本發(fā)明涉及電力計(jì)量設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

導(dǎo)線(xiàn)受到微風(fēng)吹拂時(shí)，將產(chǎn)生周期性振動(dòng)，稱(chēng)為微風(fēng)振動(dòng)。其特點(diǎn)是振幅小，一般不超過(guò)10mm；頻率范圍為(5-100)Hz，振型為正弦拍頻波；振動(dòng)概率很大，一般認(rèn)為導(dǎo)線(xiàn)一直處于微風(fēng)振動(dòng)狀態(tài)。線(xiàn)路所處地形及檔距大小與微風(fēng)振動(dòng)關(guān)系較大。大檔距跨河(海)線(xiàn)路振動(dòng)較強(qiáng)烈。特別是導(dǎo)線(xiàn)上線(xiàn)夾出口處，由于長(zhǎng)期處于曲折狀態(tài)，若不采取任何防振措施，線(xiàn)股上將產(chǎn)生很大的動(dòng)彎應(yīng)變，導(dǎo)致疲勞斷股，影響線(xiàn)路安全。

目前電力部門(mén)已經(jīng)開(kāi)展對(duì)輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的技術(shù)和裝置的研究，用于測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的振動(dòng)響應(yīng)，了解導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)際振動(dòng)水平，判斷振動(dòng)是否合格。一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)水平超標(biāo)，可以采用相應(yīng)的防振措施，阻止導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生或加劇疲勞斷股，延長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)行壽命，同時(shí)可以評(píng)價(jià)已安裝仿真裝置的效果。因此，輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)振動(dòng)情況的測(cè)量結(jié)果在很大程度上影響電力部門(mén)是否或如何選擇合適的防振措施，必須有較高的可靠性。

但是現(xiàn)階段輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的對(duì)導(dǎo)線(xiàn)振動(dòng)情況測(cè)量結(jié)果的可靠性還無(wú)法得到有效保證。原因在于，目前雖然很多有針對(duì)振動(dòng)的校準(zhǔn)，但主要還是針對(duì)振動(dòng)采集單元即振動(dòng)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。這些方法適用于普通的振動(dòng)傳感器，并不能夠直接對(duì)整個(gè)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。普通的振動(dòng)傳感器往往安裝于一個(gè)基準(zhǔn)面，其測(cè)量的振幅是相對(duì)與一個(gè)靜止的參照物，而微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置傳感器測(cè)出的振幅是監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)與線(xiàn)夾的彎曲振幅，而不僅僅是監(jiān)測(cè)點(diǎn)本身的絕對(duì)振幅。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)方法及裝置進(jìn)行改進(jìn)，研制針對(duì)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，從而有效保證微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量結(jié)果的可靠性。

實(shí)現(xiàn)對(duì)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的校準(zhǔn)，對(duì)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性的提升還是不夠大。原因在于，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境有著極大的不同，如溫度、濕度、電磁干擾和輻射等干擾容易引起測(cè)量誤差的變化，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)電氣裝置的影響。同時(shí)，如圖1-1。我國(guó)在微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，在“現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境下”測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性方面，仍然存在著性能參數(shù)參差不齊、標(biāo)準(zhǔn)化程度低等諸多問(wèn)題，在很大程度上影響了微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、實(shí)用化發(fā)展。圖1-1為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)被試設(shè)備的影響來(lái)源；

對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的校準(zhǔn)工作具有較大的區(qū)別。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的校準(zhǔn)并不能夠完全反應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)際運(yùn)行情況。

在現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境下對(duì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性可靠性評(píng)價(jià)方法、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置和核查標(biāo)準(zhǔn)的研究工作國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)開(kāi)展。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的量值溯源體系中目前主要有國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件可以依據(jù)，大部分工作都未進(jìn)行。因此，有必要研究微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置在“現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下”的校準(zhǔn)或核查方法，研制針對(duì)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置在“現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下”的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器或核查標(biāo)準(zhǔn)，從而有效保證微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量結(jié)果的可靠性。

輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)是在不影響設(shè)備運(yùn)行的條件下，通過(guò)直接安裝在輸電線(xiàn)路上的監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的特征量進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)記錄。輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)建設(shè)中輸電環(huán)節(jié)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路狀態(tài)檢修、提升輸電線(xiàn)路安全運(yùn)行水平的重要技術(shù)手段。目前，輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置可分為電氣類(lèi)、機(jī)械類(lèi)和運(yùn)行環(huán)境類(lèi)等，主要監(jiān)測(cè)參數(shù)包括電壓、電流、放電、雷擊、微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)、覆冰、弧垂、張力、桿塔傾斜、氣象、污穢、圖像視頻等，較為全面的覆蓋了導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)、金具、絕緣子、桿塔等輸電線(xiàn)路的基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)環(huán)境參數(shù)。

輸電線(xiàn)路在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)通常包含監(jiān)測(cè)單元、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)基站、監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)等，是典型的二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其工作過(guò)程如下：在導(dǎo)地線(xiàn)、絕緣子、桿塔上安裝監(jiān)測(cè)單元，實(shí)時(shí)或定時(shí)將受控監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)及氣象環(huán)境信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至裝在桿塔上的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)基站，基站再通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸通信網(wǎng)絡(luò)將信息數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)，監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、分析處理、顯示及預(yù)警。監(jiān)測(cè)單元也可以發(fā)出控制指令，通過(guò)監(jiān)測(cè)基站控制監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，或改變監(jiān)測(cè)單元的工作狀態(tài)。

現(xiàn)有裝置價(jià)格十分昂貴，且由于距離、氣候等因素影響，整個(gè)測(cè)量準(zhǔn)確性和應(yīng)用范圍受到很大限制，難以推廣使用。

因此，需要一種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是提供一種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的一種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量系統(tǒng)，包括激振模塊、測(cè)振模塊、測(cè)試接口和振動(dòng)控制儀；

所述激振模塊用于向在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置提供振動(dòng)源；所述測(cè)振模塊用于檢測(cè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置在振動(dòng)源所激勵(lì)振動(dòng)的各個(gè)參數(shù)；所述測(cè)試接口將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝?dòng)控制儀進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

進(jìn)一步，所述激振模塊包括振動(dòng)臺(tái)、傳感器、振動(dòng)控制儀、功率放大器和冷卻系統(tǒng)；

所述振動(dòng)臺(tái)上設(shè)置有傳感器用于獲取激勵(lì)振動(dòng)參數(shù)；所述振動(dòng)控制儀與傳感器連接；所述功率放大器與振動(dòng)控制儀連接；所述冷卻系統(tǒng)分別與振動(dòng)臺(tái)和功率放大器連接。

進(jìn)一步，所述振動(dòng)臺(tái)包括機(jī)座、中心磁極、磁缸底、勵(lì)磁線(xiàn)圈、驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈、磁缸蓋、上罩圈、動(dòng)圈、環(huán)狀氣隙和臺(tái)體；

所述臺(tái)體設(shè)置于機(jī)座上，所述勵(lì)磁線(xiàn)圈設(shè)置于臺(tái)體上，所述勵(lì)磁線(xiàn)圈和驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈之間設(shè)置有環(huán)狀氣隙，所述驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈設(shè)置于臺(tái)體上，所述磁缸蓋設(shè)置于臺(tái)體上，所述上罩圈設(shè)置于磁缸蓋上，所述動(dòng)圈設(shè)置于上罩圈上。

進(jìn)一步，所述測(cè)試接口包括模擬導(dǎo)線(xiàn)和底座；模擬導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)底座與振動(dòng)臺(tái)底座相連。

進(jìn)一步，所述振動(dòng)控制儀按照預(yù)設(shè)的逐漸逼近振動(dòng)控制方法進(jìn)行操作，所述逐漸逼近振動(dòng)控制方法具體采用以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級(jí)參數(shù)；

初始化信號(hào)發(fā)生器；

將信號(hào)發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號(hào)發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的實(shí)際振級(jí)；

判斷信號(hào)發(fā)生器的輸出與振動(dòng)臺(tái)目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號(hào)發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動(dòng)臺(tái)的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量方法，包括以下步驟：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級(jí)參數(shù)；

初始化信號(hào)發(fā)生器；

將信號(hào)發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號(hào)發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的實(shí)際振級(jí)；

判斷信號(hào)發(fā)生器的輸出與振動(dòng)臺(tái)目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號(hào)發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動(dòng)臺(tái)的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量系統(tǒng)，可加強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的質(zhì)量管控，推動(dòng)狀態(tài)檢修工作的可靠、有效開(kāi)展。提高對(duì)輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、可靠性的技術(shù)管控能力。通過(guò)基于計(jì)量保證方案原理的輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度、可靠性評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究，將提高對(duì)狀態(tài)檢修測(cè)量裝備的技術(shù)管控能力，加強(qiáng)對(duì)輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性的監(jiān)督，有效提高事故預(yù)判和排查能力，提高安全生產(chǎn)水平和檢修工作效率。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的附圖說(shuō)明如下。

圖1-1為本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)被試設(shè)備的影響來(lái)源。

圖2-1為本發(fā)明的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖之一。

圖2-2為本發(fā)明的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖之二。

圖3-1為本發(fā)明的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)計(jì)方案的原理圖。

圖3-2為本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖3-3為本發(fā)明的振動(dòng)臺(tái)的原理圖。

圖3-4為本發(fā)明的功率放大器的邏輯原理圖。

圖3-5為本發(fā)明的振動(dòng)控制儀的軟件功能圖。

圖3-6為本發(fā)明的振動(dòng)控制儀的傳遞函數(shù)圖。

圖3-7為本發(fā)明的逐漸逼近振動(dòng)控制算法的流程圖。

圖3-8為本發(fā)明的定頻校準(zhǔn)流程圖。

圖中，1為激振模塊、2為測(cè)振模塊、3為測(cè)試接口、4為振動(dòng)控制儀；

51為機(jī)座、52為中心磁極、53為磁缸底、54為勵(lì)磁線(xiàn)圈、55為驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈、56為磁缸蓋、57為上罩圈、58為動(dòng)圈、59為環(huán)狀氣隙、510為臺(tái)體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖所示，本實(shí)施例提供的一種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量系統(tǒng)，包括激振模塊1、測(cè)振模塊2、測(cè)試接口3和振動(dòng)控制儀4；

所述激振模塊用于向在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置提供振動(dòng)源；所述測(cè)振模塊用于檢測(cè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置在振動(dòng)源所激勵(lì)振動(dòng)的各個(gè)參數(shù)；所述測(cè)試接口將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝?dòng)控制儀進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

所述激振模塊包括振動(dòng)臺(tái)、傳感器、振動(dòng)控制儀、功率放大器和冷卻系統(tǒng)；

所述振動(dòng)臺(tái)上設(shè)置有傳感器用于獲取激勵(lì)振動(dòng)參數(shù)；所述振動(dòng)控制儀與傳感器連接；所述功率放大器與振動(dòng)控制儀連接；所述冷卻系統(tǒng)分別與振動(dòng)臺(tái)和功率放大器連接。

所述振動(dòng)臺(tái)包括機(jī)座51、中心磁極52、磁缸底53、勵(lì)磁線(xiàn)圈54、驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈55、磁缸蓋56、上罩圈57、動(dòng)圈58、環(huán)狀氣隙59和臺(tái)體510；

所述臺(tái)體設(shè)置于機(jī)座上，所述勵(lì)磁線(xiàn)圈設(shè)置于臺(tái)體上，所述勵(lì)磁線(xiàn)圈和驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈之間設(shè)置有環(huán)狀氣隙，所述驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈設(shè)置于臺(tái)體上，所述磁缸蓋設(shè)置于臺(tái)體上，所述上罩圈設(shè)置于磁缸蓋上，所述動(dòng)圈設(shè)置于上罩圈上。

所述測(cè)試接口包括模擬導(dǎo)線(xiàn)和底座；模擬導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)底座與振動(dòng)臺(tái)底座相連。

所述振動(dòng)控制儀按照預(yù)設(shè)的逐漸逼近振動(dòng)控制方法進(jìn)行操作，所述逐漸逼近振動(dòng)控制方法具體采用以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級(jí)參數(shù)；

初始化信號(hào)發(fā)生器；

將信號(hào)發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號(hào)發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的實(shí)際振級(jí)；

判斷信號(hào)發(fā)生器的輸出與振動(dòng)臺(tái)目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號(hào)發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動(dòng)臺(tái)的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

本實(shí)施例還提供了一種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量方法，包括以下步驟：

設(shè)置試驗(yàn)頻率和振級(jí)參數(shù)；

初始化信號(hào)發(fā)生器；

將信號(hào)發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值；

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號(hào)發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)；

測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的實(shí)際振級(jí)；

判斷信號(hào)發(fā)生器的輸出與振動(dòng)臺(tái)目標(biāo)參數(shù)的差值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閾值，如果是則輸出信號(hào)發(fā)生器的輸出值；

如果否，則調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出大小返回步驟直到振動(dòng)臺(tái)的達(dá)到目標(biāo)參數(shù)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供的架空輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，使用彎曲振幅法作為測(cè)量地導(dǎo)線(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)方法。彎曲振幅法的定義如圖2，測(cè)取電線(xiàn)距線(xiàn)夾出口89mm處電線(xiàn)相對(duì)于線(xiàn)夾的彎曲振幅，并以此值大小來(lái)測(cè)算導(dǎo)線(xiàn)在線(xiàn)夾出口處的動(dòng)彎應(yīng)變，作為測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)方法。采用相對(duì)振幅的測(cè)量方法，來(lái)衡量導(dǎo)線(xiàn)受微風(fēng)振動(dòng)的危害程度，實(shí)踐證明是測(cè)量懸垂線(xiàn)夾處導(dǎo)線(xiàn)振動(dòng)的實(shí)用方法。

本實(shí)施例提供的微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的參數(shù)如下：

振幅測(cè)量范圍：依據(jù)被測(cè)導(dǎo)地線(xiàn)的類(lèi)型，微風(fēng)振動(dòng)采集單元的振幅測(cè)量范圍為下列二種之一：a)0～0.6mm(p－p)；b)0～1.3mm(p－p)。頻率測(cè)量范圍：頻率測(cè)量范圍至少為0～150Hz。

依據(jù)Q/GDW 245-2010《架空輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通用技術(shù)條件》，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分兩種情況：

第一種是：數(shù)據(jù)采集單元設(shè)置有短距離無(wú)線(xiàn)通信接口，用來(lái)與數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，能自組織式進(jìn)行相應(yīng)的自檢、采集、測(cè)量，并能將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集中器中，然后通過(guò)GPRS/GSM/CDMA等遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖2-1所示；圖2-1在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖之一。

第二種是：數(shù)據(jù)采集單元本身攜帶有無(wú)線(xiàn)通信接口，直接與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過(guò)GPRS/GSM/CDMA等遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行通信。能自組織式進(jìn)行相應(yīng)的自檢、采集、測(cè)量，并能將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖2-2所示；圖2-2在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖之二。

輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置計(jì)量系統(tǒng)如下：

根據(jù)Q/GDW 245-2010《輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)規(guī)范》，微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置按照J(rèn)JG 676-2000《工作測(cè)振儀檢定規(guī)程》中檢定條件和方法進(jìn)行校準(zhǔn)：幅值非線(xiàn)性度的點(diǎn)應(yīng)不少于6個(gè)，且均勻分布在整測(cè)量范圍內(nèi)(包括最大振動(dòng)幅值)；頻率響應(yīng)的校準(zhǔn)點(diǎn)不少7個(gè)，且分布在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)(包括頻響上限)。

整個(gè)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置分為激振模塊、測(cè)振模塊和測(cè)試接口組成。激振模塊主要包括一個(gè)振動(dòng)臺(tái)、數(shù)字計(jì)數(shù)器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器組成，主要用于提供一個(gè)振動(dòng)源。測(cè)振模塊由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)傳感器、放大器、數(shù)字電壓表組成，主要用于測(cè)量振動(dòng)源所激勵(lì)振動(dòng)的各個(gè)參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)值。測(cè)試接口由模擬導(dǎo)線(xiàn)及底座組成，模擬導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)底座與振動(dòng)臺(tái)底座相連。為了減小測(cè)量誤差，采用剛性連接。

具體方案如圖3-1所示。圖3-1為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)計(jì)方案的原理圖

本項(xiàng)目提出的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)采用比較法校準(zhǔn)，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

1.振動(dòng)臺(tái)是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的激振模塊的核心，需要產(chǎn)生一穩(wěn)定的正弦振動(dòng)，試品的傳感器探頭和標(biāo)準(zhǔn)傳感器在振動(dòng)臺(tái)面上分別測(cè)量這一振動(dòng)。本項(xiàng)目中的振動(dòng)臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械信號(hào)，應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：

2.失真度要小，在2Hz～200Hz頻率范圍內(nèi)，加速度失真應(yīng)小于1％。

3.信噪比要高，一般要求信噪比應(yīng)大于60dB。

4.橫向運(yùn)動(dòng)分量要小。傳感器具有橫向效應(yīng)，在校準(zhǔn)時(shí)如果振動(dòng)臺(tái)面除了軸向運(yùn)動(dòng)外還有橫向運(yùn)動(dòng)分量，被校傳感器將對(duì)這一橫向運(yùn)動(dòng)分量產(chǎn)生輸出信號(hào)并疊加在軸向輸出中，引入較大的附加誤差。

5.頻率范圍要寬。輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的頻率測(cè)量范圍跨越低頻和中頻，盡可能在同一振動(dòng)臺(tái)上完成全部頻率范圍的校準(zhǔn)。

6.要有較大的推力輸出。推力與振動(dòng)頻率的平方成正比，當(dāng)頻率增大時(shí)，要求推力要有更大的裕度。

7.要有一定的負(fù)荷能力。

8.臺(tái)面振動(dòng)輸出要穩(wěn)定。振動(dòng)臺(tái)的頻率和振幅穩(wěn)定時(shí)，傳感器的輸出才能穩(wěn)定，才能在穩(wěn)定狀態(tài)下得到準(zhǔn)確的校準(zhǔn)結(jié)果。一般要求加速度不穩(wěn)定度在校準(zhǔn)過(guò)程中應(yīng)小于0.5％。

9.臺(tái)面要有一定的剛度和表面光潔度。其粗糙度應(yīng)優(yōu)于0.8μm，這是一般傳感器所要求的正常工作條件。

10.要盡量減少非振動(dòng)環(huán)境對(duì)傳感器的影響。振動(dòng)臺(tái)不產(chǎn)生或少產(chǎn)生對(duì)傳感器靈敏度有影響的非振動(dòng)環(huán)境。

在比較校準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)傳感器的靈敏度是否準(zhǔn)確和穩(wěn)定，以及傳感器的本身的性能質(zhì)量如何，對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果有直接的影響。因此，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)傳感器有一定的要求或規(guī)定。具體地，應(yīng)符合以下要求：

1.靈敏度必須準(zhǔn)確。通常是用激光絕對(duì)法或互易法校準(zhǔn)的。其參考靈敏度校準(zhǔn)不確定度應(yīng)在0.5％以?xún)?nèi)。

2.靈敏度長(zhǎng)期穩(wěn)定性要好。即在檢定周期內(nèi)靈敏度不應(yīng)有明顯變化。一般要求年穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于0.5％。

3.橫向靈敏度一般應(yīng)小于2％。

4.線(xiàn)性度應(yīng)小于3％。

5.非振動(dòng)環(huán)境靈敏度要低，如溫度響應(yīng)誤差、磁靈敏度、基座應(yīng)變靈敏度等應(yīng)盡量地小。敏感元件應(yīng)用天然石英或高穩(wěn)定度的硬陶瓷材料等長(zhǎng)期穩(wěn)定性好且溫度效應(yīng)低的材料制成。

6.標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)在校準(zhǔn)和使用時(shí)，應(yīng)與配套電荷放大器一起校準(zhǔn)和使用。

4.1.2激振模塊、測(cè)振模塊的設(shè)計(jì)

在具體實(shí)施上，激振模塊和測(cè)振模塊可以由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3-2所示。標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)在工作過(guò)程中能夠自動(dòng)控制振動(dòng)參數(shù)量級(jí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要硬件包括：振動(dòng)臺(tái)體、功率放大器、標(biāo)準(zhǔn)傳感器、控制儀和冷卻系統(tǒng)。如圖所示。

其工作原理是：振動(dòng)控制儀中的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)正弦信號(hào)，由功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)信號(hào)。振動(dòng)控制儀中的數(shù)字頻率計(jì)接收信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)，測(cè)量出該信號(hào)的頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)值。標(biāo)準(zhǔn)傳感器用于測(cè)量振動(dòng)臺(tái)的所提供機(jī)械信號(hào)的振幅，測(cè)量結(jié)果作為振幅標(biāo)準(zhǔn)值。圖3-2為標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

振動(dòng)臺(tái)是標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)系統(tǒng)的核心，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。

勵(lì)磁線(xiàn)圈在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體內(nèi)建立磁場(chǎng)，勵(lì)磁線(xiàn)圈與直流電源相連，在環(huán)行氣隙里產(chǎn)生一個(gè)高磁通量。動(dòng)圈部件，包括臺(tái)面、骨架和驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈，懸掛在振動(dòng)臺(tái)的環(huán)行氣隙里。當(dāng)交流電流通過(guò)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈時(shí)，電磁力會(huì)在驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈的繞組上產(chǎn)生，使得臺(tái)面產(chǎn)生向上和向下的往復(fù)移動(dòng)，如圖示中雙向箭頭處顯示。臺(tái)面的移動(dòng)量取決于振動(dòng)控制儀發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的大小和頻率以及所加的負(fù)載質(zhì)量。圖3-3為振動(dòng)臺(tái)的原理圖

功率放大器采用數(shù)字式(開(kāi)關(guān)管式)設(shè)計(jì)，是一種高效率、模塊化、風(fēng)冷式功率放大器，當(dāng)它與匹配的振動(dòng)臺(tái)和振動(dòng)控制儀構(gòu)成一個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)后，能夠連續(xù)有效地工作。在放大器中采用的是脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)，能以非常高的效率放大電流。通過(guò)調(diào)制高頻信號(hào)并將不必要的開(kāi)關(guān)頻率濾波后，能獲得光滑的輸出波形。其原理如圖3-4所示。圖3-4為功率放大器的邏輯原理圖。

功率放大器提供振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體勵(lì)磁線(xiàn)圈用的勵(lì)磁電流、功率模塊使用的電源，主要包括功率放大模塊、邏輯模塊及保護(hù)電路等。

振動(dòng)控制儀是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其主要對(duì)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字頻率計(jì)、計(jì)數(shù)器和各個(gè)通信接口進(jìn)行控制，通過(guò)人機(jī)交互界面輸入控制參量，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的按要求輸出，完成傳感器輸出信號(hào)的采集、處理等功能。

振動(dòng)控制儀內(nèi)置軟件系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)各個(gè)硬件進(jìn)行控制信號(hào)的輸出驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，并采集傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試品的校準(zhǔn)。其主要功能如圖3-5所示。圖3-5振動(dòng)控制儀的軟件功能圖。

系統(tǒng)自檢是對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)硬件的功能和物理連接進(jìn)行檢查，以保證校準(zhǔn)過(guò)程能夠安全、穩(wěn)定、可靠的進(jìn)行。主控模塊主要進(jìn)行控制相應(yīng)的硬件進(jìn)行不同模式的信號(hào)發(fā)生、頻率計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)采集及處理等功能，并將測(cè)量結(jié)果返回人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示、保存及打印。

在設(shè)計(jì)振動(dòng)控制儀控制算法時(shí)，需要考慮三個(gè)問(wèn)題：

1.振動(dòng)臺(tái)激勵(lì)響應(yīng)時(shí)間。由于標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)反饋系統(tǒng)，如圖3-6所示。在達(dá)到設(shè)置的振動(dòng)參數(shù)時(shí)需要不斷的調(diào)整，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后反饋給系統(tǒng)，以校正振動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)后，振動(dòng)臺(tái)的動(dòng)作并不是隨著信號(hào)馬上改變，而是有一定的時(shí)延，需要一定的響應(yīng)時(shí)間。圖中：K(S)——振動(dòng)控制算法傳遞函數(shù)；Ka(S)——功率放大器傳遞函數(shù)；H(S)——振動(dòng)臺(tái)傳遞函數(shù)；T(S)——傳感器傳遞函數(shù)。圖3-6振動(dòng)控制儀的傳遞函數(shù)圖。

2.振動(dòng)的連續(xù)性。信號(hào)發(fā)生器一般是數(shù)字式的，導(dǎo)致其輸出不是連續(xù)的，而是階躍式變化，這將給振動(dòng)臺(tái)帶來(lái)沖擊。針對(duì)這種情況，需要確定一個(gè)合適的步長(zhǎng)，使振動(dòng)臺(tái)在振動(dòng)調(diào)整過(guò)程中，既不會(huì)產(chǎn)生明顯的沖擊，又能滿(mǎn)足快速達(dá)到目標(biāo)參數(shù)要求。

3.信號(hào)發(fā)生器的極限輸出。在振動(dòng)臺(tái)工作過(guò)程中，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器的最大輸出電壓達(dá)到最大值或最小值時(shí)，還未達(dá)到目標(biāo)振動(dòng)參數(shù)，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)。針對(duì)這種情況，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整功率放大器的增益。

基于這三個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了逐漸逼近振動(dòng)控制算法，其流程如圖3-7所示。

圖中，m_freq——試驗(yàn)頻率；m_level——試驗(yàn)振級(jí)；m_ampl——信號(hào)發(fā)生器輸出；delta——信號(hào)發(fā)生器輸出遞增步長(zhǎng)；truel——振動(dòng)臺(tái)實(shí)際振級(jí)；信號(hào)發(fā)生器最佳輸出范圍為(0.2～5)。

圖3-7逐漸逼近振動(dòng)控制算法的流程圖

為了達(dá)到目標(biāo)振動(dòng)參數(shù)，該算法主要分為三個(gè)部分：

1.將信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出增大到最佳輸出范圍下限。

2.經(jīng)過(guò)系統(tǒng)反饋計(jì)算，將信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)增大到接近目標(biāo)振動(dòng)參數(shù)。

3.緩慢調(diào)整至目標(biāo)振動(dòng)參數(shù)。

在控制開(kāi)始階段，完成試驗(yàn)頻率和振級(jí)等目標(biāo)參數(shù)的輸入，同時(shí)完成信號(hào)發(fā)生器的初始化工作。為了避免對(duì)振動(dòng)臺(tái)的沖擊，將信號(hào)發(fā)生器的輸出從零逐漸調(diào)節(jié)到最佳輸出范圍下限值。

調(diào)節(jié)功率放大器增益，使信號(hào)發(fā)生器的輸出保持在最佳輸出范圍內(nèi)，測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的實(shí)際振級(jí)，根據(jù)信號(hào)的增大對(duì)振動(dòng)臺(tái)的影響基本是線(xiàn)性關(guān)系，從理論上計(jì)算出最終信號(hào)發(fā)生器的輸出，該輸出接近于振動(dòng)臺(tái)達(dá)到目標(biāo)參數(shù)時(shí)信號(hào)發(fā)生器的輸出。

將信號(hào)發(fā)生器的輸出逐漸增大到接近理論最終輸出值，通過(guò)不斷的比較振動(dòng)臺(tái)實(shí)際振級(jí)與目標(biāo)參數(shù)的差異，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出大小，最終使振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定的目標(biāo)參數(shù)。

為了能更簡(jiǎn)捷的對(duì)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，本方案較多采用采用了定頻校準(zhǔn)模式，即每次校準(zhǔn)點(diǎn)都選擇固定振動(dòng)的頻率和振級(jí)。其流程如圖3-8所示，圖3-8為定頻校準(zhǔn)流程圖。

增加微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)試接口，使其可以對(duì)整個(gè)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。

測(cè)試接口由模擬導(dǎo)線(xiàn)及底座組成，模擬導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)底座與振動(dòng)臺(tái)底座相連，采用剛性連接。進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置安裝在模擬導(dǎo)線(xiàn)上，調(diào)整傳感器探頭接觸在振動(dòng)臺(tái)面上。標(biāo)準(zhǔn)傳感器中心和試品傳感器探頭以振動(dòng)臺(tái)面中心對(duì)稱(chēng)放置。針對(duì)無(wú)探頭的試品，可以直接安裝在振動(dòng)臺(tái)面上的剛性模擬導(dǎo)線(xiàn)上。

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)參數(shù)，輸電線(xiàn)路微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器主要對(duì)試品的頻率、振幅進(jìn)行校準(zhǔn)。

采用微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，可使在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的量值溯源關(guān)系更加清晰明確，這是有效校準(zhǔn)微風(fēng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的關(guān)鍵。

本實(shí)施例提供的多種溯源方案，可直接溯源至振動(dòng)臺(tái)檢定裝置(頻率測(cè)量范圍為0.1Hz～5kHz，加速度測(cè)量范圍為0.1m/s2～1000m/s2，不確定度為0.3％)，同時(shí)，因?yàn)橛?jì)量標(biāo)準(zhǔn)需要溯源的參量分別是振幅和頻率，分別由標(biāo)準(zhǔn)傳感器和數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量得出。其中標(biāo)準(zhǔn)傳感器可以依據(jù)JJG 676-2000《工作測(cè)振儀檢定規(guī)程》，溯源至更高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)傳感器或激光干涉儀，直至國(guó)家基準(zhǔn)。數(shù)字頻率計(jì)可以依據(jù)JJG349-2014《通用計(jì)數(shù)器檢定規(guī)程》溯源至湖北計(jì)量測(cè)試研究院銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，直至國(guó)家時(shí)間基準(zhǔn)。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。