混凝土电杆力学性能无线自动化检测的研究与实现

摘 要：随着我国现代科技的繁荣发展，混凝土电杆力学性能的检测效率在技术的创新下不断提升，自动化程度实现飞跃式突破。近几年来，专家学者对于电杆力学性能无线自动化检测系统的研究从未止步，现阶段已经基本可以实现借助高精度位移传感器、压力传感器、无线中心网络拓扑结构，在技术层面实时显示和控制多个测试终端数据，同时分析数据并进行图表化处理，工程测试的难度系数大幅度降低。基于此，本文将对混凝土电杆力学性能无线自动化检测的流程展开具体介绍，希望对该项技术的持续优化具有参考价值。

关键词：混凝土;电杆;力学性能;无线;自动化检测

引言：在傳统混凝土电杆力学性能检测中，对人为因素过度依赖，从而由于人为干扰因素而无法保障数据处理结果的精准性。与此同时，传统检测方法受制于环境因素，工程测试的效率水平整体偏低。近几年来，自动化成为混凝土电杆力学性能检测的主流趋势，电杆力学性能无线自动化检测系统的研发，可以实现数据的动态监测以及自动采集，大幅度降低了相关单位部门的生产成本，并实现了资源的节约、效率的提升，对于行业的发展具有长远的促进作用。

1 电杆力学性能自动检测系统研发

1.1总体方案

电杆力学性能自动检测系统的特色在于分布式远程自动检测，对数据采集的自动化程度要求较高。因此，在系统设计阶段，应明确系统配置包括如下结构：首先，分别在支点处安装第1位移传感器和第2位移传感器，借此采集两个支点位置的位移数据，并将数据传输至中央处理器。其次，在电杆的顶部安装加荷传动装置，并连接处理器。在电杆挠度的检测阶段，借助加荷传动装置逐渐向电杆逐级加荷，合理控制静停时间。一般情况下，研究人员需要在这一段时间内通过处理器来对加荷传动装置进行自动补荷，但是要密切关注并控制自动稳荷的误差，一般情况下不应超出2%。此后，连接加荷传动装置与荷载传感器测力仪，从而在后者的作用下计算前者对电杆的加荷值，将这一数据值传送至处理器。最后，在电杆稍端安装挠度传感器，从而对电杆顶部的位移信号进行检测，将检测到的位移信号信息传输制处理器，得到挠度计算公式，并代入悬臂式试验时任一级荷载作用下的梢端挠度值、测量仪器测得的任一级荷载作用下梢端的变形值、任一级荷载作用下两项观测点处的变形值、电杆计算总长度、电杆支持点高度等重要数值，最终计算电杆的最大挠度并输出，此时注意单位均为毫米。总的来说，电杆力学性能自动检测系统的主体结构包括挠度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、荷载传感器测力仪、加荷传动装置、中央显控器、无线检测系统等，但研究人员的组建系统时需要着重注意各装置、模块的连接模式。

1.2无线检测系统

在混凝土电杆力学性能无线自动检测中，力学性能检测只是其中一方面，此外还涉及到无线传输和数据的显示控制。所以，本次所研究的混凝土力学无线检测系统一共分为三个模块。其一，位移测试终端。位移传感器、数据采集器以及无线收发器的相位仪器共同构成了一个完整的位移测试终端，分别承载着压力作用下电杆位移量的测量、位移量由数据信息向数字信号的转化、数字信号的无线发射任务，是无线自动检测系统的核心构成。其二，压力传感测试终端。该模块的主体构成为压力传感器、数据采集放大器以及无线收发器，其中各仪器分别承担着测试电杆承压、采集并放大信号、数字信号的无线发射任务。值得注意的是，之所以在这一阶段应用数据采集放大器而不是数据采集器，是因为压力传感器输出的信号较为微弱，经放大后才能精确采集。其三，中央显控单元。中央显控单元的整体构造相对较为简单，但是其核心部分数据集成处理版的结构却极其复杂，不仅包括用于在无电环境下测量测试系统的锂电池模块、实现位移测试终端与压力传感测试终端数据传输的4路无线收发模块、向显示屏输送测试数据和测试结果的显示屏控制模块、负责数据远程传输的网络通信模块等，还包括集数据采集、处理、校零、判断等功能为一体的STM32F429处理器等重要配件，任何一环都至关重要。除此以外，中央显控单元中还有一块包含了所有人机交互所需要控件的10寸触摸显示屏，人员仅需要简单的操作就可以将数据清晰的呈现在显示屏上，为工程测试的开展提供了极大便利。

2 硬件设计

正如上文所述，电杆力学性能无线自动化检测系统的硬件基础包括位移测试终端、压力传感测试终端以及中央显控单元，下面将对各模块的设计要点进行介绍：

2.1位移测试终端

在设计系统的位移测试终端时，人员所参考的基本理论是如何将位移与电阻的线性关系用位移传感器输出，在此基础上，位移的变化量就可以从直观上用电阻上的电压变化量来替代。在设计阶段，相关人员应聚焦压差测量、信号输入、信号转化、信号收发等功能，确保信号经转化后可高效发送给无线收发器。经测定，在无遮挡的环境下，位移测试终端的数据传输标准为传输速率不低于9.6KB每秒，传输距离不低于1千米。

2.2压力传感测试终端

在设计压力传感测试终端时，人员所需要重点考虑的问题是如何将电压与所受压力的对应关系借助压力传感器输出，进而将承受的压力以采集电压的形式来呈现出来。整体来说，位移测试终端与压力传感测试终端的电路图大同小异，但是考虑到压力传感器可输出的电压相对较小，所以需要在这一环节增加数据采集放大器放大输出电压，在此基础上进行压力采集。

2.3中央显控单元

中央显控单元的设计要点在于核心处理器、无线接收模块的选择，系统设计人员应结合现有研究成果进行酌情分析，确保屏幕实时通信、无线WiFi功能、锂电池充电功能、电压转换功能可充分发挥。

3 软件设计

电杆力学性能无线自动化检测系统的软件设计重要性丝毫不亚于硬件设计。在中央显控单元运行过程中，考虑到终端数目整体偏大，为每一个终端分别配置收发装置在成本和技术角度都难以实现。因此，为保证通信质量，只能采取分时方式。具体来说，设计人员可以将4个位移测试终端作为一个单位，为其配备一副天线，但是要尽可能保障，每一个压力测试终端都有其对应的一副天线，以便数据请求可以及时发送。当数据到达测试终端之后，需要继续将数据发送至中央显控单元，由中央显控单元将数据请求发往新的测试终端。值得注意的是，依据现有技术规范要求，人员在设计中央线控单元软件时，需要注意对数据进行实时保存和读取，确保网络数据传输的实时性和精准性，确保网络层、传输层功能的充分发挥，为无线自动化检测系统提供软件支持。

4 结束语

综上所述，混凝土电杆力学性能无线自动化检测是新时期提升电杆力学性能试验效率的新思路，在多次力学性能试验中，展现出了良好的检测效果。因此，相关单位部门应持续优化无线自动化检测系统的软硬件设计，严格保障电杆入网质量，从而为稳定可靠的电力供应提供参考。

参考文献：

[1]刘福财，张信祯，肖敏，黄贺明.超高性能混凝土电杆养护工艺试验研究[J].混凝土世界，2019（06）：62-66.

[2]杨伟东，李亮，丛培军，李喆，于永刚，秦飞.锥形混凝土电杆全自动力学性能检测设备设计[J].农村电工，2019，27（04）：31-32.

[3]李涛，孙学武，杜晓平，任社宜.浅谈环形混凝土电杆的无线自动化检测及质量防控[J].国网技术学院学报，2018，21（06）：33-36.

（云南电力技术有限责任公司，云南 昆明 650217）