CN114166397A - 一种线缆一体式张力监测装置及监测方法 - Google Patents

一种线缆一体式张力监测装置及监测方法 Download PDF

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章一洲
赵虎
肖卫民
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands

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Abstract

本发明涉及一种线缆一体式张力监测装置及监测方法。包括壳体、线缆限位组件、张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块、供电模块；所述壳体由第一壳体、第二壳体两部分组成，所述第一壳体、第二壳体通过螺钉相互配合连接并固定于待测线缆测试区域；所述供电模块安装于所述壳体外部，用于为张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块供电；所述线缆限位组件能够使待测线缆测试区域与线缆水平基线存在预设角度；所述张力测试组件用于实时感应测量待测线缆测试区域的压力；所述存储与处理模块用于接收张力测试组件的压力数据并进行计算得到线缆张力，通过数据收发模块将张力值发送到终端；所述张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块相互通讯连接。

Description

一种线缆一体式张力监测装置及监测方法
技术领域
本发明涉及但不限于力学测试技术领域，尤其涉及一种线缆一体式张力监测装置及监测方法。
背景技术
线缆是工程结构中用于承受拉力的重要构件,由于其质量轻并且具有较高的抗拉强度和韧性,被广泛用于铁路接触网、国家电网、电梯、起重运输设备和桥梁索道结构中。工作过程中线缆所受的张力是影响设备安全运行的重要因素,一旦由于疲劳和磨损造成钢线缆张力变化,进而导致其承载能力降低,将直接关系到生命和财产安全。
高速铁路常用输电线路及接触网见，它广泛分布在平原及高山峻岭，直接暴露于风雪雨露等自然环境之中，常年遭受风、霜、雨、雪的侵蚀和高速运行受电弓的冲击和振动，其机械和电气性能及状态都在动态变化之中，运行环境相当恶劣，且无备用。当输电导线风偏角度较大时，线缆会发生“舞动”现象，从而引起线缆间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤输电线、拉倒杆塔、输电线折断等严重事故。
国家电网输电线路分布范围极广，在其运营过程中，常遭受恶劣天气、外力破坏、鸟害以及其他环境因素的影响，使得输电线路易出现不同程度的损坏，导致无法正常使用或者影响其使用效能，甚至会导致大面积停电事故，对群众生活、生产带来不利影响。
为了最大程度保证接触网及国家电网输电线路的安全运行，需要对其的工作状态及参数进行测量以排除安全隐患，目前主要采用的人工巡视方法：效率低、准确率差、反应速度慢，不但耗费大量的人力成本，而且受时间和天气条件限制，无法做到全天候测量，这就为线路的安全稳定运行埋下了安全隐患。随着检测技术的迅速发展,线缆的张力检测已由定性检测发展到定量检测,具体可分为非接触式和接触式两种检测方式。
中国发明专利“接触网张力监测装置”-201710791467.6，以及实用新型专利“一种接触网张力监测装置”-201721131683.X，均涉及针对铁路接触网通过采用旁压式拉力传感器的“三点弯曲法”测量张力大小值，但是该监测装置存在结构复杂、体积大重量重、精度差及安装繁琐等问题。
发明内容
本发明的目的：提供一种线缆一体式张力监测装置及监测方法，有效解决现有分体式张力监测装置体积大、重量重及安装困难等问题。
本发明的技术方案：为了实现上述发明目的，根据本发明的第一方面，提供一种线缆一体式张力监测装置，包括壳体、线缆限位组件、张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块、供电模块；
所述壳体由第一壳体、第二壳体两部分组成，所述第一壳体、第二壳体通过螺钉相互连接固定于待测线缆测试区域；
所述供电模块安装于所述壳体外部，用于为张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块供电；
所述线缆限位组件安装于所述壳体内部，包括限位挡块、推索轮、第一滚轮、第二滚轮，所述限位挡块通过螺钉可拆卸连接于所述第一壳体或第二壳体中部，所述推索轮固定于壳体内部与所述限位挡块相对位置，所述第一滚轮、第二滚轮分别对称固定于所述壳体内部两端；
所述张力测试组件固定于所述限位挡块内部，用于实时感应测量待测线缆测试区域的压力；所述数据存储与处理模块、数据收发模块固定于所述壳体内部，其中数据存储与处理模块用于接收张力测试组件的压力数据并进行计算得到线缆张力，通过数据收发模块将张力值发送到终端；所述张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块相互电相连。
可选的，所述数据存储与处理模块能够向所述张力测试组件与所述数据收发模块供电。
在一个可能的实施例中，所述线缆限位组件能够使待测线缆测试区域与水平线存在预设角度，所述预设角度范围为0－5°。
在一个可能的实施例中，所述限位挡块上端面呈弧面，使待测线缆与限位挡块上端面面接触。
在一个可能的实施例中，所述限位挡块可从壳体外部通过旋紧螺钉进行高度调节，以实现与线缆接触。
在一个可能的实施例中，所述供电模块可以选用太阳能电池板。
在一个可能的实施例中，所述张力测试组件包括压力传感器，所述压力传感器可以选用TW14－PTX1400。
根据本发明的第二方面，提供一种线缆一体式张力监测装置的监测方法，采用上述一种线缆一体式张力监测装置，具体包括如下步骤：
步骤1：将一种线缆一体式张力监测装置固定于待测线缆的测试区域；
步骤2：通过张力测试组件实时测量得到线缆的压力值；
步骤3：通过数据存储与处理模块对所述步骤2中测量得到的压力值进行数据处理，得到线缆张力值并传送至数据收发模块；
步骤4：数据收发模块将张力值数据发送到终端。
在一个可能的实施例中，在所述步骤1中，所述一种线缆一体式张力监测装置固定步骤如下：
步骤101：将所述第一壳体与所述第二壳体通过螺钉相互连接固定于待测线缆测量区域，并且使所述推索轮、第一滚轮、第二滚轮与待测线缆接触；
步骤102：通过调节所述限位挡块的高度，使所述限位挡块与待测线缆接触，使待测线缆测试区域与水平线呈一定角度。
在一个可能的实施例中，在所述步骤3中，数据处理过程具体包括如下步骤：
步骤301：将所述张力测试组件测得的线缆压力的电流值依据以下公式(一)转化为电压值；
U＝K1＊I 公式(一)
其中I为被测电流，k1为标定系数；
步骤302：根据以下公式(二)计算线缆张力：
T＝K2*tan α*L-P0 公式(二)
其中T为线缆张力，K2为刻度系数，α为待测线缆测试区域与线缆水平线的夹角，L为张力测试组件与滚轮的距离，P0为压力传感器灵位。
本发明的优点：本发明通过一体式结构设计及高精度传感器，实现了结构简单、体积小重量轻、精度高并且安装简单快速。
通过利用本发明一体式张力监测装置分布在接触网的独立张力监测装置、信号汇集器，可有效解决高速铁路接触网工作状态及参数测量时现有人工巡视检测效率低、准确率差、反应速度慢的问题，可以有效实时监控高铁接触网的动态参数状态，分析得到其实时张力值，建立接触网状态数据库，分析接触网疲劳损伤、故障模式、寿命精确评估并及时发出故障报警，提高接触网维修效率，同时可以为接触网零部件性能优化提供数据支持。
附图说明：
图1为本发明优选实施例一体式监测装置的结构示意图
图2为本发明优选实施例待测线缆测试区域示意图
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
图1为本发明优选实施例一体式监测装置的结构示意图，如图所示，一种线缆一体式张力监测装置，包括壳体100、线缆限位组件200、张力测试组件300、数据存储与处理模块400、数据收发模块500、供电模块600；
所述壳体由第一壳体101、第二壳体102两部分组成，所述第一壳体101、第二壳体102通过螺钉相互连接固定于待测线缆上；
所述供电模块600选用太阳能电池板，安装于所述壳体外部，用于为张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块供电；
所述线缆限位组件200安装于所述壳体内部，包括限位挡块201、推索轮202、第一滚轮203、第二滚轮204，所述限位挡块201通过螺钉可拆卸连接于所述第二壳体102中部，所述推索轮固定于壳体内部与所述限位挡块相对位置，所述第一滚轮101、第二滚轮102分别固定于所述壳体内部对称两端中部；
所述张力测试组件300固定于所述限位挡块201内部，用于感应待测线缆测试区域的压力；所述数据存储与处理模块400、数据收发模块500固定于所述壳体内部，其中数据存储与处理模块用于接收张力测试组件的压力数据并进行计算得到线缆张力，通过数据收发模块将张力值发送到终端；所述张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块相互电相连。
在一个可能的实施例中，所述线缆限位组件200能够使待测线缆测试区域与线缆水平线存在预设角度，所述预设角度为2.5°。
在一个可能的实施例中，所述限位挡块201上端面呈弧面，使待测线缆与限位挡块上端面面接触。
在一个可能的实施例中，所述限位挡块201可从壳体外部通过旋紧螺钉进行高度调节，以实现与线缆接触。
在一个可能的实施例中，所述张力测试组件300包括压力传感器，所述压力传感器可以选用TW14－PTX1400。
根据本发明的第二方面，提供一种线缆一体式张力监测装置的监测方法，采用上述一体式监测装置，具体包括如下步骤：
步骤1：将一体式监测装置固定于待测线缆的测试区域；
步骤2：通过张力测试组件实时测量得到线缆的压力的电流值；
步骤3：通过数据存储与处理模块对压力的电流值进行数据处理；
步骤4：将数据处理得到的线缆张力值传送至数据收发模块；
步骤5：数据收发模块通过无线通信将将张力数据发送到终端；
步骤6：工作人员通过终端得到线缆被测张力值判断线缆工作状态是否正常。
在一个可能的实施例中，在所述步骤1中，一体式监测装置固定步骤如下：
步骤101：张力监测装置内的压力传感器模组11通过顶部的推索轮4、底部的滚轮5、限位挡块3及紧固螺钉9与线缆固定；
步骤102：张力监测装置的壳体上盖6与壳体下盖8通过紧固螺钉7与线缆固定；
在一个可能的实施例中，在所述步骤3中，数据处理过程具体包括如下步骤：
步骤301：将所述张力测试组件测得的线缆压力的电流值依据以下公式(一)转化为电压值；
U＝K1＊I 公式(一)
其中I为被测电流，k1为标定系数；
步骤302：根据以下公式(二)计算线缆张力：
T＝K2*tan α*L-P0 公式(二)
其中，如图2所示，T为线缆张力，K2为刻度系数，α为待测线缆测试区域与线缆水平线的夹角，L为张力测试组件与滚轮的距离，P0为压力传感器灵位。

Claims (9)

1.一种线缆一体式张力监测装置，其特征在于，包括壳体、线缆限位组件、张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块、供电模块；
所述壳体由第一壳体、第二壳体两部分组成，所述第一壳体、第二壳体通过螺钉相互配合连接并固定于待测线缆测试区域；
所述供电模块安装于所述壳体外部，用于为张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块供电；
所述线缆限位组件安装于所述壳体内部，包括限位挡块、推索轮、第一滚轮、第二滚轮，所述限位挡块通过螺钉可拆卸连接于所述第一壳体或第二壳体中部，所述推索轮固定于壳体内部与所述限位挡块相对位置，所述第一滚轮、第二滚轮分别对称固定于所述壳体内部两端；
所述张力测试组件安装于所述限位挡块内部，用于实时感应测量待测线缆测试区域的压力；所述数据存储与处理模块、数据收发模块固定于所述壳体内部，其中数据存储与处理模块用于接收张力测试组件的压力数据并进行计算得到线缆张力，通过数据收发模块将张力值发送到终端；所述张力测试组件、数据存储与处理模块、数据收发模块相互可通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种线缆一体式张力监测装置，其特征在于，所述线缆限位组件能够使待测线缆测试区域与水平线存在预设角度。
3.根据权利要求1所述的一种线缆一体式张力监测装置，其特征在于，所述限位挡块上端面呈弧面，以使待测线缆与限位挡块上端实现面面接触。
4.根据权利要求1所述的一种线缆一体式张力监测装置，其特征在于，可从壳体外部通过旋转螺钉调节限位挡块的高度，以实现所述限位挡块与线缆接触与压紧。
5.根据权利要求1所述的一种线缆一体式张力监测装置，其特征在于，所述供电模块可以选用太阳能电池板。
6.根据权利要求1所述的一种线缆一体式张力监测装置，其特征在于，所述张力测试组件包括压力传感器。
7.一种线缆一体式张力监测装置的监测方法，采用权利要求1－6任意一项所述的一种线缆一体式张力监测装置，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：将一种线缆一体式张力监测装置固定于待测线缆的测试区域；
步骤2：通过张力测试组件实时测量得到待测线缆测试区域的压力值；
步骤3：通过数据存储与处理模块对所述步骤2中测量得到的压力值进行数据处理，得到线缆张力值并传送至数据收发模块；
步骤4：数据收发模块将张力值数据发送到终端。
8.根据权利要求7所述的一种线缆一体式张力监测装置的监测方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述一种线缆一体式张力监测装置固定步骤如下：
步骤101：将所述第一壳体与所述第二壳体通过螺钉相互连接固定于待测线缆测量区域，并且使所述推索轮、第一滚轮、第二滚轮与待测线缆接触；
步骤102：通过调节所述限位挡块的高度，使所述限位挡块与待测线缆接触，使待测线缆测试区域与水平线呈预设角度。
9.根据权利要求7所述的一种线缆一体式张力监测装置的监测方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述数据存储与处理模块的数据处理过程包括：
步骤301：将所述张力测试组件测得的线缆压力的电流值依据以下公式(一)转化为电压值；
U＝K1＊I 公式(一)
其中I为被测电流，k1为标定系数；
步骤302：根据以下公式(二)计算线缆张力：
T＝K2*tanα*L-P0 公式(二)
其中T为线缆张力，K2为刻度系数K1为刻度系数，α为待测线缆测试区域与线缆水平线的夹角，L为张力测试组件与滚轮的距离，P0为压力传感器零位。
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