一种杆塔拉线张力检测装置的制作方法

本实用新型涉及张力及倾角检测相关技术领域，特别是涉及一种杆塔拉线张力检测装置，主要应用于电力施工、检修、运维时杆塔拉线张力及倾角的检测，评估拉线运行状态，排查安全隐患。

背景技术：

输配电线路上的拉线是用于平衡杆塔承受的输电导线的张力，时刻都在保护着电网安全稳定运行，一旦拉线受到破坏将会造成电网事故。如果拉线与地面的倾角太大，则会使拉线承受的力大大增加，影响线路安全运行；如果拉线与地面倾角太小，则会使拉线承受的力要大大减小，造成杆塔倾斜，所以张力拉线与地面的倾角一般以45°为宜。目前在输配电线路拉线的施工、维护、检修等工作中，存在着施工工艺不规范，运行维护方法不正确等问题，使施工作业过程存在较大的安全隐患。作业人员杆上进行施工紧线放线过程中，导线张力会发生变化，若拉线施工不规范，可能导致拉线起不到平衡张力的作用，严重时导致倒杆，由于缺乏相应的拉线参数检测手段，仅凭经验进行判断，极易导致安全生产事故的发生。因此，对拉线参数的测量是确保施工作业安全的保障。

技术实现要素：

针对目前在施工及运维检修作业过程中对杆塔拉线张力及倾角缺乏检测手段，极易导致安全生产事故的问题，提出一种杆塔拉线张力检测装置，对杆塔拉线张力及倾角进行检测，防止安全事故的发生。

一种杆塔拉线张力检测装置，包括旁压式张力传感器、倾角传感器和显示终端；所述显示终端处理、存储、显示张力及倾角数据，所述倾角传感器内置于所述旁压式张力传感器腔体底部并与之固定连接；所述旁压式张力传感器与所述显示终端电连接，所述倾角传感器与所述显示终端电连接；

所述旁压式张力传感器包括夹紧部、结构本体和应力感应元件，所述夹紧部与所述结构本体可拆卸地螺纹连接；所述结构本体两端开设有允许拉线通过的弧形导槽，所述夹紧部夹紧拉线并使其接触所述结构本体的弧形导槽表面，所述应力感应元件感应拉线的张力变化并输出电信号；

所述显示终端包括采集模块、微处理器模块、显示模块、存储模块、电源模块、面板参数设置模块和报警模块，所述采集模块采集所述旁压式张力传感器的张力数据和所述倾角传感器的倾角数据，所述微处理器模块用于张力数据和倾角数据的处理及分析，所述显示模块用于显示张力值及倾角值，所述存储模块用于存储张力数据及倾角数据，所述电源模块为各个模块供电；所述面板参数设置模块可设置张力值的上下限报警值、倾角值的上下限报警值，当采集到的张力值或倾角值超过所述面板参数设置模块的上下限报警值时，所述报警模块进行声光报警。

优选地，所述旁压式张力传感器和所述倾角传感器集成在一起，与所述显示终端通过护套线可拆卸地电连接。

优选地，所述采集模块包括第一放大器(U1)、第二放大器(U2)、第三放大器(U3)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)，其中：

所述第一放大器(U1)、第二放大器(U2)相并联，所述第一放大器(U1)、第二放大器(U2)的输入正极端均为信号传感器电压输出信号的输入端，所述第一放大器(U1)、第二放大器(U2)的输入负极端串联第一电阻(R1)，所述第一放大器(U1)的输入负极端与输出端并联第二电阻(R2)，所述第二放大器的输入负极端与输出端并联第三电阻(R3)，所述第一放大器(U1)的输出端与所述第三放大器(U3)的输入正极端串联第四电阻(R4)，所述第二放大器(U2)的输出端与所述第三放大器(U3)的输入负极端串联第五电阻(R5)，所述第三放大器(U3)的输入正极端与模拟地串联第六电阻(R6)，所述第三放大器(U3)的输入负极端与输出端并联第七电阻(R7)；所述第三放大器(U3)的输入正极端与输入负极端并联第一电容(C1)，所述第三放大器(U3)的输入正极端与模拟地并联第二电容(C2)，所述第三放大器(U3)的输入正极端与模拟地并联第三电容(C3)。

优选地，第一电阻(R1)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)均为阻值可调的电位器；第二电阻(R2)与第三电阻(R3)阻值相等，第四电阻(R4)与第五电阻(R5)阻值相等，第六电阻(R6)与第七电阻(R7)阻值相等。

优选地，第二电容(C2)与第三电容(C3)容值相等，第一电容(C1)容值比第二电容(C2)容值至少大于10倍。

优选地，第一放大器(U1)、第二放大器(U2)、第三放大器(U3)均为轨对轨输出运算放大器。

优选地，第一放大器(U1)、第二放大器(U2)为LT6234、第三放大器(U3)为LT6233。

附图说明

图1是本实用新型杆塔拉线受力分析示意图

图2是本实用新型检测装置安装位置示意图

图3是本实用新型检测装置结构示意性框图

图4是本实用新型旁压式张力传感器的正视图

图5是本实用新型显示终端结构示意性框图

图6是本实用新型显示终端另一结构示意性框图

图7是本实用新型采集模块电路图

图8是本实用新型采集模块供电电源电路图

图9是本实用新型微处理器模块供电电源电路图

图10是本实用新型微处理器模块电路图

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.旁压式张力传感器；2.倾角传感器；3.显示终端；110.夹紧部；120.结构本体；130.应力感应元件；140.弧形导槽；150.拉线；310.采集模块；320.微处理器模块；330.显示模块；340.存储模块；350.电源模块；360.面板参数设置模块；370.报警模块；U1.第一放大器；U2.第二放大器；U3.第三放大器；R1.第一电阻；R2.第二电阻；R3.第三电阻；R4.第四电阻；R5.第五电阻；R6.第六电阻；R7.第七电阻；C1.第一电容；C2.第二电容；C3.第三电容。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是杆塔拉线受力分析示意图。拉线与地面的倾角β，平衡导线的张力为P，则拉线承受的力为：

F＝P/cosβ

式中：F为拉线承受的力(KN)；

P为导线的最大张力(KN)；

β为拉线与地面的倾角。

图2是检测装置安装位置示意图。在拉线上安装旁压式张力传感器和倾角传感器，传感器将参数传输至手持测量仪对数据进行显示、报警、存储等。

图3是检测装置结构示意性框图。包括旁压式张力传感器1、倾角传感器2和显示终端3；倾角传感器内置于旁压式张力传感器腔体底部并与之固定连接，该方式极大地简化了安装的便捷性，方便现场施工人员安装，同时倾角传感器固定在旁压式张力传感器腔体底部，使倾角传感器和拉线保持一条线，增加了测量精度。显示终端3主要负责处理、存储、显示张力及倾角数据，将显示终端3设置成手持式，集成在一起的传感器与显示终端3通过护套线可拆卸地连接，护套线的长度可以任意设置，一般为2米较为合适；安装使用较为方便，便于携带。同时，显示终端3支持不同量程的旁压式张力传感器进行测量1，比如对于架空配电线路的水泥杆拉线张力较小，使用较小量程的旁压式张力传感器1进行测量，对于架空输电线路的钢管杆、杆塔而言，拉线张力较大，使用量程较大的旁压式张力传感器1进行测量，这样可以提高测量精度，面对不同的测量对象，采用护套线进行可拆卸式安装，只需更换旁压式张力传感器1的量程便可以满足不同的测量环境，携带方便、节约成本，同时也便于对出现故障的测试仪进行维修。

图4是旁压式张力传感器的正视图。旁压式张力传感器1包括夹紧部110、结构本体120和应力感应元件130，夹紧部110与结构本体120可拆卸地螺纹连接；结构本体120两端开设有允许拉线150通过的弧形导槽140，夹紧部110夹紧拉线150并使其接触结构本体120的弧形导槽140的表面，应力感应元件130感应拉线的张力变化并输出电信号。安装时，拆下夹紧部110，使拉线150卡在弧形导槽140上，再装上夹紧部110并拧紧，便可完成安装。

应力感应元件130是利用具有压阻效应的半导体材料作为敏感元件，用ISO技术将半导体材料的敏感芯片封装在不锈钢波纹膜片的结构本体120中，在不锈钢波纹膜片和芯片之间充有硅油。旁压式张力传感器1的工作原理为：当拉线张力作用于波纹膜片上使其中的硅油受压，硅油将膜片的压力传递给半导体芯片。芯片受压后使其电阻值发生变化，电阻信号通过引线引出。不锈钢波纹膜片结构本体120受到压力并保护芯片。电阻信号的引线接入惠斯通电桥中。当敏感芯片没有外加压力作用时，电桥处于平衡状态(称为零位)当受压后芯片电阻发生变化，电桥失去平衡，在给电桥施加电压电源的情况下，电桥输出与压力对应的电信号并输出。

图5是显示终端结构示意性框图。显示终端3包括采集模块310、微处理器模块320、显示模块330、存储模块340和电源模块350，采集模块310负责采集张力数据和倾角数据，微处理器模块320用于张力数据和倾角数据的处理及分析，显示模块330用于显示张力值及倾角值，存储模块340用于存储张力数据及倾角数据，电源模块350为各个模块供电。

图6是显示终端3的另一结构示意性框图。在上述图5所示的显示终端3的基础上，还包括面板参数设置模块360和报警模块370，面板参数设置模块360可设置张力值的上下限报警值、倾角值的上下限报警值，当采集到的张力值或倾角值超过面板参数设置模块360的上下限报警值时，报警模块370进行声光报警。

图7是本实用新型采集模块电路图，采集模块输出端与微处理器内置模数转换器端口连接，对张力信号进行采集。R2＝R3，R4＝R5，R6＝R7，其中，R1、R6、R7采用阻值可调的电位器。则变送器的增益系数为：

对加到第一放大器U1、第二放大器U2输入端的共模电压在第一电阻R1两端具有相同的电位，从而不会在第一电阻R1上产生电流，也就无电流流过后级电路。因此，共模信号将以单位增益通过输入缓冲器，而差分电压信号将按的增益系数被放大，相当于共模抑制比相比与传统的差分电路增大了(1+(2R2/R1))倍。调节第一电阻R1的值可以改变变送器的增益系数，调节第六电阻R6、第七电阻R7可以使增益系数更加精准，从而降低运算放大器零漂。

第一放大器U1、第二放大器U2、第三放大器U3均为轨对轨输出运算放大器。第一放大器U1、第二放大器U2为双路轨对轨输出运算放大器LT6234，使第一放大器U1、第二放大器U2集成在一起，降低器件功耗和热噪声。第三放大器U3为单路轨对轨输出运算放大器LT6233。第二电阻R2与第一电阻R1构成第一级放大器，增益系数为(1+(2R2/R1))，第六电阻R6与第四电阻R4构成第二级放大器，增益系数为R6/R4，同样放大比例时可降低各电阻值，从而降低电阻热噪声，提高信号采集精度。

图8是本实用新型采集模块供电电源电路图。电源模块350包括集成的开关型电压转换器A1205S模块，输入电压12伏，输出电压为正负5伏，为采集模块310放大器供电；还包括电压基准模块MAX6350，输入电压范围为8伏～36伏，输出电压5伏，为传感器提供电源，通过使用电压基准为传感器供电相对传统的电源供电，可以大大降低电源纹波噪声对信号传感器输出信号不稳定的影响，提高信号传感器输出信号线性度和稳定性。传感器输出信号为毫伏级，和供电电源呈线性关系，一般为2毫伏/伏，采用的放大器虽然为低零漂器件，但受温度、电路板热噪声的影响，经两级放大后仍然会产生零漂，在本实施例中，第六电阻R6、第七电阻R7采用阻值可调的电位器，能够通过调节电阻值进一步消除零漂。为滤除放大器产生的共模信号及电源热噪声干扰，采用第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，同R6、R7构成滤波器，第一电容C1为差模电容、第二电容C2、第三电容C3为共模电容。

设R6＝R7,C2＝C3，则第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3，同R6、R7构成的差分滤波器，截止频率为：

第二电容C2、第三电容C3，分别同R6、R7构成的共模滤波器，截止频率为：

传统方法中一般使C1＝C2＝C3，这样使共模抑制比较小，在本实施例中，考虑张力信号为微弱直流信号，且张力采集为低频数据采集，因此需提高共模抑制比，尽可能消除零漂，同时降低差分滤波器的截止频率以滤除电源热噪声高频干扰，故使差模电容值至少大于共模电容10倍，在本实施例中，设R6＝R7＝1K，C2＝220pF，C1＝1uF。

电源模块350还包括对微处理器模块320供电的供电模块，电路图如图9所示，采用LTC3536为主电源芯片，将5伏电源电压转换为3.3伏为微处理器模块320供电。微处理器320采用MSP430F1611，其电路图如图10所示。

本实用新型采用将倾角传感器内置于旁压式张力传感器中，只需安装旁压式张力传感器便能够准确测量杆塔拉线的张力值和倾角值，且旁压式张力传感器的安装对导线无损伤，安装无需改变现有拉线状态，简单方便。手持测量仪实时显示张力值和倾角值，便于施工检修人员对拉线质量进行评估。

在进行杆上施工作业中，由于缺乏拉线参数测量，仅凭借施工人员经验，若拉线设置不合理，盲目登杆作业容易引发安全生产事故；该手持仪通过面板设置拉线张力值、倾角上下限报警值，当检测到拉线张力值达到设定值触发报警，提醒施工检修人员立即停止施工，防止安全事故发生。此外，为防止现场施工检修人员虚假填报张力值及角度值，测量仪支持数据存储及下载，能够存储施工检修人员拉线张力及角度测量结果，以便于管理人员复查当天施工现场拉线数据是否真实且符合要求。

以上实施例描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。