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基于零频微震加速度计的高压输电塔结构健康与舞动效应监测系统

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成果主要完成人

王锦军、高健桐、高 超、王 浩、李殿文、赵长有、于慧艳、文亚丽

项目概况

在长期复杂环境作用下,电力铁塔会在服役期间产生螺栓松动、构件老化腐蚀、地基沉陷等局部损伤,这些局部损伤可导致铁塔的整体动力参数发生改变,严重时会使得铁塔发生倒塌破坏,从而引起人员伤亡和经济损失。 依据结构动力特性的结构健康监测理论研制的基于零频微震加速度计的高压输电塔结构健康与舞动效应监测系统包含JBA12零频微震加速度计、高精度无线振动采集仪和结构安全监测平台。 感知层(传感器)是指能感受被测物理量信息,并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,其基本功能是检测信号和信号转换。传感器处于监测系统的最前端,用于获取监测信号,其性能将直接影响整个健康监测系统,对测量精确度起着决定性作用。 由于电力输电塔结构自身固有频率极低,自身振动信号幅度极小,需要使用低频微震高分辨率传感器,JBA12零频微震加速度计是不二选择,原理及技术指标如下。 JBA12零频微震加速度计是一种单分向的宽频带加速度传感器,采用力平衡电子反馈及机电一体化设计,将单分向振动加速度真实转换成电压信号输出,实现超低频的微振动测量。具有精度高、高动态范围、线性度好、低频从0Hz开始,频率特性平坦、相位线性变化,技术参数一致性好、性能稳定可靠、低功耗、体积小等特点。 测量范围:±2.0g 频响范围:DC-120Hz(-3dB)(零频起步) 动态范围:大于130dB 灵敏度:±2.5V/g(额定) 根据结构健康监测特点需要高精度、连续、采集通道独立、无线通信稳定可靠等特点。 高精度无线振动采集仪完全满足电力输电塔监测要求技术指标: 信号输入范围:±5.0V或±10V 信号输入频响范围:0-100Hz(-3dB) 相位呈线性变化 模拟信号处理方式:各个信号输入信号处理完全独立 AD精度:24bits 通道模数转换:各个模拟通道独立模数转换器 通道隔离度:优于-140dB 动态范围:大于120dB 采样频率:50Hz、100Hz、200Hz、500Hz程控可选 通讯方式:4G无线通信 结构安全监测平台软件为用户提供综合展示、实时监测与报警、基础参数管理、故障分析评估等一体化、集成化的等功能。分为综合展示、实时监测、查询统计、数据分析、配置管理、基础参数管理、分析评估、账户管理、权限管理、日志管理十大功能模块。 综合展示 根据不同场景的设置,显示出系统对应场景的模型图,并对采集上来的数据进行不同维度的展示。 实时监测 实时监测传感器传上来的数据情况,以列表和波形图等不同方式展示。 数据分析 对数据进行分析,报警数据,预警数据,设备状态,系统参数等进行分析。 配置管理 主要是和下面采集数据进行通信,包括场景设置,中心设置,采集器设置,传感器设置等。 基础参数管理 对系统中需要维护的参数进行管理,包括采集器类型,传感器类型等。 故障分析评估 根据实际数据进行各类分析,根据分析结果对电力塔结构进行损伤识别和安全状态评估及管理。 该系统能够监测到输电铁塔的微小震动,通过对不同时期震动的比较与分析,得出铁塔螺栓松动或其他影响铁塔安全运行的隐患点,为线路巡视、消缺提供重点参考,有效解决巡视过程中肉眼难以观察到的缺陷和隐患,提高线路安全运行水平。 该系统所涉及的软硬件系统完全自主知识产权,所涉及的产品原材料完全国产化,系统已有效运行一年,发现铁塔螺栓松动等缺陷13处,系统的推出及应用属于填补该领域国内空白,对于保障电力输电线路杆塔的安全运行,减少损失发挥了重要作用。