专利名称：一种杆塔应力测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可应用于输电杆塔在线应力测量的输电线路杆塔保护设 备，具体为一种杆塔应力测量装置。
背景技术：
随着人类社会的不断进步，日常生活对电的依赖性越来越强，因此输电线 路的通畅是人们正常生活的基本保证。而输电线路由于自然和人为原因受到损
坏会给人们的日常生活造成巨大影响。输电线路损坏的主要原因 一是由于气 象条件的变化，外界环境中输电线路的外荷载也随之变化。起主要作用的外荷 载是覆冰和大风，其中覆冰对输电线路最具破坏力。2008年1月南方电网曾因 覆冰遭遇了一次前所未有的灾害，造成了巨大的损失。二是开釆沉陷产生的地 表变形，这种地表变形主要有垂直方向的移动和变形，水平方向的移动和变形 以及地表平面内的剪应变。这些地表变形将直接对输电线路杆塔的基础、杆塔、 档距产生影响，严重的会引起输电线路其他元素变形，甚至倒塔。
上述两种原因造成的结果都是倒塔而后输电中断。如果能在杆塔应力发生 异常时及时报警，就可以避免此类事故发生。目前应用于结构应力测量主要有 电阻应变和光纤应变两种方式，前者精度高，但现场安装困难，后者精度低。 这两种方式的共同缺点就是无法进行现场标定。所以目前尚无此类测量装置。
发明内容
本发明的任务在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种可以对杆塔结 构中需要监测部位的应力变化进行实时监测的杆塔应力测量装置。该装置结构 简单，方便安装，适用于野外环境。
完成本发明所述任务的技术方案是本发明的杆塔应力测量装置由应力传 感器、主机板、电池、壳体四部分组成。
所述应力传感器由敏感元件基片、电阻应变计、导线组成。电阻应变计由相互垂直布置的四个敏感栅组成，这四个敏感栅组成惠世通电桥。该电阻应变 计使用专用应变计密封胶粘贴于敏感元件基片上，然后经过高温固化并用导线 连接后胶封制作而成。应力传感器与主机板连接，其功能是将被测物体受外力 所产生的应变转换为电信号输出。
所述主机板由单片机、A/D转换器，信号前置放大模块组成，功能是将应力 传感器产生的模拟信号转换为数字信号。
所述壳体由防水盒体、防水盒盖、底板、橡胶密封垫组成。
本发明主要解决了电阻应变计现场粘贴工艺无法实现以及现场标定困难等 问题。应力传感器可以在现场安装前进行标定，这样既可以满足电阻应变计粘 贴过程不受粉尘污染，又可以保证测量精度。
图1是杆塔应力测量装置的结构图。图中l-防水盒盖；2-主机板；3-电 池；4-防水盒体；5-橡胶密封垫；6-底板；7-应力传感器；8-压板；9-塔身主 材；10-螺栓。
图2是主机板电路原理图。
图3是应力传感器结构图。图中10-敏感元件基片；11-电阻应变计；12-导线。
图4是工作流程图。
具体实施例方式
下面结合
本发明的最佳实施方案。
图1给出了本发明杆塔应力测量装置的结构图。该杆塔应力测量装置由应 力传感器7、主机板2、电池3、壳体四部分组成。所述壳体包括防水盒体4、 防水盒盖l、底板6和橡胶密封垫5。防水盒体4安装在底板6上，在底板6与 防水盒体4和塔身主材9之间安装有橡胶密封垫5，实现对装置的密封。主机板 2和电池3置放于防水盒体4中，用防水盒盖l完成对主机板2和电池3的密封。防水盒体4、防水盒盖l、底板6和橡胶密封垫5之间用螺栓10连接。
图3所示为应力传感器7的结构图。该应力传感器7由敏感元件基片10、 电阻应变计ll、导线12组成。电阻应变计11由相互垂直布置的四个敏感栅组 成，这四个敏感栅组成惠世通电桥。该电阻应变计ll使用专用应变计密封胶粘 贴于敏感元件基片10上，然后经过高温固化并用导线12连接后胶封制作而成。 应力传感器7与主机板2的CN2相接，为主机板2提供模拟信号。该应力传感 器7粘贴于杆塔塔身主材9上，感受杆塔主材应力变化，其功能是将被测物体 '受外力所产生的应变转换为电信号输出。
本发明的杆塔应力测量装置通过压板8固定于塔身主材9上。 图2示出了本发明主机板2的电路结构。本发明所述杆塔应力测量装置的 主机板2由单片机、A/D转换器，信号前置放大模块组成。所述单片机选用 STC12LE5410-T。该单片机与A/D转换器、信号前置放大模块连接。其中单片机 的1脚为复位脚与电阻R2和电容E4连接构成单片机的上电复位功能。单片机 的2脚为异步通讯输入RXD， 3脚为异步通讯输出TXD。单片机的4脚和5脚分 别和晶振XT的2端引脚连接构成单片机的系统时钟。晶振XT是由晶振XT与电 容C13、 C14串并联而成。单片机的7脚为中断输入，它与时钟芯片PCF8563的 中断输出引脚3连接。单片机的8脚分别连接于时钟芯片PCF8563的5脚、温 度传感器LM75A的1脚和倾角传感器MXC62020M的7脚，作为用于I2C总线的 SDA。单片机的9脚则与时钟芯片PCF8563的6脚、温度传感器LM75A的2脚、 倾角传感器MXC62020M的6脚连接，作为用于I2C总线的SCL。单片机的10脚 接电源地GND;单片机的11脚与负载开关FPF2123连接，该负载开关FPF2123 电路与电阻R1串联，其负载开关FPF2123的1脚接电源正VCC, 2脚接电源地 GND。单片机的12脚和电源模块LM431的2脚连接。单片机的13脚、14脚、15 脚、17脚分别与模数转换器AD7791的l脚、2脚、9脚、IO脚连接；单片机 的20脚接电源正VCC;所述A/D转换器由模数转换器芯片AD7791单独完成。该模数转换器芯片 AD7791的3脚为模拟信号正输入，该脚与信号前置放大模块的连接输出点电容 C12的上脚连接；模数转换器芯片AD7791的4脚为模拟信号负输入，该脚和信 号前置放大模块的连接输出点电容C12的下脚连接；数字信号由AD7791的脚1、 脚2、脚3、脚4输出并与单片机连接。
所述信号前置放大模块由双运放3002、电容C7、 C8、 C9、 CIO、 Cll、 C12、 R7、 R8、 R9、 RIO、 Rll串并联组成。双运放3002的1脚与电阻R7、 RIO、电容 C10的上端引脚连接；双运放3002的2脚与电阻R7、电容C10的下端引脚电阻 R8的上端引脚连接；双运放3002的3脚与电容C7的下端引脚、电容C8的上端 引脚连接；双运放3002的4脚接模拟电源地；双运放3002的5脚与电容C8的 下端引脚、电容C9的上端引脚连接；双运放3002的6脚与电阻R8的下端引脚、 电阻R9、电容Cll的上端引脚连接；双运放3002的7脚与电阻R9、电阻Rll、 电容Cll的下端引脚连接；双运放3002的8脚接模拟电源正AVCC。
本发明的杆塔应力测量装置的工作原理如图4所示，杆塔主要载荷来自于 输电导线，当输电导线受到大风影响或覆冰时，杆塔塔身主材内应力会发生很 大变化。当杆塔所在地面发生沉陷同样会引起杆塔塔身主材内应力发生变化。 应力变化表现为主材发生微应变，由于基片固定于塔身主材上，从而发生变形， 这样就直接导致电阻应变计电阻发生变化，通过惠斯通电桥表现为模拟电压输 出发生变化，再经过主机板中A/D转换而输出应力变化的数字信号。数字信号 可通过各种方式传输给相关部门进行分析，以防止灾害发生。
权利要求
1、一种杆塔应力测量装置，由应力传感器(7)、主机板(2)、电池(3)、壳体四部分组成，其特征在于所述壳体包括防水盒体(4)、防水盒盖(1)、底板(6)和橡胶密封垫(5)；所述应力传感器(7)由敏感元件基片(10)、电阻应变计(11)、导线(12)组成，应力传感器(7)与主机板(2)的CN2相接，该应力传感器(7)粘贴于杆塔塔身主材(9)上；所述主机板(2)由单片机、A/D转换器，信号前置放大模块组成；单片机选用STC12LE5410-T，该单片机与A/D转换器、信号前置放大模块连接，所述A/D转换器由模数转换器芯片AD7791单独完成，信号前置放大模块由双运放3002、电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、R7、R8、R9、R10、R11串并联组成。
2、 根据权利要求l所述的杆塔应力测量装置，其特征在于所述单片机STC12LE5410-T的1脚为复位脚与电阻R2和电容E4连接构成单片机的上电复位功能；单片机的2脚为异步通讯输入RXD， 3脚为异步通讯输出TXD;单片机的4脚和5脚分别和晶振XT的2端引脚连接构成单片机的系统时钟，晶振XT是由晶振XT与电容C13、 'C14串并联而成；单片机的7脚与时钟芯片PCF8563的中断输出引脚3连接；单片机的8脚分别连接于时钟芯片PCF8563的5脚、温度传感器LM75A的1脚和倾角传感器MXC62020M的7脚，作为用于I2C总线的SDA;单片机的9脚则与时钟芯片PCF8563的6脚、温度传感器LM75A的2脚、倾角传感器MXC62020M的6脚连接，作为用于I2C总线的SCL;单片机的10脚接电源地GND;单片机的11脚与负载开关FPF2123连接，该负载开关FPF2123电路与电阻R1串联，其负载开关FPF2123的1脚接电源正VCC， 2脚接电源地GND;单片机的12脚和电源模块LM431的2脚连接，单片机的13脚、14脚、15脚、17脚分别与模数转换器AD7791的l脚、2脚、9脚、IO脚连接；单片机的20脚接电源正VCC。
3、 根据权利要求l所述的杆塔应力测量装置，其特征在于所述模数转换器芯片AD7791的3脚与信号前置放大模块的连接输出点电容C12的上脚连接；模数转换器芯片AD7791的4脚与信号前置放大模块的连接输出点电容C12的下脚连接；数字信号由AD7791的脚1、脚2、脚3、脚4输出并与单片机连接。
4、 根据权利要求l所述的杆塔应力测量装置，其特征在于所述双运放3002的1脚与电阻R7、 RIO、电容CIO的上端引脚连接；双运放3002的2脚与电阻R7、电容CIO的下端引脚电阻R8的上端引脚连接；双运放3002的3脚与电容C7的下端引脚、电容C8的上端引脚连接；双运放3002的4脚接模拟电源地；双运放3002的5脚与电容C8的下端引脚、电容C9的上端引脚连接；双运放3002的6脚与电阻R8的下端引脚、电阻R9、电容Cll的上端引脚连接；双运放3002的7脚与电阻R9、电阻Rll、电容Cll、的下端引脚连接；双运放3002的8脚接模拟电源正AVCC。
5、 根据权利要求l所述的杆塔应力测量装置，其特征在于所述电阻应变计(ll)由相互垂直布置的四个敏感栅组成，这四个敏感栅组成惠世通电桥，该电阻应变计(11)使用专用应变计密封胶粘贴于敏感元件基片(10)上，然后经过高温固化并用导线(12)连接后胶封制作而成。
6、 根据权利要求l所述的杆塔应力测量装置，其特征在于所述防水盒体(4)安装在底板(6)上，在底板(6)与防水盒体(4)和塔身主材(9)之间安装有橡胶密封垫(5),主机板(2)和电池(3)置放于防水盒体(4)中，用防水盒盖(1)完成对主机板(2)和电池(3)的密封，防水盒体(4)、防水盒盖(1)、底板(6)和橡胶密封垫(5)之间用螺栓(10)连接。
7、 根据权利要求l所述的杆塔应力测量装置，其特征在于所述杆塔应力测量装置通过压板(8)固定于塔身主材(9)上。
全文摘要
一种杆塔应力测量装置，属于输电杆塔在线应力测量的输电线路杆塔保护设备。该杆塔应力测量装置由应力传感器(7)、主机板(2)、电池(3)、壳体四部分组成。所述壳体包括防水盒体(4)、防水盒盖(1)、底板(6)和橡胶密封垫(5)。所述应力传感器(7)由敏感元件基片(10)、电阻应变计(11)、导线(12)组成。所述主机板(2)由单片机、A/D转换器，信号前置放大模块组成。单片机选用STC12LE5410-T，该单片机与A/D转换器、信号前置放大模块连接。所述A/D转换器由模数转换器芯片AD7791单独完成。信号前置放大模块由双运放3002、电容C7、C8、C9、C10、C11、C12、R7、R8、R9、R10、R11串并联组成。该装置可对杆塔结构中需要监测部位的应力变化进行实时监测，其结构简单，方便安装并适用于野外环境。
文档编号G01L1/22GK101666693SQ20091007562
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者崔高智, 栋 张, 张丽敏, 张跃斌, 静 梁, 毋晋华, 焦广旭, 牛国平, 王康宁, 申文栋, 赵治强, 郑喜山 申请人:山西省电力公司晋城供电分公司