一种非接触式电缆微风振动测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种非接触式电缆微风振动测量仪，包括壳体、测量组件以及固定在电缆上并与壳体连接的固定夹，所述的测量组件包括均安装在壳体上的电源和采集通讯板，以及与电源连接的振动检测传感器，所述的振动检测传感器，包括固定端和振动端，所述的振动端固定在采集通讯板上，包括相互连接的振动测量组件和振动检测电路，所述的固定端包括与振动测量组件非接触设置的固定测量组件、测量杆和支撑臂，所述的固定测量组件、测量杆、支撑臂和电缆线夹依次连接。与现有技术相比，本发明具有读数准确、使用寿命长、结构简单、成本低等优点。
【专利说明】一种非接触式电缆微风振动测量仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电缆微风振动测量仪，尤其是涉及一种非接触式电缆微风振动测量仪。
【背景技术】
[0002]输电线路运行中常发生超过允许幅值的微风振动，导致线路导地线疲劳断股，严重时要将全线路更换为新导线。尤其在大跨越线路上，因档距大、悬挂点高和水域开阔等，风传输给导地线的振动能量大大增加，一旦发生疲劳断股，将给电网安全运行带来严重危害。
[0003]架空线微风振动是导线疲劳损伤的主要原因，导线动弯应变是表示疲劳损伤程度的主要参数，在现场中弯曲振幅较容易测量，因此这种方法被广泛采用。
[0004]但是，目前采用的PAVIKA微风振动传感器存在以下问题:
[0005]1、电阻应变片工作疲劳寿命低，电阻应变片疲劳寿命为一亿次左右，按照导线平均每秒钟微风振动50次计算:
[0006]一小时振动次数=每秒振动次数*60分钟*60秒=18万次，
[0007]一天振动次数=每小时振动次数*24小时=432万次，
[0008]一个月振动次数=每天振动次数*30天=1.296亿次。
[0009]因此PAVIKA微风振动传感器工作方式为采集一个月数据后就要拆下来更换采集传感器，该设计原理距国家电网公司可靠性8年要求相去甚远。
[0010]2、悬臂梁的材料可靠性低，悬臂梁材质为3J54恒弹性合金钢，厚度约2.5mm,长时间放置在野外使用，表面处理不好时会产生生锈，有些厂家使用17-4PH不锈钢，长期使用弹性降低、精度不准，因此也不满足长期使用的要求。
[0011]3、信号精度低,应变电阻桥变化量为电压信号,信号弱，在强磁场50HZ交变磁场的变化噪声不宜滤除，影响采集精度与模数转换的精度。因此该传感器采集精度的标准是(10%，在信号超过10Hz以上时，电阻应变片变化迟滞，因此传感器采用分段设置采集精度。更是目前该类传感器不好解决的技术难题。
【发明内容】
[0012]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种读数准确、使用寿命长、结构简单、成本低的非接触式电缆微风振动测量仪。
[0013]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0014]一种非接触式电缆微风振动测量仪，包括壳体、测量组件以及固定在电缆上并与壳体连接的固定夹，所述的测量组件包括均安装在壳体上的电源和采集通讯板，以及与电源连接的振动检测传感器,所述的振动检测传感器,包括固定端和振动端,所述的振动端固定在采集通讯板上，包括相互连接的振动测量组件和振动检测电路，所述的固定端包括与振动测量组件非接触设置的固定测量组件、测量杆和支撑臂，所述的固定测量组件、测量杆、支撑臂和电缆线夹依次连接。
[0015]所述的振动检测传感器包括光栅传感器和容栅传感器，所述的振动测量组件包括光栅读数头和容栅动尺，所述的固定测量组件包括光栅尺版和容栅定尺。
[0016]所述的电源包括依次连接的质量块、压电发电片、发电片固定板和蓄电池，所述的发电片固定板固定在壳体内部，通过蓄电池分别与振动检测电路和振动测量组件连接。
[0017]所述的固定端还包括用以密封测量杆和壳体的密封件，所述的密封件包括从上到下依次连接的上盖板、隔离仓、下盖板和防冻碗。
[0018]所述的测量杆为半圆形凸台结构，所述的半圆形凸台依次穿过防冻碗、下盖板、隔离仓和上盖板与固定测量组件连接，所述的杆体与隔离仓形成的空间内填充黄油。
[0019]所述的振动检测电路包括分别与蓄电池连接的振动数据采集单元、处理芯片和无线发送器，所述的振动测量组件、振动数据采集单元、处理芯片和无线发送器依次连接。
[0020]所述的固定夹和电缆线夹之间的距离为89mm。
[0021]所述的质量块和压电发电片的数量均为6个。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0023]一、读数准确，通过光栅和容栅传感器直接读取数值处理后进行无线发送，不必进行电阻-电压-数字信号的转换过程，获取的振动数据精准。
[0024]二、使用寿命长，采用非接触式的测量方式并配以密封件进行密封，有效地降低了损耗，使用寿命大大延长。
[0025]三、结构简单、成本低，通过内部自带的压电发电片接收电缆振动产生的能量发电，用以给其他部件供电，节约电能，工作时间长。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的结构示意图。
[0027]图3为本发明的密封件的结构示意图。
[0028]图2为本发明的电池结构示意图。
[0029]其中，1、壳体，2、固定夹，3、采集通讯板，4、电源，5、电缆线夹，31、振动测量组件，32、振动测量组件，33、测量杆，34、支撑臂，35、密封件，41、质量块，42、压电发电片，43、发电片固定板，44、蓄电池，351、上盖板，352、隔离仓，353、下盖板，354、防冻碗。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0031]实施例:
[0032]如图1所示，一种非接触式电缆微风振动测量仪，包括壳体1、测量组件以及固定在电缆上并与壳体I连接的固定夹2，所述的测量组件包括均安装在壳体I上的电源4和采集通讯板3，以及与电源4连接的振动检测传感器，其特征在于，所述的振动检测传感器，包括固定端和振动端，所述的振动端固定在采集通讯板上，包括相互连接的振动测量组件31和振动检测电路，所述的固定端包括与振动测量组件31非接触设置的固定测量组件32、测量杆33和支撑臂34，所述的固定测量组件32、测量杆33、支撑臂34和电缆线夹5依次连接。
[0033]所述的振动检测传感器包括光栅传感器和容栅传感器，所述的振动测量组件31包括光栅读数头和容栅动尺，所述的固定测量组件32包括光栅尺版和容栅定尺。
[0034]如图2所示，电源4包括依次连接的质量块41、压电发电片42、发电片固定板43和蓄电池44，发电片固定板43固定在壳体内部，通过蓄电池44分别与振动检测电路和振动测量组件31连接。
[0035]发电片固定板43安装在传感器圆筒内，分为两片安装板，每片板安装6块压电发电片42，根据厂家提供数据陶瓷片尺寸50*35*0.2，金属基片尺寸:60*37*0.2，发电片峰值电压是12V,电流是10mA。形变方式:一端固定另一端施加压力，自由端最大行程是1mm ；在振动频率50HZ下可发电60mA左右峰值电流。微风振动幅值为1.27mm(P-P),自有振动幅度不超过3mm。为安全起见,设计自由空间为10mm。
[0036]压电元件产生的电荷是瞬间和交替的，是以不规则的随机突发形式提供能量，在电能提取过程中具有阻尼效应，当振动能传递到压电材料时，由于压电效应而转化为电能，在材料内部产生交流电压，而当材料内部电阻太大(相当于开路)或电阻太小(相当于短路)时，产生的电能未消失，会再次转化为振动能，产生逆压电效应，振动衰减会持续一段时间。所积聚起来的电荷阻碍电荷的进一步生成，因此必须先在一个超级电容器中积累足够的能量，然后通过转换电路将能量储存于电池中。
[0037]单体压电发电片输出交流电流整流后的发电电压为DClOV左右，经过超级电容稳压经充电电路给电池充电。采用并联方式组成电源电路根据实际测试振动频率在40Hz时的电流为DC10V/60mA。
[0038]没有微风振动时处理芯片处于休眠时状态，耗电为0.4uA，休眠时关断光栅或容栅传感器的电源，压电发电片在输电导线微风振动时，将会产生电能，电压转换电路中设计有反相器，该反相器设计在电容前面，使压电片开始为电容充电时就可以产生下降沿中断信号，在发电的同时触发反相器给处理芯片中断触发，处理芯片在触发后5uS起动工作(微风振动按照最高150H，平均每次振动时间为100000/150 = 666uS)。由于压电发电片在导线微风振动输出的是交流电压信号，因此反相器会一直不断的发送下降沿信号，处理芯片保持工作状态。当微风振动停止时，压电发电片停止发电，脉冲信号停止发送下降沿信号，处理芯片检测在没有收到下降沿信号3秒钟停止采集数据。
[0039]如图3所示，微风振动传感器安装在野外高压输电线路上，环境上灰尘、湿气等影响较大，光栅传感器测量时要求光栅表面不能有灰尘或雾气影响，容栅传感器测量要求不能有两种参数同时改变，即不能改变介电常数。如果有潮湿气体侵入则会改变介电常数。因此在采用本新方法时必须解决该问题。本方案设计了密封件，以保证潮湿气体及灰尘不能侵入壳体。同时在冬季处于覆冰期间，覆冰也将影响到微风振动的测量，本方案也设计了防冻碗，可以在一定程度上抵御覆冰影响。
[0040]固定端还包括用以密封测量杆33和壳体I的密封件35，密封件35包括从上到下依次连接的上盖板351、隔离仓352、下盖板353和防冻碗354，测量杆33为半圆形凸台结构，半圆形凸台依次穿过防冻碗354、下盖板353、隔离仓352和上盖板351与固定测量组件32连接，杆体与隔离仓形成的空间内填充黄油。
[0041]振动检测电路包括分别与蓄电池44连接的振动数据采集单元、处理芯片和无线发送器，振动测量组件31、振动数据采集单元、处理芯片和无线发送器依次连接。
[0042]固定夹2和电缆线夹5之间的距离为89mm。
[0043]导线随风振动时，线夹也会跟随导线上下左右摆动，这种摆动在测试中不能计算为微风振动的幅度，是在不同的平面测量的振动幅度，是以线夹处为相对静止点，以距线夹89mm处为振动点测量的相对振动幅度及频率。即比线夹处多的上、下振动位移。
[0044]本采集原理是距线夹89mm处安装了固定夹与上部传感器固定相连，在固定夹右侧89mm处设计一个固定支架(按固定支架中心距计算)，支架上通过悬臂梁固定测量杆，测量杆通过隔离舱进入传感器后在测量杆上安装光栅尺或容栅定尺(测量杆与隔离舱密封摩擦、阻尼影响在2N以内)，尺旁边安装振动测量组件或容栅动尺。振动时距线夹89mm处固定夹高或低于线夹的振幅带动传感器外壳上下振动，光栅传感器的读数头或容栅传感器的动尺对光栅尺或容栅定尺进行位移测量，其位移变化为相对振幅，并根据方向变化计算振动频率。这种利用光栅或容栅使用金属支架进行垂直幅度对比数字测量微风振动的方法即微风振动测量新方法。
[0045]本采集测量方法的特点:
[0046]直接测量:固定夹振幅变化通过传感器外壳与线架处自动进行对比，无变化不会测量，有变化直接测量。瞬间的振动也会得到测量。
[0047]数字化测量:光栅或容栅通过栅格或栅尺进行测量均为直接数字化测量。
[0048]非接触测量:光栅通过光栅格、容栅通过动尺栅格发射与反射接收非接触测量，测量精度进一步得到提闻。
[0049]测试方法成熟。目前无论是光栅或容栅均为成熟的测量方案，
[0050]本采集测量方法与过去微风振动传感器采集原理有以下区别:
[0051]第一、把转换测量变为直接测量，过去是把振动幅度转换为悬臂梁力的变化，通过力值变化对应振幅变化进行测量，而现在是将相对振动幅度变化直接测量。
[0052]第二、把模数转化测量变为数字测量，过去力值变化通过电阻应变片阻值变化引起电阻桥输出的电压变化，而后根据变化电压进行AD转换采集振动幅度，本方法采用光栅或容栅尺直接进行数字测量，测量结果直接就是数字，减少了转换误差。
[0053]第三、把接触测量转为非接触测量:过去采用悬臂梁直接压在导线上感知两点导线的振动幅度与振动频率，现在通过光栅或容栅尺间隔Imm左右非接触测量(振动测量组件与光栅、动尺与定尺)；减少摩擦、提高可靠性与测量精度，增加的寿命周期。
[0054]第四、光栅传感器目前测试精度一般可以达到10uM，精度高一些的可以达到
0.5uM.，按照1.27mm (P-P)计算，一般的光栅位移传感器测量精度可以达到1%以上。精度高的可以达到千分之三。
【权利要求】
1.一种非接触式电缆微风振动测量仪，包括壳体(I)、测量组件以及固定在电缆上并与壳体(I)连接的固定夹(2)，所述的测量组件包括均安装在壳体(I)上的电源(4)和采集通讯板(3)，以及与电源(4)连接的振动检测传感器，其特征在于，所述的振动检测传感器，包括固定端和振动端，所述的振动端固定在采集通讯板上，包括相互连接的振动测量组件(31)和振动检测电路，所述的固定端包括与振动测量组件(31)非接触设置的固定测量组件(32)、测量杆(33)和支撑臂(34)，所述的固定测量组件(32)、测量杆(33)、支撑臂(34)和电缆线夹(5)依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式电缆微风振动测量仪，其特征在于，所述的振动检测传感器包括光栅传感器和容栅传感器，所述的振动测量组件(31)包括光栅读数头和容栅动尺，所述的固定测量组件(32)包括光栅尺版和容栅定尺。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式电缆微风振动测量仪，其特征在于，所述的电源⑷包括依次连接的质量块(41)、压电发电片(42)、发电片固定板(43)和蓄电池(44)，所述的发电片固定板(43)固定在壳体内部，通过蓄电池(44)分别与振动检测电路和振动测量组件(31)连接。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式电缆微风振动测量仪，其特征在于，所述的固定端还包括用以密封测量杆(33)和壳体(I)的密封件(35)，所述的密封件(35)包括从上到下依次连接的上盖板(351)、隔离仓(352)、下盖板(353)和防冻碗(354)。
5.根据权利要求4所述的一种非接触式电缆微风振动测量仪，其特征在于，所述的测量杆(33)为半圆形凸台结构,所述的半圆形凸台依次穿过防冻碗(354)、下盖板(353)、隔离仓(352)和上盖板(351)与固定测量组件(32)连接，所述的杆体与隔离仓形成的空间内填充黄油。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式电缆微风振动测量仪，其特征在于，所述的振动检测电路包括分别与蓄电池(44)连接的振动数据采集单元、处理芯片和无线发送器，所述的振动测量组件(31)、振动数据采集单元、处理芯片和无线发送器依次连接。
7.根据权利要求1所述的一种非接触式电缆微风振动测量仪，其特征在于，所述的固定夹⑵和电缆线夹(5)之间的距离为89mm。
8.根据权利要求2所述的一种非接触式电缆微风振动测量仪，其特征在于，所述的质量块(41)和压电发电片(42)的数量均为6个。
【文档编号】G01H9/00GK104330148SQ201410674270
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】刘理华 申请人:上海欣影电力科技股份有限公司