Sensor und ausgangsseitig der LWL angeschlossen ist. Als Sensor ist entweder ein Infrarotdetektor (IRD) oder ein Körperschallmikrofon (KSM) innerhalb des Modulgehäuses, oder es ist ein abgemantelter LWL entlang eines Eckstielfusses angeordnet.The further task of such a mast monitoring device train that other sensors besides fiber optic sensors can be set, is characterized by the characteristic features of the Claim 3 solved. This solution essentially consists of that each LWL guided along the mast corner stems into one at the top Metal housing attached to the mast of the surveillance area se is performed, which contains a self-sufficient electronic module to which the sensor is connected on the input side and the fiber optic cable on the output side is. The sensor is either an infrared detector (IRD) or a Structure-borne sound microphone (KSM) inside the module housing, or it a stripped fiber optic cable is arranged along a corner stem foot.

Die Unteransprüche 4 bis 6 betreffen die Anordnung mehrerer Sen sor-Moduln sowie die Ausbildung des zentralen Überwachungsgeräts und der verschiedenen Moduln.The sub-claims 4 to 6 relate to the arrangement of several Sen sor modules and the training of the central monitoring device and the different modules.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht im wesentlichen darin, daß nun an das Zentralgerät - über die LWL und die Elektro nikmoduln - verschiedene Sensoren (IRD, KSM und LWL) angeschlossen werden können, wobei der Vorteil der Nicht-Beeinflussung durch äußere elektromagnetische Felder erhalten bleibt.The advantage achieved with the invention is essentially in that now to the central device - via the LWL and the Elektro nikmoduln - various sensors (IRD, KSM and LWL) connected can be, taking advantage of non-interference by external electromagnetic fields are preserved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt, und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows

Fig. 1 einen Hochspannungsmast mit Überwachungseinrichtung bestehend aus Zentralgerät, LWL-Leitungen und verschiedenen Sen soren, Fig. 1 sensors a high-voltage mast with monitoring device consisting of the central device, fiber optic cables, and various Sen,

Fig. 2 einen LWL-Sensor (Schleife) am Masteckstielfuß, Fig. 2 shows a fiber optic sensor (loop) at the Masteckstielfuß,

Fig. 3 ein Infrarot-Sensor-Modul und Fig. 3 is an infrared sensor module and

Fig. 4 ein Körperschall-Sensor-Modul. Fig. 4 is a structure-borne noise sensor module.

In der Fig. 1 ist zunächst der übliche Hochspannungsmast 1 zu sehen mit seinen winkelförmigen Eckstielen 2, Eckstielfüßen 4, Traversen 6 und Abspannketten (Isolatoren) 7. Das zentrale Über wachungsgerät 21 ist in einem als Faradayscher Käfig wirkenden Metallgehäuse auf der unteren Masttraverse 6 zwischen zwei Ab spannketten 7 angeordnet. Von hier aus sind die ein- oder mehr adrigen (ummantelten) LWL-Leitungen 11 bzw. 15 entlang der Eck stielfüße 2 hinunter zum Mastfuß bis zum oberen Rand des überwachten Bereichs 3 geführt.In Fig. 1 first is the common high-voltage tower 1 seen with its angled corner posts 2, Eckstielfüßen 4, cross beams 6 and tension string (insulators). 7 The central surveillance device 21 is arranged in a metal housing acting as a Faraday cage on the lower crossmember 6 between two tension chains 7 . From here, the one or more core (jacketed) fiber optic cables 11 and 15 along the corner stem feet 2 down to the mast base to the top of the monitored area 3 .

Aus Fig. 1 zusammen mit Fig. 3 oder 4 ist ersichtlich, daß jeder einzelne LWL 11 mit seinem unteren Ende in ein Metallgehäuse 41 geführt ist, das am oberen Rand des Überwachungsbereichs 3 am Mast befestigt ist. Dieses enthält ein autarkes Elektronikmodul (selbsttätige elektronische Baugruppe) 42, an das eingangsseitig der Sensor 16, 43 oder 44 und ausgangsseitig der LWL 11 ange schlossen ist. Dabei ist als Sensor ein Infrarotdetektor 43 oder ein Körperschallmikrofon 44 an geeigneter Stelle in das Modul gehäuse 41 eingebaut, oder es ist der abgemantelte Lichtwellen leiter 16 als Schleife entlang eines Eckstielfußes 4 aufgeklebt.From Fig. 1 together with Fig. 3 or 4 it can be seen that each individual optical fiber 11 is guided with its lower end into a metal housing 41 which is attached to the mast at the upper edge of the monitoring area 3 . This contains an autonomous electronic module (automatic electronic assembly) 42 to which the sensor 16, 43 or 44 on the input side and the optical fiber 11 on the output side is connected. In this case, an infrared detector 43 or a structure-borne sound microphone 44 is installed as a sensor in a suitable place in the module housing 41 , or the stripped optical waveguide 16 is glued on as a loop along a corner stem base 4 .

Es werden nun im Überwachungsbereich 3 mehrere, auch verschiedene Sensoren, beispielsweise 4 IRD, 2 KSM und 2 LWL, in bzw. mit ihren metallgekapselten Moduln 41 angeordnet. Von diesen ist je ein LWL 11 zu dem metallgekapselten Überwachungsgerät 21 hin-, und über eine Steckverbindung in dieses eingeführt, in deren Buchse er auf eine Empfangsdiode (Fotodiode) trifft. In diesem Zentralgerät 21 sind alle Ausgänge der Fotodioden auf eine Bewertungslogik und Ab laufsteuerung, und diese ist auf den Sender (Digitaler Datenfunk, z. B. VHF oder UHF) geschaltet. - Die in dem Gerät eingebaute Hochleistungsbatterie macht es autark und für mindestens 5 Jahre wartungsfrei. Die Sendeleistung beträgt vorzugsweise 50 oder 100 mW.Several, also different sensors, for example 4 IRD, 2 KSM and 2 LWL, are now arranged in or with their metal-encapsulated modules 41 in the monitoring area 3 . Each of these has an optical fiber 11 connected to the metal-encapsulated monitoring device 21 and inserted into it via a plug connection, in the socket of which it meets a receiving diode (photodiode). In this central device 21 , all outputs of the photodiodes are based on an evaluation logic and sequence control, and this is connected to the transmitter (digital radio data transmission, e.g. VHF or UHF). - The high-performance battery built into the device makes it self-sufficient and maintenance-free for at least 5 years. The transmission power is preferably 50 or 100 mW.

In dem Gerät werden die von den Moduln ausgesendeten optischen Signale umgesetzt und der Bewertungslogik zugeführt, die im Zu sammenwirken mit der Ablaufsteuerung die Alarmmeldung über die Datenfunkstrecke zur Warte absetzt. Dort kann unterschieden wer den, von welchen Moduln die Meldung ausgelöst wurde. In the device, the optical emitted by the modules Signals implemented and fed to the evaluation logic, which in the Zu Interact with the sequence control the alarm message via the Radio data link to the control room. There you can differentiate who the modules from which the message was triggered.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß die Moduln 42 des Infra rotdetektors 43 und des Körperschallmikrofons 44 eine Batteriever sorgung, und folgende Aufbauteile in Reihe geschaltet haben:From Figs. 3 and 4 it can be seen that the modules 42 of the infrared detector 43 and the structure-borne microphone 44 supply a battery, and have the following components connected in series:

Sensor 43 bzw. 44, Verstärker, Filter, Bewertungslogik, Licht- Sendediode und Buchse für den Stecker der LWL-Leitung 11 zum Zentralgerät. Dabei ist zu einem passiven Infrarotdetektor ein HP- Filter zur Unterdrückung unerwünschter Temperaturgänge, dagegen zu einem Körperschallmikrofon ein aktiver BP-Filter zur Frequenz selektion eingesetzt ist.Sensor 43 or 44 , amplifier, filter, evaluation logic, light-emitting diode and socket for the plug of the FO line 11 to the central device. In addition to a passive infrared detector, an HP filter is used to suppress unwanted temperature changes, while an active BP filter is used for frequency selection for a structure-borne sound microphone.

In der Bewertungslogik wird entschieden, ob es sich um einen Alarmfall handelt oder nicht. So erfolgt beim IR-Modul ein Alarm erst nach einer bestimmten Art und Häufigkeit der IR-Einstrahlung, zur Erkennung, daß es sich um Personen, jedoch nicht nur um ver änderte äußere Einflüsse handelt.The evaluation logic decides whether it is a Alarm case acts or not. An alarm is triggered in the IR module only after a certain type and frequency of IR radiation, to recognize that it is people, but not only ver changed external influences.

Die Modulgehäuse 41 sind wasserdichte Metallgehäuse (IP 65). Die eingebaute Batterie macht das Modul autark und für mindestens 2 Jahre wartungsfrei. Ein Batterieausfall wird als Alarm gewertet.The module housings 41 are waterproof metal housings (IP 65). The built-in battery makes the module self-sufficient and maintenance-free for at least 2 years. A battery failure is considered an alarm.

Zu dem in Fig. 2 gezeigten LWL-Sensor ist anzumerken, daß der als Schleife am Eckstielfuß 4 (in den Nuten 5) entlanggeführte, abge mantelte LWL 16 an beiden Enden mit Steckern konfektioniert ist, so daß er leicht erneuert werden kann. (Eine LWL-Verbindung 17 ist nur erforderlich, wenn der Sensor aus dem Ende einer zweiadrigen Leitung 15 gebildet wird.)To the fiber optic sensor shown in Fig. 2 it should be noted that the looped along the corner stem base 4 (in the grooves 5 ), stripped LWL 16 is assembled at both ends with plugs, so that it can be easily replaced. (An optical fiber connection 17 is only required if the sensor is formed from the end of a two-wire line 15. )

Das Modul 42 des LWL-Sensors 16 hat folgende Aufbauteile: Batte rieversorgung, Steuerelektronik und einerseits zwei Buchsen für die LWL-Sensor-Stecker und eine Licht-Sendediode in einer der Buchsen, andererseits eine Buchse für die LWL-Leitung 11 zum Zentralgerät 21. Bei einer anderen Ausführungsform genügt die eine Buchse mit der Licht-Sendediode, wenn die LWL-Leitung 11 an dem Modulgehäuse 41 vorbei direkt zum Zentralgerät 21 geführt wird. The module 42 of the fiber optic sensor 16 has the following components: battery supply, control electronics and on the one hand two sockets for the fiber optic sensor plug and a light-emitting diode in one of the sockets, and on the other hand a socket for the fiber optic line 11 to the central device 21 . In another embodiment, the one socket with the light-emitting diode is sufficient if the fiber-optic cable 11 is led past the module housing 41 directly to the central device 21 .

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 Hochspannungsmast
2 Masteckstiele
3 Überwachter Eckstiel-Fußbereich
4 Eckstielfuß
5 Nut im Eckstielfuß
6 Masttraverse
7 Abspannketten (Isolatoren)
11 Einadrige LWL-Leitung (LWL ummantelt)
15 Zweiadrige LWL-Leitung (ummantelt)
16 LWL-Sensor (LWL abgemantelt)
17 LWL-Verbindung (Spleiß)
21 Überwachungsgerät im Metallgehäuse
41 Modulgehäuse aus Metall
42 Elektronikmodul
43 Infrarotdetektor
44 Körperschallmikrofon 1 high voltage pylon
2 mast stalks
3 Monitored corner leg foot area
4 corner leg foot
5 Groove in the corner leg foot
6 mast traverse
7 guy chains (isolators)
11 single core fiber optic cable (fiber optic jacketed)
15 two-core fiber optic cable (sheathed)
16 FO sensor (FO stripped)
17 FO connection (splice)
21 monitoring device in metal housing
41 metal module housing
42 electronics module
43 infrared detector
44 structure-borne sound microphone

Claims

1. mast with monitoring device for protection against mast damage using fiber optics (LWL), in which sensors are arranged in the monitored areas and connected by means of fiber optics to a monitoring device in which light transmitters and / or light receivers, evaluation devices and signal transmitters are arranged, characterized in that the sensors ( 16 and others) are arranged in or directly above the monitored area ( 3 ) of the mast base ( 4 ) and are connected by means of fiber optic cables ( 11, 15 ) via plugs to an autonomous monitoring device ( 21 ), which is arranged in a metal housing (Faraday cage) in the upper third of the mast, in the case of a high-voltage mast ( 1 ) on a mast traverse ( 6 ), and a battery supply, several light-emitting diodes (clocked laser diodes) and / or only photodiodes for receiving the sensor messages , contains evaluation electronics and a radio transmitter as a signal generator.

2. Mast with monitoring device according to claim 1, characterized in

- That the coated fiber optic cables ( 11, 15 ) are attached by gluing to the mast ( 1 ) and
- That the monitoring device ( 21 ) laterally has several sockets for the plugs of the fiber optic cables, a photodiode or a laser diode being inserted at the bottom of each socket, the latter if the light transmitter is arranged in the monitoring device.

3. Mast with monitoring device according to claim 1 or 2, characterized in that

- That each fiber ( 11 ) of the mast corner stems ( 2 ) along, single or multi-core fiber optic cables ( 11 or 15 ) with its lower end in a metal housing ( 41 ) which is at the top of the monitoring area ( 3 ) is attached to the mast and
- Which contains an autonomous electronic module (automatic electronic assembly) ( 42 ) to which the sensor ( 16, 43 or 44 ) on the input side and the optical fiber ( 11 ) on the output side is connected and
- That as a sensor, an infrared detector (IRD) ( 43 ) or a structure-borne microphone (KSM) ( 44 ) within the module housing ( 41 ), or an optical waveguide (FO) ( 16 ) is arranged along a corner stem base ( 4 ).

4. mast with monitoring device according to claim 3, characterized in

- That in the surveillance area ( 3 ) several, also different, sensors (IRD 43 , KSM 44 and LWL 16 ) are rarely arranged in or with their metal capsules and ( 41 )
- Of these each an optical fiber ( 11 ) to the metal-encapsulated monitoring device ( 21 ), and is inserted into this via a plug connection, in the socket of which it meets a receiving diode (photo diode) and
- That in this central unit ( 21 ) all outputs of the photodiodes are connected to an evaluation logic and sequence control, and this is connected to the transmitter (digital radio data transmission).

5. Mast with monitoring device according to claim 4, characterized in

- That the modules ( 42 ) of the infrared detector ( 43 ) and the body sound microphone ( 44 ) have a battery supply, and the following construction parts have been connected in series: sensor ( 43 or 44 ), amplifier, filter, evaluation logic, light-emitting diode and socket for the connector of the fiber optic cable ( 11 ) to the central device,
- With an HP infrared filter for a passive infrared detector and an active BP filter for a structure-borne sound microphone ( FIG. 3 or 4).

6. mast with monitoring device according to claim 4, characterized in

- That the loop along the corner stem foot ( 4 ) LWL sensor ( 16 ) is assembled at both ends with plugs and
- That the module ( 42 ) of the fiber optic sensor ( 16 ) has at least the following components: battery supply, control electronics and either one hand two sockets for the fiber optic sensor plug and a light emitting diode in one of the sockets, on the other hand a socket for the fiber optic cable -Line ( 11 ) to the central device ( 21 ), or only the one socket with the light-emitting diode.