本發(fā)明涉及電力計(jì)量設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

導(dǎo)線受到微風(fēng)吹拂時，將產(chǎn)生周期性振動，稱為微風(fēng)振動。其特點(diǎn)是振幅小，一般不超過10mm；頻率范圍為(5-100)Hz，振型為正弦拍頻波；振動概率很大，一般認(rèn)為導(dǎo)線一直處于微風(fēng)振動狀態(tài)。線路所處地形及檔距大小與微風(fēng)振動關(guān)系較大。大檔距跨河(海)線路振動較強(qiáng)烈。特別是導(dǎo)線上線夾出口處，由于長期處于曲折狀態(tài)，若不采取任何防振措施，線股上將產(chǎn)生很大的動彎應(yīng)變，導(dǎo)致疲勞斷股，影響線路安全。

目前電力部門已經(jīng)開展對輸電線路微風(fēng)振動進(jìn)行在線監(jiān)測的技術(shù)和裝置的研究，用于測量導(dǎo)線的振動響應(yīng)，了解導(dǎo)線的實(shí)際振動水平，判斷振動是否合格。一旦發(fā)現(xiàn)振動水平超標(biāo)，可以采用相應(yīng)的防振措施，阻止導(dǎo)線產(chǎn)生或加劇疲勞斷股，延長導(dǎo)線的運(yùn)行壽命，同時可以評價已安裝仿真裝置的效果。因此，輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置對振動情況的測量結(jié)果在很大程度上影響電力部門是否或如何選擇合適的防振措施，必須有較高的可靠性。

但是現(xiàn)階段輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的對導(dǎo)線振動情況測量結(jié)果的可靠性還無法得到有效保證。原因在于，目前雖然很多有針對振動的校準(zhǔn)，但主要還是針對振動采集單元即振動傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。這些方法適用于普通的振動傳感器，并不能夠直接對整個微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。普通的振動傳感器往往安裝于一個基準(zhǔn)面，其測量的振幅是相對與一個靜止的參照物，而微風(fēng)振動監(jiān)測裝置傳感器測出的振幅是監(jiān)測點(diǎn)相對與線夾的彎曲振幅，而不僅僅是監(jiān)測點(diǎn)本身的絕對振幅。因此，有必要對現(xiàn)有的振動傳感器校準(zhǔn)方法及裝置進(jìn)行改進(jìn)，研制針對微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，從而有效保證微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置測量結(jié)果的可靠性。

實(shí)現(xiàn)對微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的校準(zhǔn)，對微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性的提升還是不夠大。原因在于，現(xiàn)場環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境有著極大的不同，如溫度、濕度、電磁干擾和輻射等干擾容易引起測量誤差的變化，現(xiàn)場環(huán)境對電氣裝置的影響。同時，如圖1-1。我國在微風(fēng)振動在線監(jiān)測領(lǐng)域，在“現(xiàn)場使用環(huán)境下”測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性方面，仍然存在著性能參數(shù)參差不齊、標(biāo)準(zhǔn)化程度低等諸多問題，在很大程度上影響了微風(fēng)振動在線監(jiān)測技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、實(shí)用化發(fā)展。圖1-1為現(xiàn)場環(huán)境對被試設(shè)備的影響來源；

對監(jiān)測裝置進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境下的與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的校準(zhǔn)工作具有較大的區(qū)別。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的校準(zhǔn)并不能夠完全反應(yīng)監(jiān)測裝置的實(shí)際運(yùn)行情況。

在現(xiàn)場使用環(huán)境下對在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性可靠性評價方法、現(xiàn)場計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置和核查標(biāo)準(zhǔn)的研究工作國內(nèi)還未見開展。在線監(jiān)測裝置的量值溯源體系中目前主要有國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件可以依據(jù)，大部分工作都未進(jìn)行。因此，有必要研究微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置在“現(xiàn)場環(huán)境下”的校準(zhǔn)或核查方法，研制針對微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置在“現(xiàn)場環(huán)境下”的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器或核查標(biāo)準(zhǔn)，從而有效保證微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置測量結(jié)果的可靠性。

輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)是在不影響設(shè)備運(yùn)行的條件下，通過直接安裝在輸電線路上的監(jiān)測設(shè)備，對線路運(yùn)行狀態(tài)的特征量進(jìn)行連續(xù)或定時記錄。輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)是智能電網(wǎng)建設(shè)中輸電環(huán)節(jié)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)輸電線路狀態(tài)檢修、提升輸電線路安全運(yùn)行水平的重要技術(shù)手段。目前，輸電線路在線監(jiān)測裝置可分為電氣類、機(jī)械類和運(yùn)行環(huán)境類等，主要監(jiān)測參數(shù)包括電壓、電流、放電、雷擊、微風(fēng)振動、舞動、覆冰、弧垂、張力、桿塔傾斜、氣象、污穢、圖像視頻等，較為全面的覆蓋了導(dǎo)線、地線、金具、絕緣子、桿塔等輸電線路的基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)環(huán)境參數(shù)。

輸電線路在線檢測系統(tǒng)通常包含監(jiān)測單元、在線監(jiān)測基站、監(jiān)測管理平臺等，是典型的二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其工作過程如下：在導(dǎo)地線、絕緣子、桿塔上安裝監(jiān)測單元，實(shí)時或定時將受控監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境信息，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至裝在桿塔上的在線監(jiān)測基站，基站再通過無線傳輸通信網(wǎng)絡(luò)將信息數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測管理平臺，監(jiān)測管理平臺對信息進(jìn)行儲存、分析處理、顯示及預(yù)警。監(jiān)測單元也可以發(fā)出控制指令，通過監(jiān)測基站控制監(jiān)測單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，或改變監(jiān)測單元的工作狀態(tài)。

現(xiàn)有裝置價格十分昂貴，且由于距離、氣候等因素影響，整個測量準(zhǔn)確性和應(yīng)用范圍受到很大限制，難以推廣使用。

因此，需要一種現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置計(jì)量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是提供一種現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置計(jì)量系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的一種現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置計(jì)量系統(tǒng)，包括激振模塊、測振模塊、測試接口和振動控制儀；

所述激振模塊用于向在線監(jiān)測裝置提供振動源；所述測振模塊用于檢測在線監(jiān)測裝置在振動源所激勵振動的各個參數(shù)；所述測試接口將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝涌刂苾x進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

進(jìn)一步，所述激振模塊包括振動臺、傳感器、振動控制儀、功率放大器和冷卻系統(tǒng)；

所述振動臺上設(shè)置有傳感器用于獲取激勵振動參數(shù)；所述振動控制儀與傳感器連接；所述功率放大器與振動控制儀連接；所述冷卻系統(tǒng)分別與振動臺和功率放大器連接。

進(jìn)一步，所述振動臺包括機(jī)座、中心磁極、磁缸底、勵磁線圈、驅(qū)動線圈、磁缸蓋、上罩圈、動圈、環(huán)狀氣隙和臺體；

所述臺體設(shè)置于機(jī)座上，所述勵磁線圈設(shè)置于臺體上，所述勵磁線圈和驅(qū)動線圈之間設(shè)置有環(huán)狀氣隙，所述驅(qū)動線圈設(shè)置于臺體上，所述磁缸蓋設(shè)置于臺體上，所述上罩圈設(shè)置于磁缸蓋上，所述動圈設(shè)置于上罩圈上。

進(jìn)一步，所述測試接口包括模擬導(dǎo)線和底座；模擬導(dǎo)線經(jīng)底座與振動臺底座相連。

進(jìn)一步，所述振動控制儀按照預(yù)設(shè)的逐漸逼近振動控制方法進(jìn)行操作，所述逐漸逼近振動控制方法具體采用以下步驟來實(shí)現(xiàn)：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級參數(shù)；

初始化信號發(fā)生器；

將信號發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測出振動臺的實(shí)際振級；

判斷信號發(fā)生器的輸出與振動臺目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動臺的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置計(jì)量方法，包括以下步驟：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級參數(shù)；

初始化信號發(fā)生器；

將信號發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測出振動臺的實(shí)際振級；

判斷信號發(fā)生器的輸出與振動臺目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動臺的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置計(jì)量系統(tǒng)，可加強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的質(zhì)量管控，推動狀態(tài)檢修工作的可靠、有效開展。提高對輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、可靠性的技術(shù)管控能力。通過基于計(jì)量保證方案原理的輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度、可靠性評價關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究，將提高對狀態(tài)檢修測量裝備的技術(shù)管控能力，加強(qiáng)對輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性的監(jiān)督，有效提高事故預(yù)判和排查能力，提高安全生產(chǎn)水平和檢修工作效率。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

本發(fā)明的附圖說明如下。

圖1-1為本發(fā)明的現(xiàn)場環(huán)境對被試設(shè)備的影響來源。

圖2-1為本發(fā)明的在線監(jiān)測系統(tǒng)框圖之一。

圖2-2為本發(fā)明的在線監(jiān)測系統(tǒng)框圖之二。

圖3-1為本發(fā)明的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)計(jì)方案的原理圖。

圖3-2為本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖3-3為本發(fā)明的振動臺的原理圖。

圖3-4為本發(fā)明的功率放大器的邏輯原理圖。

圖3-5為本發(fā)明的振動控制儀的軟件功能圖。

圖3-6為本發(fā)明的振動控制儀的傳遞函數(shù)圖。

圖3-7為本發(fā)明的逐漸逼近振動控制算法的流程圖。

圖3-8為本發(fā)明的定頻校準(zhǔn)流程圖。

圖中，1為激振模塊、2為測振模塊、3為測試接口、4為振動控制儀；

51為機(jī)座、52為中心磁極、53為磁缸底、54為勵磁線圈、55為驅(qū)動線圈、56為磁缸蓋、57為上罩圈、58為動圈、59為環(huán)狀氣隙、510為臺體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖所示，本實(shí)施例提供的一種現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置計(jì)量系統(tǒng)，包括激振模塊1、測振模塊2、測試接口3和振動控制儀4；

所述激振模塊用于向在線監(jiān)測裝置提供振動源；所述測振模塊用于檢測在線監(jiān)測裝置在振動源所激勵振動的各個參數(shù)；所述測試接口將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝涌刂苾x進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

所述激振模塊包括振動臺、傳感器、振動控制儀、功率放大器和冷卻系統(tǒng)；

所述振動臺上設(shè)置有傳感器用于獲取激勵振動參數(shù)；所述振動控制儀與傳感器連接；所述功率放大器與振動控制儀連接；所述冷卻系統(tǒng)分別與振動臺和功率放大器連接。

所述振動臺包括機(jī)座51、中心磁極52、磁缸底53、勵磁線圈54、驅(qū)動線圈55、磁缸蓋56、上罩圈57、動圈58、環(huán)狀氣隙59和臺體510；

所述臺體設(shè)置于機(jī)座上，所述勵磁線圈設(shè)置于臺體上，所述勵磁線圈和驅(qū)動線圈之間設(shè)置有環(huán)狀氣隙，所述驅(qū)動線圈設(shè)置于臺體上，所述磁缸蓋設(shè)置于臺體上，所述上罩圈設(shè)置于磁缸蓋上，所述動圈設(shè)置于上罩圈上。

所述測試接口包括模擬導(dǎo)線和底座；模擬導(dǎo)線經(jīng)底座與振動臺底座相連。

所述振動控制儀按照預(yù)設(shè)的逐漸逼近振動控制方法進(jìn)行操作，所述逐漸逼近振動控制方法具體采用以下步驟來實(shí)現(xiàn)：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級參數(shù)；

初始化信號發(fā)生器；

將信號發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測出振動臺的實(shí)際振級；

判斷信號發(fā)生器的輸出與振動臺目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動臺的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

本實(shí)施例還提供了一種現(xiàn)場環(huán)境下輸電線路監(jiān)測裝置計(jì)量方法，包括以下步驟：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級參數(shù)；

初始化信號發(fā)生器；

將信號發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測出振動臺的實(shí)際振級；

判斷信號發(fā)生器的輸出與振動臺目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動臺的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供的架空輸電線路微風(fēng)振動在線檢測系統(tǒng)，使用彎曲振幅法作為測量地導(dǎo)線微風(fēng)振動的標(biāo)準(zhǔn)方法。彎曲振幅法的定義如圖2，測取電線距線夾出口89mm處電線相對于線夾的彎曲振幅，并以此值大小來測算導(dǎo)線在線夾出口處的動彎應(yīng)變，作為測量導(dǎo)線振動的標(biāo)準(zhǔn)方法。采用相對振幅的測量方法，來衡量導(dǎo)線受微風(fēng)振動的危害程度，實(shí)踐證明是測量懸垂線夾處導(dǎo)線振動的實(shí)用方法。

本實(shí)施例提供的微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的參數(shù)如下：

振幅測量范圍：依據(jù)被測導(dǎo)地線的類型，微風(fēng)振動采集單元的振幅測量范圍為下列二種之一：a)0～0.6mm(p－p)；b)0～1.3mm(p－p)。頻率測量范圍：頻率測量范圍至少為0～150Hz。

依據(jù)Q/GDW 245-2010《架空輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)通用技術(shù)條件》，在線監(jiān)測系統(tǒng)分兩種情況：

第一種是：數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置有短距離無線通信接口，用來與數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，能自組織式進(jìn)行相應(yīng)的自檢、采集、測量，并能將測量結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集中器中，然后通過GPRS/GSM/CDMA等遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)將測量結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖2-1所示；圖2-1在線監(jiān)測系統(tǒng)框圖之一。

第二種是：數(shù)據(jù)采集單元本身攜帶有無線通信接口，直接與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過GPRS/GSM/CDMA等遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行通信。能自組織式進(jìn)行相應(yīng)的自檢、采集、測量，并能將測量結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖2-2所示；圖2-2在線監(jiān)測系統(tǒng)框圖之二。

輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置計(jì)量系統(tǒng)如下：

根據(jù)Q/GDW 245-2010《輸電線路微風(fēng)振動監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范》，微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置按照J(rèn)JG 676-2000《工作測振儀檢定規(guī)程》中檢定條件和方法進(jìn)行校準(zhǔn)：幅值非線性度的點(diǎn)應(yīng)不少于6個，且均勻分布在整測量范圍內(nèi)(包括最大振動幅值)；頻率響應(yīng)的校準(zhǔn)點(diǎn)不少7個，且分布在整個測量范圍內(nèi)(包括頻響上限)。

整個計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置分為激振模塊、測振模塊和測試接口組成。激振模塊主要包括一個振動臺、數(shù)字計(jì)數(shù)器、信號發(fā)生器、功率放大器組成，主要用于提供一個振動源。測振模塊由一個標(biāo)準(zhǔn)傳感器、放大器、數(shù)字電壓表組成，主要用于測量振動源所激勵振動的各個參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值。測試接口由模擬導(dǎo)線及底座組成，模擬導(dǎo)線經(jīng)底座與振動臺底座相連。為了減小測量誤差，采用剛性連接。

具體方案如圖3-1所示。圖3-1為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)計(jì)方案的原理圖

本項(xiàng)目提出的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)采用比較法校準(zhǔn)，有兩個關(guān)鍵點(diǎn)。

1.振動臺是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的激振模塊的核心，需要產(chǎn)生一穩(wěn)定的正弦振動，試品的傳感器探頭和標(biāo)準(zhǔn)傳感器在振動臺面上分別測量這一振動。本項(xiàng)目中的振動臺提供標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械信號，應(yīng)滿足如下要求：

2.失真度要小，在2Hz～200Hz頻率范圍內(nèi)，加速度失真應(yīng)小于1％。

3.信噪比要高，一般要求信噪比應(yīng)大于60dB。

4.橫向運(yùn)動分量要小。傳感器具有橫向效應(yīng)，在校準(zhǔn)時如果振動臺面除了軸向運(yùn)動外還有橫向運(yùn)動分量，被校傳感器將對這一橫向運(yùn)動分量產(chǎn)生輸出信號并疊加在軸向輸出中，引入較大的附加誤差。

5.頻率范圍要寬。輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的頻率測量范圍跨越低頻和中頻，盡可能在同一振動臺上完成全部頻率范圍的校準(zhǔn)。

6.要有較大的推力輸出。推力與振動頻率的平方成正比，當(dāng)頻率增大時，要求推力要有更大的裕度。

7.要有一定的負(fù)荷能力。

8.臺面振動輸出要穩(wěn)定。振動臺的頻率和振幅穩(wěn)定時，傳感器的輸出才能穩(wěn)定，才能在穩(wěn)定狀態(tài)下得到準(zhǔn)確的校準(zhǔn)結(jié)果。一般要求加速度不穩(wěn)定度在校準(zhǔn)過程中應(yīng)小于0.5％。

9.臺面要有一定的剛度和表面光潔度。其粗糙度應(yīng)優(yōu)于0.8μm，這是一般傳感器所要求的正常工作條件。

10.要盡量減少非振動環(huán)境對傳感器的影響。振動臺不產(chǎn)生或少產(chǎn)生對傳感器靈敏度有影響的非振動環(huán)境。

在比較校準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)傳感器的靈敏度是否準(zhǔn)確和穩(wěn)定，以及傳感器的本身的性能質(zhì)量如何，對校準(zhǔn)結(jié)果有直接的影響。因此，需要對標(biāo)準(zhǔn)傳感器有一定的要求或規(guī)定。具體地，應(yīng)符合以下要求：

1.靈敏度必須準(zhǔn)確。通常是用激光絕對法或互易法校準(zhǔn)的。其參考靈敏度校準(zhǔn)不確定度應(yīng)在0.5％以內(nèi)。

2.靈敏度長期穩(wěn)定性要好。即在檢定周期內(nèi)靈敏度不應(yīng)有明顯變化。一般要求年穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于0.5％。

3.橫向靈敏度一般應(yīng)小于2％。

4.線性度應(yīng)小于3％。

5.非振動環(huán)境靈敏度要低，如溫度響應(yīng)誤差、磁靈敏度、基座應(yīng)變靈敏度等應(yīng)盡量地小。敏感元件應(yīng)用天然石英或高穩(wěn)定度的硬陶瓷材料等長期穩(wěn)定性好且溫度效應(yīng)低的材料制成。

6.標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)在校準(zhǔn)和使用時，應(yīng)與配套電荷放大器一起校準(zhǔn)和使用。

4.1.2激振模塊、測振模塊的設(shè)計(jì)

在具體實(shí)施上，激振模塊和測振模塊可以由一個標(biāo)準(zhǔn)振動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，如圖3-2所示。標(biāo)準(zhǔn)振動系統(tǒng)是一個在工作過程中能夠自動控制振動參數(shù)量級的閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要硬件包括：振動臺體、功率放大器、標(biāo)準(zhǔn)傳感器、控制儀和冷卻系統(tǒng)。如圖所示。

其工作原理是：振動控制儀中的信號發(fā)生器產(chǎn)生一個正弦信號，由功率放大器放大后驅(qū)動振動臺產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的振動信號。振動控制儀中的數(shù)字頻率計(jì)接收信號發(fā)生器的正弦信號，測量出該信號的頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)值。標(biāo)準(zhǔn)傳感器用于測量振動臺的所提供機(jī)械信號的振幅，測量結(jié)果作為振幅標(biāo)準(zhǔn)值。圖3-2為標(biāo)準(zhǔn)振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

振動臺是標(biāo)準(zhǔn)振動系統(tǒng)的核心，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。

勵磁線圈在振動臺臺體內(nèi)建立磁場，勵磁線圈與直流電源相連，在環(huán)行氣隙里產(chǎn)生一個高磁通量。動圈部件，包括臺面、骨架和驅(qū)動線圈，懸掛在振動臺的環(huán)行氣隙里。當(dāng)交流電流通過驅(qū)動線圈時，電磁力會在驅(qū)動線圈的繞組上產(chǎn)生，使得臺面產(chǎn)生向上和向下的往復(fù)移動，如圖示中雙向箭頭處顯示。臺面的移動量取決于振動控制儀發(fā)出的驅(qū)動信號的大小和頻率以及所加的負(fù)載質(zhì)量。圖3-3為振動臺的原理圖

功率放大器采用數(shù)字式(開關(guān)管式)設(shè)計(jì)，是一種高效率、模塊化、風(fēng)冷式功率放大器，當(dāng)它與匹配的振動臺和振動控制儀構(gòu)成一個試驗(yàn)系統(tǒng)后，能夠連續(xù)有效地工作。在放大器中采用的是脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)，能以非常高的效率放大電流。通過調(diào)制高頻信號并將不必要的開關(guān)頻率濾波后，能獲得光滑的輸出波形。其原理如圖3-4所示。圖3-4為功率放大器的邏輯原理圖。

功率放大器提供振動臺臺體勵磁線圈用的勵磁電流、功率模塊使用的電源，主要包括功率放大模塊、邏輯模塊及保護(hù)電路等。

振動控制儀是整個標(biāo)準(zhǔn)振動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其主要對信號發(fā)生器、數(shù)字頻率計(jì)、計(jì)數(shù)器和各個通信接口進(jìn)行控制，通過人機(jī)交互界面輸入控制參量，實(shí)現(xiàn)信號的按要求輸出，完成傳感器輸出信號的采集、處理等功能。

振動控制儀內(nèi)置軟件系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)各個硬件進(jìn)行控制信號的輸出驅(qū)動振動臺，并采集傳感器的輸出信號進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對試品的校準(zhǔn)。其主要功能如圖3-5所示。圖3-5振動控制儀的軟件功能圖。

系統(tǒng)自檢是對系統(tǒng)中各個硬件的功能和物理連接進(jìn)行檢查，以保證校準(zhǔn)過程能夠安全、穩(wěn)定、可靠的進(jìn)行。主控模塊主要進(jìn)行控制相應(yīng)的硬件進(jìn)行不同模式的信號發(fā)生、頻率計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)采集及處理等功能，并將測量結(jié)果返回人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示、保存及打印。

在設(shè)計(jì)振動控制儀控制算法時，需要考慮三個問題：

1.振動臺激勵響應(yīng)時間。由于標(biāo)準(zhǔn)振動系統(tǒng)是一個反饋系統(tǒng)，如圖3-6所示。在達(dá)到設(shè)置的振動參數(shù)時需要不斷的調(diào)整，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后反饋給系統(tǒng)，以校正振動臺的運(yùn)動。信號發(fā)生器輸出信號后，振動臺的動作并不是隨著信號馬上改變，而是有一定的時延，需要一定的響應(yīng)時間。圖中：K(S)——振動控制算法傳遞函數(shù)；Ka(S)——功率放大器傳遞函數(shù)；H(S)——振動臺傳遞函數(shù)；T(S)——傳感器傳遞函數(shù)。圖3-6振動控制儀的傳遞函數(shù)圖。

2.振動的連續(xù)性。信號發(fā)生器一般是數(shù)字式的，導(dǎo)致其輸出不是連續(xù)的，而是階躍式變化，這將給振動臺帶來沖擊。針對這種情況，需要確定一個合適的步長，使振動臺在振動調(diào)整過程中，既不會產(chǎn)生明顯的沖擊，又能滿足快速達(dá)到目標(biāo)參數(shù)要求。

3.信號發(fā)生器的極限輸出。在振動臺工作過程中，當(dāng)信號發(fā)生器的最大輸出電壓達(dá)到最大值或最小值時，還未達(dá)到目標(biāo)振動參數(shù)，系統(tǒng)將會出現(xiàn)死循環(huán)。針對這種情況，需要動態(tài)調(diào)整功率放大器的增益。

基于這三個問題，設(shè)計(jì)了逐漸逼近振動控制算法，其流程如圖3-7所示。

圖中，m_freq——試驗(yàn)頻率；m_level——試驗(yàn)振級；m_ampl——信號發(fā)生器輸出；delta——信號發(fā)生器輸出遞增步長；truel——振動臺實(shí)際振級；信號發(fā)生器最佳輸出范圍為(0.2～5)。

圖3-7逐漸逼近振動控制算法的流程圖

為了達(dá)到目標(biāo)振動參數(shù)，該算法主要分為三個部分：

1.將信號發(fā)生器的信號輸出增大到最佳輸出范圍下限。

2.經(jīng)過系統(tǒng)反饋計(jì)算，將信號發(fā)生器輸出信號增大到接近目標(biāo)振動參數(shù)。

3.緩慢調(diào)整至目標(biāo)振動參數(shù)。

在控制開始階段，完成試驗(yàn)頻率和振級等目標(biāo)參數(shù)的輸入，同時完成信號發(fā)生器的初始化工作。為了避免對振動臺的沖擊，將信號發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值。

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)，測出振動臺的實(shí)際振級，根據(jù)信號的增大對振動臺的影響基本是線性關(guān)系，從理論上計(jì)算出最終信號發(fā)生器的輸出，該輸出接近于振動臺達(dá)到目標(biāo)參數(shù)時信號發(fā)生器的輸出。

將信號發(fā)生器的輸出逐漸增大到接近理論最終輸出值，通過不斷的比較振動臺實(shí)際振級與目標(biāo)參數(shù)的差異，調(diào)整信號發(fā)生器輸出大小，最終使振動達(dá)到穩(wěn)定的目標(biāo)參數(shù)。

為了能更簡捷的對微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置，本方案較多采用采用了定頻校準(zhǔn)模式，即每次校準(zhǔn)點(diǎn)都選擇固定振動的頻率和振級。其流程如圖3-8所示，圖3-8為定頻校準(zhǔn)流程圖。

增加微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的測試接口，使其可以對整個微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。

測試接口由模擬導(dǎo)線及底座組成，模擬導(dǎo)線經(jīng)底座與振動臺底座相連，采用剛性連接。進(jìn)行校準(zhǔn)時，輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置安裝在模擬導(dǎo)線上，調(diào)整傳感器探頭接觸在振動臺面上。標(biāo)準(zhǔn)傳感器中心和試品傳感器探頭以振動臺面中心對稱放置。針對無探頭的試品，可以直接安裝在振動臺面上的剛性模擬導(dǎo)線上。

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)參數(shù)，輸電線路微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器主要對試品的頻率、振幅進(jìn)行校準(zhǔn)。

采用微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，可使在線監(jiān)測裝置的量值溯源關(guān)系更加清晰明確，這是有效校準(zhǔn)微風(fēng)振動在線監(jiān)測裝置的關(guān)鍵。

本實(shí)施例提供的多種溯源方案，可直接溯源至振動臺檢定裝置(頻率測量范圍為0.1Hz～5kHz，加速度測量范圍為0.1m/s2～1000m/s2，不確定度為0.3％)，同時，因?yàn)橛?jì)量標(biāo)準(zhǔn)需要溯源的參量分別是振幅和頻率，分別由標(biāo)準(zhǔn)傳感器和數(shù)字頻率計(jì)測量得出。其中標(biāo)準(zhǔn)傳感器可以依據(jù)JJG 676-2000《工作測振儀檢定規(guī)程》，溯源至更高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)振動傳感器或激光干涉儀，直至國家基準(zhǔn)。數(shù)字頻率計(jì)可以依據(jù)JJG349-2014《通用計(jì)數(shù)器檢定規(guī)程》溯源至湖北計(jì)量測試研究院銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，直至國家時間基準(zhǔn)。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。