一种异形窄小腔体温度检测系统的制作方法

本申请涉及线缆检测的技术领域，具体而言，涉及一种异形窄小腔体温度检测系统。

背景技术：

随着城市用电负荷的快速增长，对供电可靠性提出了越来越高的要求，采用地下电缆穿管敷设输电方式逐渐取代架空输电方式，其中，电缆线芯温度是地下电缆穿管敷设的一个重要参数。输电电缆一旦超过负荷，线芯温度将急剧上升，高于允许温度，由此加速电缆绝缘老化，甚至发生绝缘介质热击穿，最后导致电缆火灾的发生。

在城市电网运行维护过程中对地下管内电缆定期巡检或不定期故障排查，目前采用较多的是人工定期停电检修的方式，这种方式存在着停电带来经济损失大、客户用电中断，检修任务繁重等缺点。而采用管道检测机器人，可以实现对地下管道内的情况进行检测。

目前已有的管道检测检测机器人，如流动式检测机器人、履带式检测机器人、轮式检测机器人等，多为适应内部无物体的规则圆形管道，主要用于清扫和检查，且检测机器人本身体积较大。一方面，此类检测机器人无法进入已敷设电缆的电缆排管、并进行电缆温度检测，且不能够在异形窄小空间内自由穿行。

另一方面，现有的管道检测机器人通常采用gps信号进行定位，而在地下作业时，gps定位信号误差较大、且稳定性不高，影响线缆检测的效率，并且不能对周围的工作环境进行实时观测，更不能将各种数据收集处理并传回保存，对于数据的后期研究极不方便。

同时，现有的管道检测机器人还存在缺少在线控制，驱动方式大多比较复杂、导致能量消耗大、检测机器人工作时间会缩短等问题。

技术实现要素：

本申请的目的在于：提供一种可以在已敷设电缆的地下排管中，对电缆进行温度检测和温度数据传输的检测机器人，实现带电情况下电缆温度的检测，提高供电稳定性和可靠性。

本申请的技术方案是：提供了一种异形窄小腔体温度检测系统，检测系统适用于排管中电缆温度的检测，检测系统包括控制平台和检测机器人，控制平台用于控制检测机器人在排管中的移动，检测机器人包括：三角支撑腔体，移动驱动单元，质量块和弹性支撑腿；三角支撑腔体的侧面设置有可拆卸的连接盖板，三角支撑腔体的各个顶角安装有弹性支撑腿，三角支撑腔体的尾部设置有滑动通孔；移动驱动单元包括电压形变单元和滑动连接杆，移动驱动单元设置于三角支撑腔体的尾部，滑动连接杆穿过滑动通孔，电压形变单元通过滑动连接杆连接于质量块，其中，电压形变单元通过滑动连接杆带动质量块在三角支撑腔体的尾部做伸缩运动。

上述任一项技术方案中，进一步地，移动驱动单元，还包括：驱动板；驱动板用于向电压形变单元施加形变电压，当电压形变单元被施加形变电压时，电压形变单元产生弯曲形变，并带动质量块移动，电压形变单元产生弯曲形变后，当撤销形变电压时，电陶瓷驱动结构恢复形变，并在质量块的惯性作用下，使得弹性支撑腿产生位移形变，位移形变用于带动检测机器人移动。

上述任一项技术方案中，进一步地，弹性支撑腿包括：连接部，弹簧，支撑板；连接部的一端为内凹角形，与三角支撑腔体的顶角向配合，连接部上还设置有连接孔，用于固定连接部和三角支撑腔体；连接部的另一端为连接平面，连接于弹簧的一端，弹簧的另一端连接于支撑板。

上述任一项技术方案中，进一步地，三角支撑腔体还包括：隔板和测温探头；隔板设置于三角支撑腔体内，隔板用于将三角支撑腔体分为上下两层，隔板上安装有驱动板；测温探头穿过三角支撑腔体的底面中心位置处的测温通孔，正对于底面的下方，测温探头用于测量排管中的电缆的温度。

上述任一项技术方案中，进一步地，隔板分为前隔板和后隔板两个部分，检测机器人还包括：中央控制器，测温数据a/d转换模块和无线通讯模块；无线通讯模块设置于后隔板，无线通讯模块用于接收控制平板发送的移动指令，并将移动指令发送至控制器；中央控制器设置于前隔板，中央控制器用于根据移动指令，控制驱动板产生形变电压，包括前进形变电压和后退形变电压；测温数据a/d转换模块设置于前隔板，测温数据a/d转换模块连接于测温探头，测温数据a/d转换模块用于将温度转换为数字量，并将转换后的温度，经由中央控制器，发送至无线通讯模块；无线通讯模块还用于将转换后的温度发送至控制平板。

上述任一项技术方案中，进一步地，检测机器人还包括：摄像头；摄像头设置于三角支撑腔体的首部，摄像头用于获取排管内的图像信息，并将图像信息经由中央控制器发送至无线通讯模块；无线通讯模块还用于将图像信息发送至控制平板。

上述任一项技术方案中，进一步地，控制平板包括：图像显示单元、温度显示单元和保存单元；图像显示单元设置于控制平板的右上角，图像显示单元用于显示图像信息；温度显示单元设置于控制平板的左侧，温度显示单元用于显示排管内电缆的温度；保存单元用于将图像信息和温度，保存于文档中，文档的格式为记事本txt格式。

上述任一项技术方案中，进一步地，检测机器人还包括：安全线绕线轮；安全线绕线轮设置于检测机器人的尾部，安全线绕线轮位于弹性支撑腿与三角支撑腔体连接部的上方，安全线绕线轮用于当检测机器人移动时转动，将缠绕于其上的安全线铺设于排管内，安全线绕线轮上设置有编码器，编码器用于记录安全线绕线轮的转动圈数，转动圈数用于对检测机器人进行定位。

本申请的有益效果是：

1.本发明的优势在于使用全新的驱动方案和类似于三角支撑腔体的结构设计方案，在保障动力的基础上，设计尺寸缩小，不但可以适应电缆排管内异形窄小空间的使用要求，而且还能够保证检测机器人在排管内位置的相对稳定性，进而可以提高了测温探头采集温度数据的准确性。

2.本发明的优势在于借助增量式编码器实现了一种全新的管道内定位方法，此种定位方式不仅速度快，精度高，抗干扰性强，而且可以在运行过程中做到实时更新，保障了位置数据采集的准确性和高精度性。

3.本发明的优势在于使用了多种智能传感器，例如非接触式红外线测温传感器，夜视摄像头。这些传感器配合无线传输模块的使用，检测机器人具备了实时感知环境情况，实时传输采集到的多种数据的能力，同时检测机器人还能够进行功能拓展，应用场景更加广阔。

4.本发明的优势在于创造了新型人机交互平台，开发了轻便智能的工业级控制平板，能够实时显示多种数据，并能够对数据保存，同时还具有给远方的检测机器人传达指令的功能。这方便了工作人员的观察，控制操作和技术人员对数据的深入研究。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的异形窄小腔体温度检测系统的示意图；

图2是根据本申请的一个实施例的弹性支撑腿的示意图；

图3是根据本申请的一个实施例的检测机器人硬件布局图；

图4是根据本申请的一个实施例的数据传输示意图；

图5是根据本申请的一个实施例的控制平板的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种异形窄小腔体温度检测系统，检测系统适用于排管中电缆温度的检测，检测系统包括控制平台和检测机器人，控制平台用于控制检测机器人在排管中的移动。检测机器人包括：三角支撑腔体1，移动驱动单元2，质量块4和弹性支撑腿3，三角支撑腔体1的侧面设置有可拆卸的连接盖板，三角支撑腔体1的各个顶角安装有弹性支撑腿3，三角支撑腔体1的尾部设置有滑动通孔。

本实施例中的检测机器人采用三角支撑腔体1为主结构板，还包括一个移动驱动单元2，四个弹性支撑腿3，控制器，无线通讯模块和测温探头安装部分组成。主结构板为为铝合金7系硬质材料，长450mm，宽18mm，设计有多种安装孔，其中，本实施例中的移动驱动单元2可以选用压电驱动单元，测温探头为非接触式红外测温探头，探头最高可以适应排管内90度高温。

在三角支撑腔体1中的隔板5上，以便于将三角支撑腔体1中划分为两部分，便于检测机器人中各个模块的安装。在腔体的上层，前隔板安装有中央控制器，后隔板安装有测温数据a/d转化模块和无线通讯模块。在腔体的下层，三角支撑腔体1底部中心位置，开设有测温通孔7，将检测机器人的测温单元安装于下层，以便于将测温探头安装在孔内，用于检测排管内电缆温度，检测机器人的移动驱动单元2包含有驱动板和电压形变单元，检测机器人的后面是质量块4和弹性支撑腿3，移动驱动单元2的驱动板也可以安装在腔体的下层。

同时，还可以在检测机器人腔体的下层中设置数据天线，作为无线通讯模块的补充，以提高数据传输的可靠性。

进一步的，弹性支撑腿3包括：连接部，弹簧，支撑板；连接部的一端为内凹角形，与三角支撑腔体1的顶角向配合，连接部上还设置有连接孔，用于固定连接该连接部和三角支撑腔体1；连接部的另一端为连接平面，连接于弹簧的一端，弹簧的另一端连接于支撑板。

在主结构板上部的最前端，使用两套螺丝组，将摄像头6和主结构板连接，固定。摄像头6长度80mm，高度10mm，采用带有夜视功能且无畸变的双目摄像头6，用来观察排管内的情况和检测机器人前进路线。

在三角支撑腔体1的后方，安装一个安全线绕线轮8，配合编码器实现管道内精准定位方法。另一方面也可以在检测机器人工作故障时，从管内拉出检测机器人。

本实施例示出检测机器人的一种实现方式，为了充分利用三角支撑腔体1内的空间，在三角支撑腔体1内设置隔板5，隔板5设置于三角支撑腔体1内，隔板5用于将三角支撑腔体1分为上下两层，隔板5上安装有移动驱动单元2，其中，隔板5分为前隔板和后隔板两个部分。

检测机器人硬件电路包括前端的摄像头6，之后是的中央控制器和测温数据a/d转化模块还有驱动板，后部是无线通讯模块和测温探头，安全线绕线轮8。

摄像头6设置于三角支撑腔体1的首部，摄像头6用于获取排管内的图像信息，并将图像信息经由中央控制器发送至无线通讯模块；摄像头6采集图像信息，图像信息经过中央控制器压缩和分包处理后，传给无线通讯模块发至控制平板。

进一步的，检测机器人还包括：中央控制器，测温数据a/d转换模块和无线通讯模块；无线通讯模块设置于后隔板，无线通讯模块用于接收控制平板发送的移动指令，并将移动指令发送至控制器；中央控制器设置于前隔板，中央控制器用于根据移动指令，控制驱动板产生形变电压，包括前进形变电压和后退形变电压；测温数据a/d转换模块设置于前隔板，测温数据a/d转换模块连接于测温探头，测温数据a/d转换模块用于将温度转换为数字量，并将转换后的温度，经由中央控制器，发送至无线通讯模块；无线通讯模块还用于将转换后的温度发送至控制平板。

测温探头穿过三角支撑腔体1的底面中心位置处的测温通孔7，正对于底面的下方，测温探头用于测量排管中的电缆的温度。测温探头检测排管电缆红外线发射的强度，转换为4-20ma的模拟量信号并将该信号传入测温数据a/d转化模块，将模拟量变为数字量，传至中央控制器，中央控制器控制无线通讯模块，将温度数据发送到控制平板。

控制平板的控制信号经过无线通讯模块接收，传到中央控制器，中央控制器处理控制信号，控制驱动板，进而控制电压形变单元，决定检测机器人前进和后退。

进一步的，检测机器人还包括：安全线绕线轮8；安全线绕线轮8设置于检测机器人的尾部，安全线绕线轮8位于弹性支撑腿3与三角支撑腔体1连接部的上方，安全线绕线轮8用于当检测机器人移动时转动，将缠绕于其上的安全线铺设于排管内，安全线绕线轮8上设置有编码器，编码器用于记录安全线绕线轮8的转动圈数，转动圈数用于对检测机器人进行定位。

具体的，安全线绕线轮8配合编码器，检测机器人前进的同时，会在走过的地方留下安全线，同时安全线绕线轮8带动编码器码盘旋转，产生电信号脉冲，经过脉冲计数器计数，传到中央控制器进行计算，中央控制器按照脉冲计数和轮周长进行检测机器人位置计算，确定出检测机器人当前在管内的位置，然后中央控制器控制无线通信模块，将检测机器人的当前位置传出。

另外，如果检测机器人在排管中出现故障，可以通过检测机器人尾部的安全线将其拖出。

如图3所示，本实施例示出检测机器人的另一种实现方式，检测机器人主要由5个模块组成：中央控制器、测温模块(包括测温探头和测温数据a/d转化模块)、运动模块(包括驱动板、电压形变单元、质量块4和弹性支撑腿3)，通信模块(包括无线通讯模块和数据天线)，摄像头6。本实施例中的以dm6446处理器为中央控制器，dm6446芯片具有高速、低功耗等特点，其特有的达芬奇技术能够为图像压缩编码提高效率。dm6446芯片采用arm+dsp双核处理器架构，arm子系统运行嵌入式操作系统来高效的管理各设备之间的运行，协调各个进程、线程之间的通信。dsp子系统进行数字信号处理，完成对信号的实时编码与传输。

温度检测过程中各模块间数据传输如图4所示。摄像头6采集检测机器人前进方向的图像信息，摄像头6供电接口连接中央控制器5v供电口，图像信息输出接口连接中央控制器的i/o口，将图像信息传入dm6446处理器，处理器对图像信息进行压缩编码处理，传到以nrf24l01为核心的无线通讯模块，然后再发送到控制平板，控制平板接收器接收数据信号，进行解码复原，然后在屏幕窗口中显示图像。

测温探头选用非接触式mlx90614红外线测温探头，他在to-39金属封装里集成了红外感应热电堆探测芯片和信号处理专用集成芯片，具有高精度高分辨度等特点。测温探头根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，将感应到的红外线能量强弱转化为相应的电信号模拟量，然后传到与中央控制器i/o口相连接的温度数据a/d转化模块，将模拟量信号转化为数字量信号，传入中央控制器，中央控制器将数据分包后传给无线通讯模块，并通过发送电平和时钟，控制无线通讯模块将数据发出，控制平板接收数据并显示和记录。

之后是移动驱动单元2安装部分，包含有驱动板、电压形变单元、质量块4和弹性支撑腿3。

移动驱动单元2包括电压形变单元和滑动连接杆，移动驱动单元2设置于三角支撑腔体1的尾部，滑动连接杆穿过滑动通孔，电压形变单元通过滑动连接杆连接于质量块4，其中，电压形变单元通过滑动连接杆带动质量块4在三角支撑腔体1的尾部做伸缩运动。

进一步的，移动驱动单元2，还包括：驱动板；驱动板用于向电压形变单元施加形变电压，当电压形变单元被施加形变电压时，电压形变单元产生弯曲形变，并带动质量块4移动，电压形变单元产生弯曲形变后，当撤销形变电压时，电陶瓷驱动结构恢复形变，并在质量块4的惯性作用下，使得弹性支撑腿3产生位移形变，位移形变用于带动检测机器人移动。

本实施例中的检测机器人使用电压驱动方案，电压形变单元可以选用常见的压电陶瓷，如锆钛酸铅压电陶瓷，代号pzt。压电陶瓷是以通过压电陶瓷的逆压电效应产生的位移和力作为驱动源。通常分为层叠型压电驱动源和双膜片型压电驱动源。层叠型的主要特点是：响应特性好，产生力大，形变位移量小。双膜片的主要特点：弯曲形变量大，发热量小，产生力相对较偏小。本实施例中选用层叠型压电驱动源。

压电驱动的工作原理是：利用压电陶瓷的逆压电效应，引发快速伸缩弯曲形变，促使质量块4对检测机器人本体产生惯性冲击力，在弹性支撑腿3和管壁间摩擦力的共同作用下，推动检测机器人本体沿着排管管壁移动，移动速度和方向由控制平板控制，弹性支撑腿3能够适应管道内径的变化。

当检测机器人前进时，其运动机理是利用压电效应，使得压电驱动器的功能元件产生形变，当缓慢驱动电压形变单元，带动质量块4伸长一定距离，到质量块4远端(相对于检测机器人的最大距离处)，然后快速驱动电压形变单元带动质量块4返回。由于返回加速度大，质量块4惯性力大于弹性支撑腿3与排管管壁间的静摩擦力，给检测机器人本体提供向前的一个瞬时冲击力，使检测机器人本体前进一段距离。反之慢速返回，快速伸开，便实现了检测机器人本体的后退。

检测机器人定位则通过一个绕线轮上的1024线编码器进行，绕线轮转动时触发1024线增量式编码器，编码器将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式。编码器借助码盘把角位移转换成电信号。1024线增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成脉冲，使用脉冲计数器统计脉冲数目绕线轮每旋转一周，就会产生并输出特定数目的脉冲，使用输入捕捉模块进行脉冲输入的捕捉，在中断程序中使用全局变量进行计数，也可以通过脉冲计数器的方式，通过脉冲累加器进行脉冲输入捕捉，模数计数器设置为单位时间中断，在模数计数器中断程序中读取脉冲累加器的计数数值，在单位时间内记录输出的脉冲数即可知道转动的圈数，即绕线轮转动速度，然后将脉冲数目传至中央控制器，中央控制器执行位移计算程序即转动圈数乘以绕线轮周长，计算出当前检测机器人前行的距离，确定出检测机器人在管内的位置，同时，将位置信息和同一时刻温度信息一起通过无线通信模块发送到控制平板。

如图5所示，控制平板包括：图像显示单元、温度显示单元和保存单元；图像显示单元设置于控制平板的右上角，图像显示单元用于显示图像信息；温度显示单元设置于控制平板的左侧，温度显示单元用于显示排管内电缆的温度；保存单元用于将图像信息和温度，保存于文档中，文档的格式为记事本txt格式。

控制平板中显示操作界面，有左右两部分。在界面的左上角使用qlabel将收集到的数据显示出来；他下面挨着的编辑框将获取的信息完整显示出来。在编辑框正下方是一个保存按钮，当按下编辑框下面的保存按钮时，使用qfile将编辑框中内容存在系统既定文档中，比如记事本或word中，使用数据时直接将数据导入分析软件，。再下面是虚拟操纵杆，用来控制检测机器人在排管内前进和后退，用dial表盘做操纵杆，使用函数获取表盘位置，然后发送相应指令，与下位机通信。界面的右边部分是一个qlabel控件，将摄像头6实时拍摄情况显示，拍摄显示窗口下面是一个当前图片保存按钮，当按下保存按钮时，执行保存当前图像的操作，图片存储命名为“时间+位置+温度”，在界面的左下角，能够实时在以位置为横坐标，以摄氏温度为纵坐标的实时电缆温度变化曲线，便于操作人员系统得观察数据情况。

另外，平板支持外接存储设备，检测机器人巡检工作结束后，工作人员可以从控制平板中将收集到的位置温度，影像照片导出到其他存储器中，例如u盘，方便后续进行研究和分析。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种异形窄小腔体温度检测系统，检测系统适用于排管中电缆温度的检测，检测系统包括控制平台和检测机器人，控制平台用于控制检测机器人在排管中的移动，检测机器人包括：三角支撑腔体，移动驱动单元，质量块和弹性支撑腿；三角支撑腔体的侧面设置有可拆卸的连接盖板，三角支撑腔体的各个顶角安装有弹性支撑腿，三角支撑腔体的尾部设置有滑动通孔；移动驱动单元包括电压形变单元和滑动连接杆，移动驱动单元设置于三角支撑腔体的尾部，滑动连接杆穿过滑动通孔，电压形变单元通过滑动连接杆连接于质量块，其中，电压形变单元通过滑动连接杆带动质量块在三角支撑腔体的尾部做伸缩运动。通过本申请中的技术方案，提供一种可以在已敷设电缆的地下排管中，对电缆进行温度检测和温度数据传输的检测机器人，实现带电情况下电缆温度的检测，提高供电稳定性和可靠性。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。