本發(fā)明涉及支撐式架空管母位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
高壓變電站大多無(wú)人值守，電站有多段管母，管母在不同氣候（如高溫酷暑、雨雪冰凍）的影響下由于熱脹冷縮而發(fā)生移動(dòng)，管母與托架產(chǎn)生摩擦，會(huì)導(dǎo)致下方的支撐瓷瓶受到較大應(yīng)力，縮短瓷瓶使用壽命?，F(xiàn)有的對(duì)管母位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法主要是通過(guò)安裝自制的刻度盤(pán)和指針指示管母位置，進(jìn)行人工觀測(cè)。由于管母位置較高，而且處于強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境中，考慮安全因素，多采用望遠(yuǎn)鏡對(duì)指針指示刻度進(jìn)行觀測(cè)。但人工觀測(cè)易受到天氣的影響，在陰雨和雪天的時(shí)候能見(jiàn)度低，無(wú)法進(jìn)行有效觀測(cè)，且這種方式只能將測(cè)量精度精確到毫米級(jí)。由于觀測(cè)不便，數(shù)據(jù)記錄的密度也不高。中國(guó)專(zhuān)利名稱(chēng)為《一種電力管母線(xiàn)膨脹收縮監(jiān)測(cè)裝置及方法》，公開(kāi)號(hào)為CN103363879A，公開(kāi)了電力管母線(xiàn)膨脹收縮監(jiān)測(cè)裝置包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)以及用于固定整個(gè)裝置的固定座，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端穿過(guò)一表盤(pán)后固定有指針，在推動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)桿位移時(shí)，指針連同所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣也沒(méi)有解決上述的技術(shù)問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有儀器能實(shí)現(xiàn)管母位移的電子化自動(dòng)測(cè)量、記錄和遠(yuǎn)傳，即便是人工監(jiān)測(cè)，亦無(wú)完善的管理文檔和預(yù)警機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量管母位移的測(cè)量裝置。同時(shí)提供一種電子化自動(dòng)測(cè)量、記錄和遠(yuǎn)傳，管母熱伸冷縮而頂死現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)報(bào)警的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種支撐式架空管母位移監(jiān)測(cè)裝置，包括在管母下方金屬支架上安裝激光紅外測(cè)距傳感器，在管母位端頭安裝一個(gè)斜面反射板，通過(guò)激光紅外測(cè)距傳感器對(duì)反射器發(fā)射紅外激光，測(cè)量管母端頭與激光頭之間的距離，則通過(guò)計(jì)算便測(cè)得管母水平位移量；所述的計(jì)算的公式為：其中v:激光傳播速度t:激光在空氣中傳播的時(shí)間v是已知數(shù)據(jù)，h表示發(fā)光點(diǎn)至激光探頭照射到反射板上的激光點(diǎn)之間的垂直距離；S表示激光探頭至反射板之間的距離；t是待測(cè)數(shù)據(jù)。上述的激光紅外測(cè)距傳感器還包括一個(gè)電流控制模塊和一個(gè)溫度控制模塊。監(jiān)測(cè)裝置每20分鐘監(jiān)測(cè)一次。一種包括如上所述的監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，它還包括：（1）主控制、處理單元模塊：實(shí)時(shí)控制激光測(cè)距模塊外，通過(guò)RS485總線(xiàn)連接各個(gè)輔助控制、處理單元模塊，并把各個(gè)管母位移量通過(guò)光纖傳送到主控室內(nèi)工控機(jī)機(jī)接收測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；（2）輔助控制、處理單元模塊：及時(shí)控制管母位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)激光測(cè)距模塊，處理相關(guān)數(shù)據(jù)把位移量的變化情況實(shí)時(shí)傳送至主控制、處理單元模塊；（3）激光測(cè)距模塊：對(duì)管母位移量進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、并把數(shù)據(jù)傳送至控制單元；（4）溫濕度測(cè)量模塊：一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度，把溫濕度信號(hào)通過(guò)光纖通信傳輸至控制、處理單元；（5）工控機(jī)：接收由主控制單元傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)，建立文檔；分析數(shù)據(jù)，合成曲線(xiàn)圖并顯示；當(dāng)管母位移量超過(guò)安全值時(shí)，產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)；其中（1）與（2）、（1）與（3）、（2）與（3）之間采用RS485通信，（1）與（4）之間采用光纖通信。上述的管母位移監(jiān)測(cè)裝置為1－100個(gè)。本發(fā)明支撐式架空管母位移監(jiān)測(cè)裝置經(jīng)過(guò)激光定點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，誤差值小，受氣候、天氣變化的影響小。設(shè)20s測(cè)量一次，控制測(cè)量時(shí)才有激光輸出，可延長(zhǎng)激光測(cè)距傳感器的使用壽命。支撐式架空管母位移在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在地面實(shí)時(shí)查看管母在一段時(shí)間內(nèi)的熱伸冷縮變化數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)，建立一套數(shù)學(xué)模型，對(duì)母線(xiàn)與線(xiàn)夾間、伸縮節(jié)與線(xiàn)夾間因管母熱伸冷縮而頂死現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)報(bào)警，檢測(cè)管母是否能在線(xiàn)夾上自由地?zé)嵘炖淇s。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的支撐式架空管母位移激光監(jiān)測(cè)裝置示意圖；圖2是本發(fā)明的支撐式架空管母位移激光監(jiān)測(cè)管母水平位移量示意圖；圖3是激光控制器原理框圖；圖4是激光過(guò)電流保護(hù)電路示意圖；圖5是控制系統(tǒng)主程序軟件流程圖；圖6是上位機(jī)軟件流程圖；圖7控制屏軟件系統(tǒng)示意圖；圖8是系統(tǒng)總體框圖；圖中標(biāo)記：1激光發(fā)射器2激光反射板3管母具體實(shí)施方式本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件部分：本系統(tǒng)裝置主控制處理系統(tǒng)控制器采用TI公司數(shù)字信號(hào)控制器TMS320F2812，它具有120MHz高速處理能力，具備32位處理單元，單指令周期32位累加運(yùn)算，可滿(mǎn)足應(yīng)用對(duì)于更快代碼開(kāi)發(fā)與集成高級(jí)控制器的處理器性能的要求。以6個(gè)管母位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，系統(tǒng)總體框圖如圖3。主要包括（1）主控制、處理單元模塊，（2）輔助控制、處理單元模塊，（3）激光測(cè)距模塊，（4）溫濕度測(cè)量模塊，（5）工控機(jī)。各模塊之間的通信：（1）與（2）、（1）與（3）、（2）與（3）之間采用RS485通信，之所以使用有線(xiàn)的RS485通信，是因?yàn)楦邏捍箅娏鞴苣笗?huì)在其周邊形成大范圍的高能交變電磁場(chǎng)，可能會(huì)對(duì)射頻、藍(lán)牙之類(lèi)的帶天線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)通信裝置形成致命危害。（1）與（5）之間采用光纖通信，這里之所以不用RS485通信。有線(xiàn)通信會(huì)嚴(yán)重縮短爬電距離，不予考慮。采用光纖通信在該環(huán)境下可靠運(yùn)行。（1）主控制、處理單元模塊：除實(shí)時(shí)控制三個(gè)激光測(cè)距模塊外，通過(guò)RS485總線(xiàn)連接各個(gè)輔助控制、處理單元模塊，使管母位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)擴(kuò)充至100個(gè)，并把各個(gè)管母位移量、溫濕度通過(guò)光纖傳送到主控室內(nèi)工控機(jī)機(jī)接收測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。（2）輔助控制、處理單元模塊：及時(shí)控制A、B、C三相管母位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)激光測(cè)距模塊，處理相關(guān)數(shù)據(jù)把位移量的變化情況實(shí)時(shí)傳送至主控制、處理單元模塊。（3）激光測(cè)距模塊：對(duì)管母位移量進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、并把數(shù)據(jù)傳送至控制單元。激光測(cè)距模塊主要由激光控制器進(jìn)行控制。激光控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)：由于半導(dǎo)體激光器光輻射波長(zhǎng)和輸出功率與驅(qū)動(dòng)電流，P-N結(jié)溫度有很大的關(guān)系，電流、溫度的起伏會(huì)引起光功率的變化，或造成激光頻率的漂移，影響輸出的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。除光學(xué)反饋法外，溫度、工作電流的反饋調(diào)節(jié)是控制半導(dǎo)體激光輸出特性的一種有效手段。本系統(tǒng)在試驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中，分解成兩個(gè)獨(dú)立的模塊，即電流控制和溫度控制，每個(gè)模塊調(diào)試成功后再進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。電流控制模塊。驅(qū)動(dòng)電源通電后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，通過(guò)軟件可設(shè)定電流值，DSP將此數(shù)字量加到DA轉(zhuǎn)換器的輸入端，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為模擬量后，加載到末級(jí)恒流源電路上，從而獲得所需電流輸出。同時(shí)，末級(jí)電流信號(hào)通過(guò)取樣電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，DSP對(duì)該電壓信號(hào)采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后反饋回DSP，實(shí)時(shí)計(jì)算后送入PID控制器，由PID控制器送出控制量即電壓0U，當(dāng)末級(jí)電流信號(hào)的測(cè)量值低于給定值，增大電流，此時(shí)末級(jí)電壓上升；反之，減小電流，以實(shí)現(xiàn)末級(jí)電流的穩(wěn)恒控制。溫度控制模塊。采用溫度傳感器AD590對(duì)激光二極管的P-N溫度采樣，將溫度轉(zhuǎn)化成電流，從而通過(guò)DSP對(duì)電流進(jìn)行采樣，算法處理后，輸出PWM方波控制半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路工作，通過(guò)制冷片和散熱裝置使得系統(tǒng)始終工作在25°C附近。AD590是已經(jīng)校正過(guò)的二端溫度傳感器，直流工作電源為4~30V，不需要。芯片上的薄膜電阻已經(jīng)經(jīng)過(guò)了激光修正，故器件互換性好。輸出阻抗高達(dá)100MΩ以上，能很好的消除電壓的波動(dòng)和交流紋波對(duì)系統(tǒng)的影響。正向電壓可達(dá)44V，反向耐壓可達(dá)20V，因此，即使工作電壓接反，也不易損壞器件，一般工作電壓為+15V。AD590給出的溫標(biāo)是熱力學(xué)溫標(biāo)T，如果用攝氏溫度t表示，t與T的關(guān)系是t=T-273.16。AD590具有標(biāo)準(zhǔn)化（1μA/K）的輸出，固有的線(xiàn)性化關(guān)系，不需要電橋，因此AD590輸出的電流便于遠(yuǎn)距離傳輸，且不會(huì)因?yàn)榧?lì)電壓的降低和噪聲電壓而產(chǎn)生不允許的誤差。（4）溫濕度測(cè)量模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度，把溫溫濕度信號(hào)通過(guò)光纖通信傳輸至控制、處理單元。環(huán)境溫濕度測(cè)量采用溫濕度傳感器SHTll。SHTll為具有二線(xiàn)串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器，可用來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的溫濕度傳感器不同，SHTll是基于CMOSens技術(shù)的新型智能溫濕度傳感器，它將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、A／D轉(zhuǎn)換、二線(xiàn)串行接口全部集成于一個(gè)芯片內(nèi)，融合了CMOS芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)，使傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、極高的性?xún)r(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。其測(cè)量原理：首先利用2只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào)；然后經(jīng)過(guò)放大，分別送至A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)；再通過(guò)二線(xiàn)串行接口將相對(duì)濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器；最后利用微控器完成非線(xiàn)性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。（5）工控機(jī)模塊。接收由主控制單元傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)，建立文檔；分析數(shù)據(jù)，合成曲線(xiàn)圖并顯示；當(dāng)管母位移量超過(guò)安全值時(shí)，產(chǎn)生警報(bào)信號(hào)。本系統(tǒng)的激光驅(qū)動(dòng)電路及控制電源電路，除了芯片本身具有的保護(hù)措施外，還對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的保護(hù)，具體如下。過(guò)電流保護(hù)采用電流互感器作為電流檢測(cè)元件，其具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠在ＭＯＳＦＥＴ管允許的過(guò)流時(shí)間內(nèi)將其關(guān)斷，起到保護(hù)作用。如圖4所示，過(guò)流保護(hù)信號(hào)取自功率電阻，經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端，如圖所示。當(dāng)同相輸入端過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)比反相輸入端參考電平高時(shí)，比較器輸出高電平，使D2從原來(lái)的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?，并把同相端電位提升為高電平，使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時(shí)，該過(guò)電流信號(hào)還送到TMS320F2812的腳I/O口。