混凝土電桿力學(xué)性能無線自動化檢測的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：隨著我國現(xiàn)代科技的繁榮發(fā)展，混凝土電桿力學(xué)性能的檢測效率在技術(shù)的創(chuàng)新下不斷提升，自動化程度實(shí)現(xiàn)飛躍式突破。近幾年來，專家學(xué)者對于電桿力學(xué)性能無線自動化檢測系統(tǒng)的研究從未止步，現(xiàn)階段已經(jīng)基本可以實(shí)現(xiàn)借助高精度位移傳感器、壓力傳感器、無線中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在技術(shù)層面實(shí)時顯示和控制多個測試終端數(shù)據(jù)，同時分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖表化處理，工程測試的難度系數(shù)大幅度降低?；诖?，本文將對混凝土電桿力學(xué)性能無線自動化檢測的流程展開具體介紹，希望對該項(xiàng)技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化具有參考價值。

關(guān)鍵詞：混凝土;電桿;力學(xué)性能;無線;自動化檢測

引言：在傳統(tǒng)混凝土電桿力學(xué)性能檢測中，對人為因素過度依賴，從而由于人為干擾因素而無法保障數(shù)據(jù)處理結(jié)果的精準(zhǔn)性。與此同時，傳統(tǒng)檢測方法受制于環(huán)境因素，工程測試的效率水平整體偏低。近幾年來，自動化成為混凝土電桿力學(xué)性能檢測的主流趨勢，電桿力學(xué)性能無線自動化檢測系統(tǒng)的研發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測以及自動采集，大幅度降低了相關(guān)單位部門的生產(chǎn)成本，并實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約、效率的提升，對于行業(yè)的發(fā)展具有長遠(yuǎn)的促進(jìn)作用。

1 電桿力學(xué)性能自動檢測系統(tǒng)研發(fā)

1.1總體方案

電桿力學(xué)性能自動檢測系統(tǒng)的特色在于分布式遠(yuǎn)程自動檢測，對數(shù)據(jù)采集的自動化程度要求較高。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)明確系統(tǒng)配置包括如下結(jié)構(gòu)：首先，分別在支點(diǎn)處安裝第1位移傳感器和第2位移傳感器，借此采集兩個支點(diǎn)位置的位移數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至中央處理器。其次，在電桿的頂部安裝加荷傳動裝置，并連接處理器。在電桿撓度的檢測階段，借助加荷傳動裝置逐漸向電桿逐級加荷，合理控制靜停時間。一般情況下，研究人員需要在這一段時間內(nèi)通過處理器來對加荷傳動裝置進(jìn)行自動補(bǔ)荷，但是要密切關(guān)注并控制自動穩(wěn)荷的誤差，一般情況下不應(yīng)超出2%。此后，連接加荷傳動裝置與荷載傳感器測力儀，從而在后者的作用下計(jì)算前者對電桿的加荷值，將這一數(shù)據(jù)值傳送至處理器。最后，在電桿稍端安裝撓度傳感器，從而對電桿頂部的位移信號進(jìn)行檢測，將檢測到的位移信號信息傳輸制處理器，得到撓度計(jì)算公式，并代入懸臂式試驗(yàn)時任一級荷載作用下的梢端撓度值、測量儀器測得的任一級荷載作用下梢端的變形值、任一級荷載作用下兩項(xiàng)觀測點(diǎn)處的變形值、電桿計(jì)算總長度、電桿支持點(diǎn)高度等重要數(shù)值，最終計(jì)算電桿的最大撓度并輸出，此時注意單位均為毫米。總的來說，電桿力學(xué)性能自動檢測系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)包括撓度傳感器、第一位移傳感器、第二位移傳感器、荷載傳感器測力儀、加荷傳動裝置、中央顯控器、無線檢測系統(tǒng)等，但研究人員的組建系統(tǒng)時需要著重注意各裝置、模塊的連接模式。

1.2無線檢測系統(tǒng)

在混凝土電桿力學(xué)性能無線自動檢測中，力學(xué)性能檢測只是其中一方面，此外還涉及到無線傳輸和數(shù)據(jù)的顯示控制。所以，本次所研究的混凝土力學(xué)無線檢測系統(tǒng)一共分為三個模塊。其一，位移測試終端。位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及無線收發(fā)器的相位儀器共同構(gòu)成了一個完整的位移測試終端，分別承載著壓力作用下電桿位移量的測量、位移量由數(shù)據(jù)信息向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化、數(shù)字信號的無線發(fā)射任務(wù)，是無線自動檢測系統(tǒng)的核心構(gòu)成。其二，壓力傳感測試終端。該模塊的主體構(gòu)成為壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集放大器以及無線收發(fā)器，其中各儀器分別承擔(dān)著測試電桿承壓、采集并放大信號、數(shù)字信號的無線發(fā)射任務(wù)。值得注意的是，之所以在這一階段應(yīng)用數(shù)據(jù)采集放大器而不是數(shù)據(jù)采集器，是因?yàn)閴毫鞲衅鬏敵龅男盘栞^為微弱，經(jīng)放大后才能精確采集。其三，中央顯控單元。中央顯控單元的整體構(gòu)造相對較為簡單，但是其核心部分?jǐn)?shù)據(jù)集成處理版的結(jié)構(gòu)卻極其復(fù)雜，不僅包括用于在無電環(huán)境下測量測試系統(tǒng)的鋰電池模塊、實(shí)現(xiàn)位移測試終端與壓力傳感測試終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)?路無線收發(fā)模塊、向顯示屏輸送測試數(shù)據(jù)和測試結(jié)果的顯示屏控制模塊、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信模塊等，還包括集數(shù)據(jù)采集、處理、校零、判斷等功能為一體的STM32F429處理器等重要配件，任何一環(huán)都至關(guān)重要。除此以外，中央顯控單元中還有一塊包含了所有人機(jī)交互所需要控件的10寸觸摸顯示屏，人員僅需要簡單的操作就可以將數(shù)據(jù)清晰的呈現(xiàn)在顯示屏上，為工程測試的開展提供了極大便利。

2 硬件設(shè)計(jì)

正如上文所述，電桿力學(xué)性能無線自動化檢測系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)包括位移測試終端、壓力傳感測試終端以及中央顯控單元，下面將對各模塊的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹：

2.1位移測試終端

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的位移測試終端時，人員所參考的基本理論是如何將位移與電阻的線性關(guān)系用位移傳感器輸出，在此基礎(chǔ)上，位移的變化量就可以從直觀上用電阻上的電壓變化量來替代。在設(shè)計(jì)階段，相關(guān)人員應(yīng)聚焦壓差測量、信號輸入、信號轉(zhuǎn)化、信號收發(fā)等功能，確保信號經(jīng)轉(zhuǎn)化后可高效發(fā)送給無線收發(fā)器。經(jīng)測定，在無遮擋的環(huán)境下，位移測試終端的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)為傳輸速率不低于9.6KB每秒，傳輸距離不低于1千米。

2.2壓力傳感測試終端

在設(shè)計(jì)壓力傳感測試終端時，人員所需要重點(diǎn)考慮的問題是如何將電壓與所受壓力的對應(yīng)關(guān)系借助壓力傳感器輸出，進(jìn)而將承受的壓力以采集電壓的形式來呈現(xiàn)出來。整體來說，位移測試終端與壓力傳感測試終端的電路圖大同小異，但是考慮到壓力傳感器可輸出的電壓相對較小，所以需要在這一環(huán)節(jié)增加數(shù)據(jù)采集放大器放大輸出電壓，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行壓力采集。

2.3中央顯控單元

中央顯控單元的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于核心處理器、無線接收模塊的選擇，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有研究成果進(jìn)行酌情分析，確保屏幕實(shí)時通信、無線WiFi功能、鋰電池充電功能、電壓轉(zhuǎn)換功能可充分發(fā)揮。

3 軟件設(shè)計(jì)

電桿力學(xué)性能無線自動化檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)重要性絲毫不亞于硬件設(shè)計(jì)。在中央顯控單元運(yùn)行過程中，考慮到終端數(shù)目整體偏大，為每一個終端分別配置收發(fā)裝置在成本和技術(shù)角度都難以實(shí)現(xiàn)。因此，為保證通信質(zhì)量，只能采取分時方式。具體來說，設(shè)計(jì)人員可以將4個位移測試終端作為一個單位，為其配備一副天線，但是要盡可能保障，每一個壓力測試終端都有其對應(yīng)的一副天線，以便數(shù)據(jù)請求可以及時發(fā)送。當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)測試終端之后，需要繼續(xù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至中央顯控單元，由中央顯控單元將數(shù)據(jù)請求發(fā)往新的測試終端。值得注意的是，依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范要求，人員在設(shè)計(jì)中央線控單元軟件時，需要注意對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時保存和讀取，確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和精準(zhǔn)性，確保網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層功能的充分發(fā)揮，為無線自動化檢測系統(tǒng)提供軟件支持。

4 結(jié)束語

綜上所述，混凝土電桿力學(xué)性能無線自動化檢測是新時期提升電桿力學(xué)性能試驗(yàn)效率的新思路，在多次力學(xué)性能試驗(yàn)中，展現(xiàn)出了良好的檢測效果。因此，相關(guān)單位部門應(yīng)持續(xù)優(yōu)化無線自動化檢測系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，嚴(yán)格保障電桿入網(wǎng)質(zhì)量，從而為穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)提供參考。

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