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申请/专利权人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院;国家电网有限公司;南昌科晨电力试验研究有限公司

摘要：本发明公开了基于空时频压电球的输电铁塔姿态检测方法及系统，该方法包括如下步骤：在空间时间频率压电球球面布设若干个压电传感芯片用于感知三维不同球心角力以及球心角力加速度，并通过本球空时频信号处理推算相对于重力线的静止姿态以及动态加速度。空时频压电球固定在铁塔塔柱的各个位置，球安装时相对于地球重力场有固定的三维倾斜信息。由于铁塔各处有各自不同的本振频率，因此通过对比铁塔的各个模块信息判断铁塔震动的类型。将实时的数据与原始数据进行对比，可以获得铁塔倾斜的角度和动态的空时频历史信息，用于估算铁塔的疲劳变形。相邻铁塔通过MESH网络通信进行数据的对比分析还可以推导铁塔间线路弧垂的大小。

主权项：1.基于空时频压电球的输电铁塔姿态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：在铁塔的不同位置上布设M个空间时间频率压电球；所述空间时间频率压电球由外球壳以及内球体组成，外球壳和内球体之间设置弹性夹层进行隔离，外球壳内表面安装N个压电传感芯片；外球壳上设置有处理模块；步骤S2：运算获得相对于重力线的空间时间频率压电球姿态以及动态加速度力的信息，根据运算得到的信息计算由塔体倾斜引起的弧垂变化；多个空间时间频率压电球之间的信息交互采用MESH网络实现；当空间时间频率压电球静止状态下时，外球壳内表面压电传感芯片感知内球体对压电传感芯片产生的球心角方向的力，其中，垂直于地面的地球重力线方向上的压电传感芯片获得最大的压力，通过信息传导空间时间频率压电球上全部压电信息在处理模块上生成球面压力矩阵；当空间时间频率压电球动态状态下，外球壳内表面压电传感芯片感知内球体对压电传感芯片产生的球心角方向的加速度力，外球壳移动，反方向上弹性夹层压缩后，间隙变小，由静态获得附加加速度力，通过信息传导空间时间频率压电球上全部压电信息在处理模块上生成球面附加加速度力矩阵；处理模块包括供电电源、多路器、信号放大模块、模拟数字转换模块、时域相关运算器、球体空时频综合器和铁塔空时频综合器；供电电源用于为多路器、信号放大模块、模拟数字转换模块、时域相关运算器、球体空时频综合器和铁塔空时频综合器提供电源；多路器、信号放大模块、模拟数字转换模块、多路数字信号恢复模块、时域相关运算器、球体空时频综合器和铁塔空时频综合器依次连接；步骤S2的具体过程为：步骤S2.1、N个压电传感芯片由供电电源供电，N个压电传感芯片采集的并行压电信号依次输入多路器中，转换为串行压电信号输入至信号放大模块予以放大；将放大的信号通过模拟数字转换模块转换为12位数字信号，12位数字信号通过多路数字信号恢复模块恢复为多路电路输出；步骤S2.2、通过时域相关运算器对时域信号即通过多路数字信号恢复模块恢复的多路电路输出进行相关运算；具体的，对第个压电传感芯片的时域信号做自相关运算，当空间时间频率压电球处于静态时，第个压电传感芯片的时域信号自相关运算结果表现为冲激响应；当空间时间频率压电球处于动态情况下产生振动时，时域信号表现为周期性；在时域相关运算器中对两个压电传感芯片的时域信号相互做互相关运算，通过对不同数值长度的运算，获得第i个压电传感芯片与第j个压电传感芯片之间的互相关值；当空间时间频率压电球处于静态时，表现为冲激响应；当空间时间频率压电球处于动态情况时，选择具有最大数值的相关值代表振动的主模，得到时域运算结果；步骤S2.3、通过离散傅立叶变换将时域信号即通过多路数字信号恢复模块恢复的多路电路输出转换为频域信号；取频域信号的最大值来体现空间时间频率压电球振动的基波频率，得到频域运算结果；步骤S2.4、通过球体空时频综合器分别将时域运算结果、频域运算结果以及对应的空间位置对应起来，并进行静态以及动态数据分析：静态数据分析：在空间时间频率压电球处于静止状态时，外球壳内表面的压电传感芯片感知内球体对压电传感芯片产生的球心角方向的力，其中，垂直于地面的地球重力线方向上的压电传感芯片获得最大的压力，通过判断地球重力线方向与空间时间频率压电球安装产生的固有方向，获得空间时间频率压电球相对于重力线的倾斜角度；动态数据分析：将通过球体空时频综合器对时域信号和频域信号运算获得的时域相关的时域型结果与频域分析的频域型结果综合，获得对空间时间频率压电球振动频率的判断；其中，获得的时域信号T、频域信号F和空间位置XYZ为5维信号；步骤S2.5、采用铁塔空时频综合器进行数据搜集；具体的，铁塔空时频综合器内设有时域数据库和频域数据库；其中，时域数据库和频域数据库内均包括静态时域信号和动态时域信号；将静态时域信号和静态频域信号进行综合分析，同时将动态时域信号和动态频域信号进行综合分析；铁塔空时频综合器接收所在空间时间频率压电球的球体空时频综合器中的时域信号T、频域信号F和空间位置XYZ的5维信号，时域数据库保留时域信号的历史信息，并用新的时域信息对时域数据库进行更新，频域数据库保留频域信号的历史信息，用新的频域数据对频域数据库进行更新；时域数据库和频域数据库的数据定位采用空域编码矩阵控制；步骤S2.6：在铁塔空时频综合器中进行静态分析；具体的，铁塔倾斜时各空间时间频率压电球的倾斜角度相同，当铁塔上M个空间时间频率压电球都满足预设条件且不为0，则铁塔满足整体倾斜条件，其中，表示第个空间时间频率压电球倾斜产生的方向的偏移，为常数；步骤S2.7、在铁塔空时频综合器中进行动态分析；具体的，当铁塔上的各空间时间频率压电球的倾斜角度随时间变化，表示铁塔产生振动，找到铁塔上产生振动最强的空间时间频率压电球，同时，除振动最强的空间时间频率压电球的其他空间时间频率压电球所在的点，体现振动的不同类型；步骤S2.8、在铁塔空时频综合器中根据静态分析与动态分析的结果，结合铁塔的结构分析关键应力点的状态，当大于临界值时，铁塔处于失效状态；步骤S2.9、在铁塔空时频综合器中，铁塔的倾斜角度表示为下倾角以及平面旋转角；设输电线在铁塔上的高度为H，则铁塔倾斜引起的相邻铁塔距离变化量为，由相邻铁塔距离变化量再综合考虑温度、输电线路固有长度条件，计算由塔体倾斜引起的弧垂变化；所述多路器、多路数字信号恢复模块、离散傅里叶变换和时域相关运算器均采用时钟同步信号统一控制；所述时钟同步信号的频率大于铁塔振动产生的最高频率的5倍以上；信号放大模块的输入范围和放大增益通过对信号波动范围以及数字信号的工作范围予以调整。

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