一种高压输电线张力无线无源检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高压输电线张力无线无源检测系统，包括张力传感器、夹持与张力传递机构以及无线阅读器；张力传感器通过夹持与张力传递机构安装于高压输电线的待检测处，并与无线阅读器信号传输连接。本发明专利技术通过表面横波应变敏感理论模型，综合应变灵敏度和频率温度系数等特性参数，设计专用的高压输电线张力测量的夹持和张力传递机构，可在输电线上任何被测点方便安装，并可防止弯矩、扭转等对张力测量产生影响。通过无线阅读器远距离查询安装在输电线上的STW谐振器频率偏移，即可得到检测点的张力值。无线阅读器可以安装在移动平台上，能够在10米远的距离对表面横波张力传感器进行巡检。

A wireless passive detection system for tension of high voltage transmission line

The invention discloses a high-voltage transmission line tension wireless passive detection system, including tension sensor, clamping and tension transmitting mechanism and a wireless reader; tension sensor by clamping and tension transfer mechanism is arranged in the high-voltage transmission line to be detected, and the reader is connected with the wireless signal transmission. The theoretical model of sensitive strain by surface wave parameters, comprehensive strain sensitivity and the frequency temperature coefficient, the design of special high-voltage transmission line tension measuring clamp and tension transfer mechanism in the transmission line on any measured point and convenient installation, and can prevent the bending and torsion effect of tension measurement. The frequency deviation of the STW resonator installed on the transmission line can be obtained by wireless reader, and the tension value of the detection point can be obtained. The wireless reader can be installed on the mobile platform, and can detect the surface transverse wave tension sensor at a distance of 10 meters.

【技术实现步骤摘要】
一种高压输电线张力无线无源检测系统
本专利技术涉及高压输电线张力检测
，具体地，涉及一种基于表面横波(STW)的高压输电线张力无线无源检测系统。
技术介绍
对运行中的高压输电线张力进行在线检测，以便在张力过大时对电塔和输电线路进行调整，使其在安全张力范围内工作，对确保电力系统安全运行具有重要意义。目前，检测输电线张力的方法主要有监控视频观察法和弧垂检测法。但这两种检测装置都是间接的测量，成本高，且存在恶劣条件下工作不稳定、检测数据难以处理以及检测可靠性较低等缺点。也有专利提出基于应变片的输电线张力测量方法，具有测量精度高，操作方便等特点。但在野外高空环境，如何给应变测量系统的可靠供电和实现远距离数据传输是其实际应用的难点，同时高压线上存在的强电磁干扰也会影响应变系统工作的可靠性。声表面波传感器具有无线、无源的特点，且具有测量精度高、体积小、准数字输出等优点，此外，它抗电磁干扰能力强，可工作于恶劣的环境中，因此可把声表面波传感器应用于高压输电线的张力测量。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的是提出了一种基于表面横波的用于高压输电线张力检测的无线无源检测系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种高压输电线张力无线无源检测系统，包括张力传感器、夹持与张力传递机构以及无线阅读器；其中，所述张力传感器通过夹持与张力传递机构安装于高压输电线的待检测处，并与无线阅读器信号传输连接。优选地，所述张力传感器包括：弹性体、基片、STW谐振器a、STW谐振器b、焊盘以及传感器天线；其中：所述弹性体的中段外表面设有方形截面；所述基片固定于弹性体的方形截面上；所述STW谐振器a和STW谐振器b正交放置于基片上；所述STW谐振器a的IDT的两个上下电极分别与STW谐振器b的IDT的两个上下电极通过汇流金属排连接，构成并联差分结构；所述焊盘通过绝缘层过渡粘贴在弹性体上；所述传感器天线连接在焊盘上；所述弹性体设置于夹持与张力传递机构上。优选地，所述基片采用欧拉角(α，β，γ)为(0，39，90)的石英单晶基片。优选地，所述STW谐振器a和STW谐振器b的结构参数如下：优选地，所述夹持与张力传递机构包括：对称设置的两部分，其中每一部分均包括夹持件a、夹持件b、调节杆、调节螺母a、调节螺母b以及连接法兰；其中：所述夹持件a和夹持件b的外端分别设置于调节杆的两端部上；所述调节螺母a和调节螺母b分别设置于调节杆上夹持件a和夹持件b的外侧；所述连接法兰设置于调节杆上夹持件a和夹持件b之间的中心位置处；所述对称设置的两部分通过夹紧螺栓安装于电线的待检测位置；所述张力传感器通过连接法兰设置于调节杆上。优选地，所述无线阅读器包括控制和信号处理单元、射频发送单元、射频接收单元、环形器以及阅读器天线；其中：所述阅读器天线通过环形器与射频接收单元相连接，所述射频接收单元通过控制和信号处理单元与射频发送单元相连接，所述射频发送单元通过环形器与阅读器天线；所述阅读器天线与张力传感器信号连接。优选地，所述高压输电线张力无线无源检测系统还包括移动平台，所述无线阅读器安装于移动平台上。优选地，所述移动平台采用无人机。本专利技术提供的高压输电线张力无线无源检测系统，基于表面横波，通过表面横波应变敏感理论模型，综合应变灵敏度和频率温度系数等特性参数，优选用于制作STW谐振器的石英基片切型，优化设计STW谐振器的结构参数，得到高Q值(品质因数)谐振器。设计一种高压输电线张力测量的夹持与张力传递机构，可在输电线上任何被测点方便安装，并可防止弯矩、扭转等对张力测量产生影响。通过无线阅读器远距离查询安装在输电线上的STW谐振器频率偏移，即可得到检测点的张力值。无线阅读器可以安装在无人机等移动平台上，在10米远的距离对表面横波张力传感器进行巡检。工作时阅读器以扫频方式发射射频短脉冲查询信号，谐振器天线接收到射频查询信号后，通过逆压电效应将电磁波转化为沿压电基片表面传播的机械波，然后又通过压电效应将该机械波转换化为电磁波并通过谐振器天线发射出去，由阅读器天线接收回波信号并估计其中心频率。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术基于表面横波的应变传感器，是本征无线无源的固态传感器，且具有很强的抗电磁干扰能力和很高的可靠性，它不同于对现有基于瑞利波模式的SAWR，具有更高的Q值，从而有利于实现高压输电线张力的远距离测量。2、本专利技术同时在STWR基片切型选择上，根据数值分析和综合最优原则，选出具有较大应变灵敏度的石英基片切型，并利用石英晶体的对称特性在同一块基片上一次制作两个性能更加接近的谐振器直接构成差动结构以提高应变敏感度并进一步减少温度等共模干扰的影响。3、本专利技术采用双谐振器一体化模式既有助于实现两个谐振器特性的高度一致，也避免了连线的复杂工艺及其带来的稳定性和可靠性问题。通过设计专用的夹持和张力传递机构，一方面便于现场的快速方便安装，又可在不损伤输电线的前提下实现可靠夹持和张力传递。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术高压输电线张力无线无源检测系统结构示意图；图中：11为被测输电线，12为夹持与张力传递机构，13为夹持与张力传递机构的调节杆，14为张力传感器，15为传感器天线；图2为张力传感器结构示意图；图中：21为STW谐振器a，22为焊盘a，23为石英基片，24为STW谐振器b，25为弹性体，26为焊盘b，27为传感器天线，28为阅读器，29为阅读器天线；图3为夹持与张力传递机构结构示意图；图中：31是被测输电线，32是夹持件A的上端，33是夹持件A的下端，34是夹紧螺栓，35是夹持件B的上端，36是夹持件B的下端，37是张力传感器，38是连接法兰，39是调节杆，310是调节螺母；图4为张力传感器的两个声表面波谐振器(STW谐振器)差分后频率与所受张力的关系。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。实施例本实施例提供了一种高压输电线张力无线无源检测系统，包括张力传感器、夹持与张力传递机构以及无线阅读器；其中，所述张力传感器通过夹持与张力传递机构安装于高压输电线的待检测处，并与无线阅读器信号传输连接。进一步地，所述张力传感器包括：弹性体、基片、STW谐振器a、STW谐振器b、焊盘以及传感器天线；其中：所述弹性体的中段外表面设有方形截面；所述基片固定于弹性体的方形截面上；所述STW谐振器a和STW谐振器b正交放置于基片上；所述STW谐振器a的IDT的两个上下电极分别与STW谐振器b的IDT的两个上下电极通过汇流金属排连接，构成并联差分结构；所述焊盘通过绝缘层过渡粘贴在弹性体上；所述传感器天线连接在焊盘上；所述弹性体设置于夹持与张力传递机构上。进一步地，所述基片采用欧拉角(α，β，γ)为(0，39，90)的石英单晶基汽。进一步地，所述STW谐振器a和STW谐振器b的结构参数如下：进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压输电线张力无线无源检测系统，其特征在于，包括张力传感器、夹持与张力传递机构以及无线阅读器；其中，所述张力传感器通过夹持与张力传递机构安装于高压输电线的待检测处，并与无线阅读器信号传输连接。

【技术特征摘要】
1.一种高压输电线张力无线无源检测系统，其特征在于，包括张力传感器、夹持与张力传递机构以及无线阅读器；其中，所述张力传感器通过夹持与张力传递机构安装于高压输电线的待检测处，并与无线阅读器信号传输连接。2.根据权利要求1所述的高压输电线张力无线无源检测系统，其特征在于，所述张力传感器包括：弹性体、基片、STW谐振器a、STW谐振器b、焊盘以及传感器天线；其中：所述弹性体的中段外表面设有方形截面；所述基片固定于弹性体的方形截面上；所述STW谐振器a和STW谐振器b正交放置于基片上；所述STW谐振器a的IDT的两个上下电极分别与STW谐振器b的IDT的两个上下电极通过汇流金属排连接，构成并联差分结构；所述焊盘通过绝缘层过渡粘贴在弹性体上；所述传感器天线连接在焊盘上；所述弹性体设置于夹持与张力传递机构上。3.根据权利要求2所述的高压输电线张力无线无源检测系统，其特征在于，所述基片采用欧拉角(α，β，γ)为(0，39，90)的石英单晶基片。4.根据权利要求2所述的高压输电线张力无线无源检测系统，其特征在于，所述STW谐振器a和STW谐振器b的结构参数如下：5.根据权利要求1所述的高压输电线张力无线无源...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景，刘超，吉小军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31