CN105180970A - 一种用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，包括以下步骤：A：估算发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度；B：计算出最大纵向速度的n个速度点；C：求出n个不同速度点<i>V</i>_i所对应的ω<i>t_i</i>值；D：求出n个不同速度点<i>V</i>_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标<i>y_i</i>；E：根据输电线路舞动轨迹纵向坐标<i>y_i</i>简化<i>Y_i</i>，得到光幕传感器内n个光电开关的纵向设置位置；F：确定光幕传感器内纵向设置的2n-1个光电开关的位置。本发明能够准确采集到输电线路舞动时各个位置信息，极大地提高了测量精度，同时降低设备成本和***复杂程度。

Description

一种用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种光幕传感器设计方法，尤其涉及一种用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法。

背景技术

目前,在对输电线路舞动轨迹进行测量时，通常会应用光幕传感器进行输电线路舞动轨迹信号的采集。在输电线路舞动过程中，输电线路会遮挡住在光幕传感器内纵向和横向设置的光电开关发射器所发射出的光束，造成光幕传感器接收器所接受到的光强发生变化，从而使光幕传感器输出位置信号，获得输电线路的具***置信息。

在实际应用中，由于输电线路的舞动范围较大，需要布置大量的光电开关，尽管理论上可以通过增加光电开关的数量、采集通道的数量来满足实际应用需求，但是考虑到经济性、***的复杂程度等因素，亟需根据线路舞动轨迹特征对光电开关的布置数量和位置进行优化，以尽可能少的光电开关和采集通道满足***的测量需求。

同时，由于在测量线路舞动轨迹时需要获得输电线路的二维舞动轨迹，因此光幕传感器内部光电开关需要在纵向和横向都进行布置，当输电线路出现在某一位置时，光幕传感器内部横向和纵向设置的光电开关同时输出信号即可获得输电线路的当前位置。在通常情况下，为了加工与制造方便，光幕传感器内部设置的光电开关的发射器都均匀分布在光幕传感器壳体内，但是针对于输电线路舞动时波峰波谷位置速度小，波腹位置速度快的实际情况，当光幕传感器壳体内设置的光电开关数量较少并均匀分布时，光幕传感器在舞动波峰波谷时会遗失很多位置信息，进而会极大地影响测量精度。因此，同样需要对光幕传感器内部光电开关的分布进行优化设计，以提高测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，能够对光幕传感器壳体内的光电开关分布进行优化设计，准确采集输电线路舞动波峰波谷时的位置信息，极大地提高了测量精度，同时降低设备成本和***复杂程度。

本发明采用下述技术方案：

一种用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，包括以下步骤：

A：根据输电线路实际运行情况，对发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度进行估算；

B：计算出最大纵向速度的n个速度点，分别为最大纵向速度的 和1倍；分别记作V₁、V₂、……、V_i、……、V_n，n为自然数；

C：根据纵向速度计算公式V_y＝Aωcos(ωt)的逆函数，分别求出n个不同速度点V_i所对应的ωt_i值，分别记作ωt₁、ωt₂、……、ωt_i、……、ωt_n，其中，V_y表示纵向速度，A表示输电线路舞动时的纵向振幅，ω为舞动频率特征参数，t_i为时间；

D：利用所得到的不同速度点V_i所对应的ωt_i值，根据公式y＝Asin(ωt)，分别求出n个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i，分别记作y₁、y₂、……、y_i、……y_n；

E：对求出的n个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i简化Y_i，得到光幕传感器内n个光电开关的纵向设置位置Y₁、Y₂、……、Y_i、……Y_n，简化规则为向下取整且精确到厘米；

F：确定光幕传感器内纵向设置的2n-1个光电开关的位置分别为±Y₁、±Y₂、……、±Y_i、……±Y_n。

所述的光幕传感器内横向设置的多个光电开关均匀设置，且横向设置的相邻两个光电开关之间的距离不大于8厘米。

横向设置的相邻两个光电开关之间的距离为8厘米。

所述的步骤A中，发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度估算公式为V_ymax＝Aω，其中A表示输电线路舞动时的纵向振幅，ω为舞动频率特征参数。

本发明通过分别选取最大速度的固定倍数，并反解出该速率时的输电线路舞动位置，按照求出的位置依次布置各个光幕传感器，从而用达到用分段直线来代替输电线路的舞动轨迹，最终获取输电线路的舞动轨迹，本发明针对输电线路舞动时波峰波谷位置速度小、波腹位置速度快的特殊情况，依据输电线路舞动的实际情况对光电开关的分布进行优化设计，准确采集到输电线路舞动时各个位置信息，极大地提高了测量精度，同时降低设备成本和***复杂程度。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：

在利用室内线路舞动试验机模拟或实际线路舞动时，可以发现线路舞动的纵向与横向的运动轨迹均类似于正弦波形，即在波腹附近速度最大，在波峰波谷附近速度最小。设输电线路舞动时的纵向振幅为A，输电线路舞动时的横向振幅为B。

对输电线路的舞动轨迹进行分解，其纵向舞动轨迹近似为正弦图形，即：

y＝Asin(ωt)；

其中，y为舞动轨迹纵轴坐标，ω为舞动频率特征参数，t为时间。

故输电线路在纵向的速度分量可表达为：

V_y＝Aωcos(ωt)；

其中，V_y表示纵向速度。

由上述两式可知，当纵轴坐标y的绝对值较小时，V_y的绝对值较大，而当纵轴坐标y的绝对值较大时，V_y的绝对值较小。本发明采用分段线性的方法去模拟输电线路的舞动轨迹，因此选择最大速度的固定倍率数去采集输电线路的舞动轨迹。本发明通过分别选取最大速度的固定倍数，并反解出该速率时的输电线路舞动位置，按照求出的位置依次布置各个光幕传感器，从而用达到用分段直线来代替输电线路的舞动轨迹，最终获取输电线路的舞动轨迹。

综合上述设计原理，如图1所示，本发明所述的用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，包括以下步骤：

A：根据输电线路实际运行情况，对发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度进行估算；发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度估算公式为：V_ymax＝Aω；

B：计算出最大纵向速度的n个速度点，分别为最大纵向速度的和1倍；分别记作V₁、V₂、……、V_i、……、V_n，n为自然数；

C：根据纵向速度计算公式V_y＝Aωcos(ωt)的逆函数，分别求出n个不同速度点V_i所对应的ωt_i值，分别记作ωt₁、ωt₂、……、ωt_i、……、ωt_n，其中，V_y表示纵向速度，A表示输电线路舞动时的纵向振幅，ω为舞动频率特征参数，t_i为时间；

D：利用所得到的不同速度点V_i所对应的ωt_i值，根据公式y＝Asin(ωt)，分别求出n个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i，分别记作y₁、y₂、……、y_i、……y_n；

E：对求出的n个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i简化Y_i，得到光幕传感器内n个光电开关的纵向设置位置Y₁、Y₂、……、Y_i、……Y_n，简化规则为向下取整且精确到厘米；

F：确定光幕传感器内纵向设置的2n-1个光电开关的位置分别为±Y₁、±Y₂、……、±Y_i、……±Y_n，由于当舞动线路纵向速度最大时，sinωt_n＝0，使得Y_n＝0，因此在关电开关位置设置时±Y_n＝0，仅设置一个关电开关即可。

在确定光幕传感器内横向设置的光电开关位置时，通过舞动试验机模拟结果可发现输电线路水平舞动的距离较短且速度较小，同时综合考虑加工因素，本发明中，光幕传感器内横向设置的多个光电开关均匀设置分在横轴上，并以中轴线左右对称，且横向设置的相邻两个光电开关之间的距离不大于80mm。本实施例中，横向设置的相邻两个光电开关之间的距离为80mm。

以下结合具体实施例对本发明所述的用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法进行进一步解释：

A：根据输电线路实际运行情况，利用公式V_ymax＝Aω计算出发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度V_ym，m代表max，A为输电线路舞动时的纵向振幅，ω为舞动频率特征参数，A和ω均为已知；

B：计算出最大纵向速度V_ymax的10个速度点，分别为最大纵向速度的0.1倍、0.2倍、……、0.9倍和1倍；分别记作V₁、V₂、……、V₉、V₁₀；

C：根据纵向速度计算公式V_y＝Aωcos(ωt)的逆函数，分别求出10个不同速度点V_i所对应的ωt_i值，分别记作ωt₁、ωt₂、……、ωt₉、ωt₁₀；如下表所示：

i	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
											ωti/°	0.000	25.841	36.870	45.573	53.130	60.000	66.422	72.542	78.463	84.261

D：利用所得到的不同速度点V_i所对应的ωt_i值，根据公式y＝Asin(ωt)，分别求出10个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i，分别记作y₁、y₂、……、y₉、y₁₀；其中A＝2m,如下表所示：

i	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
											ωti/°	0.000	25.841	36.870	45.573	53.130	60.000	66.422	72.542	78.463	84.261
yi/cm	0	87	120	142	160	173	183	190	196	199

E：对求出的n个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i简化Y_i，得到光幕传感器内10个光电开关的纵向设置位置Y₁、Y₂、……、Y₉、Y₁₀；

i	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
											ωti/°	0.000	25.841	36.870	45.573	53.130	60.000	66.422	72.542	78.463	84.261
yi/cm	0	87	120	142	160	173	183	190	196	199
											Yi/cm	0	87	120	142	160	173	183	190	196	199

F：确定光幕传感器内纵向设置的2n-1个光电开关的位置分别为0，±87cm、±120cm、±142cm、±160cm、±173cm、±183cm、±190cm、±196cm、±199cm。

光幕传感器内横向设置的光电开关位置相距8cm均匀设置分在横轴上，并以中轴线左右对称，位置分布为0、±8cm、±16cm、±24cm、±32cm、±40cm、±48cm。

Claims (4)

1.一种用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：根据输电线路实际运行情况，对发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度进行估算；

B：计算出最大纵向速度的n个速度点，分别为最大纵向速度的倍、倍、……、倍和1倍；分别记作V₁、V₂、……、V_i、……、V_n，n为自然数；

C：根据纵向速度计算公式V_y＝Aωcos(ωt)的逆函数，分别求出n个不同速度点V_i所对应的ωt_i值，分别记作ωt₁、ωt₂、……、ωt_i、……、ωt_n，其中，V_y表示纵向速度，A表示输电线路舞动时的纵向振幅，ω为舞动频率特征参数，t_i为时间；

D：利用所得到的不同速度点V_i所对应的ωt_i值，根据公式y＝Asin(ωt)，分别求出n个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i，分别记作y₁、y₂、……、y_i、……y_n；

E：对求出的n个不同速度点V_i所对应的输电线路舞动轨迹纵向坐标y_i简化Y_i，得到光幕传感器内n个光电开关的纵向设置位置Y₁、Y₂、……、Y_i、……Y_n，简化规则为向下取整且精确到厘米；

F：确定光幕传感器内纵向设置的2n-1个光电开关的位置分别为±Y₁、±Y₂、……、±Y_i、……±Y_n。

2.根据权利要求1所述的用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，其特征在于：所述的光幕传感器内横向设置的多个光电开关均匀设置，且横向设置的相邻两个光电开关之间的距离不大于8厘米。

3.根据权利要求2所述的用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，其特征在于：横向设置的相邻两个光电开关之间的距离为8厘米。

4.根据权利要求1所述的用于输电线路舞轨迹测量的光幕传感器优化设计方法，其特征在于：所述的步骤A中，发生线路舞动时输电线路的最大纵向速度估算公式为V_ymax＝Aω，其中A表示输电线路舞动时的纵向振幅，ω为舞动频率特征参数。