輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，包括中空的殼體，殼體的底部設(shè)置有底板，底板上有安裝孔，殼體的頂部設(shè)置有頂板，頂板的上表面安裝有四個超聲波探頭，在頂板上設(shè)置有四個固定柱，四個固定柱與四個超聲波探頭相間設(shè)置；固定柱的上端連接有頂蓋，頂蓋上設(shè)置有正北方向標(biāo)記；殼體為圓柱形，其側(cè)壁上設(shè)置有若干進(jìn)風(fēng)口，中空殼體內(nèi)設(shè)置有監(jiān)測主板。本實用新型解決了傳統(tǒng)機(jī)械式測風(fēng)傳感器易磨損、精度低及傳統(tǒng)超聲波式測風(fēng)傳感器故障率高的問題。
【專利說明】輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于輸電線路在線監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]我國幅員遼闊，氣候差異大，惡劣的氣象條件對日益龐大的電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響程度也會隨之增加，輸電線路相繼出現(xiàn)大面積的覆冰、舞動現(xiàn)象。產(chǎn)生上述事故的原因之一是，在線路建設(shè)時對周圍“微氣象”的認(rèn)識不足，對沿線風(fēng)口、峽谷、分水嶺等高山局部特殊地段的氣象資料掌握不夠。為此，完善氣象預(yù)警機(jī)制，設(shè)計電網(wǎng)電路的微氣象監(jiān)測系統(tǒng)，可以確保電網(wǎng)可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0003]氣象監(jiān)測系統(tǒng)的核心單元之一是測風(fēng)傳感器。常用的測風(fēng)傳感器有機(jī)械式和超聲波式。傳統(tǒng)的機(jī)械式測風(fēng)傳感器存在著轉(zhuǎn)動部件，容易產(chǎn)生磨損，機(jī)械結(jié)構(gòu)容易受到惡劣天氣的損害。同時，機(jī)械式測風(fēng)傳感器還存在啟動風(fēng)速，低于啟動風(fēng)速將不能驅(qū)動螺旋槳或者風(fēng)杯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。因此對于低于啟動風(fēng)速的微風(fēng)，機(jī)械式測風(fēng)傳感器將無法測量。此外，機(jī)械式測風(fēng)傳感器由于長時間安裝在桿塔上無法維護(hù)，導(dǎo)致在運(yùn)行過程中出現(xiàn)測量誤差變大甚至失效的情況。傳統(tǒng)的超聲波式測風(fēng)傳感器的高低溫工作特性、電磁兼容性較差，故障率高，嚴(yán)重影響了輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，解決了傳統(tǒng)機(jī)械式測風(fēng)傳感器易磨損、精度低及傳統(tǒng)超聲波式測風(fēng)傳感器故障率高的問題。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，包括中空的殼體，殼體的底部設(shè)置有底板，底板上有安裝孔，殼體的頂部設(shè)置有頂板，頂板的上表面安裝有四個超聲波探頭，在頂板上設(shè)置有四個固定柱，四個固定柱與四個超聲波探頭相間設(shè)置；固定柱的上端連接有頂蓋，頂蓋上設(shè)置有正北方向標(biāo)記；殼體為圓柱形，其側(cè)壁上設(shè)置有若干進(jìn)風(fēng)口，中空殼體內(nèi)設(shè)置有監(jiān)測主板。
[0006]本實用新型的特點(diǎn)還在于，
[0007]第一超聲波探頭和第二超聲波探頭的連線與第三超聲波探頭和第四超聲波探頭的連線相互垂直。
[0008]殼體為圓柱形；底板、頂板和頂蓋均為圓形。
[0009]監(jiān)測主板包括依次連接的數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊和通訊模塊，另外，還包括與控制模塊連接的電源模塊。
[0010]電源模塊其結(jié)構(gòu)包括由MAX639及其外圍電路構(gòu)成高效降壓DC/DC變換電路，以及由MAX770及其外圍電路構(gòu)成高效升壓DC/DC變換電路。
[0011]通訊模塊采用ADM2483轉(zhuǎn)換芯片搭建RS485總線結(jié)構(gòu)。
[0012]控制模塊采用采用STC11F32芯片作為處理核心。[0013]本實用新型的有益效果是，
[0014]( I)傳感器的探頭材料選用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷，并且采用一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，主要是為了完成在高頻探測中的壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配。從而提高探頭的靈敏度并縮短響應(yīng)時間。
[0015](2)采用太陽能加蓄電池的供電方式，設(shè)計了充電保護(hù)電路、放電保護(hù)電路和定時斷電復(fù)位電路，可以連續(xù)、穩(wěn)定供電。解決了裝置野外供電不可靠的問題。
[0016](3)傳感器整體設(shè)計輕巧，攜帶輕便，安裝、拆卸簡單，不需維護(hù)和現(xiàn)場校準(zhǔn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實用新型輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的超聲波探頭的位置及測量示意圖；
[0019]圖3是本實用新型輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器監(jiān)測主板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中，1.頂蓋，2.頂板，3.底板，4.固定柱，5.正北方向標(biāo)記，6.殼體，7.進(jìn)風(fēng)口，
8.安裝孔，9.第一超聲波探頭，10.第二超聲波探頭，11.第三超聲波探頭，12.第四超聲波探頭，13.監(jiān)測主板，14.電源模塊，15.控制模塊，16.數(shù)據(jù)采集模塊，17.通訊模塊。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]本實用新型輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，包括中空的殼體6，殼體6的底部設(shè)置有底板3，底板上有安裝孔8，殼體6的頂部設(shè)置有頂板2，頂板2的上表面安裝有四個超聲波探頭，在頂板2上設(shè)置有四個固定柱4，四個固定柱4與四個超聲波探頭相間設(shè)置。固定柱4的上端連接有頂蓋1，頂蓋I上設(shè)置有正北方向標(biāo)記5。殼體6為圓柱形，其側(cè)壁上設(shè)置有若干進(jìn)風(fēng)口 7，中空殼體6內(nèi)設(shè)置有監(jiān)測主板13。正北方向標(biāo)記5的作用是指示儀器的安裝方向，該方向為正北方向，進(jìn)風(fēng)口 7的作用是讓監(jiān)測主板13所處環(huán)境與外界相同，利于監(jiān)測環(huán)境的溫濕度。底板3、頂板2和頂蓋I均為圓形。
[0023]如圖2所示，四個超聲波探頭相互間的位置關(guān)系為:第一超聲波探頭9和第二超聲波探頭10的連線與第三超聲波探頭11和第四超聲波探頭12的連線相互垂直。
[0024]本實用新型輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器中監(jiān)測主板13的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，包括依次連接的數(shù)據(jù)采集模塊16、控制模塊15和通訊模塊17，另外，還包括與控制模塊15連接的電源模塊14。控制模塊15采用采用STC11F32芯片作為處理核心。
[0025]數(shù)據(jù)采集模塊16與四個超聲波探頭分別連接；
[0026]通訊模塊17采用ADM2483轉(zhuǎn)換芯片搭建RS485總線結(jié)構(gòu)。采用了 RS485通訊方式，完成從STC11F32控制模塊15到監(jiān)測后臺的上位機(jī)之間的通信。
[0027]其中，各模塊的作用為:
[0028]數(shù)據(jù)采集模塊16用于控制超聲波探頭進(jìn)行超聲波的發(fā)送和接收，將各超聲波探頭測量的數(shù)值進(jìn)行采集，并將其電流信號經(jīng)放大、整流濾波轉(zhuǎn)換為電壓信號。[0029]控制模塊15采用STCl 1F32芯片作為處理核心，主要控制傳感器主板各模塊的工作狀態(tài)，并將采集信息通過通訊模塊與上位機(jī)進(jìn)行交互。
[0030]電源模塊14用于穩(wěn)定輸出12V直流電，采用太陽能加蓄電池的供電方式，提供兩組電壓輸出，通過電源模塊14中的開關(guān)電源芯片TPS22960進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的分壓處理，來滿足各個模塊要求的不同電壓，為傳感器的各模塊提供電能。
[0031]電源模塊14的結(jié)構(gòu)包括由MAX639及其外圍電路構(gòu)成高效降壓DC/DC (6V/5V)變換電路，提供5V、IOOmA電源；*MAX770及其外圍電路構(gòu)成高效升壓DC/DC (5V/12V)變換電路，提供間斷供電12V、500mA電源，滿足各模塊工作要求的電壓，之后將取能得到的電壓有開關(guān)電源芯片TPS22960進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換來滿足各模塊供電需要。
[0032]本實用新型中的四個超聲波探頭采用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷，并且采用一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，主要是為了完成在高頻探測中的壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配。
[0033]本實用新型的安裝過程及其工作過程為，數(shù)據(jù)采集模塊控制相互垂直放置的兩對收發(fā)一體的超聲波探頭，即第一超聲波探頭9和第二超聲波探頭10為一對，第三超聲波探頭11和第四超聲波探頭12為另一對，四個超聲波探頭以固定頻率先后發(fā)射超聲波，并接收與其成對的超聲波探頭發(fā)出的超聲波，從而采集到成對的傳感器發(fā)送的超聲波的順風(fēng)、逆風(fēng)傳播時間，將采集到的信號經(jīng)放大、整流濾波轉(zhuǎn)換為電壓信號。采集到的信號經(jīng)由控制模塊15進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)值，最后由通訊模塊17將這些數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。
[0034]本實用新型輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其中四個傳感器探頭材料選用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷，并且采用一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，使得在高頻探測中的壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配，從而提高探頭的靈敏度并縮短響應(yīng)時間。另夕卜，采用太陽能加蓄電池的供電方式，設(shè)計了充電保護(hù)電路、放電保護(hù)電路和定時斷電復(fù)位電路，可以連續(xù)、穩(wěn)定供電，解決了裝置野外供電不可靠的問題。本實用新型的超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器整體設(shè)計輕巧，攜帶輕便，安裝、拆卸簡單，不需維護(hù)和現(xiàn)場校準(zhǔn)。解決了傳統(tǒng)機(jī)械式測風(fēng)傳感器易磨損、精度低及傳統(tǒng)超聲波式測風(fēng)傳感器故障率高的問題。實現(xiàn)了輸電線路微氣象的風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測，為輸電線路導(dǎo)線覆冰、舞動的機(jī)理研究提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1.輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，包括中空的殼體(6),殼體(6)的底部設(shè)置有底板(3)，底板上有安裝孔(8)，殼體(6)的頂部設(shè)置有頂板(2)，頂板(2)的上表面安裝有四個超聲波探頭，在所述的頂板(2)上設(shè)置有四個固定柱(4)，所述的四個固定柱(4)與四個超聲波探頭相間設(shè)置；固定柱(4)的上端連接有頂蓋(1)，所述的頂蓋(I)上設(shè)置有正北方向標(biāo)記(5);其側(cè)壁上設(shè)置有若干進(jìn)風(fēng)口(7)，中空的殼體(6)內(nèi)設(shè)置有監(jiān)測主板(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述的第一超聲波探頭(9 )和第二超聲波探頭(10 )的連線與第三超聲波探頭(11)和第四超聲波探頭(12)的連線相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述的殼體(6)為圓柱形；所述的底板(3)、頂板(2)和頂蓋(I)均為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述的監(jiān)測主板(13)包括依次連接的數(shù)據(jù)采集模塊(16)、控制模塊(15)和通訊模塊(17)，另外，還包括與控制模塊(15 )連接的電源模塊(14 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述的電源模塊(14)其結(jié)構(gòu)包括由MAX639及其外圍電路構(gòu)成高效降壓DC/DC變換電路，以及由MAX770及其外圍電路構(gòu)成高效升壓DC/DC變換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述的通訊模塊(17)采用ADM2483轉(zhuǎn)換芯片搭建RS485總線結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輸電線路微氣象超聲波式風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，所述的控制模塊(15)采用STCl 1F32芯片作為處理核心。
【文檔編號】G01P5/24GK203759052SQ201420155034
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】黃新波, 王玉鑫, 趙隆, 張亞維, 李自清 申請人:西安工程大學(xué)