專利名稱：一種電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，城市架空線路送電正在被地下高壓電纜所取代，因此地下高壓電纜的數(shù)量正急劇上升。針對這種現(xiàn)狀，對隧道安全的監(jiān)測更加重要。為了保證隧道電纜供電的可靠性，除了保障隧道內(nèi)電纜及其附屬設(shè)施的安全外，同時必須實(shí)時監(jiān)測隧道本體的安全。 隧道長期運(yùn)行，由于受到周邊機(jī)械施工、爆破，壓力等因素的影響，會出現(xiàn)某些位置的變形或者微變化。目前實(shí)現(xiàn)的對隧道本地的監(jiān)測，一種是采用動態(tài)儀或者壓力表，需要配備較多的人力，但是仍然難以實(shí)現(xiàn)隧道狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測，困難大，監(jiān)測繁瑣，信息量少。另一種是采用DSP實(shí)現(xiàn)三維加速度監(jiān)測，這種裝置功耗大，必須安裝在有供電的位置，不能實(shí)現(xiàn)隧道全線的監(jiān)測，有一定的位置局限性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決在隧道供電不足，并且需要連續(xù)監(jiān)測隧道變化等技術(shù)問題，提供一種電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置，它采用低功耗設(shè)計(jì)，采集器與傳感器采用分體結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對隧道防護(hù)目標(biāo)的無縫覆蓋和實(shí)時連續(xù)監(jiān)測，提供大量的隧道震動加速度數(shù)據(jù)信息，通過大量信息的累積，可以實(shí)現(xiàn)對隧道的效監(jiān)測和提前預(yù)警。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置，它包括三維加速度采集器，三維加速度采集器沿隧道走向布設(shè)，并與若干傳感器連接；其中，三維加速度采集器包括微控制器模塊、通信模塊、電源管理模塊、傳感器接收模塊，微控制器模塊與通信模塊、傳感器接收模塊雙向通信，電源管理模塊為微控制器模塊、通信模塊以及傳感器接收模塊供電；傳感器接收模塊與各傳感器連接。所述微控制器模塊主要由MPU和實(shí)時時鐘芯片、硬件看門狗和電源監(jiān)視芯片、夕卜部晶振及外圍電路構(gòu)成。所述通信模塊采用通信與電源共線傳輸方式，在供電同時完成數(shù)據(jù)和命令傳輸，進(jìn)行半雙工通信。所述傳感器為三維振動加速度傳感器。本實(shí)用新型選擇振動加速度作為監(jiān)測的主要物理量。電力隧道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，選擇振動加速度作為主監(jiān)測物理量，可以不依賴于照明，不受水霧、灰塵等因素影響，特別適用于對隧道周邊的爆破、機(jī)械施工等潛在危害因素的監(jiān)測和預(yù)警。從而克服了視頻監(jiān)控存在的問題。微控制器模塊負(fù)責(zé)對來自傳感器的振動加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、暫存和分析處理，然后將分析結(jié)果和振動加速度的特征值上報(bào)給監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網(wǎng)接口的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺；同時微控制器模塊還負(fù)責(zé)采集器其他電路模塊的管理、控制功能。通信模塊采用與電源共線傳輸技術(shù)，基于電源載波通信，通信速率為300-9600BPS，負(fù)責(zé)命令和數(shù)據(jù)與監(jiān)控主機(jī)的傳輸。電源管理模塊負(fù)責(zé)將來自供電載波線路的電源變換為符合本地各功能模塊工作要求的電源，并在微控制器模塊的控制下，將各路電源持續(xù)或斷續(xù)地提供給相應(yīng)的電路模塊使用，以實(shí)現(xiàn)采集器的最低工作功耗。傳感器接收模塊主要負(fù)責(zé)采集器與傳感器通信以及傳感器的供電。本實(shí)用新型采用采集器與傳感器分體結(jié)構(gòu)，一個采集器可以下掛一至四個傳感器。采集器與傳感器間采用6芯屏蔽電纜連接，最大電纜長度30米。分體設(shè)計(jì)適合于沿隧道走向布設(shè)，便于實(shí)現(xiàn)對隧道防護(hù)目標(biāo)的無縫覆蓋。 本實(shí)用新型采用超低功耗設(shè)計(jì)，適合隧道內(nèi)電力匱乏的環(huán)境條件。加速度傳感器元件選擇功耗極低的微機(jī)電三維加速度芯片，單芯片最大工作功耗140 μ A;數(shù)據(jù)采集器主控制MPU采用睡眠喚醒工作模式，初始化后MPU即處于睡眠狀態(tài)，下掛的加速度傳感器探測到振動加速度超過預(yù)設(shè)的閾值時，才以中斷方式將MPU喚醒；采集器各外圍電路模塊均采用可程序控制的供電方式，電路模塊不工作時，即切斷電源，最大限度地節(jié)省電能。本實(shí)用新型的工作原理是，利用隧道內(nèi)沿電纜方向設(shè)置的傳感器對隧道由于受到外界沖擊力產(chǎn)生的變形或者微變化進(jìn)行實(shí)時采集，通過與傳感器相連接的三維加速度采集器對采集器所采集的振動加速度值進(jìn)行相應(yīng)的分析和判斷，將判斷結(jié)果和特征值上傳至監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網(wǎng)接口的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺；監(jiān)控平臺對判斷結(jié)果和特征值進(jìn)行相應(yīng)展示，給出相應(yīng)預(yù)警信息。本實(shí)用新型的有益效果是，系統(tǒng)通過對隧道由于受到外界沖擊力產(chǎn)生的振動加速度進(jìn)行采集，對超過設(shè)定閾值的采樣值進(jìn)行相應(yīng)分析和判斷，將三維加速度采集器所帶4個傳感器的振動次數(shù)總和及最大震動加速度值通過監(jiān)控主機(jī)上傳至監(jiān)控平臺，可以實(shí)現(xiàn)對隧道各點(diǎn)狀態(tài)和變化的實(shí)時監(jiān)測，對于周邊機(jī)械施工、爆破，壓力等因素，進(jìn)行有效監(jiān)控，對于嚴(yán)重影響隧道安全的外力因素及時預(yù)警。本裝置對隧道沿電纜方向監(jiān)視點(diǎn)全面，不受供電不足影響，裝置功能完善。

圖I :本實(shí)用新型的功能組成框圖；圖2 :三位加速采集器對振動加速度采集和判斷流程圖其中，I.微控制器模塊，2.通信模塊，3.電源管理模塊，4.傳感器接收模塊，5.傳感器，6.三維加速度采集器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖I中，該裝置采用高集成度及超低功耗設(shè)計(jì)，由微控制器模塊I、通信模塊2，電源管理模塊3、傳感器接收模塊4、傳感器5組成，將三維加速度傳感器沿隧道走向布設(shè)，實(shí)現(xiàn)對隧道防護(hù)目標(biāo)的無縫覆蓋和實(shí)時連續(xù)監(jiān)測。三維加速度采集器6由上述微控制器模塊I、通信模塊2，電源管理模塊3、傳感器接收模塊4組成。微控制器模塊I由MPU和實(shí)時時鐘芯片、硬件看門狗和電源監(jiān)視芯片、外部晶振等外圍電路構(gòu)成。MPU為TI公司的低功耗芯片，該芯片供電電壓范圍1.8-3. 6V，待機(jī)功耗O. 3 μ A，2. 2V供電IMHz時鐘頻率下工作時功耗270 μ A ;從待機(jī)模式喚醒時間少于I μ s ;內(nèi)帶程序存儲器32KB+256B、數(shù)據(jù)存儲器4KB ;定時器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、比較器、通用串行通信接口等硬件資源。微控制器模塊I負(fù)責(zé)對來自傳感器的振動加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、暫存和簡單分析處理，然后將分析結(jié)果和振動加速度的特征值上報(bào)給上層控制平臺；還擔(dān)負(fù)三維加速度采集器6其他電路模塊的管理、控制功能。通信模塊2采用通信與電源共線傳輸?shù)募夹g(shù)，來完成三維加速度采集器6和傳感器5的供電，同時完成采集器與監(jiān)控主機(jī)之間的數(shù)據(jù)和命令的傳輸，實(shí)現(xiàn)采集器與監(jiān)控主機(jī)之間的的半雙工通信功能。通信接收電路采用微功耗運(yùn)算放大器芯片為核心構(gòu)成，通信發(fā)送電路由三極管、二極管、PTC保險(xiǎn)絲等分立元件構(gòu)成，接收和發(fā)送均采用基帶脈沖通信機(jī)制。電源管理模塊3負(fù)責(zé)將來自供電線路的電源變換為符合本地各模塊要求的電源電壓，并在微控制器模塊I的控制下，將各路電源持續(xù)或斷續(xù)地提供給相應(yīng)的電路模塊使用。傳感器接收模塊4主要負(fù)責(zé)三維加速度采集器6與傳感器5通信以及向傳感器提供電源。傳感器接收模塊4由場效應(yīng)管、TVS保護(hù)器件及阻容元件構(gòu)成。傳感器5擔(dān)負(fù)三維振動加速度的測量，并將采集結(jié)果發(fā)給三維加速度采集器6。傳感器元件選擇功耗極低的微機(jī)電三維加速度芯片。圖2中，三維加速度采集器6啟動以后，首先要對采集器和傳感器進(jìn)行相關(guān)的初始化設(shè)置，以使采集器和傳感器進(jìn)入正常的工作流程中；初始化時，將對傳感器的加速度閾值進(jìn)行設(shè)置，加速度閾值是判斷隧道監(jiān)測點(diǎn)有無變形的門檻值，超過此設(shè)定閾值，將認(rèn)為隧道監(jiān)測點(diǎn)由于受到外力有變化；如果傳感器5采樣的加速度值一直不超過此閾值，傳感器不觸發(fā)中斷，采樣數(shù)據(jù)不做上傳；超過此設(shè)定閾值后，傳感器5將向三位加速度采集器6發(fā)出中斷請求，表明有變化發(fā)生，三位加速度采集器6接收到傳感器5的中斷請求以后，將讀取傳感器5的相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后對讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析和判斷處理，同時將每個三維加速度采集器所帶的4個傳感器振動次數(shù)總和及最大震動加速度值通過監(jiān)控主機(jī)上報(bào)監(jiān)控
T D O上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置，其特征是，它包括三維加速度采集器，三維加速度采集器沿隧道走向布設(shè)，并與若干傳感器連接；其中，三維加速度采集器包括微控制器模塊、通信模塊、電源管理模塊、傳感器接收模塊，微控制器模塊與通信模塊、傳感器接收模塊雙向通信，電源管理模塊為微控制器模塊、通信模塊以及傳感器接收模塊供電；傳感器接收模塊與各傳感器連接。
2.如權(quán)利要求I所述的電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置，其特征是，所述微控制器模塊主要由MPU和實(shí)時時鐘芯片、硬件看門狗和電源監(jiān)視芯片、外部晶振及外圍電路構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求I所述的電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置，其特征是，所述通信模塊采用通信與電源共線傳輸方式，在供電同時完成數(shù)據(jù)和命令傳輸，進(jìn)行半雙工通信。
4.如權(quán)利要求I所述的電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置，其特征是，所述傳感器為三維振動加速度傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電力隧道三維加速度監(jiān)測裝置，它采用低功耗設(shè)計(jì)，采集器與傳感器采用分體結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對隧道防護(hù)目標(biāo)的無縫覆蓋和實(shí)時連續(xù)監(jiān)測，提供大量的隧道震動加速度數(shù)據(jù)信息，通過大量信息的累積，可以實(shí)現(xiàn)對隧道的效監(jiān)測和提前預(yù)警。它包括三維加速度采集器，三維加速度采集器沿隧道走向布設(shè)，并與若干傳感器連接；其中，三維加速度采集器包括微控制器模塊、通信模塊、電源管理模塊、傳感器接收模塊，微控制器模塊與通信模塊、傳感器接收模塊雙向通信，電源管理模塊為微控制器模塊、通信模塊以及傳感器接收模塊供電；傳感器接收模塊與各傳感器連接。
文檔編號G08C19/00GK202736286SQ201220279240
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者李長忠, 李少輝, 邱雷, 楊震威 申請人:山東康威通信技術(shù)股份有限公司