基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置
阅读说明：本技术 基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置 (Electric power tower state monitoring device based on electrochemical induction type vibration sensor ) 是由 陈存广 王兰 李胜元 白雪 于 2020-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置,该电力杆塔状态监测装置包括电化学感应式振动传感器和控制装置,通过电化学感应式振动传感器对电力杆塔进行双向倾斜角度及振动情况进行监测,控制装置对数据进行处理和分析。解决了现有技术利用电阻应变传感器测量塔杆的应力变化,通过无线通信方式传递监测信息,但电阻应变式传感器对于大应变有较大的非线性,输出信号较弱,灵敏度相对较低的技术问题,本发明利用电化学感应式振动传感器,具有工作频带宽、灵敏度高、体积小、重量轻等优点,它结合无线电通信技术、物联网传感器技术及综合信息处理系统等技术实现对电力杆塔状态进行在线监测。(The invention provides an electric power tower state monitoring device based on an electrochemical induction type vibration sensor. The invention solves the technical problems that a resistance strain sensor is used for measuring the stress change of a tower pole in the prior art and transmitting monitoring information in a wireless communication mode, but the resistance strain sensor has larger nonlinearity to large strain, weaker output signal and lower sensitivity.)
技术领域
本发明涉及一种基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置，属于电力杆塔状态监测装置技术领域。
背景技术
电力杆塔作为重要的输电设施，故障的出现将会对电力系统和人们的生产、生活造成严重的损失。由雷电、暴风雨雪、山体滑坡、洪水等自然灾害导致电力杆塔地基变形，导致杆塔倾斜、倒塔断线等严重事故发生，同时人为偷盗电力设施、攀爬电力杆塔架、工作人员违章操作施工等各种现象也时有发生。
目前对电力杆塔的巡检主要采用人工巡线和直升飞机巡线的方式。人工巡线费用低廉，但巡视周期较长、劳动强度大，而且很多杆塔因为地形的限制导致人工难于巡视到位而存在巡检盲区；直升机巡线目前主要采用有人驾驶和无人驾驶两种方式，前者最大的缺陷是安全问题，飞机出行容易受到天气的影响，而且成本非常高，应用较少，无人机巡检方式目前大多处在研究初期，系统复杂，运行稳定性及监测范围都存在一定的问题。
有人研究并想利用北斗卫星精确定位技术去实现输电线路杆塔倾斜监测和预警，然而其在实际运行的过程中由于受到多种因素的影响，不可避免的会产生运行误差，为满足杆塔倾斜监测毫米级的精度要求，必须同步观测不少于四颗卫星的信号。
有人提出利用电阻应变传感器测量塔杆的应力变化，通过无线通信方式传递监测信息，但电阻应变式传感器对于大应变有较大的非线性，输出信号较弱，灵敏度相对较低。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的利用电阻应变传感器测量塔杆的应力变化，通过无线通信方式传递监测信息，但电阻应变式传感器对于大应变有较大的非线性，输出信号较弱，灵敏度相对较低的技术问题，提出一种基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置及电化学感应式振动传感器的应用。
本发明提出一种基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置，包括电化学感应式振动传感器和控制装置，所述电力杆塔上方安装有电化学感应式振动传感器，通过电化学感应式振动传感器对电力杆塔进行双向倾斜角度及振动情况进行监测，所述控制装置对数据进行处理和分析。
优选地，所述控制装置包括无线通信模块、单片机和射频模块，所述单片机对数据进行处理和分析，所述无线通信模块将区域内的数据传送至监控中心，所述射频模块将各个节点的数据传送至杆塔监测主单元。
优选地，所述电化学感应式振动传感器包括分子-电子涡流转换腔、电磁反馈补偿系统、温度补偿系统、信号采集/处理电路、电源和外壳封装，所述分子-电子涡流转换腔、电磁反馈补偿系统、温度补偿系统、信号采集/处理电路和电源依次连接。
优选地，所述分子-电子涡流转换腔包括电解液密封腔、电解液、若干电极、绝缘隔层和导线，两个电机间设置有绝缘隔层，其中若干电极与绝缘隔层整合封装在同一芯片中。
优选地，当电线塔杆发生倾斜、转动等状况时，电化学感应式振动传感器中的分子-电子涡流转换腔发生姿态变化，电解液随之产生流动，改变电极之间带电离子的浓度，进而在外部电路上产生了变化的电流，并且该电流随着电解液流动的变化而变化，将电流信号转变成单片机能够采集的电压信号，观察电压信号的变化，实现对电力塔杆的监测。
优选地，当设备监测到杆塔倾斜角度或振动状态超过预设阈值时，通过无线通信模块，将杆塔倾斜数据的告警信息发送给监控中心，提醒管理人员对杆塔运行状况予以关注并采取相应维护措施。
优选地，所述基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置还包括风速传感器，所述电力杆塔上方还安装有风速传感器。
优选地，所述基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置还包括太阳能供电系统，所述电力杆塔上方还安装有太阳能供电系统，为整个监测装置供电。
优选地，所述基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置还包括温湿度传感器，所述电力杆塔上方还安装有温湿度传感器。
优选地，所述基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置还包括风向传感器，所述电力杆塔上方还安装有风向传感器。
一种所述的电化学感应式振动传感器的应用，所述电化学感应式振动传感器应用于对电力杆塔进行双向倾斜角度及振动情况进行监测。
本发明所述的基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置的有益效果为：
1、本发明所述的基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置，利用电化学感应式振动传感器，具有工作频带宽、灵敏度高、体积小、重量轻等优点，它结合无线电通信技术、物联网传感器技术及综合信息处理系统等技术实现对电力杆塔状态进行在线监测。
2、本发明所述的基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置，通过建设电力杆塔在线监测系统，实现电力杆塔的实时监控，降低电力巡线的人工成本，起到对潜在危害进行预判和预警作用，提高电力检修的工作效率。
3、本发明所述的基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置，通过对电力杆塔倾角检测、温湿度、风速、雨量检测，实现数据精准实时化、网格化和智能化。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的一种基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置的结构示意图；
图2为本发明所述的电化学感应式振动传感器的结构示意图；
图3为本发明所述的分子-电子涡流转换腔的结构示意图；
其中，1-风速传感器，2-太阳能供电系统，3-温湿度传感器，4-电化学感应式振动传感器，5-风向传感器，6-无线通信模块，7-单片机，8-射频模块，9-分子-电子涡流转换腔，10-电磁反馈补偿系统，11-温度补偿系统，12-信号采集/处理电路，13-电源，14-外壳封装，15电解液密封腔，16-电解液，17-绝缘隔层，18-电极，19-导线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-3说明本实施方式。本实施方式所述的基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置，包括电化学感应式振动传感器4和控制装置，所述电力杆塔上方安装有电化学感应式振动传感器4，通过电化学感应式振动传感器4对电力杆塔进行双向倾斜角度及振动情况进行监测，所述控制装置对数据进行处理和分析。
所述控制装置包括无线通信模块6、单片机7和射频模块8，所述单片机7对数据进行处理和分析，所述无线通信模块6将区域内的数据传送至监控中心，所述射频模块8将各个节点的数据传送至杆塔监测主单元。
所述电化学感应式振动传感器4包括分子-电子涡流转换腔9、电磁反馈补偿系统10、温度补偿系统11、信号采集/处理电路12、电源13和外壳封装14，所述分子-电子涡流转换腔9、电磁反馈补偿系统10、温度补偿系统11、信号采集/处理电路12和电源13依次连接。
所述分子-电子涡流转换腔9包括电解液密封腔15、电解液16、若干电极18、绝缘隔层17和导线19，两个电级18间设置有绝缘隔层17，其中若干电极18与绝缘隔层17整合封装在同一芯片中。
当电线塔杆发生倾斜、转动等状况时，电化学感应式振动传感器4中的分子-电子涡流转换腔9发生姿态变化，电解液16随之产生流动，改变电极18之间带电离子的浓度，进而在外部电路上产生了变化的电流，并且该电流随着电解液16流动的变化而变化，将电流信号转变成单片机7能够采集的电压信号，观察电压信号的变化，实现对电力塔杆的监测。
当设备监测到杆塔倾斜角度或振动状态超过预设阈值时，通过无线通信模块6，将杆塔倾斜数据的告警信息发送给监控中心，提醒管理人员对杆塔运行状况予以关注并采取相应维护措施。
所述基于电化学感应式振动传感器的电力杆塔状态监测装置还包括风速传感器1，所述电力杆塔上方还安装有风速传感器1，太阳能供电系统2，其为整个监测装置供电，还安装有温湿度传感器3和风向传感器5。所述风速传感器1、温湿度传感器3和风向传感器5的检测信号反馈给控制系统。
电化学感应式振动传感器4由分子-电子涡流转换腔(M.E.T.腔)9、电磁反馈补偿系统10、温度补偿系统11、信号采集/处理电路12、电源13和外壳封装14等组成。其中M.E.T.腔9包括电解液密封腔15、电解液16、电极18、绝缘隔层17和导线19，而电极18与绝缘隔层17通常被整合封装在同一芯片中，被称为“电化学机理惯性敏感元件”(Sensing Element，简称“敏感元件”)。电解液密封腔15内包有电解液16，电解液16包着电极18与绝缘隔层17整合的芯片，电解液密封腔15侧壁上设置有若干导线。
本发明主要是通过电化学感应式振动传感器4对杆塔/铁塔进行双向倾斜角度及振动情况进行监测。当电线塔杆发生倾斜、转动等状况时，电化学感应式振动传感器4中的M.E.T.腔就会发生姿态变化，电解液16随之产生流动(实际情况中电解液流动的变化量非常小)，改变了电极之间带电离子的浓度，进而在外部电路上产生了变化的电流，并且该电流随着电解液流动的变化而变化，将电流信号转变成单片机7可以采集的电压信号，观察电压信号的变化，实现对电力塔杆的监测，实现对电力塔杆的监测。结合气象数据(温度、湿度、风速、雨量)，对监测的数据经分析后，以数字列表、曲线和图表的形式显示相关参数；通过趋势分析软件做出趋势分析图，准确推断杆塔的倾斜状况和发展趋势倾斜。
当设备监测到杆塔倾斜角度或振动状态超过预设阈值时，系统能够通过3G/4G无线网络，将杆塔倾斜数据的告警信息发送给监控中心，提醒管理人员对杆塔运行状况予以关注并采取相应维护措施。
一种所述的电化学感应式振动传感器的应用，所述电化学感应式振动传感器应用于对电力杆塔进行双向倾斜角度及振动情况进行监测，以往的技术没有将电化学感应式振动传感器应用到对电力杆塔进行双向倾斜角度及振动情况进行监测上的，这是本发明的一个突破。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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