一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括：超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)，用于接收信號控制系統(tǒng)發(fā)出的測試信號并將測試信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械波信號，并通過全向發(fā)射的方式傳輸?shù)街車諝庵?；超聲換能器接收系統(tǒng)，用于接收超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的機(jī)械波，并將接收的新號傳輸給信號控制系統(tǒng)；信號控制系統(tǒng)，用于控制超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出機(jī)械波信號，接收超聲換能器接收系統(tǒng)輸出的信號并傳送給信號采集系統(tǒng)；信號采集系統(tǒng)，用于對接收的信號進(jìn)行處理并分析，獲取輸電線路的實際位置；電源系統(tǒng)，用于供電。本發(fā)明不需要經(jīng)過加速度傳感系統(tǒng)的積分過程，簡化了測試原理，使得測量方法更加簡單易懂。
【專利說明】
一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及輸變電設(shè)備檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輸電線路舞動軌跡檢測系統(tǒng) 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路舞動是指在外界非平衡應(yīng)力的作用下，輸電線路產(chǎn)生低頻率（0.1Hz-5Hz)、大幅度(可達(dá)10m以上）的振動現(xiàn)象。當(dāng)室外的輸電線路發(fā)生舞動時，經(jīng)常會造成輸電 桿塔上的金具損毀、輸電線路相間閃絡(luò)等事故，嚴(yán)重時輸電線路的舞動會造成輸電桿塔倒 塌等大型事故。因此，對輸電線路舞動進(jìn)行監(jiān)測具有重要的實用價值與經(jīng)濟(jì)意義。
[0003] 現(xiàn)階段輸電線路舞動主流的監(jiān)測手段有三種:加速度傳感系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和 光纖監(jiān)測系統(tǒng)。加速度傳感系統(tǒng)，它的作用機(jī)理是采用加速度傳感器將舞動信號轉(zhuǎn)化成電 信號，并由單片機(jī)內(nèi)部集成的AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化采集，再進(jìn)行簡單的信號處理，然后將測 量數(shù)據(jù)通過GSM模塊將測量數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奖O(jiān)控機(jī)上進(jìn)行綜合評判。進(jìn)而根據(jù)加速度和位 移的關(guān)系計算出導(dǎo)線舞動的振幅數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)與監(jiān)控機(jī)上數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)比較判斷是否應(yīng) 該發(fā)出預(yù)警。視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它的作用機(jī)理是根據(jù)生產(chǎn)輸電線坐標(biāo)系和安裝攝像頭以后的 新坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)平移參數(shù)和零度圖像擬合參數(shù)及相關(guān)算法推導(dǎo)出舞動旋轉(zhuǎn)角度。光纖 監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)作用機(jī)理是將多個光纖傳感器均布在輸電導(dǎo)線上，構(gòu)成準(zhǔn)分布式光纖傳 感器網(wǎng)絡(luò)，荷載變化經(jīng)金屬板傳入光纖光柵，將采集的應(yīng)力、溫度信息傳回計算機(jī)控制中 心。該技術(shù)需要采用頻分復(fù)用技術(shù)對光柵反射信號進(jìn)行解調(diào)，同時采用時分復(fù)用技術(shù)將采 集數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸導(dǎo)計算機(jī)監(jiān)控中心。
[0004] 但就目前而言，上述三種監(jiān)測手段均存在一定的缺陷：加速度傳感系統(tǒng)的測試精 度并不能滿足要求，由于加速度傳感器是將加速度信息進(jìn)行二次積分轉(zhuǎn)化為位移信息，在 此過程中隨著時間的延長積分的誤差會逐漸增大，且輸電線路的舞動過程中伴隨著線路的 軸向扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的角加速度會對加速度傳感器的測量產(chǎn)生較大影響;視頻監(jiān)測系統(tǒng)需要較 高的能見度的情況下才能對輸電線路的舞動進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)有大霧等極端天氣或夜間時，視 頻監(jiān)測系統(tǒng)不能有效的監(jiān)測輸電線路舞動;光纖監(jiān)測系統(tǒng)需要在輸電線路上布置大量分布 式光纖監(jiān)測傳感器，安裝過程周期長，且損壞后難以更換。
[0005] 綜上所述，現(xiàn)階段的輸電線路舞動監(jiān)測方法都有一定的缺陷。為了能夠準(zhǔn)確掌握 線路舞動軌跡信息，亟需一種采用直接位移量手段的線路舞動軌跡測量系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)及方 法，以解決上述技術(shù)問題。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，包括超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)、 超聲換能器接收系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和電源系統(tǒng)；
[0009] 超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)，用于接收信號控制系統(tǒng)發(fā)出的測試信號并將測試信號轉(zhuǎn)化 為機(jī)械波信號，并通過全向發(fā)射的方式傳輸?shù)街車諝庵校?br>[0010] 超聲換能器接收系統(tǒng)，用于接收超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的機(jī)械波，并將接收的 新號傳輸給信號控制系統(tǒng)；
[0011] 信號控制系統(tǒng)，用于控制超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出機(jī)械波信號，接收超聲換能器 接收系統(tǒng)輸出的信號并傳送給信號采集系統(tǒng)；
[0012] 信號采集系統(tǒng)，用于對接收的信號進(jìn)行處理并分析，獲取輸電線路的實際位置；
[0013] 電源系統(tǒng)，用于給超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)和信號控制系統(tǒng)供電。
[0014] 進(jìn)一步的，超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)包括第一超聲換能器及驅(qū)動板;第一超聲換能器 通過法蘭固定在分裂導(dǎo)線的間隔棒上，其輸入端與驅(qū)動板輸出端相連接;驅(qū)動板安裝在間 隔棒內(nèi)的安裝槽內(nèi)，其輸入端與信號控制系統(tǒng)的主控板輸出端相連接。
[0015] 進(jìn)一步的，超聲換能器接收系統(tǒng)包括第二超聲換能器、第三超聲換能器及信號放 大電路;第二超聲換能器及第三超聲換能器分別安裝在地面支架上，與第一超聲換能器的 空間距離分別為1 2和13,第二超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離為11;第二超聲換能 器、第三超聲換能器輸出端分別與信號放大電路輸入端相連接，信號放大電路輸出端與信 號控制系統(tǒng)主控板輸入端相連接。
[0016] 進(jìn)一步的，信號控制系統(tǒng)包括主控板和信號隔離柵;主控板輸入端與超聲換能器 接收系統(tǒng)中的信號放大電路輸出端相連接，主控板輸出端與超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)的驅(qū)動板 及信號隔離柵相連接，主控板電源端與電源系統(tǒng)相連接;信號隔離柵輸入端與主控板輸出 端相連接，信號隔離柵輸出端與信號采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡相連接。
[0017] 進(jìn)一步的，信號采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡與上位機(jī);數(shù)據(jù)采集卡輸入端與信號控 制系統(tǒng)的信號隔離柵想連接，輸出端與上位機(jī)系統(tǒng)連接;上位機(jī)系統(tǒng)輸入端與數(shù)據(jù)采集卡 通過上位機(jī)的PCI-E卡槽連接。
[0018] 進(jìn)一步的，當(dāng)安裝在輸電線路間隔棒上的第一超聲換能器工作時，其在to時刻發(fā) 出的機(jī)械波分別在時刻和^時刻被第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到;此時，第一 超聲換能器與第二超聲換能器之間的距離1 2及第一超聲換能器與第三超聲換能器之間的 距離13分別表示為：
[0019] l2 = v(ti-to)
[0020] l3 = v(t2-to)
[0021] 式中v為聲波傳遞的速度；
[0022]已知第二超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離h，則此時刻輸電線路及第一 超聲換能器的位置(x，Y)表示為：

[0027] 式中S為第一超聲換能器、第二超聲換能器及第三超聲換能器圍成的三角形的面 積，P為海倫公式計算三角形面積的中間變量；
[0028] 輸電線路及第一超聲換能器的位置軌跡(X，Y)與預(yù)設(shè)最大位移軌跡比較后即能夠 判斷輸電線路是否舞動。
[0029] -種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測方法，具體包括以下步驟：
[0030] 第一步、外部線路舞動測試信號輸入信號控制系統(tǒng)主控板中，信號控制系統(tǒng)主控 板輸入電信號至超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)的驅(qū)動板，驅(qū)動板將此電信號放大抬升后將此電信號 輸入第一超聲換能器；
[0031] 第二步、第一超聲換能器將超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)驅(qū)動板傳輸?shù)碾娦盘栐趦?nèi)部進(jìn)行 轉(zhuǎn)化，將電信號通過內(nèi)部特制的壓電陶瓷轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械波信號，并向周圍空間全向發(fā) 射此機(jī)械波信號；
[0032]第三步、超聲換能器接收系統(tǒng)中的第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到超聲 換能器發(fā)射系統(tǒng)中第一超聲換能器發(fā)射的機(jī)械波信號，并分別在第二超聲換能器及第三超 聲換能器中將此機(jī)械波信號轉(zhuǎn)化為電信號；
[0033]第四步、第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到的電信號分別輸入超聲換能器 接收系統(tǒng)中的信號放大電路，將其接收到的電信號放大；
[0034]第五步、經(jīng)過放大的電信號傳輸至信號控制系統(tǒng)的主控板，主控板將此電信號傳 輸至信號控制系統(tǒng)的信號隔離柵，信號隔離柵對此電信號進(jìn)行隔離，并光電耦合傳輸至信 號采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡；
[0035]第六步、數(shù)據(jù)采集卡對接收到的電信號進(jìn)行分時離散采集，采集得到的數(shù)據(jù)輸入 上位機(jī)軟件中進(jìn)行分析;分析后獲得輸電線路舞動的位移軌跡，將此位移軌跡與預(yù)設(shè)最大 位移軌跡比較判斷輸電線路是否舞動。
[0036] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0037] 1、測量方法更加簡明。相較于電網(wǎng)線路舞動測試應(yīng)用最為廣泛的加速度傳感系 統(tǒng)，基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)直接對輸電線路的舞動位置通過聲波信 號進(jìn)行監(jiān)測，并通過兩超聲換能器的數(shù)據(jù)信息直接獲取輸電線路的位置信息，不需要經(jīng)過 加速度傳感系統(tǒng)的積分過程，簡化了測試原理，使得測量方法更加簡單易懂。
[0038] 2、測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的加速度傳感系統(tǒng)需要經(jīng)過二次積分且無法避免因輸 電線路扭轉(zhuǎn)帶來的角加速度等問題，故其測量精度較差;而視頻監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測頻率較低， 高頻率舞動無法分辨，更多用于定性判斷輸電線路的舞動。相較于上述兩種方式，基于超聲 換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)是對輸電線路的位移量直接測量，隨后只進(jìn)行簡單運(yùn) 算即可獲得輸電線路的空間坐標(biāo)，測試結(jié)果因此也更加準(zhǔn)確。
[0039] 3、測試系統(tǒng)基本不受外界條件影響。視頻監(jiān)測系統(tǒng)在大霧天氣等能見度較低的情 況及夜間無法有效識別輸電線路的舞動位移，且視頻監(jiān)測系統(tǒng)的攝像頭在裸露條件下易出 現(xiàn)老化割裂等損壞狀態(tài)。相較于視頻監(jiān)測系統(tǒng)，基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡測試 系統(tǒng)依靠超聲測距，幾乎不受外界條件影響，適用范圍更廣且更加耐用。
[0040] 4、測量實時性好?；诔晸Q能器的輸電線路舞動軌跡測試系統(tǒng)在判斷輸電線路 起舞后，可迅速根據(jù)輸電線路的舞動狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定輸電線路的舞動位置。并根據(jù)其舞 動幅值由上位機(jī)進(jìn)行判斷是否進(jìn)行報警。此種測試及警戒方式的實時性高于由人工判斷的 視頻監(jiān)測系統(tǒng)及光纖監(jiān)測系統(tǒng)，測量速度及反應(yīng)都更具有優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明的原理系統(tǒng)框圖；
[0042]圖2為本發(fā)明的測試原理圖；
[0043]圖3為發(fā)明的實際安裝示意圖；
[0044]圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)測試流程圖。
【具體實施方式】
[0045] 以下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作以詳細(xì)的描述：
[0046] 請參閱圖1所示，本發(fā)明一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，包括 超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)、超聲換能器接收系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。
[0047] 超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)包括第一超聲換能器及驅(qū)動板。第一超聲換能器1通過法蘭 固定在分裂導(dǎo)線4的間隔棒5上，其輸入端與驅(qū)動板輸出端相連接;驅(qū)動板安裝在間隔棒內(nèi) 的安裝槽內(nèi)，其輸入端與信號控制系統(tǒng)的主控板輸出端相連接，輸出端與第一超聲換能器 輸入端相連接。當(dāng)輸電線路舞動時，分裂導(dǎo)線上的間隔棒跟隨輸電線路開始舞動，驅(qū)動板接 收到主控板發(fā)出的測試信號后驅(qū)動第一超聲換能器開始測試。第一超聲換能器將驅(qū)動板發(fā) 出的電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械波信號，并通過全向發(fā)射的方式傳輸?shù)街車諝庵小?br>[0048]超聲換能器接收系統(tǒng)包括第二超聲換能器2、第三超聲換能器3及信號放大電路。 第二超聲換能器及第三超聲換能器分別安裝在地面支架上，與第一超聲換能器的空間距離 分別為12和1 3,第二超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離為li。第二超聲換能器、第三 超聲換能器輸出端分別與信號放大電路輸入端相連接，信號放大電路輸出端與信號控制系 統(tǒng)主控板輸入端相連接。第二超聲換能器及第三超聲換能器的作用是接收第一超聲換能器 發(fā)出的機(jī)械波信號并將此信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將此信號傳輸至信號放大電路。信號放大 電路的作用是將第二超聲換能器和第三超聲換能器傳輸?shù)碾娦盘柗糯螅⒎糯蠛蟮慕Y(jié)果 傳輸至信號控制系統(tǒng)的主控板。
[0049] 信號控制系統(tǒng)包括主控板和信號隔離柵。主控板輸入端與超聲換能器接收系統(tǒng)中 的信號放大電路輸出端相連接，主控板輸出端與超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)的驅(qū)動板及信號隔離 柵相連接，主控板電源端與電源系統(tǒng)相連接;信號隔離柵輸入端與主控板輸出端相連接，信 號隔離柵輸出端與信號采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡相連接。信號控制系統(tǒng)中，主控板的作用是控 制第一超聲換能器發(fā)射機(jī)械波、接收第二超聲換能器和第三超聲換能器傳輸?shù)碾娦盘柌?此電信號傳輸給信號采集系統(tǒng);信號隔離柵的作用是將主控板傳輸?shù)碾娦盘杺鬟f給信號采 集系統(tǒng)，并在其間進(jìn)行電氣隔離與光電耦合，保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的安全。
[0050] 信號采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡與上位機(jī)。數(shù)據(jù)采集卡輸入端與信號控制系統(tǒng)的信 號隔離柵想連接，輸出端與上位機(jī)系統(tǒng)連接;上位機(jī)系統(tǒng)輸入端與數(shù)據(jù)采集卡通過上位機(jī) 的PCI-E卡槽連接。數(shù)據(jù)采集卡的作用是對第二超聲換能器和第三超聲換能器傳輸?shù)碾娦?號高速離散采集，上位機(jī)系統(tǒng)的作用是對數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分析，獲取 輸電線路的實際位置。
[0051]電源系統(tǒng)分別與超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)的驅(qū)動板和信號控制系統(tǒng)的主控板相連接， 分別為驅(qū)動板和主控板供電。
[0052]基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)的測試原理與如圖2所示。當(dāng)安裝 在輸電線路間隔棒上的第一超聲換能器工作時，其在to時刻發(fā)出的機(jī)械波分別在時刻和 t2時刻被第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到。此時，第一超聲換能器與第二超聲換 能器之間的距離h及第一超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離1 3可分別表示為：
[0053] l2 = v(ti-to)
[0054] l3 = v(t2-to)
[0055] 式中v為聲波傳遞的速度。分別考慮風(fēng)速及溫度對聲波傳遞速度的影響后，即可得 到該時刻第一超聲換能器與第二超聲換能器及第三超聲換能器之間的距離h與1 3。已知第 二超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離li，則此時刻輸電線路及第一超聲換能器的位 置(X，Y)可表示為：
[0060] 式中S為第一超聲換能器、第二超聲換能器及第三超聲換能器圍成的三角形的面 積，Ρ為海倫公式計算三角形面積的中間變量。輸電線路及第一超聲換能器的位置軌跡(X， Υ)，與預(yù)設(shè)最大位移軌跡比較后即可判斷輸電線路是否舞動。
[0061] 請參閱圖4所示，本發(fā)明一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)及方 法，包括以下步驟。
[0062] 第一步、外部線路舞動測試信號輸入信號控制系統(tǒng)主控板中，信號控制系統(tǒng)主控 板輸入電信號至超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)的驅(qū)動板，驅(qū)動板將此電信號放大抬升后將此電信號 輸入第一超聲換能器。
[0063] 第二步，第一超聲換能器將超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)驅(qū)動板傳輸?shù)碾娦盘栐趦?nèi)部進(jìn)行 轉(zhuǎn)化，將電信號通過內(nèi)部特制的壓電陶瓷轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械波信號，并向周圍空間全向發(fā) 射此機(jī)械波信號。
[0064]第三步，布置過的超聲換能器接收系統(tǒng)中的第二超聲換能器及第三超聲換能器接 收到超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)中第一超聲換能器發(fā)射的機(jī)械波信號，并分別在第二超聲換能器 及第三超聲換能器中將此機(jī)械波信號轉(zhuǎn)化為電信號。
[0065]第四步，第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到的電信號分別輸入超聲換能器 接收系統(tǒng)中的信號放大電路，將其接收到的電信號按照20倍率放大，方便系統(tǒng)后端的計算 分析及處理。
[0066]第五步，經(jīng)過放大的電信號傳輸至信號控制系統(tǒng)的主控板，主控板將此電信號傳 輸至信號控制系統(tǒng)的信號隔離柵，信號隔離柵對此電信號進(jìn)行隔離，并光電耦合傳輸至信 號采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡。
[0067]第六步，數(shù)據(jù)采集卡對接收到的電信號進(jìn)行分時離散采集，采集得到的數(shù)據(jù)輸入 上位機(jī)軟件中進(jìn)行分析。分析后即可獲得輸電線路舞動的位移軌跡，將此位移軌跡與預(yù)設(shè) 最大位移軌跡比較后即可判斷輸電線路是否舞動。
【主權(quán)項】
1. 一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括超聲換能器 發(fā)射系統(tǒng)、超聲換能器接收系統(tǒng)、信號控制系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)和電源系統(tǒng)； 超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)，用于接收信號控制系統(tǒng)發(fā)出的測試信號并將測試信號轉(zhuǎn)化為機(jī) 械波信號，并通過全向發(fā)射的方式傳輸?shù)街車諝庵校? 超聲換能器接收系統(tǒng)，用于接收超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的機(jī)械波，并將接收的新號 傳輸給信號控制系統(tǒng)； 信號控制系統(tǒng)，用于控制超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出機(jī)械波信號，接收超聲換能器接收 系統(tǒng)輸出的信號并傳送給信號采集系統(tǒng)； 信號采集系統(tǒng)，用于對接收的信號進(jìn)行處理并分析，獲取輸電線路的實際位置； 電源系統(tǒng)，用于給超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)和信號控制系統(tǒng)供電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于，超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)包括第一超聲換能器及驅(qū)動板;第一超聲換能器通過法蘭固定 在分裂導(dǎo)線的間隔棒上，其輸入端與驅(qū)動板輸出端相連接;驅(qū)動板安裝在間隔棒內(nèi)的安裝 槽內(nèi)，其輸入端與信號控制系統(tǒng)的主控板輸出端相連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于，超聲換能器接收系統(tǒng)包括第二超聲換能器、第三超聲換能器及信號放大電路;第二超 聲換能器及第三超聲換能器分別安裝在地面支架上，與第一超聲換能器的空間距離分別為 1 2和13,第二超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離為11;第二超聲換能器、第三超聲換 能器輸出端分別與信號放大電路輸入端相連接，信號放大電路輸出端與信號控制系統(tǒng)主控 板輸入端相連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于，信號控制系統(tǒng)包括主控板和信號隔離柵;主控板輸入端與超聲換能器接收系統(tǒng)中的 信號放大電路輸出端相連接，主控板輸出端與超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)的驅(qū)動板及信號隔離柵 相連接，主控板電源端與電源系統(tǒng)相連接;信號隔離柵輸入端與主控板輸出端相連接，信號 隔離柵輸出端與信號采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡相連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于，信號采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集卡與上位機(jī);數(shù)據(jù)采集卡輸入端與信號控制系統(tǒng)的信號 隔離柵想連接，輸出端與上位機(jī)系統(tǒng)連接;上位機(jī)系統(tǒng)輸入端與數(shù)據(jù)采集卡通過上位機(jī)的 PCI-E卡槽連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于，當(dāng)安裝在輸電線路間隔棒上的第一超聲換能器工作時，其在to時刻發(fā)出的機(jī)械波分 別在t時刻和^時刻被第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到;此時，第一超聲換能器與 第二超聲換能器之間的距離h及第一超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離1 3分別表示 為： 12. v(tl-t〇) 13. v(t2-t〇) 式中V為聲波傳遞的速度； 已知第二超聲換能器與第三超聲換能器之間的距離1:，則此時刻輸電線路及第一超聲 換能器的位置(X，Y)表示為：式中S為第一超聲換能器、第二超聲換能器及第三超聲換能器圍成的三角形的面積，p 為海倫公式計算三角形面積的中間變量； 輸電線路及第一超聲換能器的位置軌跡(Χ，γ)與預(yù)設(shè)最大位移軌跡比較后即能夠判斷 輸電線路是否舞動。7. -種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1至 6中任一項所述的一種基于超聲換能器的輸電線路舞動軌跡監(jiān)測系統(tǒng)，具體包括以下步驟： 第一步、外部線路舞動測試信號輸入信號控制系統(tǒng)主控板中，信號控制系統(tǒng)主控板輸 入電信號至超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)的驅(qū)動板，驅(qū)動板將此電信號放大抬升后將此電信號輸入 第一超聲換能器； 第二步、第一超聲換能器將超聲換能器發(fā)射系統(tǒng)驅(qū)動板傳輸?shù)碾娦盘栐趦?nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn) 化，將電信號通過內(nèi)部特制的壓電陶瓷轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械波信號，并向周圍空間全向發(fā)射 此機(jī)械波信號； 第三步、超聲換能器接收系統(tǒng)中的第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到超聲換能 器發(fā)射系統(tǒng)中第一超聲換能器發(fā)射的機(jī)械波信號，并分別在第二超聲換能器及第三超聲換 能器中將此機(jī)械波信號轉(zhuǎn)化為電信號； 第四步、第二超聲換能器及第三超聲換能器接收到的電信號分別輸入超聲換能器接收 系統(tǒng)中的信號放大電路，將其接收到的電信號放大； 第五步、經(jīng)過放大的電信號傳輸至信號控制系統(tǒng)的主控板，主控板將此電信號傳輸至 信號控制系統(tǒng)的信號隔離柵，信號隔離柵對此電信號進(jìn)行隔離，并光電耦合傳輸至信號采 集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡； 第六步、數(shù)據(jù)采集卡對接收到的電信號進(jìn)行分時離散采集，采集得到的數(shù)據(jù)輸入上位 機(jī)軟件中進(jìn)行分析;分析后獲得輸電線路舞動的位移軌跡，將此位移軌跡與預(yù)設(shè)最大位移 軌跡比較判斷輸電線路是否舞動。
【文檔編號】G01H9/00GK105865612SQ201610327125
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】穆海寶, 周祥, 張冠軍, 鄧軍波
【申請人】西安交通大學(xué)