一种钢筋混凝土杆损伤在线监测装置的制作方法

本实用新型属于输电线路状态监测领域。涉及了一种钢筋混凝土杆损伤在线监测装置。

背景技术：

钢筋混凝土电杆是220kV以下送配电线路最广泛使用的杆塔材料。在我国除了特殊地段、特殊跨越采用部分耐张塔外，均采用钢筋混凝土杆。由于钢筋混凝土杆安装在自然环境中，正常条件下气候环境的直接作用将会钢筋混凝土杆发生损伤。近几年来一些地区由于受到气象突变的影响(如强对流、热带风暴、暴雨等)，配电线路经常造成断线、倒杆、钢筋混凝土杆折断，有时会出现大面积的倒杆，失去了供用电的可靠性，严重影响工农业生产和人民日常生活。因此，高压输电线路钢筋混凝土杆的结构损伤预防和处理对于线路的长期安全运行、经济运行至关中重要。

目前国内外对于钢筋混凝土杆监测没有一套完整的理论和装置，对于钢筋混凝土杆的监测还是依靠传统的人工巡线。人工巡线费时、费力，往往是在发生倒杆事故，造成停电事故后才得知，对于无人职守的地段，更是显得突出。基于此，本实用新型设计了一种钢筋混凝土杆在线监测装置，可实现对钢筋混凝土杆的在线监测，对于线路的长期安全运行、经济运行具有至关重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种钢筋混凝土杆损伤在线监测装置，能够实现对钢筋混凝土杆结构损伤的在线监测，且装置安装使用方便。

本实用新型所采用的技术方案是，一种钢筋混凝土杆损伤在线监测装置，包括固定在钢筋混凝土杆上的箱体，箱体内部设置有激励装置和综合装置，箱体内部固定设置有斜面轨道，激励装置位于斜面轨道上，综合装置固定于箱体的底部；综合装置固定在箱体下方，与加速度传感器连接，加速度传感器固定在钢筋混凝土杆上，且位于箱体内部。

本实用新型的特征还在于，

箱体为长方体，内部中空由304不锈钢材料制作，箱体的一个侧面为圆弧形，可与钢筋混凝土杆无缝贴合。箱体通过设置在箱体外部的卡环固定在钢筋混凝土杆上，在箱体与钢筋混凝土杆的贴合接缝处，涂有防水胶泥进行密封。

卡环分成两个半圆的部分，两个半圆部分一端均与箱体连接，两个半圆部分的另一端通过螺栓、螺母固定在一起，从而使箱体固定在钢筋混凝土杆上。

斜面轨道与水平方向呈15°夹角，在箱体远离水泥杆的一侧的内壁设置有海绵层。

激励装置的下方设置有四个轮子，在激励装置的朝向水泥杆的一端固定有冲击力传感器，在冲击力传感器上通过螺栓结构固定有尼龙材料的锤头。

激励装置内部安装有电路板及直流电机，电路板通过导线与冲击力传感器连接，电路板与直流电机连接，直流电机与轮子连接。

电路板安装在激励装置的底部。

电路板包括微处理器和与微处理器连接的高能电池B、驱动模块、电荷放大器和蓝牙模块A；电荷放大器与冲击力传感器连接。

综合装置，包括依次连接的蓝牙模块B、MCU模块和高能电池A，MCU模块还分别与调理模块和4G模块连接，调理模块与加速度传感器连接。

加速度传感器利用黑色M3胶固定在箱体内部的钢筋混凝土杆上，同时通过屏蔽双绞线连接在综合装置上。

本实用新型的有益效果是，设计的装置体积小、质量轻安装使用方便。利用最小二乘复频域的模态识别方法对钢筋混凝土杆的模态参数进行识别，通过与完好结构时的模态参数进行对比分析，确定钢筋混凝土杆是否发生结构损伤。装置能够实现对钢筋混凝土杆结构损伤的在线监测，在钢筋混凝土杆损伤到一定程度的时候及时的采取维护或更换措施，解决传统人工巡线的缺陷大大减少因钢筋混凝土杆的事故，对于线路的长期安全运行、经济运行具有至关重要的意义。

附图说明

图1是本实用新型钢筋混凝土杆在线监测装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种钢筋混凝土杆在线监测装置激励装置结构框图；

图3是本实用新型一种钢筋混凝土杆在线监测装置综合装置结构框图。

图中，1.钢筋混凝土杆，2.激励装置，3.综合装置，4监控中心，1-1.箱体，1-2.锤头，1-3.冲击力传感器，1-4.斜面轨道，1-5.加速度传感器，1-6.卡环，1-7.海绵层，1-8电路板，2-1.微处理器，2-2.高能电池B，2-3.电荷放大器，2-4.蓝牙模块A，2-5.驱动模块，2-6.直流电机，2-7.轮子，3-1.MCU，3-2.高能电池A，3-3.调理模块，3-4.蓝牙模块B，3-5.4G模块。

具体实施方式

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。

一种钢筋混凝土杆在线监测装置，如图1所示，包括固定在钢筋混凝土杆1上的箱体1-1，箱体1-1内部设置有激励装置2和综合装置3，激励装置2位于一斜面轨道1-4上，综合装置3固定于箱体1-1的底部；综合装置固定在箱体下方，与加速度传感器1-5连接，加速度传感器1-5固定在钢筋混凝土杆1上，且位于箱体1-1内部。

箱体1-1为长方体，内部中空由304不锈钢材料制作，箱体1-1的一个侧面为圆弧形，可与钢筋混凝土杆1无缝贴合。箱体1-1通过设置在箱体外部的卡环1-6固定在钢筋混凝土杆1上，卡环1-6分成两个半圆的部分，两个半圆部分一端均与箱体1-1连接，两个半圆部分的另一端通过螺栓、螺母固定在一起，从而使箱体1-1固定在钢筋混凝土杆1上，在箱体1-1与钢筋混凝土杆1的贴合接缝处，涂有防水胶泥进行密封，防止雨水渗入对内部装置造成损伤。

箱体1-1内部固定设置有斜面轨道1-4，斜面轨道1-4与水平方向呈15°夹角，斜面轨道1-4用于限定激励装置2运动的方向和位置。在箱体1-1远离水泥杆的一侧的内壁设置有海绵层1-7，海绵层1-7的作用是防止激励装置2沿斜面轨道1-4下滑后直接撞击箱体1-1，在自然状态下，激励装置2位于壳体内远离水泥杆的一侧。

激励装置2放置在轨道1-4上，激励装置2的下方设置有四个轮子2-7，用于激励装置2的运动，在激励装置2的朝向水泥杆的一端固定有冲击力传感器1-3，在冲击力传感器1-3上通过螺栓结构固定有尼龙材料的锤头1-2。

激励装置2内部安装有电路板1-8及直流电机2-6，电路板1-8通过导线与冲击力传感器1-3连接，电路板1-8与直流电机2-6连接，直流电机2-6与轮子2-7连接，用于驱动轮子运动。当直流电机旋转时带动轮子转动，使激励装置运动。其次直流电机通过导线和驱动模块连接，直流电机受驱动模块驱动。

电路板1-8安装在激励装置2的底部，如图2所示，电路板1-8包括微处理器2-1和与微处理器2-1连接的高能电池B2-2、驱动模块2-5、电荷放大器2-3和蓝牙模块A2-4；电荷放大器2-3与冲击力传感器1-3连接。

微处理器2-1采用MSP430芯片，其具有12位的高精度采样功能，微处理器2-1可产生PWM波对驱动模块2-5进行控制，从而控制激励装置2运动的速度。

高能电池B2-2用于给激励装置2提供电能。

蓝牙模块A2-4用于和综合装置2进行通信。

驱动模块2-5采用LM298N模块，用于驱动的直流电机2-6。

直流电机2-6安装在激励装置2底面和驱动模块2-5连接，直流电机2-6的轴和轮子2-7连接。在微处理器2-1输出的PWM脉冲到来时，驱动模块2-5驱动直流电机2-6工作，在直流电机2-6旋转时，直流电机2-6的轴带动轮子2-7使得激励装置2运动。其动力来源于电路板上的高能电池B2-2，驱动模块受微处理器控制，在需要电力的时候会把高能电池B2-2的电力输送给直流电机，带动直流电机2-6工作后，即带动轮子2-7转动。

冲击力传感器1-3采用HAD-QSY8301-03压电型冲击力传感器。

电荷放大器2-3的作用是将冲击力传感器1-3采集的电荷信号转换成电压信号后传送给微处理器2-1。

综合装置3，如图3所示，包括依次连接的蓝牙模块B3-4、MCU模块3-1和高能电池A3-2，

MCU模块3-1还分别与调理模块和4G模块3-5连接，调理模块3-3与加速度传感器1-5连接。加速度传感器1-5利用黑色M3胶固定在箱体1-1内部的钢筋混凝土杆1上，同时通过屏蔽双绞线连接在综合装置3上。

其中MCU3-1采用STM32F103作为控制芯片，其芯片本身具有高精度的采样功能，芯片内部嵌入有傅立叶变换和最小二乘复频域的模态识别方法，可以实现对系统模态参数的提取。此外MCU3-1可利用蓝牙模块B3-4和激励装置2进行通信，完成对激励装置2操作和数据的获取。同时MCU3-1也可以通过4G模块3-5和监控中心4进行通讯。

高能电池A3-2为整个综合装置3提供电能。

蓝牙模块B3-4用于综合装置3和激励装置2的数据交互。

4G模块3-5用于综合装置3与监控中心4的数据交互。

调理模块3-3用于对加速度传感器1-5的数据进行滤波、放大处理。

加速度传感器1-5采用江苏泰斯特公司型号为TST120A01的压电式加速度传感器，用于采集钢筋混凝土杆1在受到激励后反馈的杆体振动信号。

本实用新型的监测装置的工作过程为：监控中心4下发请求钢筋混凝土杆1的状态信息，综合装置3的4G模块接收到信息，并通过蓝牙模块B3-4命令激励装置工作，同时开始加速度传感器1-5的采样工作，数据经过调理模块3-3处理后送给MCU3-1进行采样。激励装置2的蓝牙模块A2-4接受到命令后，微处理器2-1输出PWM波控制驱动模块2-5，驱动模块2-5驱动直流电机2-6旋转带动激励装置2轮子2-7，使得激励装置2运动。与此同时，冲击力传感器1-3开始采样工作，冲击力传感器1-3将采集到的数据经过电荷放大器2-3处理后送给微处理器2-1采样。微处理器2-1将采样到的数据打包利用蓝牙模块A2-4发送给综合装置3，此时激励装置2停止输出PWM，激励装置2最终处于自然状态等待下次命令。综合装置3的蓝牙模块B3-4接受到激励装置2的数据送给MCU3-1进行处理，MCU3-1将加速传感器1-5采集到的混凝土杆1的加速度数据和冲击力传感器1-3采集到激励装置2的数据进行傅立叶变换，得到其频域数据，并求出钢筋混凝土杆1的频响函数。得到的频响函数经最小二乘复频域的模态识别方法就可以得到钢筋混凝土杆1的模态参数，取钢筋混凝土杆1的固有频率进行分析，通过对比与完好结构时的钢筋混凝土杆1固有频率，确定是否发生结构损伤，并且随着变化率等增加，其损伤越严重。MCU3-1将分析到的结果通过4G模块3-5发送给监控中心4，以便监控中心维护人员及时的采取维护措施，防止事故的扩大。