夜間鐵塔振動測量分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種夜間鐵塔振動測量分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵塔的振動測量一般采用在塔上裝設(shè)加速度探頭，然后采用人工用繩拉動鐵塔進(jìn)行測量，登塔也不安全，設(shè)備拆卸較復(fù)雜，一般在白天進(jìn)行，目前還沒有一種晚上現(xiàn)場用測量分析設(shè)備。對于在線監(jiān)測可采用三維加速度探頭連續(xù)測量，但收集到的數(shù)據(jù)相對較少，不足以分析現(xiàn)場鐵塔的實(shí)際情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種安全性高、測量質(zhì)量高的夜間鐵塔振動測量分析系統(tǒng)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種夜間鐵塔振動測量分析系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)在于:該系統(tǒng)包括風(fēng)速風(fēng)向測量儀、紅外攝像機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、激光測距儀以及拾音器；
所述風(fēng)速風(fēng)向測量儀設(shè)于待測鐵塔迎風(fēng)面距塔腳水平距離3米處，所述將激光測距儀設(shè)置于待測鐵塔迎風(fēng)面距塔腳水平距離20米處，指向塔頭邊緣反光點(diǎn)；
所述溫度計(jì)、濕度計(jì)和溫濕度傳感器、變送器安裝于待測鐵塔塔底下中間位置；
所述拾音器布置在迎風(fēng)面靠近工業(yè)計(jì)算機(jī)側(cè)待測鐵塔主材距地面3米處，所述拾音器的聽筒貼緊待測鐵塔主材表面；所述紅外攝像機(jī)設(shè)于待側(cè)鐵塔與相鄰塔之間距待側(cè)鐵塔的塔腳3米處，其鏡頭指向正上方的導(dǎo)線；裝有視頻采集卡、溫度、濕度、流量采集卡的工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)于相鄰塔間距待側(cè)塔塔腳4米處；所述拾音器接到紅外攝像機(jī)上，所述紅外攝像機(jī)的音頻視頻接視頻采集卡，所述激光測距儀、溫度傳感器、變送器、風(fēng)速、風(fēng)向測量儀與工業(yè)計(jì)算機(jī)上的采集卡相連或通過無線連接。
[0005]本發(fā)明的發(fā)明原理如下:
本發(fā)明是利用晚上風(fēng)大，光線較暗的環(huán)境條件，在激光測距、紅外攝像、視覺測量、和聲波采集的基礎(chǔ)上形成了全方位感知測量系統(tǒng)，可以分析導(dǎo)線振動，鐵塔振動之間的關(guān)系以及鐵塔內(nèi)部聲波的對應(yīng)關(guān)系，從而判斷鐵塔的健康狀態(tài)。
[0006]導(dǎo)線通過電流發(fā)熱后會發(fā)出紅外光，被紅外攝像機(jī)捕捉，因此利用紅外攝像的原理可以得到導(dǎo)線的紅外圖像，通過對錄制的影像進(jìn)行視覺測量分析處理，可得到導(dǎo)線的擺動時(shí)域圖譜；在待測塔塔腳主材上固定一臺拾音器，并將信號傳到紅外攝像機(jī)則可以記錄塔身聲波信號，這些信號中有風(fēng)吹塔的聲音信號，也有塔本身關(guān)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)動傳出的信號，還有金具連接處傳來的摩擦信號；在塔的迎風(fēng)面布置一臺風(fēng)速風(fēng)向測量儀可以記錄風(fēng)速、風(fēng)向，另配一臺溫度、濕度記錄儀可以記錄溫度和濕度。在塔的水平垂直方向布置一臺激光測距儀，可以實(shí)時(shí)記錄鐵塔距觀測點(diǎn)的距離，從而得到鐵塔的橫向位移振動時(shí)域圖譜。將所有的信號通過計(jì)算機(jī)的采集卡進(jìn)行同步采集，并記錄到數(shù)據(jù)庫中，可以隨時(shí)利用分析軟件進(jìn)行分析和處理。
[0007]導(dǎo)線的擺動時(shí)域圖譜和鐵塔橫向位移振動圖譜均為位移對應(yīng)時(shí)間的函數(shù)，對該函數(shù)求導(dǎo)兩次可得到加速度圖譜(函數(shù))，加速度對應(yīng)的是鐵塔的受力，這樣就可以和測量得到的風(fēng)速譜圖對照分析塔線體系自身的固有頻率、剛度、阻尼等。
[0008]對照分析導(dǎo)線的擺動和鐵塔振動之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以分析鐵塔與導(dǎo)線的相互作用力，配合聲波分析可以得到鐵塔具體部件的響應(yīng)。
[0009]多次變化環(huán)境條件進(jìn)行測量，可以得到鐵塔剛度、阻尼等參數(shù)與溫度、濕度的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對鐵塔健康情況的預(yù)測。
[0010]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
1、充分利用晚上風(fēng)大光線暗的特點(diǎn)，采用激光、紅外技術(shù)進(jìn)行測量，提高了測量質(zhì)量；
2、將鐵塔、導(dǎo)線振動同時(shí)記錄分析，實(shí)現(xiàn)了塔線一體結(jié)構(gòu)的同步分析，易于找到兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；
3、同步記錄包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等環(huán)境因素參數(shù)，便于分析鐵塔自身剛度、阻尼的變化規(guī)律，為鐵塔的設(shè)計(jì)提供參考。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明各部件布置示意圖；
圖2是本發(fā)明各部件布置側(cè)視示意圖；
其中，I待側(cè)塔、2紅外攝像機(jī)、3工業(yè)計(jì)算機(jī)、4導(dǎo)線、5相鄰塔、6風(fēng)向風(fēng)速測量儀、7激光測距儀，8溫濕度變送器、9拾音器，10風(fēng)向。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0013]參見附圖1和附圖2，
1.準(zhǔn)備材料:一臺紅外攝像機(jī)(HAC237S 一 IR — P5 )，一臺高保真拾音器(X5 — AUD1)，一臺風(fēng)速風(fēng)向測量儀(ZDR — 1F)，一塊視頻采集卡(ME200)，一塊溫度、濕度、流量采集卡(USB)，熱電偶溫度探頭(NR - 33)，濕度傳感器(AM2305)，溫濕度變送器(AQ3020)，激光測距儀(D8)，工業(yè)計(jì)算機(jī)一臺(IPC610H)，溫度傳感器，溫度、濕度記錄儀。
[0014]2.將風(fēng)速風(fēng)向測量儀6布置在待測塔I迎風(fēng)面距塔腳水平距離3米處；激光測距儀7布置在待測鐵I迎風(fēng)面距塔腳水平距離20米處，指向塔頭邊緣反光點(diǎn)；將溫、濕度傳感器和溫濕度變送器8布置在塔底下中間位置；拾音器9布置在迎風(fēng)面靠近工業(yè)計(jì)算機(jī)3側(cè)主材距地面3米處，拾音器9的聽筒貼緊主材表面并用502膠點(diǎn)狀粘結(jié)后用粘膠帶捆扎；將紅外攝像機(jī)2布置在待側(cè)塔I與相鄰塔5之間距待側(cè)塔I的塔腳3米的位置，鏡頭指向正上方的導(dǎo)線；在相鄰塔5間距待側(cè)塔塔腳四米處布置工業(yè)計(jì)算機(jī)一臺，工業(yè)計(jì)算機(jī)3內(nèi)裝好視頻采集卡、溫度、濕度、流量采集卡，同時(shí)也裝好相應(yīng)采集卡的驅(qū)動程序和控制、記錄、分析等相關(guān)軟件，包括matlab軟件和ANSYS軟件，主要是將圖形處理得到時(shí)域圖譜，可根據(jù)視覺測量的原理自行編制。將拾音器9接到紅外攝像機(jī)2上，然后再將紅外攝像機(jī)2的音頻視頻接到視頻采集卡上，其余各種傳感器、溫濕度變送器、測量儀等與工業(yè)計(jì)算機(jī)3上的USB采集卡相連(也可以進(jìn)行無線連接)，調(diào)試好設(shè)備，準(zhǔn)備檢測。設(shè)備布置見圖1。
[0015]3.信號處理是通過計(jì)算機(jī)內(nèi)的軟件進(jìn)行的:對紅外攝像機(jī)2傳入工業(yè)計(jì)算機(jī)3的圖像利用視覺測量技術(shù)進(jìn)行處理，跟蹤導(dǎo)線的移動，得到導(dǎo)線的擺動時(shí)域圖譜；對激光測距儀7測得的距離數(shù)據(jù)結(jié)合塔的高度、監(jiān)測點(diǎn)與塔間的距離經(jīng)過簡單的幾何計(jì)算可得到塔頭的橫向振動時(shí)域圖譜；聲波信號可直接生成聲波時(shí)域圖譜；溫度、濕度信號可顯示溫度的變化圖譜，由于溫度和濕度信號變化較慢，可采用靜態(tài)移動平均信號處理，以去除干擾因素。計(jì)算機(jī)軟件可以將各種時(shí)域圖譜進(jìn)行同步顯示在一個(gè)界面上，也可以分別顯示，同時(shí)還可以進(jìn)行積分、微分、求自相關(guān)、互相關(guān)、頻譜轉(zhuǎn)換等操作。此處視覺測量技術(shù)為公知技術(shù)，可參見《河北電力技術(shù)》2013年第4期，馮硯廳發(fā)表的論文《鐵塔單目立體視覺測量技術(shù)研究》。
[0016]4.計(jì)算鐵塔橫向振動圖譜和導(dǎo)線的擺動圖譜的相關(guān)性，可以研究導(dǎo)線金具與鐵塔的相互作用，結(jié)合聲波時(shí)域圖譜可以推測鐵塔的缺陷如桿件摩擦、金具撞擊等。對照風(fēng)的時(shí)域圖譜和鐵塔及導(dǎo)線的時(shí)域圖譜可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)作用下鐵塔及導(dǎo)線的動態(tài)反應(yīng)，將導(dǎo)線的擺動和鐵塔的橫向振動圖譜時(shí)域曲線進(jìn)行兩次微分，即可研究風(fēng)的受力與導(dǎo)線擺動及鐵塔振動的關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種夜間鐵塔振動測量分析系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括風(fēng)速風(fēng)向測量儀(6)、紅外攝像機(jī)(2)、工業(yè)計(jì)算機(jī)(3)、激光測距儀(7)以及拾音器(9)； 所述風(fēng)速風(fēng)向測量儀(6)設(shè)于待測塔(I)迎風(fēng)面距塔腳水平距離3米處，所述將激光測距儀(7)設(shè)置于待測塔(I)迎風(fēng)面距塔腳水平距離20米處，指向塔頭邊緣反光點(diǎn)； 所述溫度傳感器、濕度傳感器和溫濕度變送器(8)安裝于待測塔(I)塔底下中間位置；所述拾音器(9)布置在迎風(fēng)面靠近工業(yè)計(jì)算機(jī)(3)側(cè)待測塔(I)主材距地面3米處，所述拾音器(9 )的聽筒貼緊待測塔(I)主材表面；所述紅外攝像機(jī)(2 )設(shè)于待側(cè)塔(I)與相鄰塔(5)之間距待側(cè)塔(I)的塔腳3米處，其鏡頭指向正上方的導(dǎo)線；裝有視頻采集卡、溫度、濕度、流量采集卡的工業(yè)計(jì)算機(jī)(3)設(shè)于相鄰塔(5)間距待側(cè)塔塔腳4米處；所述拾音器(9)接到紅外攝像機(jī)(2)上，所述紅外攝像機(jī)(2)的音頻視頻接視頻采集卡，所述激光測距儀(7)、溫度、濕度傳感器、溫濕度變送器(8)、風(fēng)速風(fēng)向測量儀(6)與工業(yè)計(jì)算機(jī)(3)上的相應(yīng)采集卡相連或通過無線連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種夜間鐵塔振動測量分析系統(tǒng)，其包括按要求布置的風(fēng)速風(fēng)向測量儀、紅外攝像機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、激光測距儀以及拾音器；其結(jié)合了激光測量、紅外測量、環(huán)境參數(shù)測量，通過組合測量實(shí)現(xiàn)夜間鐵塔振動測量分析，并且鐵塔、導(dǎo)線振動同時(shí)記錄分析。本發(fā)明充分利用晚上風(fēng)大光線暗的特點(diǎn)，采用激光、紅外技術(shù)進(jìn)行測量，提高了測量質(zhì)量；將鐵塔、導(dǎo)線振動同時(shí)記錄分析，實(shí)現(xiàn)了塔線一體結(jié)構(gòu)的同步分析，易于找到兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
【IPC分類】G01H1-00
【公開號】CN104535166
【申請?zhí)枴緾N201410731162
【發(fā)明人】馮硯廳, 代小號, 李文鵬, 李文彬
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月5日