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《西安建筑科技大学》 2018年
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大量程超声波线缆测高仪设计与开发

何凯  
【摘要】:特高压输变电线路是清洁能源大发展的必要支撑,将构成我国大容量、远距离的能源输送通道。近年来,因高压架空线缆对地高度和相间距离不够而引起的局部放电事故频发,严重影响了电力系统安全运行,造成了巨大的经济损失。因此,开发成熟可靠的超声波线缆高度检测技术刻不容缓。在工业应用领域,市场现有超声传感检测装置检测范围不超过10米,无法满足超声波线缆测高的大量程检测需求。本文针对国内外高压架空线缆距离信息检测技术存在的问题,以提高超声波检测范围和提升检测仪便携性为目标,从硬件电路设计、功能软件开发、超声测高算法、外壳结构设计等方面进行了深入研究,旨在研制一种便携式的大量程超声波线缆测高仪。首先,硬件电路设计方面,研究了超声波在空气介质中的传播特性,设计了超声波线缆测高仪系统原理图,以STM32为微控制器,使用TCF-25单发单收超声换能器和9V电池供电。超声信号激励模块使用脉冲变压器提升驱动电压。超声信号调理模块主要实现带通滤波和对数放大功能。此外,热敏电阻MF58采集环境温度,对声速进行修正。串口通讯电路则保证上位机和下位机之间的正常通信。其次,功能软件开发方面,具体研究了系统各个模块软件编程实现和大量程超声测高算法。下位机软件基于ARM库函数的C语言,负责实现驱动脉冲发送、数据采集、温度采集、声速修正、距离计算和数据上传等功能。上位机采用C#编程语言,建立了高压线缆测高数据库,实现了串口通讯、数据显示、数据分析等功能。在对比分析传统阈值法和互相关法的基础上,提出了基于振动模型的超声测高延时估计方法,根据超声换能器振动时域波形上升沿特征识别超声回波信号,并由此估计超声回波起始位置。最后,在辅助结构设计方面,设计了一种超声测高增强器,解决了大量程超声回波弱信号难以检测的技术难题。利用超声波理论揭示了超声测高增强器能够提高辐射功率的机理。通过试验研究验证了超声测高增强器能显著提高超声传感器检测距离。本文创新性提出了旋转式探头结构设计,利用UG软件建立了三维机械模型,实现了超声波线缆测高仪的多方位距离信息检测,拓展了其使用范围。超声检测是架空线缆高度测量最有效、最安全、最快速的技术手段。经过实验验证,本文开发的大量程便携式超声波线缆测高仪,可以实时、可靠地检测距离为距离为30米的高压线缆,对减少运维人员工作强度、提高工作效率、保障高压线缆安全运行具有重要意义。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM75;TB559

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【参考文献】
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