CN111486817A - 一种跨越架稳定性监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种跨越架稳定性监测装置及方法，该监测装置包括移动报警装置，设在在立杆上的监测模块，监测模块用于监测立杆的倾角，所述监测模块与移动报警装置无线通信连接，移动报警装置用于对倾角数据进行处理、并在倾角大于预设倾角阈值时发出预警信号。所述监测模块包括设置在4个边角立杆上的第一监测模块、第二监测模块、第三监测模块、第四监测模块；它们机械结构、电气结构相同，均与移动报警装置无线通信连接，并传输监测数据。所述监测模块包括壳体，壳体连接通信天线、弧形夹，弧形夹与跨越架的立杆顶端固定。本发明一种跨越架稳定性监测装置及方法，对跨越架立杆倾斜角度实时监测分析，实现倾角关键数据获取的准确性和客观性。

Description

一种跨越架稳定性监测装置及方法
技术领域
本发明涉及输电线路架线施工设备维护领域，具体涉及一种跨越架稳定性监测装置及方法。
背景技术
随着我国电网建设规模的不断扩大，新架设的架空输电线路难免需要跨越河流、公路、铁道及其它线路。在新建线路导地线架线施工时，为了确保该导地线与被跨物之间的安全间距，需要预先在两者之间搭设跨越架，并敷设绝缘安全网。由于跨越架承担着绝缘安全网及上方可能存在的所有荷载，为保证野外施工的安全，避免各种事故的发生，需要对跨越架的稳定性进行实时监测。
跨越架整体稳定性主要指的是：找出跨越架立杆承受的外荷载与结构内部抵抗力间的一种不稳定平衡状态，即立杆变形开始急剧增长的状态。而在实际的跨越架稳定性监测过程中，跨越架立杆的倾斜程度（倾角）是表征跨越架稳定性的主要指标。目前，经验法是跨越架稳定性监测的主要方法，即：施工人员通过光学成像设备观测跨越架各排立杆的倾斜程度，结合个人施工经验和现场施工情况，对跨越架的稳定性作出预判。显然以上方法受观测人员的主观因素影响较大，无法对跨越架状态进行实施监测并做出精确的判断，存在的安全隐患较大。
发明内容
解决现有跨越架稳定性监测过程中无法实时精准获取跨越架稳定状态的技术问题，本发明提供一种跨越架稳定性监测装置及方法，对跨越架立杆倾斜角度实时监测分析，实现倾角关键数据获取的准确性和客观性。
本发明采取的技术方案为：
一种跨越架稳定性监测装置，包括移动报警装置，设在在立杆上的监测模块，监测模块用于监测立杆的倾角，所述监测模块与移动报警装置无线通信连接，移动报警装置用于对倾角数据进行处理、并在倾角大于预设倾角阈值时发出预警信号。
所述监测模块包括设置在4个边角立杆上的第一监测模块、第二监测模块、第三监测模块、第四监测模块；它们机械结构、电气结构相同，均与移动报警装置无线通信连接，并传输监测数据。
所述监测模块包括壳体，壳体连接通信天线、弧形夹，弧形夹与跨越架的立杆顶端固定。
所述壳体内设第一MCU最小模块、运动处理模块、第一WIFI通信模块、第一显示模块、数据校正模块、第一电源模块；所述第一MCU最小模块分别连接第一显示模块、第一WIFI通信模块、数据校正模块、运动处理模块，第一电源模块用于为这些模块提供供电电源。
所述壳体设有充电接口、开关安装口、显示模块安装口。
所述弧形夹包括4个夹片，夹片内侧设有防滑橡胶垫，夹片装配有螺母、螺杆，螺母和螺杆用于调节弧形夹口径大小。
所述第一监测模块、第二监测模块、第三监测模块、第四监测模块的壳体为不同醒目颜色的纯色塑料，其上印刷有数字，用于区分。
所述移动报警装置包括第二MCU最小模块、第二WIFI通信模块、第二显示模块、报警装置、按键模组、第二电源模块；所述第二MCU最小模块分别连接第二WIFI通信模块、第二显示模块、报警装置、按键模组，第二电源模块用于为这些模块提供供电电源。
所述移动报警装置中的第二WIFI通信模块配置为AP模式，创建为一个服务器SERVER，再将第一监测模块、第二监测模块、第三监测模块、第四监测模块中的第一WIFI通信模块配置为STA模式，依次设置为客户端CLENT1、CLENT2、CLENT3、CLENT4，加入到第二WIFI通信模块创建的AP后，与服务器SERVER建立TCP连接，之后第一、二、三、四监测模块与移动报警装置即可进行通信，实现多路高速无线WIFI信号的数据采集。
本发明一种跨越架稳定性监测装置及方法，技术效果如下：
（1）：本发明解决了现有跨越架稳定性监测过程中无法精准获取跨越架倾角的问题，跨越架稳定性监测装置对跨越架立杆倾斜角度实时监测分析，实现倾角关键数据获取的准确性和客观性。
（2）：本发明设置有四个立杆专用稳定性监测模块，分别布置于跨越架的四个边角立杆顶部，地面的移动报警装置对四组数据实时进行比对分析，使得跨越架是否稳定可靠这一判定结果的准确性得到保证。
（3）：本发明的立杆专用稳定性监测器与地面的移动报警装置之间采用无线WIFI通信，免去了施工环境和空间对数据传输的限制，实现对所有的立杆专用稳定性监测器测量的数据进行统一管理，统一监测。
（4）：本发明的立杆专用稳定性监测模块，采用可调口径大小的弧形夹与跨越架立杆顶端固定，同时弧形夹内侧设置有防滑橡胶垫，保证了立杆专用稳定性监测器工作过程中的稳定性，消除了立杆专用稳定性监测模块自身的位置变化对监测结果的影响。
（5）：本发明的报警装置采用警报提示灯和扬声器，使得跨越架的失稳信号在嘈杂的施工环境下第一时间传递给现场施工人员，同时提示跨越架潜在的危险排杆，达到第一时间预警和方便排除隐患的目的。
附图说明
图1 为本发明监测装置的整体结构示意图。
图2 为本发明监测装置的监测模块结构示意图一。
图3 为本发明监测装置的监测模块结构示意图二。
图4 为本发明监测装置的监测模块各个功能模块连接示意图。
图5 为本发明监测装置的移动报警装置各个功能模块连接示意图。
图6为本发明监测装置的监测方法的流程图。
图7为本发明监测装置的移动报警装置数据处理流程图。
图8为本发明监测装置的移动报警装置实时监测界面示意图。
具体实施方式
如图1~图5所示，一种跨越架稳定性监测装置，包括移动报警装置6，设在在立杆1上的监测模块，监测模块用于监测立杆1的倾角，所述监测模块与移动报警装置6无线通信连接，移动报警装置6用于对倾角数据进行处理、并在倾角大于预设倾角阈值时发出预警信号。
所述监测模块包括嵌套配置在4个边角立杆顶部上的第一监测模块2、第二监测模块3、第三监测模块4、第四监测模块5。监测模块它们机械结构、电气结构相同，均与移动报警装置6无线通信连接，并传输监测数据。
所述监测模块包括壳体22，壳体22正上方表面中心位置连接通信天线21、弧形夹23，弧形夹23与跨越架的立杆1顶端固定。弧形夹23位于壳体22正下方。
所述壳体22内设第一MCU最小模块201、运动处理模块205、第一WIFI通信模块203、第一显示模块202、数据校正模块204、第一电源模块206；所述第一MCU最小模块201分别连接第一显示模块202、第一WIFI通信模块203、数据校正模块204、运动处理模块205，第一电源模块206用于为这些模块提供供电电源。
第一MCU最小模块201以STM32F103系列单片机为控制核心；
运动处理模块205为6轴运动处理模块，以MPU6050芯片为传感核心，测量精度为0.1°，运动处理模块205与所述第一MCU最小模块201通过IIC总线通信。
第一WIFI通信模块203采用ESP8266模块，以UART通信方式与第一MCU最小模块201通信。
第一显示模块202为OLED液晶显示屏，与所述第一MCU最小模块201通过IIC总线通信连接。
数据校正模块204为按键模组。
第一电源模块206由7.4V/4000mah锂离子电池和充放电平衡电路单元组成。
所述壳体22下表面设有充电接口24、开关安装口27、显示模块安装口29。
所述弧形夹23包括4个夹片，夹片内侧设有防滑橡胶垫26，夹片装配有螺母28、螺杆25，螺母28和螺杆25用于调节弧形夹23口径大小。
所述第一监测模块2、第二监测模块3、第三监测模块4、第四监测模块5的壳体为不同醒目颜色的纯色塑料，如红、黄、蓝、黑；其上印刷有数字如：①、②、③、④，用于区分。
所述移动报警装置6包括第二MCU最小模块601、第二WIFI通信模块605、第二显示模块604、报警装置603、按键模组602、第二电源模块606；所述第二MCU最小模块601分别连接第二WIFI通信模块605、第二显示模块604、报警装置603、按键模组602，第二电源模块606用于为这些模块提供供电电源。第二MCU最小模块601用于对监测数据进行解析，并判断报警装置603是否发出预警信号。
第二MCU最小模块601以STM32F407系列单片机为控制核心。
第二WIFI通信模块605采用ESP8266模块，以UART通信方式分别与第二MCU最小模块601通信。
第二显示模块604为LCD液晶显示屏，与所述第二MCU最小模块601通过UART通信连接。
报警装置603包括警报提示灯和扬声器。
第二电源模块606由14.4V/4000mah锂离子电池和充放电平衡电路单元组成。充放电平衡电路单元与现有的锂电池充放电电路部分相同，通过充放电平衡电路以达到对锂电池充放电的控制，所用充电接口24与现有的直流充电接口相同，用以连接外部电源适配器对锂电池进行充电，锂电池线性充电芯片采用的是ME4057。
一种跨越架稳定性监测方法，包括以下步骤：
S1：打开第一监测模块2、第二监测模块3、第三监测模块4、第四监测模块5的开关以及位于地面的移动报警装置6的开关，两者信号自动无线通信连接；
S2：将立杆第一监测模块2、第二监测模块3、第三监测模块4、第四监测模块5依次安装于跨越架的四个边角立杆的顶部，通过数据校正模块204，将各立杆监测模块的数据置零；
S3：将跨越架最大允许的倾斜角度输入至移动报警装置6，通过移动报警装置6的第二显示模块604实时监测各立杆监测模块的三个自由度：X轴、Y轴、Z轴方向的倾角读数、任意两个监测模块所在跨越架立杆面的两个自由度：X轴、Y轴方向的倾角读数、跨越架整体倾角读数以及所倾斜的方向；
S4：当跨越架排杆倾角或跨越架整体倾角大于预设倾角阈值时，报警装置603发出警报，第二显示模块604闪烁提示跨越架潜在的危险排杆，第一时间提示工作人员。
无线通信方式为WIFI通信方式，具体为：将地面的移动报警装置6中的第二WIFI通信模块605配置为AP模式，创建为一个服务器SERVER，再将第一监测模块2、第二监测模块3、第三监测模块4、第四监测模块5中的第一WIFI通信模块配置为STA模式，依次设置为客户端CLENT1、CLENT2、CLENT3、CLENT4，加入到第二WIFI通信模块605创建的AP后，与服务器SERVER建立TCP连接，之后第一、二、三、四监测模块与移动报警装置6即可进行通信，实现多路高速无线WIFI信号的数据采集。然后对采集的数据分析处理，主要处理步骤：①：读取采集到的跨越架的角度数据，进行滤波处理以降低外界噪声的干扰；②：通过第二MCU最小模块601通过卡尔曼滤波算法，对数据进行解析，分析得出跨越架倾角状态的变化情况，并判断是否超过预警值；③：最后将状态数据实时显示在人机界面上。
如图8所示，为移动报警装置6的显示界面。本发明的所有程序均在Keil编译环境下C语言编写，实现跨越架稳定性监测装置的友好操作。工作人员完成操作步骤S1、S2后，即可看到如图8所示界面，设置跨越架倾斜角度阈值后，各监测器所测三个自由度(X轴、Y轴、Z轴方向)的角度均会显示，同时内部算法处理后，显示两两监测器所在立杆面两个自由度(X轴、Y轴方向)的倾角及跨越架整体的倾角。如果跨越架所测角度超过设定阈值，显示界面上的是否危险显示点会连续闪烁，报警装置603发出警报，同时闪烁显示跨越架潜在的危险排杆。
进一步的，所述的角度显示格式为“XX°XX′”，显示精度精确到分，显示值为正负数值，正值代表角度倾斜于正半轴，负值代表角度倾斜于负半轴。
进一步说明如何判断立杆面倾斜方向和跨越架整体的倾斜角度，如图1、图8所示。首先，设定X轴、Y轴、Z轴的方向如图1所示，假如第一监测模块2、第二监测模块3、第三监测模块4、第四监测模块5的三个自由度(X轴、Y轴、Z轴方向)的角度分别为“正零（正）负”、“正零（正）正”、“正零（正）正”、“正零（正）负”，通过空间角度计算，则可得到跨越架整体向第一监测模块2和第四监测模块5所在的立杆面倾斜；或向第一监测模块2和第四监测模块5所在的立杆面与第一监测模块2和第二监测模块3所在的立杆面倾斜，同时得到跨越架整体的倾斜角。若所监测的倾斜角大于阈值，则地面的移动报警装置6的显示界面中“4、1立杆”闪烁（或“1、2立杆”和“4、1立杆”同时闪烁），报警装置603发出警报。
综上所述，本发明采用上述装置和方法，能够有效解决现有跨越架稳定性监测过程中无法精准获取跨越架稳定状态的技术问题，使得跨越架的失稳信号在嘈杂的施工环境下第一时间传递给现场施工人员，达到第一时间预警的目的。

Claims (10)

1.一种跨越架稳定性监测装置，包括移动报警装置（6），设在在立杆（1）上的监测模块，其特征在于：监测模块用于监测立杆（1）的倾角，所述监测模块与移动报警装置（6）无线通信连接，移动报警装置（6）用于对倾角数据进行处理、并在倾角大于预设倾角阈值时发出预警信号。
2.根据权利要求1所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述监测模块包括设置在4个边角立杆上的第一监测模块（2）、第二监测模块（3）、第三监测模块（4）、第四监测模块（5）；它们机械结构、电气结构相同，均与移动报警装置（6）无线通信连接，并传输监测数据。
3.根据权利要求2所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述监测模块包括壳体（22），壳体（22）连接通信天线（21）、弧形夹（23），弧形夹（23）与跨越架的立杆（1）顶端固定。
4.根据权利要求2所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述壳体（22）内设第一MCU最小模块（201）、运动处理模块（205）、第一WIFI通信模块（203）、第一显示模块（202）、数据校正模块（204）、第一电源模块（206）；所述第一MCU最小模块（201）分别连接第一显示模块（202）、第一WIFI通信模块（203）、数据校正模块（204）、运动处理模块（205），第一电源模块（206）用于为这些模块提供供电电源。
5.根据权利要求2所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述壳体（22）设有充电接口（24）、开关安装口（27）、显示模块安装口（29）。
6.根据权利要求3所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述弧形夹（23）包括4个夹片，夹片内侧设有防滑橡胶垫（26），夹片装配有螺母（28）、螺杆（25），螺母（28）和螺杆（25）用于调节弧形夹（23）口径大小。
7.根据权利要求2所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述第一监测模块（2）、第二监测模块（3）、第三监测模块（4）、第四监测模块（5）的壳体为不同醒目颜色的纯色塑料，其上印刷有数字，用于区分。
8.根据权利要求2所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述移动报警装置（6）包括第二MCU最小模块（601）、第二WIFI通信模块（605）、第二显示模块（604）、报警装置（603）、按键模组（602）、第二电源模块（606）；所述第二MCU最小模块（601）分别连接第二WIFI通信模块（605）、第二显示模块（604）、报警装置（603）、按键模组（602），第二电源模块（606）用于为这些模块提供供电电源。
9.根据权利要求2所述一种跨越架稳定性监测装置，其特征在于：所述移动报警装置（6）中的第二WIFI通信模块（605）配置为AP模式，创建为一个服务器SERVER，再将第一监测模块（2）、第二监测模块（3）、第三监测模块（4）、第四监测模块（5）中的第一WIFI通信模块配置为STA模式，依次设置为客户端CLENT1、CLENT2、CLENT3、CLENT4，加入到第二WIFI通信模块（606）创建的AP后，与服务器SERVER建立TCP连接，之后第一、二、三、四监测模块与移动报警装置（6）即可进行通信，实现多路高速无线WIFI信号的数据采集。
10.采用如权利要求1-9任意一项监测装置的跨越架稳定性监测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：打开第一监测模块（2）、第二监测模块（3）、第三监测模块（4）、第四监测模块（5）的开关以及位于地面的移动报警装置（6）的开关，两者信号自动无线通信连接；
S2：将立杆第一监测模块（2）、第二监测模块（3）、第三监测模块（4）、第四监测模块（5）依次安装于跨越架的四个边角立杆的顶部，通过数据校正模块（204），将各立杆监测模块的数据置零；
S3：将跨越架最大允许的倾斜角度输入至移动报警装置（6），通过移动报警装置（6）的第二显示模块（604）实时监测各立杆监测模块的三个自由度：X轴、Y轴、Z轴方向的倾角读数、任意两个监测模块所在跨越架立杆面的两个自由度：X轴、Y轴方向的倾角读数、跨越架整体倾角读数以及所倾斜的方向；
S4：当跨越架排杆倾角或跨越架整体倾角大于预设倾角阈值时，报警装置（603）发出警报，第二显示模块（604）闪烁提示跨越架潜在的危险排杆，第一时间提示工作人员。
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