输电线路微气象超声波式风速风向传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种输电线路微气象超声波式风速风向传感器，包括中空的壳体，壳体的底部设置有底板，底板上有安装孔，壳体的顶部设置有顶板，顶板的上表面安装有四个超声波探头，在顶板上设置有四个固定柱，四个固定柱与四个超声波探头相间设置；固定柱的上端连接有顶盖，顶盖上设置有正北方向标记；壳体为圆柱形，其侧壁上设置有若干进风口，中空壳体内设置有监测主板。本实用新型解决了传统机械式测风传感器易磨损、精度低及传统超声波式测风传感器故障率高的问题。
【专利说明】输电线路微气象超声波式风速风向传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于输电线路在线监测【技术领域】，具体涉及一种输电线路微气象超声波式风速风向传感器。
【背景技术】
[0002]我国幅员辽阔，气候差异大，恶劣的气象条件对日益庞大的电网安全运行的影响程度也会随之增加，输电线路相继出现大面积的覆冰、舞动现象。产生上述事故的原因之一是，在线路建设时对周围“微气象”的认识不足，对沿线风口、峡谷、分水岭等高山局部特殊地段的气象资料掌握不够。为此，完善气象预警机制，设计电网电路的微气象监测系统，可以确保电网可以安全稳定的运行。
[0003]气象监测系统的核心单元之一是测风传感器。常用的测风传感器有机械式和超声波式。传统的机械式测风传感器存在着转动部件，容易产生磨损，机械结构容易受到恶劣天气的损害。同时，机械式测风传感器还存在启动风速，低于启动风速将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转。因此对于低于启动风速的微风，机械式测风传感器将无法测量。此外，机械式测风传感器由于长时间安装在杆塔上无法维护，导致在运行过程中出现测量误差变大甚至失效的情况。传统的超声波式测风传感器的高低温工作特性、电磁兼容性较差，故障率高，严重影响了输电线路在线监测系统的可靠运行。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种输电线路微气象超声波式风速风向传感器，解决了传统机械式测风传感器易磨损、精度低及传统超声波式测风传感器故障率高的问题。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是，一种输电线路微气象超声波式风速风向传感器，包括中空的壳体，壳体的底部设置有底板，底板上有安装孔，壳体的顶部设置有顶板，顶板的上表面安装有四个超声波探头，在顶板上设置有四个固定柱，四个固定柱与四个超声波探头相间设置；固定柱的上端连接有顶盖，顶盖上设置有正北方向标记；壳体为圆柱形，其侧壁上设置有若干进风口，中空壳体内设置有监测主板。
[0006]本实用新型的特点还在于，
[0007]第一超声波探头和第二超声波探头的连线与第三超声波探头和第四超声波探头的连线相互垂直。
[0008]壳体为圆柱形；底板、顶板和顶盖均为圆形。
[0009]监测主板包括依次连接的数据采集模块、控制模块和通讯模块，另外，还包括与控制模块连接的电源模块。
[0010]电源模块其结构包括由MAX639及其外围电路构成高效降压DC/DC变换电路，以及由MAX770及其外围电路构成高效升压DC/DC变换电路。
[0011]通讯模块采用ADM2483转换芯片搭建RS485总线结构。
[0012]控制模块采用采用STC11F32芯片作为处理核心。[0013]本实用新型的有益效果是，
[0014]( I)传感器的探头材料选用垂直厚度振动模式的压电陶瓷，并且采用一种特殊材料粘附在压电陶瓷上，主要是为了完成在高频探测中的压电陶瓷的声阻抗与空气的匹配。从而提高探头的灵敏度并缩短响应时间。
[0015](2)采用太阳能加蓄电池的供电方式，设计了充电保护电路、放电保护电路和定时断电复位电路，可以连续、稳定供电。解决了装置野外供电不可靠的问题。
[0016](3)传感器整体设计轻巧，携带轻便，安装、拆卸简单，不需维护和现场校准。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型输电线路微气象超声波式风速风向传感器的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型输电线路微气象超声波式风速风向传感器的超声波探头的位置及测量示意图；
[0019]图3是本实用新型输电线路微气象超声波式风速风向传感器监测主板的结构示意图。
[0020]图中，1.顶盖，2.顶板，3.底板，4.固定柱，5.正北方向标记，6.壳体，7.进风口，
8.安装孔，9.第一超声波探头，10.第二超声波探头，11.第三超声波探头，12.第四超声波探头，13.监测主板，14.电源模块，15.控制模块，16.数据采集模块，17.通讯模块。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0022]本实用新型输电线路微气象超声波式风速风向传感器的结构示意图，如图1所示，包括中空的壳体6，壳体6的底部设置有底板3，底板上有安装孔8，壳体6的顶部设置有顶板2，顶板2的上表面安装有四个超声波探头，在顶板2上设置有四个固定柱4，四个固定柱4与四个超声波探头相间设置。固定柱4的上端连接有顶盖1，顶盖I上设置有正北方向标记5。壳体6为圆柱形，其侧壁上设置有若干进风口 7，中空壳体6内设置有监测主板13。正北方向标记5的作用是指示仪器的安装方向，该方向为正北方向，进风口 7的作用是让监测主板13所处环境与外界相同，利于监测环境的温湿度。底板3、顶板2和顶盖I均为圆形。
[0023]如图2所示，四个超声波探头相互间的位置关系为:第一超声波探头9和第二超声波探头10的连线与第三超声波探头11和第四超声波探头12的连线相互垂直。
[0024]本实用新型输电线路微气象超声波式风速风向传感器中监测主板13的结构，如图3所示，包括依次连接的数据采集模块16、控制模块15和通讯模块17，另外，还包括与控制模块15连接的电源模块14。控制模块15采用采用STC11F32芯片作为处理核心。
[0025]数据采集模块16与四个超声波探头分别连接；
[0026]通讯模块17采用ADM2483转换芯片搭建RS485总线结构。采用了 RS485通讯方式，完成从STC11F32控制模块15到监测后台的上位机之间的通信。
[0027]其中，各模块的作用为:
[0028]数据采集模块16用于控制超声波探头进行超声波的发送和接收，将各超声波探头测量的数值进行采集，并将其电流信号经放大、整流滤波转换为电压信号。[0029]控制模块15采用STCl 1F32芯片作为处理核心，主要控制传感器主板各模块的工作状态，并将采集信息通过通讯模块与上位机进行交互。
[0030]电源模块14用于稳定输出12V直流电，采用太阳能加蓄电池的供电方式，提供两组电压输出，通过电源模块14中的开关电源芯片TPS22960进行电平转换和相应的分压处理，来满足各个模块要求的不同电压，为传感器的各模块提供电能。
[0031]电源模块14的结构包括由MAX639及其外围电路构成高效降压DC/DC (6V/5V)变换电路，提供5V、IOOmA电源；*MAX770及其外围电路构成高效升压DC/DC (5V/12V)变换电路，提供间断供电12V、500mA电源，满足各模块工作要求的电压，之后将取能得到的电压有开关电源芯片TPS22960进行相应转换来满足各模块供电需要。
[0032]本实用新型中的四个超声波探头采用垂直厚度振动模式的压电陶瓷，并且采用一种特殊材料粘附在压电陶瓷上，主要是为了完成在高频探测中的压电陶瓷的声阻抗与空气的匹配。
[0033]本实用新型的安装过程及其工作过程为，数据采集模块控制相互垂直放置的两对收发一体的超声波探头，即第一超声波探头9和第二超声波探头10为一对，第三超声波探头11和第四超声波探头12为另一对，四个超声波探头以固定频率先后发射超声波，并接收与其成对的超声波探头发出的超声波，从而采集到成对的传感器发送的超声波的顺风、逆风传播时间，将采集到的信号经放大、整流滤波转换为电压信号。采集到的信号经由控制模块15进行数据处理后得到风速、风向数值，最后由通讯模块17将这些数据传送至上位机。
[0034]本实用新型输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其中四个传感器探头材料选用垂直厚度振动模式的压电陶瓷，并且采用一种特殊材料粘附在压电陶瓷上，使得在高频探测中的压电陶瓷的声阻抗与空气的匹配，从而提高探头的灵敏度并缩短响应时间。另夕卜，采用太阳能加蓄电池的供电方式，设计了充电保护电路、放电保护电路和定时断电复位电路，可以连续、稳定供电，解决了装置野外供电不可靠的问题。本实用新型的超声波式风速风向传感器整体设计轻巧，携带轻便，安装、拆卸简单，不需维护和现场校准。解决了传统机械式测风传感器易磨损、精度低及传统超声波式测风传感器故障率高的问题。实现了输电线路微气象的风速风向监测，为输电线路导线覆冰、舞动的机理研究提供可靠的数据依据。
【权利要求】
1.输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其特征在于，包括中空的壳体(6),壳体(6)的底部设置有底板(3)，底板上有安装孔(8)，壳体(6)的顶部设置有顶板(2)，顶板(2)的上表面安装有四个超声波探头，在所述的顶板(2)上设置有四个固定柱(4)，所述的四个固定柱(4)与四个超声波探头相间设置；固定柱(4)的上端连接有顶盖(1)，所述的顶盖(I)上设置有正北方向标记(5);其侧壁上设置有若干进风口(7)，中空的壳体(6)内设置有监测主板(13)。
2.根据权利要求1所述的输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其特征在于，所述的第一超声波探头(9 )和第二超声波探头(10 )的连线与第三超声波探头(11)和第四超声波探头(12)的连线相互垂直。
3.根据权利要求2所述的输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其特征在于，所述的壳体(6)为圆柱形；所述的底板(3)、顶板(2)和顶盖(I)均为圆形。
4.根据权利要求2或3所述的输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其特征在于，所述的监测主板(13)包括依次连接的数据采集模块(16)、控制模块(15)和通讯模块(17)，另外，还包括与控制模块(15 )连接的电源模块(14 )。
5.根据权利要求4所述的输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其特征在于，所述的电源模块(14)其结构包括由MAX639及其外围电路构成高效降压DC/DC变换电路，以及由MAX770及其外围电路构成高效升压DC/DC变换电路。
6.根据权利要求5所述的输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其特征在于，所述的通讯模块(17)采用ADM2483转换芯片搭建RS485总线结构。
7.根据权利要求6所述的输电线路微气象超声波式风速风向传感器，其特征在于，所述的控制模块(15)采用STCl 1F32芯片作为处理核心。
【文档编号】G01P5/24GK203759052SQ201420155034
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】黄新波, 王玉鑫, 赵隆, 张亚维, 李自清 申请人:西安工程大学