一种杆塔倾斜在线监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及输电线路杆塔监测技术领域，尤其涉及一种杆塔倾斜在线监测系统及其监测方法。

背景技术

我国国土辽阔，地质条件复杂多样，因地质复杂，我国的输电线路基本上都是采用架空线路，利用杆塔将线路架设在空中，在这种条件下，架空输电线路需要承受自重、风力、暴雪和冰雪等机械力的作用和风沙等有害气体的侵蚀，运行条件非常恶劣。在输电线路经过煤炭开采区、软土质地区、山坡地、沙漠地带、河床地带等不良地质区的时候，在自然环境或者外界的条件作用下，杆塔基础会发生滑移、倾斜、沉降等现象，从而造成杆塔的倾斜、变形，重者造成杆塔倾倒断线，导致输电线路陷于瘫痪，严重影响人们的正常生活，同时给电力公司和相关部门等带来巨大的经济损失。

目前，现有杆塔的倾斜角度检测方法是在杆塔上布设多个倾角传感器，由于传感器长期暴露在空气中容易造成自然因素对它的侵害，使得传感器本身出现测量误差，直接影响到对杆塔倾斜的分析，最终做出误判，并且降低了传感器的使用寿命；另外，倾角传感器是运用惯性原理的一种加速度传感器，若外界存在加速度将会影响倾角传感器的测量准确性，为了提高检测杆塔倾斜角度的准确性，目前所用到的传感器是选用倾角传感器外加陀螺仪对杆塔进行倾斜角度检测或者选用内部增加了MEMS陀螺仪芯片的三轴陀螺仪倾角传感器，在中国专利号为“CN207907862U”名称为“电线杆塔倾斜监测系统”的实用新型专利中已披露了用于杆塔倾斜角度检测的角度传感器模块选用型号为MPU6050的三轴陀螺仪角度传感器，两者的造价成本高，因此，我们提出一种杆塔倾斜在线监测系统能够解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有布设在杆塔上的倾角传感器因长期暴露在空气中易造成自然因素对传感器的侵害，使得传感器本身出现测量误差，并且降低了使用寿命的问题，另外已有用于杆塔倾斜角度检测的传感器多数选用倾角传感器外加陀螺仪或者选用内部增加了MEMS陀螺仪芯片的三轴陀螺仪倾角传感器，使得检测设备造价成本高的问题，公开了一种杆塔倾斜在线监测系统及其监测方法，通过在检测装置内部设置角度传感器结合摆锤机构能够实现对杆塔东西方向和南北方向倾斜角度和倾斜方位的检测，该检测装置结构简单，成本低，运行可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种杆塔倾斜在线监测系统，包括安装在杆塔上的检测装置和太阳能电池板，以及用于将检测数据传输给监控中心的移动通信网络，所述检测装置与太阳能电池板相连接，检测装置通过移动通信网络与监控中心无线连接；

所述检测装置包括箱体以及设置在箱体内部的供电单元、检测单元、控制板和天线；

所述供电单元包括设置在箱体内部的电池和电源模块，该电源模块包括充放电检测电路和电源管理电路，充放电检测电路与所述太阳能电池板、电池以及控制板均相连，电源管理电路与所述电池、控制板以及检测单元均相连，供电单元用于对系统的检测装置提供工作电源；

所述检测单元包括设置在箱体内部的x轴检测机构和y轴检测机构，x轴检测机构用于对杆塔东西方向倾斜角度的检测，y轴检测机构用于对杆塔南北方向倾斜角度的检测；

所述x轴检测机构包括第一角度传感器以及与第一角度传感器连接的第一摆锤机构；

所述y轴检测机构包括第二角度传感器以及与第二角度传感器连接的第二摆锤机构；

所述控制板的控制电路包括处理器、复位电路、时钟电路以及4G模块，处理器与所述充放电检测电路、电源管理电路、复位电路、时钟电路、4G模块、第一角度传感器、第二角度传感器均相连；

处理器用于对第一角度传感器和第二角度传感器所采集的杆塔倾斜角度信号进行接收、分析处理后，控制4G模块通过移动通信网络传输至监控中心。

优选的，所述检测装置设置在杆塔的横担上端面，且一侧通过卡箍固定在杆塔的外壁上。

优选的，所述箱体内部纵向设置有第一隔板，第一隔板的左侧面通过螺钉固定安装所述控制板；

所述箱体内部的左侧面上设置有用于固定所述电池的电池固定座，该电池固定座通过螺钉固定安装在箱体的内底面和内顶面；

所述电源模块设置在箱体的内底面上，且间隔设置在电池与控制板之间。

优选的，所述第一隔板与箱体右侧面之间横向设置有第二隔板，该第二隔板与箱体内底面之间纵向设置有安装板，所述安装板的中部上方设置有安装孔一，该安装孔一用于安装所述第一角度传感器；

所述第一隔板的中部上方靠近顶部位置设置有安装孔二，该安装孔二用于安装所述第二角度传感器。

优选的，所述第一角度传感器的输出端设置有第一连接轴，所述第一角度传感器上靠近第一连接轴的一端设置有第一角度传感器法兰，该第一角度传感器的一端伸入至安装孔一的内部并通过第一角度传感器法兰结合螺钉固定安装在所述安装板上；

所述第二角度传感器的输出端设置有第二连接轴，所述第二角度传感器上靠近第二连接轴的一端设置有第二角度传感器法兰，该第二角度传感器的一端伸入至安装孔二的内部并通过第二角度传感器法兰结合螺钉固定安装在所述第一隔板上。

优选的，所述第一摆锤机构包括第一连接头和第一摆锤，所述第一连接头的底部设置第一摆杆，第一摆锤通过第一摆杆与第一连接头固定连接；

所述第一连接头通过第一紧定螺钉固定套接在所述第一连接轴的外周；

所述第二摆锤机构包括第二连接头和第二摆锤，所述第二连接头的底部设置第二摆杆，第二摆锤通过第二摆杆与第二连接头固定连接；

所述第二连接头通过第二紧定螺钉固定套接在所述第二连接轴的外周。

优选的，所述处理器选用32位处理器。

本发明同时提供了一种杆塔倾斜在线监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：系统上电初始化；

步骤2：判断电池电量是否满足供电限值要求，如果满足供电要求，执行步骤3，否则执行步骤6将电池电量不足的信息发送至监控中心；

步骤3：读取x轴和y轴的角度数据；

步骤4：判断是否有角度发生变化，如果有角度发生变化，执行步骤5，否则返回步骤2循环进行检测；

步骤5：调用判断方位子程序；

步骤6：通过UART口发送数据给4G模块，4G模块通过移动通信网络将数据传输给监控中心，之后再次循环检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种杆塔倾斜在线监测系统及其监测方法，在杆塔上安装检测装置，通过4G模块利用移动通信网络将检测数据传输至监控中心，由监控中心对所检测到的数据进行预警，达到了杆塔倾斜在线监测的目的；

本发明通过在箱体内部设置x轴检测机构和y轴检测机构，能够实现对杆塔东西方向和南北方向倾斜角度和倾斜方位的检测，并且具有结构简单，运行可靠等特点；

本发明的检测机构通过选用角度传感器结合摆锤机构替代了传统的倾角传感器外加陀螺仪，降低了检测设备的成本，并且将传感器安装在箱体内部，避免了自然因素对传感器的侵害，提高了传感器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明系统组成结构示意图；

图2为本发明的检测装置组成结构示意图；

图3为本发明的检测装置中供电单元组成结构示意图；

图4为本发明的检测装置中控制电路原理框图；

图5为本发明的检测装置在杆塔上安装的结构示意图；

图6为本发明的检测装置整体剖面结构示意图；

图7为本发明的x轴检测机构中第一连接头与第一连接轴安装结构剖面图；

图8为本发明的y轴检测机构中第二连接头与第二连接轴安装结构剖面图；

图9为本发明的检测装置安装方向对应关系图；

图10为本发明的程序实施流程图；

图11为本发明的判断方位子程序实施流程图。

图中：1、杆塔；2、太阳能电池板；3、检测装置；4、横担；5、移动通信网络；6、监控中心；

31、箱体；32、电池；33、电池固定座；34、电源模块；35、控制板；36、第一隔板；37、第二隔板；38、安装板；39、天线；40、线缆密封套；41、第一角度传感器；42、第一连接头；43、第二角度传感器；44、第二连接头；45、第一紧定螺钉；46、第二紧定螺钉；47、x轴检测机构；48、y轴检测机构；

341、充放电检测电路；342、电源管理电路；

351、控制电路；352、处理器；353、复位电路；354、时钟电路；355、4G模块；

411、第一角度传感器法兰；412、第一连接轴；

421、第一摆杆；422、第一摆锤；423、第一螺孔；

431、第二角度传感器法兰；432、第二连接轴；

441、第二摆杆；442、第二摆锤；443、第二螺孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种杆塔倾斜在线监测系统，包括安装在杆塔1上的检测装置3和太阳能电池板2，以及用于将检测数据传输给监控中心6的移动通信网络5，所述检测装置3与太阳能电池板2相连接，检测装置3通过移动通信网络5与监控中心6无线连接；

本实施例中检测装置3与太阳能电池板2之间通过线缆连接，检测装置3的箱体31的顶部左侧方设置有过线孔，线缆通过过线孔伸入至检测装置3的箱体内部并与电源模块34连接，过线孔内壁与线缆之间设置有线缆密封套40，设置线缆密封套40目的是避免外部的水分或灰尘进入箱体31的内部。

请参阅图2，所述检测装置3包括箱体31以及设置在箱体内部的供电单元、检测单元、控制板35和天线39；

本实施例中的天线39选用4G天线，该4G天线通过线缆与控制板35上4G模块355连接；

请参阅图3和图6，所述供电单元包括设置在箱体31内部的电池32和电源模块34，该电源模块34包括充放电检测电路341和电源管理电路342，充放电检测电路341与所述太阳能电池板2、电池32以及控制板35均相连，电源管理电路342与所述电池32、控制板35以及检测单元均相连，供电单元用于对系统的检测装置3提供工作电源；

本实施例中的电池32选用大容量的锂电池；

本实施例中的充放电检测电路341用于检测电池32的电压和充电，为常规已有技术在此不多作赘述；

本实施例中的电源管理电路342的输出端均与处理器352、第一角度传感器41、第二角度传感器43以及4G模块355的供电输入端连接，电源管理电路342用于对处理器352、第一角度传感器41、第二角度传感器43和4G模块355提供工作电压，为常规已有技术在此不多作赘述；

请参阅图6，所述检测单元包括设置在箱体31内部的x轴检测机构47和y轴检测机构48，x轴检测机构47用于对杆塔东西方向倾斜角度的检测，y轴检测机构48用于对杆塔南北方向倾斜角度的检测；

所述x轴检测机构47包括第一角度传感器41以及与第一角度传感器41连接的第一摆锤机构；

所述y轴检测机构48包括第二角度传感器43以及与第二角度传感器43连接的第二摆锤机构；

请参阅图4，所述控制板35的控制电路351包括处理器352、复位电路353、时钟电路354以及4G模块355，处理器352与所述充放电检测电路341、电源管理电路342、复位电路353、时钟电路354、4G模块355、第一角度传感器41、第二角度传感器43均相连，第一角度传感器41和第二角度传感器43均输出模拟量信号分别与处理器352的A/D端相连接，4G模块355与处理器352的UART口连接，充放电检测电路341与处理器352的I/O口连接，电源管理电路342与处理器352的供电输入端连接，复位电路353与处理器352的复位端口连接，时钟电路354与处理器352的时钟端口连接，复位电路353和时钟电路354分别为处理器352的外围电路在此不多作赘述；

本实施例中的处理器选用32位处理器，用于对第一角度传感器41和第二角度传感器43所采集的杆塔倾斜信号进行接收、分析处理后，控制4G模块355通过移动通信网络5传输至监控中心6。

请参阅图5，所述检测装置3设置在杆塔1的横担4上端面，且一侧通过卡箍固定在杆塔1的外壁上。

请参阅图6，所述箱体31内部纵向设置有第一隔板36，第一隔板36的左侧面通过螺钉固定安装所述控制板35；

所述箱体31内部的左侧面上设置有用于固定所述电池32的电池固定座33，该电池固定座33通过螺钉固定在箱体31的内底面和内顶面；

所述电源模块34设置在箱体31的内底面上，且间隔设置在电池32与控制板35之间。

请参阅图6，所述第一隔板36与箱体右侧面之间横向设置有第二隔板37，该第二隔板37与箱体内底面之间纵向设置有安装板38，所述安装板38的中部上方设置有安装孔一，该安装孔一用于安装所述第一角度传感器41；

所述第一隔板36的中部上方靠近顶部位置设置有安装孔二，该安装孔二用于安装所述第二角度传感器43。

请参阅图6，所述第一角度传感器41的输出端设置有第一连接轴412，所述第一角度传感器41上靠近第一连接轴412的一端设置有第一角度传感器法兰411，该第一角度传感器41的一端伸入至安装孔一的内部并通过第一角度传感器法兰411结合螺钉固定安装在所述安装板38上；

所述第二角度传感器43的输出端设置有第二连接轴432，所述第二角度传感器43上靠近第二连接轴432的一端设置有第二角度传感器法兰431，该第二角度传感器43的一端伸入至安装孔二的内部并通过第二角度传感器法兰431结合螺钉固定安装在所述第一隔板36上。

请参阅图6，所述第一摆锤机构包括第一连接头42和第一摆锤422，所述第一连接头42的底部设置第一摆杆421，第一摆锤422通过第一摆杆421与第一连接头42固定连接；

请参阅图7，所述第一连接头42通过第一紧定螺钉45固定套接在所述第一连接轴412的外周，该第一连接轴412的上表面设置有条形槽一，第一连接头42的上表面对应条形槽一的位置纵向设置有第一螺孔423，第一紧定螺钉45的一端通过第一螺孔423伸入至条形槽一中，通过第一紧定螺钉45将第一连接头42固定安装在第一连接轴412上；

请参阅图6，所述第二摆锤机构包括第二连接头44和第二摆锤442，所述第二连接头44的底部设置第二摆杆441，第二摆锤442通过第二摆杆441与第二连接头44固定连接；

请参阅图8，所述第二连接头44通过第二紧定螺钉46固定套接在所述第二连接轴432的外周，该第二连接轴432的上表面设置有条形槽二，第二连接头44的上表面对应条形槽二的位置纵向设置有第二螺孔443，第二紧定螺钉46的一端通过第二螺孔443伸入至条形槽二中，通过第二紧定螺钉46将第二连接头44固定安装在第二连接轴432上。

一种杆塔倾斜在线监测系统的监测方法，包括以下步骤(如图10所示)：

步骤1：系统上电初始化；

步骤2：判断电池电量是否满足供电限值要求，如果满足供电要求，执行步骤3，否则执行步骤6将电池电量不足的信息发送至监控中心；

步骤3：读取x轴和y轴的角度数据；

步骤4：判断是否有角度发生变化，如果有角度发生变化，执行步骤5，否则返回步骤2循环进行检测；

步骤5：调用判断方位子程序；

步骤6：通过UART口发送数据给4G模块，4G模块通过移动通信网络将数据传输给监控中心，之后再次循环检测。

请参阅图9,检测装置安装方向对应关系：以程序设定的摆锤顺时针偏移为例，x轴对应第一摆锤422，y轴对应第二摆锤442，x轴指向0°为“东”，x轴指向180°为“西”，y轴指向0°为“北”，y轴指向180°为“南”。

请参阅图11,判断方位子程序实施流程：判断方位子程序，如果“90°

本实施例中的第一角度传感器41和第二角度传感器43均选用磁敏角度传感器，能够实现360°旋转，当杆塔1发生倾斜偏移后，固定在杆塔1上的检测装置3也发生了倾斜偏移，检测装置3内部的第一摆锤机构和第二摆锤机构在重力加速度的作用下位置发生了偏移，进而带动与第一角度传感器41和第二角度传感器43输出端所连接的第一连接轴412和第二连接轴432转动，使得磁敏角度传感器内部磁场方向发生转动，以此获得了杆塔倾斜角度的信号。

本实施例中在杆塔上安装检测装置，通过4G模块利用移动通信网络将检测数据传输至监控中心，由监控中心对所检测到的数据进行预警，达到了杆塔倾斜在线监测的目的；

本实施例中通过在箱体内部设置x轴检测机构和y轴检测机构，能够实现对杆塔东西方向和南北方向倾斜角度和倾斜方位的检测，并且具有结构简单，运行可靠等特点；

本实施例中的检测机构通过选用角度传感器结合摆锤机构替代了传统的倾角度传感器外加陀螺仪，降低了检测设备的成本，并且将传感器安装在箱体内部，避免了自然因素对传感器的侵害，提高了传感器的使用寿命。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。