專利名稱：基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法
技術領域：
本發明屬于線纜監測領域，尤其涉及一種基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法。
背景技術：
我國氣象環境多變，冰災事故時有發生，凍結在輸電線路上的冰雨或冰雪，會在輸電線路上逐漸形成一種橫截面近似于橢圓形或蛋形的冰殼。輸電線路的覆冰是在特定的自然環境下才能形成，當空氣的溫、濕度各達到一定的條件才可能形成覆冰，而當溫度和濕度滿足條件以后，形成覆冰的量取決于風速，當無風或是微風時，只能形成極薄的冰，當風速達到一定速度后，線路上的冰才會越積越厚。嚴重的覆冰會導致輸電線路的損害，甚至是輸電的中斷，嚴重影響電網的安全運行。為了保證電網的安全運行，需要對輸電線路的覆冰情況進行監測并實時獲取輸電線路上的覆冰厚度值，為后續的處理提供基本數據。目前，監測輸電線路覆冰的一種方法為超聲波監測方法，主要通過在輸電線路的周圍設置超聲波收發器，然后發送并接收超聲波來測量以獲得輸電線路的覆冰數據。超聲波監測輸電線路覆冰厚度的方法過程簡便，監測裝置的安裝也比較簡單，但是缺點是因輸電線路周圍需要設置多個超聲波收發器，多個超聲波收發器安裝完成后，在輸電線路覆冰厚度的監測過程中容易產生超聲波信號的相互干擾，甚至監測設備也會受到外來超聲波設備的干擾，造成不能精確監測輸電線路的覆冰厚度。因此現有的超聲波監測輸電線路覆冰厚度的方法抗干擾能力差，精確性低。

發明內容
本發明旨在解決現有技術中超聲波監測輸電線路覆冰厚度方法抗干擾能力差，精確性低的技術問題，提供一種基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，有效提高利用超聲波監測輸電線路覆冰厚度的精確性，并有效提高整個監測方法的抗干擾性。本發明提供一種基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，包括以下步驟
步驟一，圍繞所述輸電線路設置多個超聲波收發器，并將其與一主控模塊相連接；所述多個超聲波收發器位于輸電線路徑向截面上的同一圓周上，該圓周的中心位于所述輸電線路的軸線上；
步驟二，主控模塊對超聲波進行編碼并選定超聲波的頻率P為PO ； 步驟三，主控模塊依次控制每一個超聲波收發器發射超聲波并在規定時間t’內接收超聲波并確認該收到的超聲波為超聲波收發器所發出的超聲波，同時記錄每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間；
步驟四，主控模塊根據記錄的每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間計算該超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值。優選地，在所述步驟一中，所述第一超聲波收發器、第二超聲波收發器、……、第N 超聲波收發器均布于所述圓周上。
優選地，每個超聲波收發器包括一個用于根據主控模塊的控制指令發射超聲波的超聲波發射器和一個接收超聲波的超聲波接收器。優選地，所述步驟三具體包括
S100,主控模塊控制每一個超聲波收發器的超聲波發射器發射超聲波并開始計時，在規定時間t’內收到超聲波并記錄該超聲波收發器的超聲波接收器接收到超聲波的時間； 若在規定時間t’內未收到超聲波，則表明裝置安裝錯誤，重新安裝后重復S100。S200，判斷接收到的所述超聲波的頻率是否為PO ；若是，則進入S300 ；否則， 若接收到的超聲波的頻率< 70KHz，則主控模塊將發出超聲波的頻率P增加5KHz再發
射并返回S100，
若接收到的超聲波的頻率P ^ 70KHz，則主控模塊將發出超聲波的頻率P調整為PO再發射并返回SlOO ；
S300，主控模塊對該超聲波收發器的超聲波接收器收到的超聲波進行解碼，并判斷是否是該超聲波收發器的超聲波發射器發出的超聲波，若是，則進入步驟四；若否則返回 SlOO ；
優選地，所述步驟四具體包括
主控模塊根據記錄的每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間及公式S=R-V*t/2可分別計算得到每一個超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值；
其中，S是超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值，t為主控模塊記錄的該超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間，V為超聲波在空氣中的傳播速度，R為該超聲波收發器到輸電線路外表面的距離。優選地，在所述步驟三之前還包括步驟所述主控模塊初始化并控制所有的超聲波收發器停止工作。優選地，在所述步驟四之后還包括主控模塊通過一通訊模塊將所述覆冰厚度值發送給一遠程監控模塊。優選地，還包括，主控模塊根據覆冰厚度值Si、S2、……、Sn繪制輸電線路的覆冰切面圖，并將該覆冰切面圖通過所述通訊模塊傳送到監控模塊。優選地，所述t，為1S，所述PO為40KHZ。以上所述技術方案，在利用超聲波監測輸電線路的覆冰時，首先對超聲波進行編碼并選定頻率，然后通過接收相同頻率的超聲波并解碼的方式確認所受到的超聲波是之前發出的超聲波，通過此種方式進一步排除其他超聲波對該超聲波檢測系統的干擾，有效提高了輸電線路覆冰監測厚度檢測的精確性和準確性，增強了整個超聲波監測輸電線路覆冰的防干擾性。


圖1是本發明一種實施例的超聲波收發器與輸電線路的位置關系圖。圖2是本發明一種實施例的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測系統的結構圖。
具體實施例方式為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。結合圖1和圖2所示，本發明所提供一種輸電線路覆冰監測方法，該方法包括以下步驟
步驟一，圍繞所述輸電線路設置多個超聲波收發器，并將其與一主控模塊相連接；所述多個超聲波收發器位于輸電線路徑向截面上的同一圓周上，該圓周的中心位于所述輸電線路的軸線上；
步驟二，主控模塊對超聲波進行編碼并選定超聲波的頻率P為PO ； 步驟三，主控模塊依次控制每一個超聲波收發器發射超聲波并在規定時間t’內接收超聲波并確認該超聲波，同時記錄每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間；
步驟四，主控模塊根據記錄的每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間計算該超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值。在所述步驟一中，所述多個超聲波收發器包括第一超聲波收發器、第二超聲波收發器、……、第N超聲波收發器，其中N為自然數。優選地，所述第一超聲波收發器、第二超聲波收發器、……、第N超聲波收發器均布于所述圓周上，該種設置方式可以更加全面的監測輸電線路1的覆冰厚度，即每個超聲波傳感器用于監測其所對應處的輸電線路1的覆冰厚度，所述超聲波收發器的數量越多其最終監測到的輸電線路1的覆冰厚度越全面，得到分析結果也就越精確。所述每個超聲波收發器包括一個用于根據主控模塊200的控制指令發射超聲波的超聲波發射器和一個接收超聲波的超聲波接收器。所述輸電線路1的徑向截面為垂直于輸電線路軸線即長度方向的截面。所述主控模塊200優選為控制芯片，可以控制每個超聲波收發器的工作，而且該芯片具有擴展接口，用于連接并控制其他的外接設備，如可控制一通訊模塊300進行通訊工作。該主控模塊200同時具有計時功能，或者通過其擴展接口接入一計時器進行計時工作。為了能夠進一步增強系統的監測精度，主控模塊200需要在系統工作前對超聲波進行編碼并選定超聲波的頻率P為P0，這里PO優選為40KHZ。這里所謂的編碼是指主控模塊200對超聲波進行編碼后，其碼段包括身份信息，以便在接收到超聲波時對該超聲波進行解碼校對。所述步驟三具體包括S100，主控模塊200控制每一個超聲波收發器的超聲波發射器發射超聲波并開始計時，在規定時間t’內收到超聲波并記錄該超聲波收發器的超聲波接收器接收到超聲波的時間；若在規定時間t’內未收到超聲波，則表明裝置安裝錯誤，重新安裝后重復S100。S200，判斷所述超聲波的頻率是否為PO ；若是，則進入S300 ；否則，
若超聲波的頻率P < 70KHZ，則主控模塊將超聲波的頻率P增加5KHZ并返回S100， 若超聲波的頻率P ^ 70KHz，則主控模塊將超聲波的頻率P調整為PO并返回SlOO ； S300,主控模塊200對該超聲波收發器的超聲波接收器收到的超聲波進行解碼，并判斷是否是該超聲波收發器的超聲波發射器發出的超聲波，若是，則進入步驟四；若否則返回 SlOO ；在S200中，因預先選定了超聲波的頻率P0，由于監測系統在工作過程中種種原因在出現了程序錯誤或者其他錯誤導致所接收的超聲波的頻率超出預先設定的頻率時，系統能夠自動根據內部的控制策略調整所發出的超聲波的頻率，從而使得當接收到的超聲波的頻率滿足預先設定的條件時，才會進入S300，因此系統采用以上所述的容錯技術，可以時刻調整監測系統的工作狀態，使系統能夠連續正常運行，從而保證了監測數據的準確性。優選地，第一步，主控模塊200控制第一超聲波收發器的超聲波發射器發射超聲波并開始計時，若在規定時間t’內第一超聲波收發器的超聲波接收器接收到超聲波則對該進行確認，并記錄第一超聲波收發器的超聲波接收器接收到該超聲波的時間tl ；若在規定時間t’內未收到超聲波，則表明裝置安裝錯誤，重新安裝后重復第一步直到裝置安裝正確。第二步，判斷所述超聲波的頻率是否為PO ；若是，則進入第三步；否則，
若超聲波的頻率P < 70KHZ，則主控模塊200將超聲波的頻率P增加5KHZ并返回第一
步；若超聲波的頻率P彡≥70KHz，則主控模塊200將超聲波的頻率P調整為PO并返回第一
步ο第三步，主控模塊對第一超聲波收發器的超聲波接收器收到的超聲波進行解碼， 并判斷是否是該超聲波收發器的超聲波發射器發出的超聲波，通過核對超聲波的身份信息可以確定是否為該超聲波收發器的超聲波發射器發出的；若是，則進入上面所述的步驟四； 若否則返回上述第一步；
停止第一超聲波收發器的工作，按照上述的第一步、第二步和第三步的控制過程，主控模塊200控制第二超聲波收發器進行工作，并記錄時間t2……；
直到停止第N-I超聲波收發器的工作，按照上述的第一步、第二步和第三步的控制過程，主控模塊200控制第N超聲波收發器進行工作，并記錄時間tn。優選地，所述t’為IS, 所述PO為40KHZ。以上技術方案中，在下一個超聲波收發器開始工作的時候，需要關閉上一個超聲波收發器，防止上一個超聲波收發器發射的超聲波而對下一個超聲波收發器的工作帶來干擾，進一步增強系統的穩定性和數據測量的精確性；而且在每次控制一個超聲波收發器進行工作時，需要對接收到的超聲波進行頻率和身份信息的驗證，以保證該超聲波收發器的超聲波接收器收到的超聲波為該超聲波收發器的超聲波發生器所發出的。優選地，所述步驟四具體包括主控模塊根據記錄的每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間及公式S=R-V*t/2可分別計算得到每一個超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值；
其中，S是超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值，t為主控模塊記錄的該超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間，V為超聲波在空氣中的傳播速度，R為該超聲波收發器到輸電線路外表面的距離。具體的根據上面所述的實施例，主控模塊200根據上述記錄的時間tl、t2、……、 tn，分別計算得到每一個超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值Sl=R-V*tl/2、 S2=R-V*t2/2、......、Sn=R-V*tn/2。通過以上對輸電線路的覆冰厚度監測方法可以最終得到輸電線路上的覆冰厚度。下面結合圖1中的實施例對上述輸電線路的覆冰厚度監測方法作進一步的說明。
圖1示出了利用四個超聲波收發器監測輸電線路1的覆冰2的厚度值，
首先將該四個超聲波收發器101、102、103、104均布設置在輸電線路1的周圍，所述四個超聲波收發器位于同一圓周3上，該圓周3的中心位于輸電線路1的軸線上。主控模塊200首先對超聲波進行編碼并選定超聲波的頻率P為PO ；
然后主控模塊200依次控制每一個超聲波收發器發射超聲波并在規定時間t’內接收超聲波并確認該超聲波，同時記錄每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間。具體為S100，主控模塊200控制超聲波收發器101的超聲波發射器發射超聲波并開始計時，在規定時間t’內超聲波收發器101的超聲波接收器接收到超聲波則對該進行確認， 并記錄第一超聲波收發器的超聲波接收器接收到該超聲波的時間tl ；若在規定時間t’內未收到超聲波，則表明裝置安裝錯誤，重新安裝后重復第一步直到裝置安裝正確。S200，判斷所述超聲波的頻率是否為PO ；若是，則進入S300 ；否則，
若超聲波的頻率P < 70KHZ，則主控模塊將超聲波的頻率P增加5KHZ并返回S100， 若超聲波的頻率P ^ 70KHz，則主控模塊將超聲波的頻率P調整為PO并返回SlOO ； S300,主控模塊200對超聲波收發器101的超聲波接收器收到的超聲波進行解碼，并判斷是否是該超聲波收發器101的超聲波發射器發出的超聲波，若是，則進入上述的步驟四； 若否則返回Sioo ；
同理，主控模塊200依次控制超聲波收發器102、超聲波收發器103及超聲波收發器 104進行工作，并分別記錄時間t2、t3和t4。主控模塊200根據記錄的時間tl就能得到超聲波收發器101距離覆冰2外邊緣的距離L=V*tl/2，其中V為主控模塊200所測得的超聲波在該環境中的實際傳播速度；因此可以得到超聲波收發器101所對應的此處輸電線路的覆冰厚度值S=R-L=R- V*tl/2。同理可以分別計算得到超聲波收發器102、超聲波收發器103及超聲波收發器104所對應處的輸電線路1的覆冰厚度值?？梢钥闯?，以上所述技術方案中，所設置的超聲波收發器的個數越多，所監測到的輸電線路的覆冰厚度的點位就越多，對輸電線路周圍覆冰厚度的監測數據越精確，得到數據范圍就越全面，因此在實際操作中可以根據實際的安裝環境盡可能多的設置超聲波收發器的數量。以上所述實施例的覆冰監測方法中，由于采用容錯技術，大大提高了輸電線路覆冰監測數據的精確度，有效降低了誤差；即主控模塊200首先對超聲波進行編碼并選定超聲波的頻率，然后主控模塊控制每個超聲波收發器進行發射超聲波，然后超聲波收發器接收到反射回來的超聲波并判斷該超聲波的頻率是否與預先設定的一致，如果一致則進行下一步的解碼操作，如果不一致則對所發出的超聲波進行調整后重新控制超聲波收發器重新發送超聲波。通過這種容錯技術可以排除外來超聲波的干擾或者這因系統故障帶來的測量誤差，有效提高了測量精度。作為本發明的另一個實施例，能夠方便遠程監控輸電線路的覆冰情況，優選地，在所述步驟四之后還包括主控模塊200通過一通訊模塊300將所監測到的輸電線路的覆冰厚度值發送給一遠程監控模塊400，以便于相關人員進行遠程監控，進一步增強對輸電線路覆冰厚度監測的便利性。進一步地，為了提高系統的工作穩定性和對輸電線路覆冰厚度的監測精確性，在所述步驟三之前還包括步驟所述主控模塊200初始化并控制所有的超聲波收發器停止工作。這樣就能保證在主控模塊200控制任何一個超聲波收發器工作的時候不會誤接收到其他超聲波收發器發射的超聲波，保證了系統工作的穩定性，提高了覆冰厚度的監測精度。作為本方案更優選的一種實施例，為了能夠得到輸電線路的覆冰截面圖，在主控模塊200計算得到輸電線路各點的覆冰厚度值值時，主控模塊200根據覆冰厚度值Si、 S2、……、Sn得到輸電線路1的覆冰2的切面圖，并將該切面圖通過通訊模塊300傳送到監控模塊400。該切面圖的繪制可通過對輸電線路周圍每一點的覆冰厚度值進行測量，并通過圖示的方式在輸電線路1的周圍按照得到的每一點的覆冰厚度值進行標示，最后將每一點通過平滑曲線連接成一個封閉的曲線，該曲線與電線1邊緣之間形成的區域即為覆冰區域，這樣就得到了輸電線路的覆冰切面圖，主控模塊200通過通訊模塊300不僅能夠把覆冰厚度值傳送給監控模塊400，而且可以把繪制的覆冰切面圖一同傳送給監控模塊400，增加了輸電線路覆冰厚度的直觀性和可視性，有利于更加方便的了解導線的覆冰狀況。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，圍繞所述輸電線路設置多個超聲波收發器，并將其與一主控模塊相連接；所述多個超聲波收發器位于輸電線路徑向截面上的同一圓周上，該圓周的中心位于所述輸電線路的軸線上；步驟二，主控模塊對超聲波進行編碼并選定超聲波的頻率P為PO ；步驟三，主控模塊依次控制每一個超聲波收發器發射超聲波并在規定時間t’內接收超聲波并確認該收到的超聲波是超聲波收發器所發出的超聲波，同時記錄每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間；步驟四，主控模塊根據記錄的每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間計算該超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值。
2.根據權利要求1所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，在所述步驟一中，所述第一超聲波收發器、第二超聲波收發器、……、第N超聲波收發器均布于所述圓周上。
3.根據權利要求2所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，每個超聲波收發器包括一個用于根據主控模塊的控制指令發射超聲波的超聲波發射器和一個接收超聲波的超聲波接收器。
4.根據權利要求3所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，所述步驟三具體包括S100，主控模塊控制每一個超聲波收發器的超聲波發射器發射超聲波并開始計時，在規定時間t’內收到超聲波并記錄該超聲波收發器的超聲波接收器接收到超聲波的時間； 若在規定時間t’內未收到超聲波，則表明裝置安裝錯誤，重新安裝后重復S100。
5.S200，判斷接收到的所述超聲波的頻率是否為PO ；若是，則進入S300 ；否則，若接收到的超聲波的頻率< 70KHz，則主控模塊將發出超聲波的頻率P增加5KHz再發射并返回S100，若接收到的超聲波的頻率P ^ 70KHz，則主控模塊將發出超聲波的頻率P調整為PO再發射并返回SlOO ；S300，主控模塊對該超聲波收發器的超聲波接收器收到的超聲波進行解碼，并判斷是否是該超聲波收發器的超聲波發射器發出的超聲波，若是，則進入步驟四；若否則返回 SlOO ；根據權利要求1所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，所述步驟四具體包括主控模塊根據記錄的每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間及公式S=R-V*t/2可分別計算得到每一個超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值；其中，S是超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值，t為主控模塊記錄的該超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間，V為超聲波在空氣中的傳播速度，R為該超聲波收發器到輸電線路外表面的距離。
6.根據權利要求1所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，在所述步驟三之前還包括步驟所述主控模塊初始化并控制所有的超聲波收發器停止工作。
7.根據權利要求1所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，在所述步驟四之后還包括主控模塊通過一通訊模塊將所述覆冰厚度值發送給一遠程監控模塊。
8.根據權利要求7所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，還包括，主控模塊根據覆冰厚度值Si、S2、……、Sn繪制輸電線路的覆冰切面圖，并將該覆冰切面圖通過所述通訊模塊傳送到監控模塊。
9.根據權利要求1或4所述的基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，其特征在于，所述t，為1S，所述PO為40KHZ。
全文摘要
一種基于容錯技術的輸電線路覆冰監測方法，包括步驟一，圍繞輸電線路設置多個超聲波收發器，并將其與一主控模塊相連接；多個超聲波收發器位于輸電線路徑向截面上的同一圓周上，該圓周的中心位于輸電線路的軸線上；步驟二，主控模塊對超聲波進行編碼并選定超聲波的頻率P為P0；步驟三，主控模塊依次控制每一個超聲波收發器發射超聲波并在規定時間t’內接收超聲波并確認該超聲波，同時記錄每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間；步驟四，主控模塊根據記錄的每一個超聲波收發器從發出超聲波到接收到超聲波的時間計算該超聲波收發器所對應的輸電線路的覆冰厚度值。該方案有效提高了輸電線路覆冰監測厚度檢測的精確性和準確性。
文檔編號G08C23/02GK102564365SQ20121000529
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者賀潔 申請人:航天科工深圳(集團)有限公司