基于杆塔冲击响应测量试验的自供能数据采集及传输装置

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及一种基于杆塔冲击响应测量试验的自供能数据采集及传输装置。

背景技术

输电线路杆塔的冲击阻抗结果是评估线路雷电反击性能的重要参数。在杆塔遭受雷击时，塔顶电位升高，杆塔绝缘子易发生反击闪络。若杆塔阻抗变大，在在同等雷电流大小的情况下，杆塔雷击时塔顶电位也会增高，杆塔绝缘子反击闪络风险增高，更易造成雷击跳闸等情况。

在国内外均对架空线路杆塔进行了多次冲击试验，而在杆塔的冲击试验中存在着诸多问题，如：在塔顶测量电流数据时，测量到的电流数据由于杆塔高度过高，无法顺利传输到计算机端，或数据衰减严重；测量时对杆塔施加高压，此时易与测量数据传输线发生击穿等情况，轻则造成测量设备损坏，重则造成人身伤害；测量时杆塔处于高电磁环境，对数据传输产生严重干扰，造成数据变形；测量时数据传输装置不易安装于杆塔上。而且，杆塔上电磁干扰严重，对数据采集设备要求的抗干扰、散热、安装等要求更高，现有技术难以兼顾；测量时装置需频繁更换电池，既不环保也增大了工作量。

发明内容

为了解决上述现有技术中杆塔实验数据采集难以兼顾数据可靠性和实验人员人身安全等缺陷，同时为根据杆塔角钢结构设计安装平台，本发明提出了一种基于杆塔冲击响应测量试验的自供能数据采集及传输装置。

本发明采用以下技术方案：

一种基于杆塔冲击响应测量试验的自供能数据采集及传输装置，包括：数据采集模块和数据接收模块；数据采集模块用于从杆塔塔顶采集模拟电信号，数据采集模块还用于将模拟电信号转换为光信号；封装外侧采用太阳能模块，为整个装置供电；封装内侧为超材料吸波结构，防止外部电磁环境干扰。

数据接收模块通过FC光纤连接数据采集模块，数据接收模块用于获取所述光信号，并将所述光信号转换为电信号后输出。

优选的，还包括用于在杆塔塔顶为所述数据采集模块提供安装位置的绝缘平台；所述绝缘平台包括安装平板和至少两个凸台；所述凸台设置在安装平板的下表面，安装平板的上表面用于安装数据采集模块；凸台的高度与杆塔塔顶的角钢高度相等；安装平板上设有：用于穿塔吊线以便将绝缘平台塔吊到杆塔塔顶的第一通孔、用于穿捆绑线以便将绝缘平台与杆塔塔顶的角钢进行捆绑固定的第二通孔和用于提供安装结构以便对数据采集模块进行固定的第三通孔。

优选的，安装平板上对称设有两个通孔矩阵，通孔矩阵由分布在同一矩形四个角点上的第二通孔组成；安装平板上位于两个通孔矩阵之间还设有至少两个第二通孔。

优选的，第三通孔中设有膨胀螺钉。

优选的，所述数据采集模块包括封装层、数据采集单元、光电转换单元和供电单元；封装层为双层结构，外侧为太阳能电池板，内层为超材料吸波结构层；数据采集单元、光电转换单元和供电单元均安装在封装层内，封装层外部还设有：控制器、连接数据采集单元的模拟信号接口和连接光电转换单元的光纤接口；

数据采集单元和光电转换单元连接；太阳能电池板与控制器连接；蓄电池组通过控制器连接数据采集单元或者光电转换单元；封装层采用矩形盒体结构，封装层盒内数据采集单元、光电转换单元和供电单元呈品字形分布。

优选的，封装层相对的两个侧壁上分别设有由多个通风孔组成的通风单元；其中一个通风单元与数据采集单元、供电单元呈品字形分布，另一个通风单元与光电转换单元、供电单元呈品字形分布。

优选的，模拟信号接口和光纤接口位于封装层侧壁上；且模拟信号接口和光纤接口位于两个通风单元之间，并位于供电单元背离数据采集单元和光电转换单元的一侧。

优选的，连接于模拟信号接口和数据采集单元之间的电缆以及连接于数据采集单元和光电转换单元之间的光缆均为直线型线缆；模拟信号接口采用BNC接收口。

优选的，封装层为双层结构，外侧为太阳能电池板，内层为超材料吸波结构层。

优选的，所述装置具有三种工作状态：

第一工作状态下，所述装置运行且太阳光照强度达到光强阈值，控制器用于控制太阳能电池板提供所述装置运行所需的电能功率；

第二工作状态下，当所述装置未运行且太阳光照强度达到光强阈值，控制器用于控制太阳能电池板给蓄电池组充电；

第三工作状态下，所述装置运行且太阳光照强度未达到光强阈值，控制器用于控制蓄电池组提供所述装置运行所需的电能功率。

本发明被应用时，可将数据采集模块安装在杆塔塔顶进行近距离采集杆塔测量数据，同时将数据接收模块远离杆塔设置，方便数据接收模块与人工操作设备例如计算机对接。带有的太阳能自供能系统，实现环保的同时减轻了频繁更换电池的工作量，保证了该装置长时间工作。

本发明的优点在于：

(1)同时满足近距离采集数据，并在解决干扰的情况下远距离传输测量数据，既保证测量数据的正确性，同时在高压试验中保证试验人员的人身安全。

(2)封装层为双层材料，提供太阳能获取及电磁屏蔽作用，保证了装置的持续使用及电磁防护。

(3)封装层内，数据采集单元、光电转换单元和供电单元呈品字形分布，以保证三者之间的分散程度，避免屏蔽盒内局部高热。

(4)封装层上通风孔的设置方式，避免了屏蔽盒内的器件对通风孔的遮挡，有效提高了屏蔽盒通过通风孔与外部环境进行空气流通换热的效率。

(5)该绝缘平台安装时，可将塔吊线通过第一通孔穿过，然后将绝缘平台塔吊到杆塔塔顶并如图5所示摆放；再将捆绑线通过第二通孔穿过，将绝缘平台捆绑在交叉角钢上；最后通过第三通孔将数据采集模块固定在绝缘平台上。

(6)两个通孔矩阵的设置，方便了对绝缘平台的对称性捆绑，再与中间两个第二通孔配合，保证了对绝缘平台和交叉角钢的多点定位，保证绝缘平台的安装稳定。

附图说明

图1为数据采集模块的整装图；

图2为数据采集模块的俯视透视图；

图3为数据采集模块的立体透视图；

图4为封装层的双层结构切面图；

图5为杆塔结构示意图；

图6为绝缘平台在交叉角钢上的安装示意图；

图7为绝缘平台的安装平板俯视图。

图示：数据采集模块1、封装层11、通风孔111、太阳能电池板112、超材料吸波结构层113、数据采集单元12、光电转换单元13、供电单元14、开关15、模拟信号接口16、光纤接口17、安装平板21、凸台22、第一通孔23、第二通孔24、第三通孔25、交叉角钢结构的下层角钢a、交叉角钢结构的上层角钢b。

具体实施方式

本实施方式提出的一种基于杆塔冲击响应测量试验的自供能数据采集及传输装置，包括：数据采集模块1和数据接收模块。数据采集模块1用于从杆塔塔顶采集模拟电信号，数据采集模块1还用于将模拟电信号转换为光信号。

数据接收模块通过FC光纤连接数据采集模块1，数据接收模块用于获取所述光信号，并将所述光信号转换为电信号后输出。

如此，本实施方式中，在采集杆塔测量数据过程中，通过将数据采集模块1和数据接收模块分开，既方便了数据采集模块1就近安装在杆塔顶部，实现近距离采集杆塔测量数据以克服电磁干扰等问题，保证数据采集的精确；又方便了数据接收模块设置在距离杆塔较远的位置，以保证操作人员的安全。其带有的太阳能自供能系统，实现环保的同时减轻了频繁更换电池的工作量，保证了该装置长时间工作。同时，通过FC光纤实现数据采集模块1到数据接收模块的数据传输，解决了数据远距离传输可能出现的数据衰减、受电磁干扰造成数据变形等问题，保证了数据传输的可靠性，从而保证了数据采集模块1与数据接收模块分开设置的可靠性。

本实施方式中，所述数据采集模块1包括封装层11、数据采集单元12、光电转换单元13、蓄电池组14和控制器15。封装层11采用双层结构，外侧为太阳能电池板112，内侧为超材料吸波结构层113，数据采集单元12、光电转换单元13和蓄电池组14均安装在封装层11内。

蓄电池11外部还设有：连接数据采集单元12的模拟信号接口16和连接光电转换单元13的光纤接口17。模拟信号接口16采用BNC接收口。

数据采集单元12和光电转换单元13连接。蓄电池14和太阳能电池板112均通过控制器15连接数据采集单元12和/或光电转换单元13，用于供电。即，本实施方式中，控制器15的设置，有三种方式：第一种，控制器15分别连接蓄电池14、太阳能电池板112和数据采集单元12，蓄电池14和太阳能电池板112通过控制器15向数据采集单元12供电，光电转换单元13从数据采集单元12汲取电能；第二种，控制器15分别连接蓄电池14、太阳能电池板112和光电转换单元13，蓄电池14和太阳能电池板112通过控制器15向光电转换单元13供电，数据采集单元12从光电转换单元13汲取电能；第三种，控制器15分别连接蓄电池14、太阳能电池板112、数据采集单元12和光电转换单元13，蓄电池14、太阳能电池板112通过控制器15同时向数据采集单元12和光电转换单元13供电。具体实施时，蓄电池14和太阳能电池板112可择一作为电源供电。

本实施方式中，控制器15控制蓄电池14的供断电及太阳能电池板输出功率，从而控制数据采集模块1的工作。具体实施时，可将控制器15设置在封装层11上，进一步可将控制器15设置在封装层11上表面，方便操作。

工作时，数据采集模块1通过模拟信号接口16采集杆塔测量数据，数据采集模块1对杆塔测量数据进行处理例如模数转换，光电转换单元13获取数据采集单元12处理后的杆塔测量数据并转换为光信号，数据接收模块获取所述光信号后将所述光信号转换成电信号并输出到外接设备例如计算机，方便实验人员操作。

本实施方式中，封装层11采用双层结构，外侧为太阳能电池板112，内侧为超材料吸波结构113，切面如图4所示。本实施方式中，由控制器15控制太阳能电池板112工作状态及蓄电池组14开关，以实现供电切换。封装层11采用矩形盒体结构，封装层11内，数据采集单元12、光电转换单元13和蓄电池组14呈品字形分布，以保证三者之间的分散程度，避免数据采集模块1内局部高热。

具体的，本实施方式中的基于杆塔冲击响应测量试验的自供能数据采集及传输装置具有三种工作状态：

第一工作状态下，所述装置运行且太阳光照强度达到光强阈值，控制器15用于控制太阳能电池板112提供所述装置运行所需的电能功率。此时，右太阳能电池板112对装置直接供电，即太阳能电池板112直接对数据采集单元12和/或光电转换单元13供电，实现了太阳能转换后的电能的高效利用。

第二工作状态下，当所述装置未运行且太阳光照强度达到光强阈值，控制器15用于控制太阳能电池板112给蓄电池组14充电。如此，避免了装置未运行时，太阳能电池板112产生的电能的浪费，实现对太阳能转换后电能的存储。

第三工作状态下，所述装置运行且太阳光照强度未达到光强阈值，控制器15用于控制蓄电池组14提供所述装置运行所需的电能功率。如此，保证了该装置供电的稳定和工作的可靠性。

本实施方式中，封装层11相对的两个侧壁上分别设有由多个通风孔组成的通风单元。其中一个通风单元与数据采集单元12、蓄电池14呈品字形分布，另一个通风单元与光电转换单元13、蓄电池组14呈品字形分布。如此，避免了蓄电池11内的器件对通风孔111的遮挡，有效提高了蓄电池11通过通风孔111与外部环境进行空气流通换热的效率。

本实施方式中，模拟信号接口16和光纤接口17位于封装层11的同一侧壁上。且模拟信号接口16和光纤接口17所在的侧壁位于两个通风单元之间，并位于供电单元14背离数据采集单元12和光电转换单元13的一侧。如此，保证了连接在数据采集单元12与模拟信号接口16之间的电缆以及连接在光电转换单元13和光纤接口17之间的光缆的布线空间。

本实施方式中，连接于模拟信号接口16和数据采集单元12之间的电缆以及连接于数据采集单元12和光电转换单元13之间的光缆均为直线型线缆，以避免弯折，进一步保证数据采集的可靠性。

本实施方式中的基于杆塔冲击响应测量试验的数据采集及传输装置，还包括用于在杆塔塔顶为所述数据采集模块1提供安装位置的绝缘平台2。杆塔塔顶采用交叉角钢结构，如图5放大部分所示。

本实施方式中，所述绝缘平台2包括安装平板21和至少两个凸台22。所述凸台22设置在安装平板21的下表面，安装平板21的上表面用于安装数据采集模块1。凸台22的高度与杆塔塔顶的角钢高度相等。如此，在将绝缘平台2安装在图5放大部分所示的杆塔顶部时，可通过交叉角钢结构的下层角钢a支撑凸台22，通过交叉角钢结构的上层角钢b支撑安装平板21，使得凸台22与所述上层角钢合可实现如图6所示的安装效果，保证绝缘平台2的稳定安装。

安装平板21上设有：用于穿塔吊线以便将绝缘平台2塔吊到杆塔塔顶的第一通孔23、用于穿捆绑线以便将绝缘平台与杆塔塔顶的角钢进行捆绑固定的第二通孔24和用于提供安装结构以便对数据采集模块1进行固定的第三通孔25。如此，该绝缘平台2安装时，可将塔吊线通过第一通孔23穿过，然后将绝缘平台2塔吊到杆塔塔顶并如图6所示摆放；再将捆绑线通过第二通孔24穿过，将绝缘平台2捆绑在交叉角钢上；最后通过第三通孔25将数据采集模块1固定在绝缘平台上。

具体的，本实施方式中，安装平板21上对称设有两个通孔矩阵，通孔矩阵由分布在同一矩形四个角点上的第二通孔24组成。安装平板21上位于两个通孔矩阵之间还设有至少两个第二通孔。两个通孔矩阵的设置，方便了对绝缘平台的对称性捆绑，再与中间两个第二通孔24配合，保证了对绝缘平台2和交叉角钢的多点定位，保证绝缘平台2的安装稳定。

本实施方式中，第三通孔25中设有膨胀螺钉，方便数据采集模块1与绝缘平台2螺钉连接。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。