基于超声波测距的输电线弧垂测量方法及系统的制作方法

文档序号:10611814阅读:470来源:国知局
基于超声波测距的输电线弧垂测量方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于超声波测距的输电线弧垂测量方法及系统,系统包括固定在输电线上的超声波测距仪,所述超声波测距仪中的超声波发射头指向下方,该发射头的指向所在地面设置成水平基面,超声波测距仪向水平基面发射超声波,并采集接收水平基面反射回的超声波,将采集的信号进行计算处理并将相关信息反馈至监控终端,监控终端接收到信息后进行进一步的处理,并输出报警信息。超声波测距仪固定在输电线上,超声波测距仪中超声波发射端竖直指向下方,正下方地面设置水平基面,确保可以接收到超声波回波,提高了检测的可靠性。由于利用的是超声波测距的方法测量输电导线弧垂,超声波测距仪的价格相对低廉,可以做到大规模使用。
【专利说明】
基于超声波测距的输电线弧垂测量方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力输送技术领域,具体涉及一种基于超声波测距的输电线弧垂测量 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 高压输电线的弧垂是线路安全运行的重要指标,输电线弧垂的大小应控制在一定 的范围内,如果输电线的弧垂不符合规定的要求,弧垂过大时甚至破坏架设导线的杆塔结 构或风吹摆线造成相间短路,产生电弧、电火花引燃周围可燃物,因此高压输电线的弧垂检 测对整个电能的安全输送显得尤为重要。针对上述技术问题,申请号201310261898.3公布 了一种高压输电导线弧垂测量装置及测量弧垂的方法,其采用的是微波雷达测距传感器, 虽可以测量输电线弧垂,但相比本设计方法的超声波测距仪成本要高出不少,不利于产品 的大规模使用;另外其在现场测量时,由于地形复杂等因素,可能导致其不能有效接收到雷 达回波,从而导致误报警。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的是:提供一种基于超声波测距的输电线弧垂测量方法及系统,可针 对不同地形进行实时检测,确保测量精度的同时,减少成本投入。
[0004] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:基于超声波测距的输电线弧垂测量 方法,该弧垂测量方法包括如下步骤:
[0005] a)、选取输电线观测点的步骤,位于该观测点位置处设置超声波测距仪,并且使得 超超声波测距仪的超声波发射头指向地面下方;
[0006] b)、测量现场处理的步骤,位于超声波测距仪的超声波发射头指向方向所在地面 处理成水平基面;
[0007] c)、超声波测距仪发送超声波至水平基面;
[0008] d)、超声波测距仪接收由水平基面反射出的超声波;
[0009] e)、计算观测点距离水平基面的垂直距离H,并判断Η是否处在设定的安全范围内, 如若Η不在安全范围内,并将信号传输至监控终端,监控终端发出报警信息;若如Η在安全范 围内,返回步骤c〇
[0010] 本方法发明还存在以下特征:
[0011] 所述输电线弧垂测量方法中还包括测量超声波测距仪的超声波发射头指向与竖 直方向的夹角Θ的步骤;
[0012] 所述观测点距离水平基面的垂直距离H=l/2*v*t*C〇S0,其中, ¥是超声波在空气 中的传播速度,t是超声波发送到接收回波的时间。
[0013] 所述输电线弧垂测量方法中还包括对超声波传播速度进行补偿的步骤,所述补偿 的步骤如下:
[0014] ①、测量观测点位置处环境的温度和湿度值T与RH%,根据饱和蒸汽压表根据饱和 蒸汽压表计算温度T下的饱和蒸汽压Ps;
[0015] ②、计算空气中水蒸气的分压强Pw的步骤,Pw=Ps*RH% ;
[0016] ③、计算温度、湿度补偿后的超声波波速v的步骤,
其中 P 为标准大气压(P = 1.013*105Pa)、T〇 = 273.15K。
[0017] ④、计算测点距离水平基面的垂直距?
[0018] 为实现上述目的,本发明采用的另外一个技术方案是:基于超声波测距的输电线 弧垂测量系统,包括设置在输电线上的超声波测距仪,所述超声波测距仪的超声波发射头 指向下方,位于该发射头的指向所在地面设置成水平基面,超声波测距仪向水平基面发射 超声波,并采集接收水平基面反射出的超声波,并将采集的信息反馈至监控终端,监控终端 接收信息后进行计算处理,并输出报警信息。
[0019] 本系统发明还存在以下特征:
[0020] 所述超声波测距仪的旁侧还设置有角度传感器,所述角度传感器测量超声波测距 仪的超声波发射头指向与竖直方向的夹角,所述角度传感器将测量信号反馈至监控终端, 监控终端接收信息后进行计算处理。
[0021] 系统还包括温度传感器和湿度传感器,温度传感器和湿度传感器分别测量系统所 在位置的湿度和温度信息,并将测量信息反馈至监控终端,监控终端接收信息后进行计算 处理
[0022] 与现有技术相比,本发明具备的技术效果为:利用设置在输电线的超声波测距仪, 并且使得超声波传感超声波发射端竖直指向下方,而且正下方地面设置水平基面,确保可 以接收到超声波回波,提高了检测的可靠性,而且采用的是超声波测距仪测量输电导线弧 垂,超声波测距仪的价格相对低廉,可以做到大规模使用。
【附图说明】
[0023] 图1是基于超声波测距的输电线弧垂测量方法原理图;
[0024] 图2是基于超声波测距的输电线弧垂测量系统原理图;
[0025] 图3是基于超声波测距的输电线弧垂测量方法的逻辑框图;
[0026] 图4是超声波速度在不同温度下随湿度的变化曲线图;
[0027] 图5是基于ΡΝ码和包络相关法的超声波测距原理;
[0028]图6是发送信号与回波信号的包络线。
【具体实施方式】
[0029] 结合图1至图6,对本发明作进一步地说明:
[0030] 首先针对基于超声波测距的输电线弧垂测量方法进行介绍:
[0031] 基于超声波测距的输电线弧垂测量方法,该弧垂测量方法包括如下步骤:
[0032] a)、选取输电线a观测点的步骤,位于该观测点位置处设置超声波测距仪10,并且 使得超声波测距仪10的超声波发射头指向地面下方;
[0033] b)、测量现场处理的步骤,位于超声波测距仪10的超声波发射头指向方向所在地 面处理成水平基面20;
[0034] c)、超声波测距仪10发送超声波至水平基面20;
[0035] d)、超声波测距仪10接收由水平基面20反射出的超声波;
[0036] e)、计算观测点距离水平基面20的垂直距离H,并判断Η是否处在设定的安全范围 内,如若Η不在安全范围内,并将信号传输至监控终端60,监控终端60发出报警信息;若如Η 在安全范围内,返回步骤c〇
[0037] 在上述的超声波测距方法中,由于不同地形的原因可能导致超声波测距仪10所在 的地面不平,这样超声波测距仪10的发射信号及采集信号的准确度必然受到影响,因此为 确保测量准确度,在超声波测距仪10的下方地面清理出一个水平基面20,这样超声波测距 仪10在向水平基面20发射超声波时,超声波测距仪10接收反射声波的准确度得到提高,从 而确保测量准确度,而且采用的是超声波测距仪测量输电导线弧垂,超声波测距仪的价格 相对低廉,可以做到大规模使用。
[0038] 由于外界环境的风影响,可能使得输电线a处在摇摆的姿态,这样位于输电线a上 的超声波测距仪10的超声波发射端与地面可能存在一定的夹角,这样测量出的超声波测距 仪10距离水平基面20的距离Η就会存在不准确的情况,因此在所述输电线弧垂测量方法中 还包括测量测量超声波测距仪10的超声波发射头指向与竖直方向的夹角Θ的步骤;
[0039] 所述观测点距离水平基面20的垂直距离H=l/2*v*t*c〇S0,其中,ν是超声波在空 气中的传播速度,t是超声波发送到接收回波的时间。
[0040] 结合图1所示,通过测量出超声波测距仪10的超声波发射头指向与竖直方向的夹 角Θ,从而方便根据公式得出观测点距离水平基面的垂直距离,确保测量的准确度。
[0041] 由于外界的天气湿度和温度处在不断变化中,而且本方法是对观测点进行的实时 测量,使得超声波在不同环境内的传播速度各不相同,因此外界的天气湿度和温度变化对 测量精度干扰较为严重,为确保超声波测距仪的准确度,所述输电线弧垂测量方法中还包 括对超声波传播速度进行补偿的步骤,所述补偿的步骤如下:
[0042]①、测量观测点位置处环境的温度和湿度值T与RH%,根据饱和蒸汽压表根据饱和 蒸汽压表计算温度T下的饱和蒸汽压Ps;
[0043] ②、计算空气中水蒸气的分压强?|的步骤,PW=PS*RH% ;
[0044] ③、计算温度、湿度补偿后的超声波波速v的步骤
其中 P 为标准大气压(P = 1.013*105Pa)、T〇 = 273.15K。
[0045] ④、计算测点距离水平基面20的垂直距f
*GOS & 〇
[0046] 现有内的超声波进行其他领域的测量大多是室内进行的,湿度和温度对超声波的 速度影响基本可以忽略,本发明根据外界的实施测量的温度、湿度得出不同的超声波传播 速度,结合图4所示,超声波速度在不同温度下,随湿度的变化曲线图,对此,总结出了合适 的补偿公式,来确保超声波在不同温度、湿度条件下对超声波速度的;
[0047] 在室温条件下,经过温湿度补偿后的测试数据如下:
[0048]
[0049] 由上述表格可以得出,补偿后的测试误差随着测量距离的升高,误差基本趋于恒 定,而且该误差对整个测量的影响可以基本忽略不计,从而经过补偿后的超声波测距仪精 度可以得到保证。
[0050] 上述的超声波测距仪10测距的算法是基于互相关函数的时延估计法进行的,结合 图5所示,在低信噪比和低采样率下进行超声波测距,通常采用基于互相关函数的时延估计 法。其具体方法是:将发射器发送的超声波信号作为参考信号,在每次发送超声波的终止时 亥IJ,立即开始对接收器的输出进行采样,并计算采样值与参考值之间的互相关函数。若互相 关函数出现峰值,则说明采样值是接收到的回波信号,根据相关峰值出现的时刻就可以计 算出射程时间t。
[0051] 为了提高超声波测距算法的可靠性,可借助于一个经过适当选择的伪随机二进制 序列作为编码信号(PN码),将系带脉冲信号调制成超声波频编码信号,用以激励换能器,使 之向外界发送超声波编码信号。
[0052]结合图6所示,关于超声波测距仪10接收回波的时间的修正采用卷积算法计算互 相关函数,需要对峰值时间进行修正,即减去输入信号的持续时间T。
[0053]下面针对配电网故障分析定位系统进行介绍:
[0054]包括设置在输电线a上的超声波测距仪10,所述超声波测距仪10的超声波发射头 指向下方,位于该发射头的指向所在地面设置成水平基面20,超声波测距仪10向水平基面 20发射超声波,并采集接收水平基面20反射出的超声波,并将采集的信息反馈至监控终端 60,监控终端60接收信息后进行计算处理,并输出报警信息。
[0055]该超声波测距仪10的可在设置输电线a的最低位置,只需要计算高压电线杆的接 线高度与超声波测距仪10的测量高度差值即可得出弧垂,方便计算弧垂值。
[0056]结合图2所示,所述超声波测距仪10的旁侧还设置有角度传感器30,所述角度传感 器30测量超声波测距仪10的超声波发射头指向与竖直方向的夹角,所述角度传感器30将测 量信号反馈至监控终端60,监控终端60接收信息后进行计算处理。角度传感器30将测量的 超声波测距仪10的超声波发射头指向与竖直方向的夹角信息发送至监控终端60,从而根据 三角函数计算公式得出超声波测距仪10与水平基面20的距离。
[0057] 为进一步提高测量的精准度,系统还包括温度传感器40和湿度传感器50,温度传 感器40和湿度传感器50分别测量系统所在位置的湿度和温度信息,并将测量信息反馈至监 控终端60,监控终端60接收信息后进行计算处理。温度传感器40和湿度传感器50将测量的 温度及湿度信息反馈至监控终端60,监控终端60根据反馈的信息进行计算,并对超声波测 距仪10的超声波进行补偿,从而能够提高对距离测量的精准度。
【主权项】
1. 基于超声波测距的输电线弧垂测量方法,其特征在于:该弧垂测量方法包括如下步 骤: a) 、选取输电线(a)观测点的步骤,位于该观测点位置处设置超声波测距仪(10),并且 使得超声波测距仪(10)的超声波发射头指向地面下方; b) 、测量现场处理的步骤,位于超声波测距仪(10)的超声波发射头指向方向所在地面 处理成水平基面(20); C)、超声波测距仪(10)发送超声波至水平基面(20); d) 、超声波测距仪(10)接收由水平基面(20)反射回的超声波; e) 、计算观测点距离水平基面(20)的垂直距离H,并判断Η是否处在设定的安全范围内, 如若Η不在安全范围内,并将信号传输至监控终端(60),监控终端(60)发出报警信息;若如Η 在安全范围内,返回步骤C。2. 根据权利要求1所述的基于超声波测距的输电线弧垂测量方法,其特征在于:所述输 电线弧垂测量方法中还包括测量测量超声波测距仪(10)的超声波发射头指向与竖直方向 的夹角Θ的步骤; 所述观测点距离水平基面(20)的垂直距离Η=1/巧V*巧cos0,其中,V是超声波在空气 中的传播速度,t是超声波发送到接收回波的时间。3. 根据权利要求2所述的基于超声波测距的输电线弧垂测量方法,其特征在于:所述输 电线弧垂测量方法中还包括对超声波传播速度进行补偿的步骤,所述补偿的步骤如下: ① 、测量观测点位置处环境的溫度和湿度值T与畑%,根据饱和蒸汽压表根据饱和蒸汽 压表计算溫度T下的饱和蒸汽压Ps; ② 、计算空气中水蒸气的分压强Pw的步骤,Pw=Ps*RH% ; ③ 、计算溫度、湿度补偿后的超声波波速V的步骤庚中 P 为标准大气压(P = 1.013*105^)、T0 = 273.15K; ④ 、计算测点距离水平基面(20)的垂直距4. 基于超声波测距的输电线弧垂测量系统,其特征在于:包括设置在输电线(a)上的超 声波测距仪(10),所述超声波测距仪(10)的超声波发射头指向下方,位于该发射头的指向 所在地面设置成水平基面(20),超声波测距仪(10)向水平基面(20)发射超声波,并采集接 收水平基面(20)反射出的超声波,并将采集的信息反馈至监控终端(60),监控终端(60)接 收信息后进行计算处理,并输出报警信息。5. 根据权利要求4所述的基于超声波测距的输电线弧垂测量系统,其特征在于:所述超 声波测距仪(10)的旁侧还设置有角度传感器(30),所述角度传感器(30)测量超声波测距仪 (10)的超声波发射头指向与竖直方向的夹角,所述角度传感器(30)将测量信号反馈至监控 终端(60),监控终端(60)接收信息后进行计算处理。6. 根据权利要求5所述的基于超声波测距的输电线弧垂测量系统,其特征在于:系统还 包括溫度传感器(40)和湿度传感器巧0 ),溫度传感器(40)和湿度传感器(50)分别测量系统 所在位置的湿度和溫度信息,并将测量信息反馈至监控终端(60),监控终端(60)接收信息 后进行计算处理。
【文档编号】G01S7/497GK105974423SQ201610272144
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】程健, 李军, 陈柱, 史明, 史一明, 吴嘉珉
【申请人】中国科学技术大学先进技术研究院
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