技术领域
[0001] 本实用新型属于输电线路状态监测与故障诊断技术领域，涉及一种基于电
磁铁的输电铁塔检测的激励装置。
背景技术
[0002] 目前，电
力系统的供
电网正不断向超高压、远距离、大容量发展。输电铁塔作为其重要的组成部分，不可避免的要经过平原、山地、丘陵、河床等地区。复杂的地理
位置使得输电铁塔不可避免的发生沉降、开裂、沉落、形变等事故。近年来，随着
地震、泥石流、沙尘暴等
自然灾害的发生和人为破坏等原因，使得输电铁塔事故更加的频繁。对于输电铁塔，如果不及时的采取检测措施，及时的发现输电铁塔隐形的故障，往往会造成事故的进一步扩大，对国民经济带来不可估量的损失。
[0003] 由于输电铁塔在发生故障时其
应力会发生变化，很多学者试图通过实验仿真和受力分析解决这个问题，并做出了不少的理论研究。一些学者以塔线体系为研究对象，分析在
风作用下塔线体系振动的特性。由于铁塔的结构比较复杂，
有限元分析的方法常常用来分析风作用下的动力学特性和
稳定性。也有学者通过在山区建立输电铁塔，观测山区
风力，通过实验获得了输电铁塔的风力特性和风力响应。此外，部分学者利用风洞试验研究了不同风速条件下不带线路的输电铁塔
气动弹性模型。然而，力学分析的方法通常针对铁塔对风的响应的研究，具体识别结构异常的方法很少。模态识别技术和结构健康监测技术的发展为输电铁塔的检测提供了新的检测方法，通过监测环境风激励和输电铁塔
加速度，研究环境
载荷下的输电铁塔的振动响应。铁塔的振动响应能够较好的反映铁塔的结构状况，然而风作用下的铁塔振动微弱，有些地区风激励更是很难使得输电铁塔发生明显振动。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置，解决了
现有技术中利用风激励作用下的铁塔振动微弱，有些地区风激励更是很难使得输电铁塔发生明显振动的问题。
[0005] 本实用新型的技术方案是，一种基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置，包括壳体，和设置在壳体内部的高强磁铁、高强度
螺旋弹簧、套筒和电磁铁；壳体为圆柱形，在壳体的
侧壁上设置有一个中空的凸出部，与壳体之间通过线孔连通，凸出部内部固定有主
电路板、电源板和
聚合物电池，壳体的外表面设置有
太阳能电池板。
[0006] 本实用新型的特点在于，
[0007] 壳体的底部固定有高强磁铁，在距离壳体底面cm处的侧壁上设置有四个楔子，利用胶枪粘合使得高强磁铁与壳体底部的内壁固定连接，且高强磁铁的底面即作为整个装置的底面。
[0008] 主
电路板上连接有伸缩
导线，伸缩导线通过线孔与下方的电磁铁和冲击力
传感器连接。
[0009] 伸缩导线设置为螺旋形；高强磁铁采用钕铁
硼材料，其为圆环形状。
[0010] 凸出部上设有活动盖，活动盖通过插销和
锁扣与凸出部的侧壁保持活动连接。
[0011] 套筒的底面直径与高强磁铁内径相同，卡在高强磁铁的内孔内，套筒顶端设置有环状边沿，套筒的筒体，相对的位置开有两个通槽，环状边沿的外径比电磁铁的内直径大，且小于壳体的直径，在环状边沿的下表面设置有一层海绵。
[0012] 套筒外侧套装有高强度
螺旋弹簧，套筒的外径比高强度螺旋弹簧的内径小，高强度螺旋弹簧一端固定在高强磁铁上，另一端连接在电磁铁上。
[0013] 电磁铁的横截面为环状，套装在套筒上，沿着电磁铁的内直径方向设置有
钢板，钢板的宽度比通槽的宽度小，钢板恰好位于套筒的两个通槽中，钢板的中间位置向下垂直设置有一个
连接杆，连接杆的下部连接有冲击力传感器，冲击力传感器的下方安装有锤头。
[0014] 电路板包括依次连接的电荷
放大器、MCU和驱动电路，MCU还分别与蓝牙模
块和TTL
接口连接，驱动电路通过伸缩导线与电磁铁连接，电荷放大器与冲击力传感器连接；蓝牙模块还可通过蓝牙
信号与手机和/或电脑连接，TTL接口用于连接其他需要的外部设备。
[0015] MCU采用FPGA芯片，电荷放大器接FPGA芯片的IO口，电荷放大器和MUC通过屏蔽双绞线连接，冲击力传感器通过屏蔽双绞线和电荷放大器连接；MCU与电源板连接；电源板分别与聚合物电池和
太阳能电池板连接，电源板还和接线
端子连接，接线端子伸出壳体。
[0016] 本实实用新型的有益效果是，设计了一种基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置，可以根据实际输电铁塔的运行工况产生适合的脉冲激励，使得输电铁塔发生振动，对于输电铁塔的检测具有重要意义。装置体积小、重量轻、安装使用方便。用户可以利用手机或PC通过蓝牙实现与装置的短距离通讯，操作简单方便。此外扩展TTL接口可以支持装置与其它装置的连接，实用性强。装置的MCU嵌入有高
精度卡尔曼滤波
算法和快速
傅立叶变换算法，可实现数据的高精度采集和时域至频域的变换。
附图说明
[0017] 图1是本实用新型基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置的结构图；
[0018] 图2是本实用新型基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置中套筒结构示意图。
[0019] 图3是本实用新型基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置的电磁铁部分的结构示意图。
[0020] 图4是本实用新型基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置的模块结构
框图。
[0021] 图中，1.壳体，1-1.活动盖，1-2.锁扣，1-3.凸出部，1-4.楔子，1-5.线孔，1-6.电源板，1-7.聚合物电池，1-8接线端子，1-9插销，1-10.
太阳能电池板， 2.高强磁铁，3.高强度螺旋弹簧，4.套筒，4-1.环状边沿，4-2.通槽，4-3.海绵， 4-4.筒体，5.电磁铁，5-1.伸缩导线，5-2.钢板，5-3.连接杆，6.冲击力传感器， 7.锤头，8.电路板，8-1.MCU，8-2.驱动电路，8-3.电荷放大器，8-4.蓝牙模块，8-5.TTL接口。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图和具体实施方式对实用新型进行详细说明。
[0023] 一种基于电磁铁的输电铁塔检测的激励装置，如图1所示，包括壳体1，和设置在壳体1内部的高强磁铁2、高强度螺旋弹簧3、套筒4和电磁铁5；
[0024] 壳体1为圆柱形，在壳体的侧壁上设置有一个中空的凸出部1-3，与壳体之间通过线孔1-5连通，壳体1的底面直径8cm、高13cm，由304
不锈钢材料制作，可以防止风吹日晒，同时防止环境对装置内部造成损伤。
[0025] 壳体1的底部固定有高强磁铁2，在距离壳体1底面2cm处的侧壁上设置有四个楔子1-4，用于限定高强磁铁2的位置，防止高强磁铁松动发生侧移，利用胶枪粘合使得高强磁铁与壳体1底部的内壁固定连接，且高强磁铁 2的底面即作为整个装置的底面，通过磁力
吸附在铁塔表面。
[0026] 凸出部1-3内部固定有主电路板8、电源板1-6和聚合物电池1-7，主电路板8上连接有伸缩导线5-1，伸缩导线通过线孔1-5与下方的电磁铁5和冲击力传感器6连接，伸缩导线5-1设置为螺旋形；在正常状态下处于压缩状态，在激励装置工作时随着高强磁铁2的运动而拉伸。
[0027] 凸出部1-3上设有活动盖1-1，活动盖1-1通过插销1-9和锁扣1-2与凸出部1-3的侧壁保持活动连接，可以打开活动盖1-1，便于安装和更换主电路板8或者电源板1-5。
[0028] 所述的壳体1的外表面设置有太阳能电池板1-10；
[0029] 高强磁铁2采用钕铁硼材料，其为圆环形状，外直径8cm，内直径4cm，高2cm。由于高强磁铁2具有很强的吸引力，使得整个装置可以牢牢的吸附在铁塔塔材上，再利用防
水胶泥粘合与铁材的
接触面，安装极为方便。
[0030] 套筒4的结构如图2所示，采用
铝合金材料，套筒4的高度为10cm，套筒4的底面直径与高强磁铁2内径相同，卡在高强磁铁2的内孔2-1内。
[0031] 套筒4顶端设置有环状边沿4-1，环状边沿4-1的外径比电磁铁的内直径大2～3cm，且小于壳体的直径，在环状边沿4-1的下表面设置有一层海绵 4-3，用于防止电磁铁恢复时，碰撞环状边沿导致对装置造成损伤。套筒4 的筒体4-4，相对的位置开有两个通槽4-2，[0032] 套筒4外侧套装有高强度螺旋弹簧3，套筒的外径比高强度螺旋弹簧3 的内径小1～2cm；
[0033] 高强度螺旋弹簧3一端固定在高强磁铁2上，另一端连接在电磁铁5上。
[0034] 电磁铁5的横截面为环状，套装在套筒4上，电磁铁5的内径比套筒4 的外径大1～2cm；
[0035] 电磁铁5选用直流
吸盘式电磁铁，其横截面形状为圆环状，其内直径为 4.2cm，外直径为7.0cm。
[0036] 如图3所示，沿着电磁铁5的内直径方向设置有钢板5-2，钢板5-2的宽度比通槽4-2的宽度小，使得在电磁铁套装在套筒4上的时候，钢板5-2 恰好位于套筒4的两个通槽4-2中，起到限位的作用，保证电磁铁上下运动的时候不发生歪斜。
[0037] 钢板5-2的中间位置向下垂直设置有一个连接杆5-3，连接杆5-3的下部连接有冲击力传感器6，冲击力传感器6的下方安装有锤头7，
[0038] 冲击力传感器6采用HAD-QSY8301-03，可以对冲击力在100KN的冲击力进行测量。
[0039] 锤头7通过
螺栓结构可以固定在冲击力传感器6，锤头7为尼龙材料，一方面可以减小撞击铁塔时的损伤，另一方面可以在撞击时产生较高的
能量。
[0040] 如图4所示，电路板8包括依次连接的电荷放大器8-3、MCU8-1和驱动电路8-2，[0041] 电荷放大器8-3与冲击力传感器6连接；
[0042] MCU8-1还分别与蓝牙模块8-4和TTL接口8-5连接，
[0043] 驱动电路8-2通过伸缩导线5-1与电磁铁5连接，
[0044] 蓝牙模块8-4还可通过蓝牙信号与手机和/或电脑连接，
[0045] TTL接口8-5用于连接其他需要的外部设备，
[0046] 其中MCU8-1采用FPGA芯片，该芯片自带高精度A/D
采样功能，对电荷放大器发出的信号进行采样，
[0047] 由于MCU8-1驱
动能力有限，驱动信号必须经驱动电路8-2才能驱动电磁铁。
[0048] 电荷放大器接FPGA芯片的IO口，电荷放大器和MUC通过屏蔽双绞线连接，冲击力传感器6通过屏蔽双绞线和电荷放大器连接。
[0049] MCU8-1还与电源板1-6连接，电源板1-6分别与聚合物电池1-7和太阳能电池板1-10连接，电源板1-6还和接线端子1-8连接，电源板1-6的作用为，可以控制电源的
电压等级，使其满足整个装置的需要，为整个装置提供
电能，电源板1-6还能控制聚合物电池1-7的充放电，防止因过冲过放影响其使用寿命。
[0050] 接线端子1-8伸出壳体1，便于外部电源的接入，从而使装置接受外部电源直接供电，或用于给充电电池充电。
[0051] 伸缩导线5-1用于给电磁铁5和冲击力传感器6供电，同时包括用于冲击力传感器6
数据采集。
[0052] MCU8-1通过输出
高电平信号，经驱动电路8-2将信号放大驱动电磁铁 5工作。装置默认高电平时间为1s，装置在撞击铁塔时，可产生50KN的脉冲力。可以根据实际需求
修改占高电平时间，得到合适的冲击力。
[0053] 电荷放大器8-3分与MCU8-1和冲击力传感器6连接，冲击力传感器6 将数据经电荷放大器8-3处理为电压信号，处理后的信号经MCU8-1自带的高精度采样模块进行A/D采样处理。通过MCU8-1对数据进行滤波处理，后经去除趋势项和加力窗处理等到高精度的测量数据，提高测量精度，最后数据经过
快速傅立叶变换将时域数据，转换成频域数据。
[0054] 在MCU8-1中还连接有蓝牙模块8-4和TTL8-5接口，用户可以通过手机或电脑和装置连接，装置默认通讯波特率为115200。待用户与装置通讯上后，一方面可以操作装置，另一方面可以更改装置的配置，如装置的采样速率、MCU8-1输出高电平时间等参数。另外，TTL接支持装装置与其它监测装置连接，扩展性强。
[0055] 整个装置工作原理为：在接收到用户的操作命令时，MCU8-1产生高电平信号，驱动电路8-2将信号放大后驱动电磁铁5工作获得
磁性。在高强磁铁2的作用下，电磁铁5压缩高强度螺旋弹簧3，使得固定在电磁铁5上的锤头7敲击铁塔产生一个20KN的脉冲力。触发脉冲消失后，在高强度螺旋弹簧3的恢复力下使得锤头回到初始位置，等待用户下次命令。
