CN202119429U - 一种基于物联网的倾斜震动在线检测装置 - Google Patents

一种基于物联网的倾斜震动在线检测装置 Download PDF

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邢涛
胡淼龙
胡崇刚
张万生
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Abstract

本实用新型公布了一种基于物联网的倾斜震动在线检测装置，包括：传感器模块、微控制器模块、射频收发器模块、电源模块、信号调理模块和信号处理模块，其中传感器模块依次串接信号调理模块和信号处理模块后接微控制器模块的输入端，微控制器模块通过射频收发器模块收发信号，电源模块给上述模块提供电源。本实用新型为输配电线路杆塔上的微弱震动信号的采集、并通过无线网络实时在线的对防护设施的倾斜和震动检测，以实现设备防盗预警的功能，具有安装简单、成本较低、便于维护、安全可靠等优点。

Description

一种基于物联网的倾斜震动在线检测装置
技术领域
本实用新型提出了一种基于物联网的倾斜震动在线检测装置，可用于电力高压输电杆塔防护，配电网杆塔防护，配电设施的防盗预警。
背景技术
随着国民经济的高速发展，国民经济运行对电力能源供应的依赖越来越大，高压、特高压骨干输电网的安全运行直接关系到整个电网的安全运行，更是关乎国家经济安全和社会稳定。对电网安全运行的外在威胁主要来自三个方面，一是自然灾害，第二是外部的野蛮施工，第三个是人为破坏。
近年来随着全球变暖，台风、暴雨、强雷暴等恶劣气象天候频发，导致山洪暴发、冲毁杆塔地基、暴风刮断输电线路、刮倒输电杆塔等自然灾害频发，对电网安全运行构成越来越大的危险。
伴随经济的高速发展是国家重点基建设施工的高速增长，如新建高铁、新建高速公路、新建高压输电线路和其他新建重点工程的大量上马，这些工程的施工不可避免的要穿越高压输电走廊，甚至靠近杆塔施工，由于这些施工单位通常不具备高压输变电技术的专业知识，缺乏对高电走廊下作业的危险性认知，而这些施工往往会采用多种大型机械施工，可能会造成危险接近甚至碰线短路等恶性事故的发生。靠近杆塔野蛮挖掘等可能会造成杆塔地基损毁、杆塔倾覆等重大恶性事故。
人为故意损毁主要是偷盗和破坏，由于国内经济发展的不平衡和社会治安不良等问题导致盗窃分子对输变电设备不法偷盗行为经常发生，给电力企业带来极大困扰和重大经济损失。
目前国内应对电网的安全威胁主要采用人工巡线，雇佣当地居民做护线员，并少量实验采用直升机、无人机等现代化手段进行巡线。
在部分重要杆塔上也有采取技术手段防范盗窃、破坏事件的发生，但主要是采用视频、红外等技术的点对点通信模式，虚警率和可靠性还不尽如人意，需要进一步改进和完善。 
巡线工人定期巡视高压线路，走访当地护线员，排查安全隐患，然而，这项工作是异常艰难的，巡线工作人员劳动强度大，护线员的责任心和护线知识的参差不齐，野外作业的艰苦和某些线路杆塔难以到达，都会使巡线工作效果难以保证，巡线周期很长（1～10周），导致线路状态监管的缺位，这些都给线路安全留下隐患。
综上所述，采用一种先进的在线检测、防盗预警***以实现对高压杆塔周边工况进行实时检测，并判定产生警报信息，保障输配电线路安全具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于物联网的倾斜震动在线检测装置。
本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种基于物联网的在线检测装置，包括：传感器模块、微控制器模块、射频收发器模块、电源模块、信号调理模块和信号处理模块，其中传感器模块依次串接信号调理模块和信号处理模块后接微控制器模块的输入端，微控制器模块通过射频收发器模块收发信号，电源模块给上述模块提供电源。
优选地，所述传感器模块包括三轴加速度传感器。
优选地，通过所述三轴加速度传感器测得被测物的震动与倾角信息。
优选地，所述被测物为电线杆。
优选地，所述微控制器模块采用微功耗的SOC型号 CC2530单片机进行数据运算与处理。
优选地，所述在线检测装置为无线传感网节点装置。
本实用新型是基于无线传感网的智能电力设备，设备内部采用高精度三轴加速度传感器和相应的配合电路，通过相应的算法实现倾斜和振动的检测。本设备作为无线传感网的一个智能终端节点，可以将测得的数据信息传送到无线传感网上提供给终端用户。
从实现方式上看，本设备使用三轴加速度来实现倾斜角的实时测量，避免了单轴倾斜检测的不足（需要采用高分辨率的ADC才能获得大范围有效倾斜角）。此外，单个轴通过重力旋转，由于仅使用单个轴且要求重力矢量仅当器件具有特定方向且始终处于重心面时，算出的倾斜角才是准确的，绕其他轴的任何旋转运动都会降低加速度的大小，从而给算出的倾斜角造成误差。本方案中使用超低功耗的SOC（CC2530）进行驱动，具有极低的功耗就可以实现数据的采集与处理并和通过传感网络发送到用户终端。
通过加速度的测量，可以同时检测振动等信息，由振动的信号来判别杆塔是否有人为破坏，并通过无线传感网络传输信息到用户终端，进行实时监测。
本实用新型为输配电线路杆塔上的微弱震动信号的采集、并通过无线网络实时在线的对防护设施的倾斜和震动检测，以实现设备防盗预警的功能．具有安装简单、成本较低、便于维护、安全可靠等优点。
附图说明
图 1 ：本实用新型整体框图。
图 2 ：加速度计各个轴的角度器件典型取向。
图 3 ：模拟调理电路原理图。
图 4 ：信号处理电路原理图。
具体实施方式
基于物联网的倾斜，震动在线检测方案的整体框图如附图1所示：确定***倾斜的一种常规用的方法是对陀螺仪输出设备求积分，尽管这种方法简单明了，但随着积分周期的增加，与零偏稳定性相关的误差也可能快速增大，即使当器件处理静止状态时也可能导致明显的旋转。而本方案中采用三轴加速度传感器（如图4所示），由于重力作用，在不同的姿态产生不同的模拟电压值，通过一个简单的模拟调理及信号处理电路（如附图3所示）送入ADC，单片机控制进行数据的高速采样，分别得到三个轴的重力加速度。
在处理算法上，得到了相应的三轴加速度，基于一个参照点分别确定加速度计各个轴的角度，参照点为器件典型取向，即x轴和y轴位于水平面（0g场），z轴与水平垂直（1g场），如附图2所示。通过各个轴向的倾斜角的计算，得到最终的倾斜状况的判断。使用三轴的重要优势在于，在单轴解决方案下，除x轴以外的任何轴发生倾斜都会造成重大误差，与此不同，使用三轴因为有效增量灵敏度与目标重力的和方根值具有比例关系。当重力完全处于xy平面之内时，这些轴检测到的加速度方和根的理想值等于1g。如果xz平面或yz平面中存在倾斜，则重力导致的总加速度会减少，同时会减少有效增量灵敏度，这又会加大既定加速度计分辨率下的倾斜步长，但仍可提供精确的测量值。经实际测量， 我们的测量角精度达到0.5度以内。
通过采集三轴加速度的变化量， 基于短时窄脉冲的测量方法，实现对微小振动信号的检测。具体实现方法就是通过采集1秒钟的三轴加速度的信号变化量，然后进行算法处理。 算法的基本原理是当变化量大于环境本地噪声，并超过了一个相对的阈值后，再经时域的一个脉冲宽度阈值的判定, 如果信号变化量同时满足信号幅值和脉冲宽度的要求, 我们判定发生了震动。对震动的判定结果,是通过无线传感网络发送到汇聚节点。经现场测量，对高压杆塔的攀爬，敲击等微小振动信号都能进行准确度检测。
单片机（SOC CC2530）得到相应的倾斜角和震动信息，本案例中使用了超低功耗的SOC（CC2530），此SOC具有极低的功耗，可以在尽量少的电能消耗下控制无线射频模块SOC（CC2530）通过无线传感网络发送到用户终端进行实时监测，为电池供应***带来了更长的使用寿命。无线信号可以传输的距离竟测定在发射功率为50mw时，视距可以达到1公里， 能够满足我们电力无线组网的要求。

Claims (6)

1.一种基于物联网的在线检测装置，其特征在于包括：传感器模块、微控制器模块、射频收发器模块、电源模块、信号调理模块和信号处理模块，其中传感器模块依次串接信号调理模块和信号处理模块后接微控制器模块的输入端，微控制器模块通过射频收发器模块收发信号，电源模块给上述模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的在线检测装置，其特征在于所述传感器模块包括三轴加速度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的在线检测装置，其特征在于通过所述三轴加速度传感器测得被测物的震动与倾角信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的在线检测装置，其特征在于所述被测物为电线杆。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的在线检测装置，其特征在于所述微控制器模块采用微功耗的SOC型号 CC2530单片机进行数据运算与处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的在线检测装置，其特征在于所述在线检测装置为无线传感网节点装置。
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