電力線與橋梁擺動測量方法
2024-01-24 07:50:15
專利名稱：電力線與橋梁擺動測量方法
電力線與橋梁擺動測量方法技術領域測量技術
背景技術：
架空輸電線路運行過程中，特別是在冰雪，大風等天氣下，會發生線路擺動(電力 行業又稱舞動)。這會嚴重損害線路，導致大面積停電。許多專家研究輸電線路擺動的實時 監測，以防範和減少輸電線災害。已有監測技術基於視覺測量技術或圖像技術在能見度好的時候可行，反之(如黑天和霧、雨、雪 等天氣)則不能用。另外這種需要大量的圖像存儲、傳輸的監測技術不適合長期實時觀察。用加速傳感器的3個方向加速度信息，計算和分析輸電線擺動，但由於目前加速 的傳感器精度差(士 10% )，大的加速度誤差經時間二次積分累積更大的誤差。提出了針對大壩邊坡位移測量的一種微位移測量技術，其測量精度達0. 02 λ ( λ 為載波波長)。但擺動測量需測量輸電線上多點的微位移，輸電線路上不宜安裝多個大的角 反射器，故該技術也不適於特高輸電線擺動測量。 橋梁擺動(橋梁行業又稱撓度)測量是橋梁安全監測的重要項目，在測量技術上 與電力線擺動測量相同。目前橋梁擺動測量還是基於光學視覺測量，同樣有上述光學測量 的缺點在能見度差時(如黑天和霧、雨、雪等天氣)不能用，另外還有大量圖像存儲、傳輸 的困難。例如流行的橋梁撓度檢測儀ZCND-A (www. hc360. com)，為整體式光路系統，採用線 陣ccd器件獲取圖像，最大測量距離5 500m。針對上述問題，提出了本技術。
發明內容
在被測點發射電波。電波經兩條路逕到達測量點。設計兩條路徑，使兩條路徑的 程差的變化量與擺動量成正比。測量左右擺動時，一種方案是當發生擺動時一條路徑加長， 另一條路徑縮短；另一種方案是簡化方案，當發生擺動時一條路徑長度固定，另一條路徑長 度與擺動量成正比。測量上下擺動的方案是使兩條路徑程差的變化量與擺動量成正比。無 論那種方案，都是比較兩條路徑傳到測點電波的相位差，算出兩條路徑程差的變化量，從而 得被測點的擺動量。故基本硬體設備相同，僅安裝方式不同。兩條路徑傳到測點的電波經天線和低噪聲放大器後，用兩個混頻器，同一本振源 混頻到低頻，再用低頻相位檢波器測出兩路電波的相位差。左右擺動測量的基本幾何關係如附圖1所示。1為被測擺動點D ；2為左反射點& ； 3為右反射點Rk ；4為測量點T。在直角三角形DT&中，用a，b，c表示邊長c^yja2+b2(1) dc 2b b— = ~ι . , = —(2)
db 2 Va + b2 c
γ d2c 1-T1-=—
db2 c(3) 設D點左右擺動後，c和b變為c+ Δ c和b+ Δ b，則 例如某電力線擺動測量系統，其基本幾何參數如下 Ac 的二階項為 Δ C 的三階項為 故可只取一階項 左右擺動量為 其中Δ c可由兩條路徑傳到測量點T電波的相位差確定。上下擺動測量的基本幾何關係如附圖2所示。1為被測擺動點D ；4為測量點T ；5 為反射點R。在直角三角形DRT中，用x，y，ζ表示邊長
同上，只取 一階項，得 * A Xa 在 測 量 點 T 觀 測 的 程 差 變化為 上下擺動量為 其中(Δχ-Δζ)可由兩條路徑傳到測量點電波的相位差確定。
附圖1是左右擺動測量的基本幾何關係圖。1為被測擺動點D ；2為左反射點& ；3 為右反射點Rk ；4為測量點T。a,b,c是直角三角形DTRl和直角三角形DTRk的邊長。附圖2是上下擺動測量的基本幾何關係圖。1為被測擺動點D ；4為測量點T ；5為 反射點R。χ，y，ζ是直角三角形DRT的邊長。附圖3是左右擺動測量系統電原理圖。6是頻率為的正弦波源；7是功分器；8是左發射天線Ai ；9是右發射天線Atk ；10是左反射板是右反射板Rk ；12是左接收天 線Akl ； 13是右接收天線Akk ； 14是頻率為f2的共用本振源；15是左低噪聲放大器LNA^ ； 16是 右低噪聲放大器LNAk ；17是左混頻器Ml ；18是右混頻器Mk ；19是左中頻放大器IFA^ ；20是 右中頻放大器IFAk ；21是相位檢波器PD ；22是整個接收信道和相位測量的電路模塊EM(圖 中虛線圍起部分)；23是相位檢波器PD的輸出Δ θ。附圖4是簡化的左右擺動測量系統電原理圖，圖中無新的部件編號。附圖5是上下擺動測量系統電原理圖，圖中無新的部件編號。
具體實施例方式左右擺動程差變化的測量圖3為左右擺動測量系統圖。在1被測點D安放6頻率為的正弦波源，經8左 發射天線Ai和9右發射天線Atk同時向10左反射板&和11右反射板Rk發射電磁波。調 整反射板角度，將入射波反射到12左接收天線Akl和13右接收天線Ακκ。用22電路模塊對 Akl和Akk的接收信號比相，測出二者相位差θ。相位差θ是由電波傳播程差L引起的。 可以假定被測點D無擺動時程差L = 0。因為安裝誤差是固定值，系統校零時扣除 之。若被測點D擺動為Δ b，則有程差變化量為
(η)
相位差變化為
(12)左右擺動量為
(13)簡化的左右擺動程差變化測量圖3所示測量系統的左右部分不必對稱，只要左右兩邊路徑是固定的，系統校零 時扣除固定的路徑差。極端不對稱是只用圖1中的一個三角形，如圖4所示。這時
程差變化量為
(14)相位差變化為
(15)左右擺動量為
(16)上下擺動程差變化的測量圖5為上下擺動測量系統圖。與左右擺動測量不同的是在被測點下面安裝11反 射板，調整11反射板角度將一路電波反射到13右接收天線，另一路電波直接到12左接收 天線。若上下擺動ΔΧ，則程差變化(ΔΧ-ΔΖ)。21相位檢波器PD測出相位差變化Δ θ = 360° (Δ χ-Δ ζ)/λ最後得上下擺動測量為
相位差Δ θ的測量以左右擺動測量系統為例說明附圖3中12左接收天線Akl和13右接收天線Akk 收到的信號很微弱，首先經15左低噪聲放大器L隊和16右低噪聲放大器LNk放大，然後送 入17左混頻器禮和18右混頻器Mk，共用14頻率為f2的本振源將其變為頻率低的中頻信 號，再經19左中頻放大器IFA^和20右中頻放大器IFAk放大後送到21相位檢波器PD測量 出相位差Δ θ。設15左低噪聲放大器L隊和16右低噪聲放大器LNk的輸出為 14頻率為f2的本振源輸出為 17左混頻器Ml和18右混頻器Mr的輸出為 19左中頻放大器IFAl和20中頻放大器右IFAk放大過濾後為(設IFAL和IFAk的 增益為1) 21相位檢波器PD輸出U。為(設PD的增益為1) 若採用線形相位檢波器21相位檢波器PD輸出Uol為 附圖4和附圖5中相位差Δ θ的測量完全相同。一旦測出相位差Δ θ相應擺動 量為左 右 擺 動 測 量 時(見 附 圖 3 ) 簡 化 左 右 擺 動 測 量 時(見 附 圖3 ) 上 下擺動 時測量(見附圖 3 )
權利要求
一種電力線和橋梁的擺動測量系統，在被測點發射電波。電波經兩條路逕到達測量點，使兩條路徑的程差的變化量與擺動量成正比，比較兩條路徑傳到測點電波的相位差，算出兩條路徑程差的變化量，從而得被測點的擺動量。
2.根據權利要求1，一種電力線和橋梁的擺動測量系統，左右擺動測量時，被測點發 射的電波經左右反射板反射到測點的左右接收天線和左右低噪聲放大器，用左右兩個混頻 器，同一本振源混頻到低頻，用低頻相位檢波器測出兩路電波的相位差，從而算出程差和左 右擺動量。
3.根據權利要求1，一種電力線和橋梁的擺動測量系統，簡化的左右擺動測量時，只用 左右擺動測量系統的左或右半部分。
4.根據權利要求1，一種電力線和橋梁的擺動測量系統，上下擺動測量時，被測點發射 的電波，一路直接傳到測點，另一路經反射板傳到測點，兩路電波經左右接收天線和左右低 噪聲放大器，用左右兩個混頻器，同一本振源混頻到低頻，用低頻相位檢波器測出兩路電波 的相位差，從而算出程差和左右擺動量。
全文摘要
本發明公開一種電力線和橋梁擺動量測量技術。在被測點發射電波。電波經兩條路逕到達測量點，使兩條路徑的程差的變化量與擺動量成正比。比較兩條路徑傳到測點電波的相位差，算出兩條路徑程差的變化量，從而得被測點的擺動量。附圖中，在被測點1安放頻率為f1的正弦波源6，經左發射天線8和右發射天線9同時向左反射板10和右反射板11發射電磁波。調整反射板角度，將入射波反射到左接收天線12和右接收天線13。接收信號經左低噪聲放大器15和右低噪聲放大器16後，用左混頻器17和右混頻器18，同一本振源14混頻到低頻，再用低頻相位檢波器21測出兩路電波的相位差。
文檔編號G01B15/06GK101839704SQ201010135129
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者吳皓威, 廖勇, 張承暢, 曹海林, 楊力生, 楊士中, 王韜, 鄧曉琴 申請人:楊士中