本發(fā)明涉及電纜監(jiān)測及預警領域，特別涉及電纜形變監(jiān)測及預警。

背景技術：

1、電纜作為現(xiàn)代社會的“動脈”和“神經”，有時會遭遇外部損壞如冬季冷凝結冰、電塔位移等原因使得絕緣層破損、導體斷裂，這將造成區(qū)域性斷電，影響社會正常生產生活。針對電纜的保護和監(jiān)測，各個企業(yè)單位展開了多種研究。

2、【專利號：cn118198931a】羅義釗等人公開了名稱為一種電纜運行狀態(tài)巡檢機器人的發(fā)明專利所發(fā)明的機器人沿導軌運行，通過監(jiān)測組件發(fā)現(xiàn)電纜表皮破損，驅動修復組件對破損表皮進行修復。但其使用局限性太大，需要額外鋪裝運行軌道且無法對即將發(fā)生的破壞進行預測。

3、fred?steennis等人名為《guarding?mv?cables?on-line:?with?travellingwave?based?temperature?monitoring,?fault?location,?pd?location?and?pd?relatedremaining?life?aspects》的論文通過局部放電檢測并快速定位中壓電纜故障，并將其精度提升到了電纜長度的1%范圍內。但這一監(jiān)測方法在面對pilc電纜時由于其自愈能理，這一監(jiān)測方法可能難以及時發(fā)出預警。

4、【專利號：cn117970031a】沈狄龍等人公開了名為《一種基于應力波的電纜監(jiān)測預警系統(tǒng)及方法》的專利通過脈沖信號發(fā)射模塊向電纜發(fā)送脈沖信號并通過接收模塊接受，通過計算脈沖傳遞時間來判斷電纜是否合格。但由于其設備的局限性，該方法只能在工廠對電纜進行產品監(jiān)測，難以對運行中的電纜網絡進行監(jiān)測及預警。

5、anqiang?lv等人名為《on-line?monitoring?system?of?35kv?3-core?submarinepower?cable?based?on?φ-otdr》的論文針對海底電纜面臨被錨損壞卻難以有效監(jiān)測的問題提出一種基于φ-otdr的海底電力電纜錨固損傷檢測方法，對拋錨和拋錨事件進行了模擬。獲取并分析了平靜海面、落錨和拋錨阻力的振動數(shù)據(jù)，但這一方案仍不成熟，有待繼續(xù)研究。

6、【專利號：cn118040533a】黃應敏等人公開了名稱為一種架空電纜保護裝置及方法的發(fā)明專利通過組合震動監(jiān)測模塊、攝像頭以及無人機達成一種震動采集、影像數(shù)據(jù)采集、無人機驅離三位一體電纜保護裝置。但其提出的系統(tǒng)可能需要更高級的ai系統(tǒng)或者需要人力進行持續(xù)監(jiān)測。

7、湯向華等人名為《基于無線智能振動傳感器的地埋電纜防外破監(jiān)測預警系統(tǒng)設計》的論文針對地下電纜經常受到的挖掘破壞影響電纜系統(tǒng)運行的問題設計了無線智能震動采集系統(tǒng)，通過對采集的振動信號進行特征分析和特征提取來實現(xiàn)對地下電纜挖掘破壞的預警。但由于挖掘產生的振動在地下傳播半徑小、衰減速度快，特征提取和識別面臨困難。

8、從上述內容可以看出，現(xiàn)有發(fā)明的重點都是針對已發(fā)生破壞的位置進行定位，難以對未發(fā)生的破壞做出預警。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述問題，公開了一種電纜形變監(jiān)測及預警裝置及方法，屬于電纜形變監(jiān)測及預警領域。針對冬季冷凝結冰以及電塔位移等原因導致電纜絕緣層破損、導體斷裂等問題，提出一種電纜形變監(jiān)測及預警裝置及方法，由一個主站和n個從站組成。主站和從站通過自組網進行通信，主站負責接收來自各個從站的預警信號。從站依據(jù)編號順序安裝在電纜網絡各個監(jiān)測點處，當電纜遭受外力作用時，電纜長度發(fā)生變化，這種變化通過張力傳遞至從站外殼再傳遞至彈性導體處，這將導致彈性導體阻值發(fā)生變化，從站通過監(jiān)測彈性導體阻值變化間接對電纜進行監(jiān)測，當這一變化超過設定范圍，則從站向主站發(fā)送帶有自身編號的預警信號。在兼顧了輕量化和小體積的同時，采用太陽能供電，可以實現(xiàn)長時間不間斷監(jiān)測以及預警。

2、其技術方案實現(xiàn)為：

3、一種電纜形變監(jiān)測及預警裝置及方法，包括有一個主站和n個從站。主站負責接收從站發(fā)出的預警信號，并依據(jù)編號確認從站位置坐標。從站負責監(jiān)測電纜形變，若電纜形變量超過閾值則向主站發(fā)送一個帶有自身編號的預警信息，達到預警效果。

4、主站即為通信主站，通過自組網接收來自各個從站發(fā)送的預警信息。

5、從站包括外殼、彈性導體、主控板、無線通訊模塊、天線、電池以及光伏板。

6、外殼使用柔性材料制作且應滿足公式1，確保對電纜形變范圍進行全程監(jiān)測。

7、ew＜ed(1)

8、其中ew為外殼材料的彈性模量;ed為電纜自身的彈性模量。

9、彈性導體工作原理滿足公式2，當彈性導體隨外殼發(fā)生形變時，其長度和橫截面積發(fā)生變化，導致其電阻值也相應發(fā)生變化，通過電路測量電阻值來達到對電纜的形變監(jiān)測。

10、(2)

11、其中為彈性導體阻值的變化值；為彈性導體電阻初始值；為彈性導體長度的變化值；為彈性導體長度初始值；為靈敏系數(shù)；

12、彈性導體與外殼通過定位銷定位，同時通過粘合劑連接，確保外殼的形變準確反映在彈性導體上。

13、主控板負責監(jiān)測彈性導體電阻值變化，當彈性導體電阻值異常時，命令無線通信模塊向主站發(fā)送攜帶自身編號以及附帶阻值異常值的信號，間隔一定時間發(fā)送一次。但由于導體電阻受溫度影響較大，從站在戶外環(huán)境下工作，環(huán)境溫差大，在主控板上集成溫度傳感器，通過采集溫度這一變量，提高從站預警的準確性。

14、無線通信模塊通過自組網進行實現(xiàn)通信，搭建樹形網絡拓撲結構、星形網絡拓撲結構、網狀網絡拓撲結構來適應不同傳輸環(huán)境。

15、使用電池供電并配合光伏板完成戶外能源供給，確保從站長期穩(wěn)定運行。

16、電纜形變監(jiān)測及預警裝置及方法工作過程如下：

17、電纜形變監(jiān)測及預警裝置及方法工作前：將主站、從站無線通信模塊進行編排，依據(jù)安裝環(huán)境組成自組網。對彈性導體運行狀態(tài)進行調試確保其正常工作。依據(jù)實際電纜材料尺寸等情況，設置不同異常范圍。依據(jù)編號信息將各個從站安裝至相應監(jiān)測點。

18、電纜形變監(jiān)測及預警裝置及方法工作時：當遭遇外力時，電纜受力發(fā)生彈性形變使得監(jiān)測段電纜長度發(fā)生改變，電纜形變產生的張力會通過外殼傳導至彈性導體，從而影響彈性導體產生形變，這叫導致彈性導體在電路中的阻值產生變化，主控板通過監(jiān)測彈性導體電阻來對電纜進行監(jiān)測，當彈性導體阻值超出設定范圍，則無線通信模塊向主站發(fā)送預警信號。由于從站在戶外環(huán)境下工作，環(huán)境溫差大，在主控板上集成溫度傳感器，通過采集溫度這一變量，提高從站預警的準確性。

19、與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明顯著進步在于：

20、(1)?新穎性：首次提出通過彈性導體的實時變化去監(jiān)測電纜形變并通過無線通信模塊對外發(fā)出預警信號。

21、(2)?預警性：本發(fā)明通過實時監(jiān)測電纜形變情況，在電纜遭遇外力破壞但還未產生不可逆的損害之前完成預警，大大降低這類破壞造成的損失。

22、(3)?經濟性：本發(fā)明是利用應變效應進行電纜監(jiān)測、通過無線通信模塊發(fā)布預警信息并采用光伏板供電，與現(xiàn)有技術（分派技術人員定期檢查、在不可逆損害發(fā)生后通過故障處進行定位等）相比極大節(jié)約人力、物力資源。