本发明专利技术提供了一种基于IMU的输电线舞动监测系统，所述输电线舞动监测系统包括线路舞动监测节点、数据读取部分以及数据处理部分供电部分；所述数据读取部分分别与所述线路舞动监测节点、所述数据处理部分、所述供电部分相连接；所述数据处理部分以所述数据读取部分的回传数据作为计算的依据，对所述输电线舞动进行监测。本发明专利技术提供了一种基于IMU的输电线舞动监测系统，能够准确、便捷的对输电线舞动进行监控，保证输电线工作安全可靠性。保证输电线工作安全可靠性。保证输电线工作安全可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于IMU的输电线舞动监测系统
[0001]本专利技术属于输电线路状态监测
，特别涉及一种基于IMU的输电线舞动监测系统。
技术介绍
[0002]随着我国电网建设的发展，近年来我国架空输电线路灾害事故发生的频率和强度明显增加，而舞动是其中危害较为严重的一种。舞动是导线截面在风激励作用下不均匀受力产生的一种低频大振幅的自激振动现象。导线舞动的危害是多方面的，轻者会引起相邻线路闪络、跳闸，重者发生金具及其绝缘子损坏、甚至倒塔等严重灾害事故，而定位功能的缺失使得工作人员难以快速抵达电网故障区域进行维护。
[0003]由于惯性传感器和北斗定位系统在导航、控制等领域的广泛应用，北斗定位系统和IMU在实时测量方面开始发挥作用。目前对输电线舞动的状态数据的获取主要是通过安装在输电线上的加速度传感器实现。
[0004]北斗卫星作为我国自主知识产权的全天候、全天时卫星导航定位信息系统，具有通信实时性好、数据精度高、覆盖范围广和传输安全可靠等特点，能够有效解决当前线路杆塔位移形变监测需求。
[0005]现有舞动监测主要分为硬件设备和仿真展示平台两部分组成。硬件设备方面以单一的加速度传感器或IMU为主。传感器以一定频率将采集到的数据发送给平台应用进行舞动分析。该方式在实际应用中会遇到由漂移导致的加速度累加误差和阴雨天气太阳能供电不足的问题导致分析结果误差较大、设备不能持续工作等问题。且现有的监测系统数据处理算法较为简单，数据精确度与准确性不能得到保证。
技术实现思路
[0006]针对现有输电线舞动监测设备的定位和供电上的缺陷，本专利技术公开了一种基于IMU的输电线舞动监测系统。通过北斗定位系统，提供了线路舞动监测节点的地理位置；可通过IMU实时采集的加速度和角加速度来计算输电线在空间中的形变位移，在实现输电线舞动区域定位，线路舞动速度和位移监测的基础上，通过提供一种感应取电方式，解决了传统太阳能供电在阴雨天气失效的不足；通过让监测器将数据打包通过4G/5G发送给远端的数据处理部分，可对数据进行处理分析，以形成较为完善的输电线舞动监测体系。
[0007]本专利技术具体为一种基于IMU的输电线舞动监测系统，所述输电线舞动监测系统包括供电部分、数据读取、数据处理、舞动监测节点部分，所述数据读取包括无线通信模块、卡尔曼滤波算法、STM32控制模块，所述数据读取部分主要负责接收IMU传来的加速度和角加速度数据，主要由所述STM32控制模块完成；所述STM32控制模块负责一个特定的较为广阔的地理区域，此区域内分布着各个传感测试节点；所述输电线舞动监测系统负责与这一区域的所有所述舞动监测节点进行通信。
[0008]所述线路舞动监测节点由一系列布置在输电线路上的IMU节点和北斗定位系统组
成。
[0009]所述舞动监测节点、所述数据读取、所述数据处理部分的通信由无线通讯模块完成。
[0010]所述无线通信模块包括ZigBee通讯模块、4G/5G网络通信模块、4G/5G接收系统。
[0011]所述北斗通信模块包括：GPRS通信电路、射频模块、主控芯片、有源天线和北斗定位模块。所述通讯模块与所述STM32控制模块电气相连。
[0012]所述STM32控制模块与所述GPRS通信电路、所述射频模块、所述有源天线和所述北斗定位模块电气相连；所述STM32控制模块与所述4G/5G网络通讯模块电气相连。
[0013]所述输电线舞动监测系统工作时，所述STM32控制模块先接受其所负责区域内的IMU的加速度和速度监测数据，同时将北斗定位数据通过所述无线通讯模块发送至所述STM32控制模块进行卡尔曼滤波处理，获得的最优估计参数发送至远程监视端，所述数据处理部分通过所述无线通信模块向监测点的控制模块发送指令，负责数据的工作、休眠、收发。
[0014]所述数据处理部分主要完成以下功能，分别为对线路舞动监测节点的数据进行分析处理，对线路舞动位姿的实时三维显示，以及对处理得到线路舞动监测数据进行分析、研究、探讨。
[0015]所述数据处理部分包括有数据计算部分、三维数据仿真平台、数据库三大部分。其中所述数据计算部分负责对所述加速度数据二次积分得到线位移，对所述角加速度数据二次积分得到角位移，以及将北斗定位模块测量得到的经纬度数据转换成相对坐标数据；数据处理部分可选用上位机来完成相关任务。
[0016]所述三维数据仿真平台基于所述数据计算部分得到最终舞动参数、舞动位置数据进行输电线路舞动状态的三维模拟工作，此三维数据仿真平台应具有舞动参数显示、舞动三维模型重构、舞动状态等级显示、舞动评判预警等功能。
[0017]所述数据库需要接受来自数据计算部分的数据，并且需要与所述三维数据仿真平台完成信息的交互，最终完成数据归档、数据保存、数据调取功能。
[0018]所述STM32控制模块采用型号为STM32F103CBT6的单片机实现，单片机内部实现信号处理流程；IMU采用BOSCH BMI088的惯性传感器实现。
[0019]由于IMU在使用时，随着时间推进，位移误差会不断积累，最终导致位移误差严重影响测量精度，设置所述北斗定位模块获取定位信息，在通过IMU进行位置定位及姿态监测时，结合所述北斗定位模块输出的定位数据，对IMU输出的位置数据进行卡尔曼滤波，获得最优估计后的舞动参数，提高IMU监测时的精度，同时安装IMU时对加速度计使用六位置静态标定法以提高加速度计的精度。
[0020]所述供电部分由感应取电模块完成，系统监测时无需配备额外电源，可直接从输电线上感应取电，实现长期无人值守式的输电线状态监测。
[0021]所述感应取电模块高效能的感应取电装置由互感器、整流滤波电路、取电功率调节电路、稳压电路组成。
[0022]本专利技术所述的基于IMU的输电线舞动监测系统，通过网络节点通信部分、数据读取部分与数据处理部分的配合工作，可得到包含有输电线区域位置，线路舞动的速度位移以及姿态数据。与现有输电线监测装置相比，其显著优点在于：1.相比传统的加速度传感器，
基于IMU的卡尔曼滤波融合算法能在一定程度上提高测量数据的准确性2.北斗卫星作为我国自主知识产权的全天候、全天时卫星导航定位信息系统，具有通信实时性好、数据精度高、覆盖范围广和传输安全可靠等特点，能够有效解决当前线路舞动的监测需求，3.由于无需配备额外电源，高效能感应取电减少了系统舞动监测系统的冗余，监测装置可进一步微型化，同时避免了传统太阳能取电的不足。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种基于IMU的输电线舞动监测系统的原理示意图。
[0024]图2为本专利技术一种基于IMU的输电线舞动监测系统的原理框图。
[0025]图3为本专利技术一种基于IMU的输电线舞动监测系统数据处理流程图。
[0026]图4为本专利技术的卡尔曼滤波算法流程图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术一种基于IMU的输电线舞动监测系统的具体实施方式做详细阐述。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于IMU的输电线舞动监测系统，其特征在于，所述输电线舞动监测系统包括线路舞动监测节点(1)、数据读取部分(2)以及数据处理部分(3)、供电部分(4)；所述数据读取部分(2)分别与所述线路舞动监测节点(1)、所述数据处理部分(3)、所述供电部分(4)相连接；所述数据处理部分(3)以所述数据读取部分(2)的回传数据作为计算的依据，对所述输电线舞动进行监测。2.根据权利要求1所述的一种基于IMU的输电线舞动监测系统，其特征在于，所述舞动监测节点(1)主要包括IMU惯性传感器(5)以及北斗通信模块(6)，所述IMU惯性传感器(5)包括加速度传感器和角加速度传感器，所述北斗通信模块(6)包括GPRS通信电路、射频模块、主控芯片、有源天线和北斗定位模块；所述线路舞动监测节点(1)为在输电线路上均匀安装固定一系列与输电线铰链相连的所述IMU惯性传感器(5)；在线路发生舞动时，所述IMU惯性传感器(5)将随着输电线路一起摆动，从而保证得到的加速度数据为输电线路节点处的加速度数据。3.根据权利要求2所述的一种基于IMU的输电线舞动监测系统，其特征在于，所述数据读取部分(2)包括ZigBee模块(7)、卡尔曼滤波处理(8)、STM32控制模块(9)、4G/5G通信模块(10)、4G/5G接收系统(11)，所述ZigBee模块(7)与所述卡尔曼滤波处理(8)、所述STM32控制模块(9)、所述4G/5G通信模块(10)、所述4G/5G接收系统(11)顺序连接，所述ZigBee模块(7)与所述加速度传感器、所述角加速度传感器相连接，所述卡尔曼滤波处理(8)与所述北斗通信模块(6)、所述供电部分(4)相连接，所述供电部分(4)还分别与所述STM32控制模块(9)、所述4G/5G通信模块(10)相连接；所述数据读取部分(2)为负责某一区域的所述STM32控制模块(9)。所述STM32控制模块(9)所负责的各个所述线路舞动监测节点(1)均匀分布两个输电塔的输电线之间，所述STM32控制模块(9)负责与这一区域的所述IMU惯性传感器(5)节点进行通信；所述STM32控制模块(9)通过所述ZigBee模块(7)进行短距离无线通信，与各个所述IMU惯性传感器(5)节点进行短距离的无线通信，所述STM32控制模块(9)将该区域内的传感数据轮查后通过4G/5G远程通信方式统一打包数据发送给所述4G/5G接收系统(11)。4.根据权利要求3所述的一种基于IMU的输电线舞动监测系统，其特征在于，所述数据处理部分(3)以所述STM32控制模块(9)向服务器发送的数据为计算依据，主要完成以下功能：其一对所述线路舞动监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：管为民，李冬华，沈雨生，徐明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。