專利名稱：一種電線塔振動頻率監(jiān)測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電線塔監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種電線塔振動頻率監(jiān)測方法及系統(tǒng)。
技術(shù)背景
眾所周知，在高山、雪地等地區(qū)，電線塔易受風(fēng)、雨、地震等自然災(zāi)害的影響，會出現(xiàn)振動的情況。如果電線塔劇烈振動可能給電線塔造成破損，甚至帶來倒塌的危險。電線塔的振動頻率監(jiān)測儀主要是對電線塔的振動頻率進(jìn)行監(jiān)測，以達(dá)到提前預(yù)測預(yù)防的目的。
目前市場上出現(xiàn)的電線塔振動頻率監(jiān)測儀，設(shè)計過于龐大且昂貴，監(jiān)測精度也不夠精確，以致于只能安裝在比較大型的電線塔上，不能在各個電線桿上安裝，因此，迫切需要一種成本低且監(jiān)測精度高的電線塔振動頻率監(jiān)測儀。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)成本高且監(jiān)測精度低的缺陷，提供一種成本低且監(jiān)測精度高的電線塔振動頻率監(jiān)測方法及系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種電線塔振動頻率監(jiān)測方法，所述方法包括以下步驟51.在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)分別通過加速計傳感器采集相對于電線塔的加速度信號和通過陀螺儀采集相對于地面的角速度信號；52.根據(jù)所述角速度信號基于DSP實時計算捷聯(lián)矩陣，并根據(jù)所述捷聯(lián)矩陣提取電線塔的姿態(tài)角，以將相對于電線塔的加速度信號轉(zhuǎn)換為相對于地面的加速度信號；53.通過對相對于地面的加速度信號進(jìn)行傅里葉變換生成電線塔的頻率譜，并基于窗函數(shù)插值法對該頻率譜進(jìn)行修正；54.通過無線網(wǎng)絡(luò)和/或USB接口將修正后的該頻率譜發(fā)送至數(shù)據(jù)分析中心，以實時監(jiān)測電線塔的振動頻率。
在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟S2中計算捷聯(lián)矩陣的算法為四元素法。
在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟S2還包括以下步驟根據(jù)Kalman濾波校正四元素，以計算出四元素初始值及其估計誤差值。
在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟S3中的窗函數(shù)為漢寧窗。
在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟S3還包括以下步驟 將修正后的該頻率譜存儲至EEPROM和/或外部RAM。
本發(fā)明還構(gòu)造一種電線塔振動頻率監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的采集模塊、轉(zhuǎn)換模塊、生成模塊以及發(fā)送模塊，其中，采集模塊，用于在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)分別通過加速計傳感器采集相對于電線塔的加速度信號和通過陀螺儀采集相對于地面的角速度信號；轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)所述角速度信號基于DSP實時計算捷聯(lián)矩陣，并根據(jù)所述捷聯(lián)矩陣提取電線塔的姿態(tài)角，以將相對于電線塔的加速度信號轉(zhuǎn)換為相對于地面的加速度信號；生成模塊，用于通過對相對于地面的加速度信號進(jìn)行傅里葉變換生成電線塔的頻率譜，并基于窗函數(shù)插值法對該頻率譜進(jìn)行修正；發(fā)送模塊，用于通過無線網(wǎng)絡(luò)和/或USB接口將修正后的該頻率譜發(fā)送至數(shù)據(jù)分析中心，以實時監(jiān)測電線塔的振動頻率。
在本發(fā)明所述的系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)換模塊中計算捷聯(lián)矩陣的算法為四元素法。
在本發(fā)明所述的系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)換模塊與所述生成模塊之間還設(shè)有校正模塊，其中，校正模塊，用于根據(jù)Kalman濾波校正四元素，以計算出四元素初始值及其估計誤差值。
在本發(fā)明所述的系統(tǒng)中，所述生成模塊中的窗函數(shù)為漢寧窗。
在本發(fā)明所述的系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括與所述生成模塊連接的存儲模塊，其中， 存儲模塊，用于將修正后的該頻率譜存儲至EEPROM和/或外部RAM。
實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果通過DSP對捷聯(lián)矩陣進(jìn)行實時計算， 并基于窗函數(shù)插值法對根據(jù)傅里葉變換生成的電線塔的頻率譜進(jìn)行修正，以將修正后的頻率譜通過無線網(wǎng)絡(luò)和/或USB接口發(fā)送至數(shù)據(jù)分析中心，該技術(shù)方案可提前預(yù)測電線塔的安全狀態(tài)，并減少了電力工作者的工作量以及避免了危險，成本低且精度高。
另外，通過四元素法計算捷聯(lián)矩陣，并根據(jù)Kalman濾波校正四元素，進(jìn)一步提高了監(jiān)測精度。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中 圖1是本發(fā)明電線塔振動頻率監(jiān)測方法的流程圖；圖2是本發(fā)明電線塔振動頻率監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
應(yīng)當(dāng)說明的是，在本實施例中，電線塔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時采用的硬件設(shè)備是美信公司的芯片MAX1316，該芯片為14位的同步數(shù)據(jù)采集芯片，共有8個通道，150K的數(shù)據(jù)采集頻率。電線塔實現(xiàn)的傳輸機(jī)制包括無線網(wǎng)絡(luò)和USB接口兩種，其中，無線網(wǎng)絡(luò)的采用的硬件設(shè)備包括MC52I模塊、SIM卡以及天線等等，主要用于實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸；USB接口主要由芯片CY7C68013、EEPROM等組成，主要實現(xiàn)DSP與數(shù)據(jù)分析中心的計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。 另外，加速度傳感器采用的是美國PCB PIEZ0TR0NICS公司生產(chǎn)的型號為3703G2FD3G震動加速度傳器；陀螺儀采用串口 RS-232輸出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的波特率為19200，采用16進(jìn)制輸出，每幀16字節(jié)，并且數(shù)據(jù)輸出時有IOOHz和40Hz兩種刷新頻率，可通過發(fā)送字符“F”來切換，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，這里不再贅述。
請參照圖1，圖1是本發(fā)明電線塔振動頻率監(jiān)測方法的流程圖，如圖1所示，所述方法包括以下步驟在步驟A中，在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)利用慣性導(dǎo)航原理分別通過加速計傳感器采集相對于電線塔的加速度信號和通過陀螺儀采集相對于地面的角速度信號，應(yīng)當(dāng)說明的是，慣性導(dǎo)航原理為將慣性元件，即本實施例中的陀螺儀和加速度計直接固定在被測載體上，陀螺儀和加速度計分別測量載體相對慣性空間的三個轉(zhuǎn)動角速度和三個線加速度沿運載體坐標(biāo)系的分量，經(jīng)過坐標(biāo)變換，把加速度信息轉(zhuǎn)化為沿導(dǎo)航坐標(biāo)系的加速度，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，這里不再贅述。
在步驟B中，根據(jù)所述角速度信號通過DSP實時計算捷聯(lián)矩陣，并根據(jù)所述捷聯(lián)矩陣提取電線塔的姿態(tài)角，以將相對于電線塔的加速度信號轉(zhuǎn)換為相對于地面的加速度信號。
優(yōu)選地，所述步驟B中計算捷聯(lián)矩陣的算法為四元素法。值得一提的是，在其他的實施例中，可根據(jù)用戶的需求采用其他的算法計算捷聯(lián)矩陣，本實施例采用四元數(shù)法計算捷聯(lián)矩陣，其具有計算量小、精度高、可避免奇異性、無歪斜誤差、可全姿態(tài)工作等優(yōu)點。
應(yīng)當(dāng)說明的是，結(jié)合步驟A和步驟B具體說明如何計算捷聯(lián)矩陣和電線塔的姿態(tài)角。首先，利用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航原理將加速度信號的慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為電線塔坐標(biāo)系，假定慣性坐標(biāo)系為哪，電線塔坐標(biāo)系0,其中，慣性坐標(biāo)系選取東北天坐標(biāo)系，ox指東，吵指北，oz指天，原點e為轎箱的質(zhì)量中心，電線塔坐標(biāo)系^ 的沿電線塔縱軸指向前沿電線塔橫軸指向右，^3軸垂直于0 巧平面，并沿電線塔的豎軸向上，OW3坐標(biāo)系構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。電線塔坐標(biāo)系相對于地面坐標(biāo)系所確定的狀態(tài)可以用姿態(tài)角來表示，電線塔姿態(tài)角是電線塔首向角α、縱搖角β以及橫搖角 >'的統(tǒng)稱。
利用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航原理得出慣性坐標(biāo)系與電線塔坐標(biāo)系的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種電線塔振動頻率監(jiān)測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟51.在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)分別通過加速計傳感器采集相對于電線塔的加速度信號和通過陀螺儀采集相對于地面的角速度信號；52.根據(jù)所述角速度信號基于DSP實時計算捷聯(lián)矩陣，并根據(jù)所述捷聯(lián)矩陣提取電線塔的姿態(tài)角，以將相對于電線塔的加速度信號轉(zhuǎn)換為相對于地面的加速度信號；53.通過對相對于地面的加速度信號進(jìn)行傅里葉變換生成電線塔的頻率譜，并基于窗函數(shù)插值法對該頻率譜進(jìn)行修正；54.通過無線網(wǎng)絡(luò)和/或USB接口將修正后的該頻率譜發(fā)送至數(shù)據(jù)分析中心，以實時監(jiān)測電線塔的振動頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中計算捷聯(lián)矩陣的算法為四元素法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S2還包括以下步驟根據(jù)Kalman濾波校正四元素，以計算出四元素初始值及其估計誤差值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中的窗函數(shù)為漢寧窗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S3還包括以下步驟將修正后的該頻率譜存儲至EEPROM和/或外部RAM。
6.一種電線塔振動頻率監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括依次連接的采集模塊、轉(zhuǎn)換模塊、生成模塊以及發(fā)送模塊，其中，采集模塊，用于在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)分別通過加速計傳感器采集相對于電線塔的加速度信號和通過陀螺儀采集相對于地面的角速度信號；轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)所述角速度信號基于DSP實時計算捷聯(lián)矩陣，并根據(jù)所述捷聯(lián)矩陣提取電線塔的姿態(tài)角，以將相對于電線塔的加速度信號轉(zhuǎn)換為相對于地面的加速度信號；生成模塊，用于通過對相對于地面的加速度信號進(jìn)行傅里葉變換生成電線塔的頻率譜，并基于窗函數(shù)插值法對該頻率譜進(jìn)行修正；發(fā)送模塊，用于通過無線網(wǎng)絡(luò)和/或USB接口將修正后的該頻率譜發(fā)送至數(shù)據(jù)分析中心，以實時監(jiān)測電線塔的振動頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換模塊中計算捷聯(lián)矩陣的算法為四元素法。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換模塊與所述生成模塊之間還設(shè)有校正模塊，其中，校正模塊，用于根據(jù)Kalman濾波校正四元素，以計算出四元素初始值及其估計誤差值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述生成模塊中的窗函數(shù)為漢寧窗。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與所述生成模塊連接的存儲模塊，其中，存儲模塊，用于將修正后的該頻率譜存儲至EEPROM和/或外部RAM。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電線塔振動頻率監(jiān)測方法及系統(tǒng)，該方法為S1.在預(yù)設(shè)時間間隔內(nèi)分別通過加速計傳感器采集相對于電線塔的加速度信號和通過陀螺儀采集相對于地面的角速度信號；S2.根據(jù)所述角速度信號基于DSP實時計算捷聯(lián)矩陣，并根據(jù)所述捷聯(lián)矩陣提取電線塔的姿態(tài)角，以將相對于電線塔的加速度信號轉(zhuǎn)換為相對于地面的加速度信號；S3.通過對相對于地面的加速度信號進(jìn)行傅里葉變換生成電線塔的頻率譜，并基于窗函數(shù)插值法對該頻率譜進(jìn)行修正；S4.通過無線網(wǎng)絡(luò)和/或USB接口將修正后的該頻率譜發(fā)送至數(shù)據(jù)分析中心，以實時監(jiān)測電線塔的振動頻率。該技術(shù)方案成本低且精度高。
文檔編號G01H17/00GK102538953SQ20121001292
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者黃海蓮 申請人:航天科工深圳(集團(tuán))有限公司