一种基于角度传感器的围杆作业安全保护装置及方法与流程

本发明涉及安全带，尤其是一种基于角度传感器的围杆作业安全保护装置及方法。

背景技术：

1、杆塔是架空配电线路中的基本设备之一，按所用材质可分为木杆、水泥杆和金属杆三种，最常见的是水泥杆。当技术人员需要攀登杆塔进行线缆安装或检修时，为保证基本的人身安全，一般都会佩戴爬杆专用的安全绳索和安全带。而在现有的技术中只是采用了安全绳索和安全带进行保护，但是相关的作业人员在进行杆塔高空作业时经常会因为遗忘或其他原因不规范使用甚至不使用安全带和安全绳，存在极大的安全隐患，因此需要一种能够判断安全绳是否正常使用的技术，来提高作业人员进行杆塔高空作业的安全性。

2、在中国专利文献上公开的“一种后备保护绳未系自动报警的电工安全带”。其公开号为cn210583402u，公开日期为2020-05-22，包括安全带和后保绳，后保绳固定在安全带上；后保绳上滑移连接有插槽，插槽内部设置有光电传感器，后保绳远离安全带的一端设置有插板，插板端部设置有用于遮挡光电传感器的遮光板，光电传感器电连接有控制芯片，控制芯片电连接有报警装置和电源模块。能够在施工人员登高的过程中自动检测后保绳是否系上，并在后备保护绳未系的时候自动发出报警提示施工人员的效果。但是该技术仅能判断是否挂上安全绳，仍然没有解决判断安全绳是否正常规范使用的问题，存在安全隐患。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中在作业人员进行杆塔高空作业时无法判断安全绳是否被正常规范使用，存在较大安全隐患的问题，提供了一种基于角度传感器的围杆作业安全保护装置及方法，在与安全带主体连接的安全绳的前端设置角度传感器，通过安全绳的前端的角度变化来判断安全绳是否存在低挂高用的不规范使用情况，减少杆上作业的不安全行为。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于角度传感器的围杆作业安全保护装置，包括相互连接的安全带主体和安全绳，所述安全带主体上设置有安全感知终端，所述安全绳的前端与安全带主体活动连接，安全绳的前端设置第一角度传感器；所述安全感知终端包括主控模块，主控模块接收第一角度传感器采集到的角度信息判断安全绳的使用是否正确，并将判断信息发送到示警模块和通信模块。

4、本发明中可以基于现有的安全带主体和安全绳进行改进，在安全带主体上加装集成各个功能的安全感知终端，在安全绳的前端设置第一角度传感器并与安全感知终端通信连接；在杆上高空作业时，作业人员固定好安全绳后，因为安全绳前端和安全绳后端的系挂高度不同，安全绳前端的角度会存在差异，通过角度变化能够防止安全绳低挂高用的不规范行为，并通过示警模块发出声光报警，提醒作业人员尽快更正不规范的使用行为。

5、作为优选，所述安全带主体的腰部安全带上设置压力传感器，压力传感器检测到的压力信号通过主控模块中的压电转换模块转换为数字信号。

6、本发明中还在安全带主体的腰部安全带上设置压力传感器，通过压力传感器检测到的压力信号转换为数字信号后，根据检测到的作业人员腰部压力变化判断是否处于登杆状态。

7、作为优选，所述安全绳的前端活动连接有移动配重装置，安全绳的后端设置有第二角度传感器；当安全绳的前端与安全带主体完成连接、安全绳的后端完成悬挂固定后，移动配重装置与安全绳的前端脱离，沿安全绳移动。

8、本发明中在未进行登杆使用安全带和安全绳时，移动配重装置与安全绳的前端连接，在作业人员将安全绳后端固定在杆塔上，将安全绳前端与安全带主体连接并穿上安全带主体后，移动配重装置与安全绳前端脱离，因为重力作用沿安全绳移动到安全绳的最低点，使得安全绳前端和安全绳最低点之间的安全绳近似为斜直线，安全绳后端和安全绳最低点之间的安全绳也近似为斜直线，便于角度的检测。

9、作为优选，所述移动配重装置包括移动距离检测模块和与安全感知终端通信的无线模块；所述移动距离检测模块包括设置有第一圈数计数器的第一转轮和设置有第二圈数计数器的第二转轮；所述第一转轮和第二转轮之间夹有安全绳；第一转轮与安全绳的接触面为圆弧面，第二转轮与安全绳的接触面为圆弧面。

10、本发明中仅仅是根据安全绳前端的角度来进行安全绳规范使用的判断是比较容易出现误判的，比如当安全绳前端与安全绳后端的水平距离很接近时，即使没有低挂高用，安全绳前端的角度也可能会很小；为了进一步准确地检测安全绳是否存在低挂高用的问题，可以通过比较安全绳前端到最低点之间的部分长度与安全绳后端到最低点之间的部分长度来进行是否低挂高用的判断；移动距离检测模块用于检测安全绳前端到最低点之间的部分安全绳的长度，因为安全绳夹在第一转轮和第二转轮之间，所以移动配重装置沿安全绳移动时，第一转轮和第二转轮在安全绳上滚动，通过计算滚动圈数与单圈长度之积可以得到要求的距离。

11、作为优选，所述移动配重装置还包括：

12、风速检测模块，检测移动配重装置所在位置的实时风速并通过无线模块发送到安全感知终端；摆动幅度检测模块，检测安全绳的摆动幅度并通过无线模块发送到安全感知终端。

13、本发明中还设置了其他针对安全隐患的检测，在高空作业的过程中，当风速过大时极容易发生维修零部件坠落甚至人员坠落的问题，因此需要进行风速检测保证安全的作业环境；此外由于安全绳最低点挂有移动配重装置，因此在正常情况下安全绳的摆动幅度较小，当存在外力影响(比如风吹、或作业人员自身晃动等情况)时，安全绳会大幅度摆动，因此可以根据摆动幅度大小作为是否存在安全隐患的判断依据。

14、一种基于角度传感器的围杆作业安全保护方法，包括：

15、完成安全绳的前端与安全带主体的连接以及安全绳的后端的悬挂固定；

16、获取第一角度传感器采集到的第一角度，与预设的角度阈值进行比较；当第一角度小于角度阈值时判定安全绳没有正确使用；

17、示警模块进行报警，并通过通信模块远程发送状态信息。

18、本发明中在杆上高空作业时，作业人员固定好安全绳后，因为安全绳前端和安全绳后端的系挂高度不同，安全绳前端的角度会存在差异；在安全绳前端的水平高度小于安全绳后端的水平高度时，安全绳前端的角度相对较大，在安全绳前端的水平高度大于安全绳后端的水平高度时，安全绳前端的角度相对较小，因此可以设置角度阈值对第一角度进行判断来判断安全绳是否正确使用，对于没有正确使用的情况进行报警，同时通过通信模块进行远程通信。

19、作为优选，检测移动配重装置从安全绳的前端沿安全绳移动的距离l1，结合第一角度计算其在竖直方向上的投影长度h1；

20、由安全绳总长度l和移动配重装置的移动距离l1计算移动配重装置到安全绳的后端之间的安全绳长度，并结合第二角度传感器采集到的第二角度计算其在竖直方向上的投影长度h2；当h2与h1的比值小于或等于1时，判定安全绳没有正确使用。

21、本发明中由于移动配重装置的设置，在杆塔高空作业时，安全绳前端与最低点之间的安全绳近似为斜直线，从而得到其第一角度，安全绳后端与最低点之间的安全绳近似为斜直线，从而得到其第二角度；然后根据三角形斜边与直角边之间的关系得到以安全绳最低点作为基准的安全绳前端的相对高度和安全绳后端的相对高度，将两者的相对高度进行比较来判断是否存在低挂高用的情况；本发明中由于移动配重装置位于安全绳的最低点，对安全绳的最低点存在向下的重力作用，会使得安全绳最低点两侧的安全绳上的拉力不一定相等，导致第一角度和第二角度不相同，因此需要对两个角度都进行检测来提高准确性。

22、作为优选，当风速检测模块检测到的实时风速大于预设的风速阈值时，判定存在安全风险进行报警；

23、当摆动幅度检测模块检测到安全绳的摆动幅度大于预设的幅度阈值时，判定存在安全风险进行报警。

24、本发明中可以根据实际情况设置风速阈值和幅度阈值，认定风速大于风速阈值时或安全绳的摆动幅度大于幅度阈值时高空作业不安全，进行报警提醒作业人员注意安全或回到地面。

25、本发明具有如下有益效果：在与安全带主体连接的安全绳的前端设置角度传感器，通过安全绳的前端的角度变化来判断安全绳是否存在低挂高用的不规范使用情况，减少杆上作业的不安全行为；设置了能沿安全绳移动的移动配重装置，使得在杆上作业时安全绳的前端、后端与安全绳的最低点之间近似为三角形，在进行安全绳前端的角度检测和安全绳后端的角度检测时更准确；在移动配重装置上设置移动距离检测模块，根据安全绳前端与移动配重装置之间安全绳长度在竖直方向上的投影与安全绳后端与移动配重装置之间的安全绳长度在竖直方向上的投影的对比来更准确地判断是否存在低挂高用的不规范行为，减少安全隐患。