專利名稱：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的傾斜震動(dòng)在線檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的傾斜震動(dòng)在線檢測(cè)裝置，可用于電力高壓輸電桿塔防護(hù)，配電網(wǎng)桿塔防護(hù)，配電設(shè)施的防盜預(yù)警。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)電力能源供應(yīng)的依賴越來(lái)越大，高壓、 特高壓骨干輸電網(wǎng)的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，更是關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全和社會(huì)穩(wěn)定。對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的外在威脅主要來(lái)自三個(gè)方面，一是自然災(zāi)害，第二是外部的野蠻施工，第三個(gè)是人為破壞。近年來(lái)隨著全球變暖，臺(tái)風(fēng)、暴雨、強(qiáng)雷暴等惡劣氣象天候頻發(fā)，導(dǎo)致山洪暴發(fā)、沖毀桿塔地基、暴風(fēng)刮斷輸電線路、刮倒輸電桿塔等自然災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行構(gòu)成越來(lái)越大的危險(xiǎn)。伴隨經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展是國(guó)家重點(diǎn)基建設(shè)施工的高速增長(zhǎng)，如新建高鐵、新建高速公路、新建高壓輸電線路和其他新建重點(diǎn)工程的大量上馬，這些工程的施工不可避免的要穿越高壓輸電走廊，甚至靠近桿塔施工，由于這些施工單位通常不具備高壓輸變電技術(shù)的專業(yè)知識(shí)，缺乏對(duì)高電走廊下作業(yè)的危險(xiǎn)性認(rèn)知，而這些施工往往會(huì)采用多種大型機(jī)械施工，可能會(huì)造成危險(xiǎn)接近甚至碰線短路等惡性事故的發(fā)生?？拷鼦U塔野蠻挖掘等可能會(huì)造成桿塔地基損毀、桿塔傾覆等重大惡性事故。人為故意損毀主要是偷盜和破壞，由于國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡和社會(huì)治安不良等問(wèn)題導(dǎo)致盜竊分子對(duì)輸變電設(shè)備不法偷盜行為經(jīng)常發(fā)生，給電力企業(yè)帶來(lái)極大困擾和重大經(jīng)濟(jì)損失。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的安全威脅主要采用人工巡線，雇傭當(dāng)?shù)鼐用褡鲎o(hù)線員，并少量實(shí)驗(yàn)采用直升機(jī)、無(wú)人機(jī)等現(xiàn)代化手段進(jìn)行巡線。在部分重要桿塔上也有采取技術(shù)手段防范盜竊、破壞事件的發(fā)生，但主要是采用視頻、紅外等技術(shù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式，虛警率和可靠性還不盡如人意，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。巡線工人定期巡視高壓線路，走訪當(dāng)?shù)刈o(hù)線員，排查安全隱患，然而，這項(xiàng)工作是異常艱難的，巡線工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，護(hù)線員的責(zé)任心和護(hù)線知識(shí)的參差不齊，野外作業(yè)的艱苦和某些線路桿塔難以到達(dá)，都會(huì)使巡線工作效果難以保證，巡線周期很長(zhǎng)(1 10 周)，導(dǎo)致線路狀態(tài)監(jiān)管的缺位，這些都給線路安全留下隱患。綜上所述，采用一種先進(jìn)的在線檢測(cè)、防盜預(yù)警系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓桿塔周邊工況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并判定產(chǎn)生警報(bào)信息，保障輸配電線路安全具有重要意義。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的傾斜震動(dòng)在線檢測(cè)裝置。[0011]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案一種基于物聯(lián)網(wǎng)的在線檢測(cè)裝置，包括傳感器模塊、微控制器模塊、射頻收發(fā)器模塊、電源模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)處理模塊，其中傳感器模塊依次串接信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)處理模塊后接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊通過(guò)射頻收發(fā)器模塊收發(fā)信號(hào)， 電源模塊給上述模塊提供電源。優(yōu)選地，所述傳感器模塊包括三軸加速度傳感器。優(yōu)選地，通過(guò)所述三軸加速度傳感器測(cè)得被測(cè)物的震動(dòng)與傾角信息。優(yōu)選地，所述被測(cè)物為電線桿。優(yōu)選地，所述微控制器模塊采用微功耗的SOC型號(hào)CC2530單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理。優(yōu)選地，所述在線檢測(cè)裝置為無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)裝置。本實(shí)用新型是基于無(wú)線傳感網(wǎng)的智能電力設(shè)備，設(shè)備內(nèi)部采用高精度三軸加速度傳感器和相應(yīng)的配合電路，通過(guò)相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)傾斜和振動(dòng)的檢測(cè)。本設(shè)備作為無(wú)線傳感網(wǎng)的一個(gè)智能終端節(jié)點(diǎn)，可以將測(cè)得的數(shù)據(jù)信息傳送到無(wú)線傳感網(wǎng)上提供給終端用戶。從實(shí)現(xiàn)方式上看，本設(shè)備使用三軸加速度來(lái)實(shí)現(xiàn)傾斜角的實(shí)時(shí)測(cè)量，避免了單軸傾斜檢測(cè)的不足(需要采用高分辨率的ADC才能獲得大范圍有效傾斜角)。此外，單個(gè)軸通過(guò)重力旋轉(zhuǎn)，由于僅使用單個(gè)軸且要求重力矢量?jī)H當(dāng)器件具有特定方向且始終處于重心面時(shí)，算出的傾斜角才是準(zhǔn)確的，繞其他軸的任何旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都會(huì)降低加速度的大小，從而給算出的傾斜角造成誤差。本方案中使用超低功耗的SOC (CC2530)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具有極低的功耗就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理并和通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶終端。通過(guò)加速度的測(cè)量，可以同時(shí)檢測(cè)振動(dòng)等信息，由振動(dòng)的信號(hào)來(lái)判別桿塔是否有人為破壞，并通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸信息到用戶終端，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本實(shí)用新型為輸配電線路桿塔上的微弱震動(dòng)信號(hào)的采集、并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線的對(duì)防護(hù)設(shè)施的傾斜和震動(dòng)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備防盜預(yù)警的功能.具有安裝簡(jiǎn)單、成本較低、便于維護(hù)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
圖1 本實(shí)用新型整體框圖。圖2 加速度計(jì)各個(gè)軸的角度器件典型取向。圖3 模擬調(diào)理電路原理圖。圖4 信號(hào)處理電路原理圖。
具體實(shí)施方式
基于物聯(lián)網(wǎng)的傾斜，震動(dòng)在線檢測(cè)方案的整體框圖如附圖1所示確定系統(tǒng)傾斜的一種常規(guī)用的方法是對(duì)陀螺儀輸出設(shè)備求積分，盡管這種方法簡(jiǎn)單明了，但隨著積分周期的增加，與零偏穩(wěn)定性相關(guān)的誤差也可能快速增大，即使當(dāng)器件處理靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)也可能導(dǎo)致明顯的旋轉(zhuǎn)。而本方案中采用三軸加速度傳感器(如圖4所示)，由于重力作用，在不同的姿態(tài)產(chǎn)生不同的模擬電壓值，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬調(diào)理及信號(hào)處理電路(如附圖3所示) 送入ADC，單片機(jī)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)的高速采樣，分別得到三個(gè)軸的重力加速度。[0027]在處理算法上，得到了相應(yīng)的三軸加速度，基于一個(gè)參照點(diǎn)分別確定加速度計(jì)各個(gè)軸的角度，參照點(diǎn)為器件典型取向，即X軸和y軸位于水平面(Og場(chǎng))，ζ軸與水平垂直(Ig 場(chǎng))，如附圖2所示。通過(guò)各個(gè)軸向的傾斜角的計(jì)算，得到最終的傾斜狀況的判斷。使用三軸的重要優(yōu)勢(shì)在于，在單軸解決方案下，除χ軸以外的任何軸發(fā)生傾斜都會(huì)造成重大誤差， 與此不同，使用三軸因?yàn)橛行г隽快`敏度與目標(biāo)重力的和方根值具有比例關(guān)系。當(dāng)重力完全處于xy平面之內(nèi)時(shí)，這些軸檢測(cè)到的加速度方和根的理想值等于lg。如果χζ平面或yz 平面中存在傾斜，則重力導(dǎo)致的總加速度會(huì)減少，同時(shí)會(huì)減少有效增量靈敏度，這又會(huì)加大既定加速度計(jì)分辨率下的傾斜步長(zhǎng)，但仍可提供精確的測(cè)量值。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，我們的測(cè)量角精度達(dá)到0.5度以內(nèi)。通過(guò)采集三軸加速度的變化量，基于短時(shí)窄脈沖的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)。具體實(shí)現(xiàn)方法就是通過(guò)采集1秒鐘的三軸加速度的信號(hào)變化量，然后進(jìn)行算法處理。算法的基本原理是當(dāng)變化量大于環(huán)境本地噪聲，并超過(guò)了一個(gè)相對(duì)的閾值后，再經(jīng)時(shí)域的一個(gè)脈沖寬度閾值的判定，如果信號(hào)變化量同時(shí)滿足信號(hào)幅值和脈沖寬度的要求，我們判定發(fā)生了震動(dòng)。對(duì)震動(dòng)的判定結(jié)果，是通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，對(duì)高壓桿塔的攀爬，敲擊等微小振動(dòng)信號(hào)都能進(jìn)行準(zhǔn)確度檢測(cè)。單片機(jī)(SOC CC2530)得到相應(yīng)的傾斜角和震動(dòng)信息，本案例中使用了超低功耗的 SOC (CC2530)，此SOC具有極低的功耗，可以在盡量少的電能消耗下控制無(wú)線射頻模塊SOC (CC2530)通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶終端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為電池供應(yīng)系統(tǒng)帶來(lái)了更長(zhǎng)的使用壽命。無(wú)線信號(hào)可以傳輸?shù)木嚯x竟測(cè)定在發(fā)射功率為50mw時(shí)，視距可以達(dá)到1公里， 能夠滿足我們電力無(wú)線組網(wǎng)的要求。
權(quán)利要求1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的在線檢測(cè)裝置，其特征在于包括傳感器模塊、微控制器模塊、射頻收發(fā)器模塊、電源模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)處理模塊，其中傳感器模塊依次串接信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)處理模塊后接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊通過(guò)射頻收發(fā)器模塊收發(fā)信號(hào)，電源模塊給上述模塊提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的在線檢測(cè)裝置，其特征在于所述傳感器模塊包括三軸加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的在線檢測(cè)裝置，其特征在于通過(guò)所述三軸加速度傳感器測(cè)得被測(cè)物的震動(dòng)與傾角信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的在線檢測(cè)裝置，其特征在于所述被測(cè)物為電線桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的在線檢測(cè)裝置，其特征在于所述微控制器模塊采用微功耗的SOC型號(hào)CC2530單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的在線檢測(cè)裝置，其特征在于所述在線檢測(cè)裝置為無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的傾斜震動(dòng)在線檢測(cè)裝置，包括傳感器模塊、微控制器模塊、射頻收發(fā)器模塊、電源模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)處理模塊，其中傳感器模塊依次串接信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)處理模塊后接微控制器模塊的輸入端，微控制器模塊通過(guò)射頻收發(fā)器模塊收發(fā)信號(hào)，電源模塊給上述模塊提供電源。本實(shí)用新型為輸配電線路桿塔上的微弱震動(dòng)信號(hào)的采集、并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線的對(duì)防護(hù)設(shè)施的傾斜和震動(dòng)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備防盜預(yù)警的功能，具有安裝簡(jiǎn)單、成本較低、便于維護(hù)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01H11/06GK202119429SQ201120214710
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者張萬(wàn)生, 胡崇剛, 胡淼龍, 邢濤 申請(qǐng)人:感知物聯(lián)網(wǎng)集團(tuán)(無(wú)錫)有限公司, 無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院