[发明专利]基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置及监测方法

权利要求书

1.基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，包括通过输电铁塔自带的螺栓(1-2)固定安装在输电铁塔(1)的关键杆件上的角铁架(1-1)，所述角铁架(1-1)上安装有电源组件，所述角铁架(1-1)下部通过螺钉悬挂安装上极板(1-8)，所述上极板(1-8)与输电铁塔(1)的关键杆件构成平行板电容器，上极板(1-8)与输电铁塔(1)的杆件之间上半部分填充氧化铝陶瓷(1-10)，氧化铝陶瓷(1-10)的厚度等于上极板(1-8)与输电铁塔(1)的杆件之间距离的一半，所述角铁架(1-1)上还安装有信号处理装置，所述信号处理装置通过导线连接所述电源组件。

2.如权利要求1所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，所述上极板(1-8)的宽度等于输电铁塔(1)的关键杆件表面宽度，所述上极板(1-8)的长度小于输电铁塔(1)的关键杆件表面长度。

3.如权利要求1所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，所述电源组件包括通过螺丝(1-11)固定在所述角铁架(1-1)表面的太阳能电池板(1-3)，所述太阳能电池板(1-3)底部开设接线端子(1-7)。

4.如权利要求3所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，所述上极板(1-8)通过连接件(1-9)利用螺丝固定在所述太阳能电池板(1-3)的一侧壁。

5.如权利要求3所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，所述信号处理装置包括固定在所述太阳能电池板(1-3)另一侧壁的绝缘壳体(1-4)，所述壳体(1-4)内部安装电路板(1-5)和锂电池(1-6)，所述电路板(1-5)用于信号处理，所述电路板(1-5)通过导线连接所述接线端子(1-7)。

6.如权利要求5所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，所述壳体(1-4)为聚乙烯材质。

7.如权利要求5所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，所述电路板(1-5)包括微处理器(2-1)，所述微处理器(2-1)分别连接控制电路(2-2)、A/D转换模块(2-3)和3G通信模块(2-6)，所述上极板(1-8)连接电荷测量模块(2-5)的输入端，所述电荷测量模块(2-5)用于实时的测量所述上极板(1-8)的电荷量，并将测量的数值通过电荷放大器(2-4)转换成电压信号，再由A/D转换模块(2-3)将模拟信号转换为数字信号传送给所述微处理器(2-1)进行处理；所述控制电路(2-2)连接所述太阳能电池板(1-3)和所述锂电池(1-6)，所述3G通信模块(2-6)连接监控中心(2)，用于实现与监控中心(2)的数据交互。

8.基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测方法，其特征在于，采用如权利要求7所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，其特征在于，具体操作过程包括如下步骤：

步骤1，搭建基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测装置，电荷测量模块(2-5)实时采集上极板(1-8)的电荷值传输给微处理器(2-1)中进行数据处理；

步骤2，微处理器(2-1)根据接收到的电荷值数据进行处理得到输电铁塔(1)的形变量，并通过3G通信模块(2-6)传输给监控中心(2)，实现对输电铁塔的在线形变监测。

9.如权利要求8所述的基于平行板电容器的输电铁塔形变的监测方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：

当输电铁塔(1)发生形变时，上极板(1-8)发生形变，其弯曲满足曲线y＝f(x)；

则根据电容的定义则有：

其中，C表示电容器的容值；ε为相对介电常数；ε₁为氧化铝陶瓷相对介电常数，9.8C²/(N·m²)；ε₂为空气相对介电常数，1.00053C²/(N·m²)；π为圆周率，取值3.1415；k为静电常数，其大小为9.0×10⁹N·m²/C²；表示电容器极板的平均距离，l为上极板(1-8)的长度；

结合公式(4)和公式(5)得到公式(6)：

输电铁塔(1)发生形变前后，平行板电容器只有极板间距离发生变化，因此利用输电铁塔(1)不发生形变时的极板距离d与形变后极板间的平均距离的差值量化输电铁塔的形变程度；

输电铁塔(1)形变后极板的平均距离根据电容器电容的计算公式(7)得到：

其中，Q为电容器上极板(1-8)所带电荷量；U为上极板(1-8)电压由锂电池(1-6)供给，为常量；

由公式(7)看出，在上极板(1-8)电压不改变时，极间距离d的变化将会引起电荷量Q的变化，因此有：

即：

则有，