专利名称：电力线与桥梁摆动测量方法
电力线与桥梁摆动测量方法技术领域测量技术
背景技术：
架空输电线路运行过程中，特别是在冰雪，大风等天气下，会发生线路摆动(电力 行业又称舞动)。这会严重损害线路，导致大面积停电。许多专家研究输电线路摆动的实时 监测，以防范和减少输电线灾害。已有监测技术基于视觉测量技术或图像技术在能见度好的时候可行，反之(如黑天和雾、雨、雪 等天气)则不能用。另外这种需要大量的图像存储、传输的监测技术不适合长期实时观察。用加速传感器的3个方向加速度信息，计算和分析输电线摆动，但由于目前加速 的传感器精度差(士 10% )，大的加速度误差经时间二次积分累积更大的误差。提出了针对大坝边坡位移测量的一种微位移测量技术，其测量精度达0. 02 λ ( λ 为载波波长)。但摆动测量需测量输电线上多点的微位移，输电线路上不宜安装多个大的角 反射器，故该技术也不适于特高输电线摆动测量。 桥梁摆动(桥梁行业又称挠度)测量是桥梁安全监测的重要项目，在测量技术上 与电力线摆动测量相同。目前桥梁摆动测量还是基于光学视觉测量，同样有上述光学测量 的缺点在能见度差时(如黑天和雾、雨、雪等天气)不能用，另外还有大量图像存储、传输 的困难。例如流行的桥梁挠度检测仪ZCND-A (www. hc360. com)，为整体式光路系统，采用线 阵ccd器件获取图像，最大测量距离5 500m。针对上述问题，提出了本技术。
发明内容
在被测点发射电波。电波经两条路径到达测量点。设计两条路径，使两条路径的 程差的变化量与摆动量成正比。测量左右摆动时，一种方案是当发生摆动时一条路径加长， 另一条路径缩短；另一种方案是简化方案，当发生摆动时一条路径长度固定，另一条路径长 度与摆动量成正比。测量上下摆动的方案是使两条路径程差的变化量与摆动量成正比。无 论那种方案，都是比较两条路径传到测点电波的相位差，算出两条路径程差的变化量，从而 得被测点的摆动量。故基本硬件设备相同，仅安装方式不同。两条路径传到测点的电波经天线和低噪声放大器后，用两个混频器，同一本振源 混频到低频，再用低频相位检波器测出两路电波的相位差。左右摆动测量的基本几何关系如附图1所示。1为被测摆动点D ；2为左反射点& ； 3为右反射点Rk ；4为测量点T。在直角三角形DT&中，用a，b，c表示边长c^yja2+b2(1) dc 2b b— = ~ι . , = —(2)
db 2 Va + b2 c
γ d2c 1-T1-=—
db2 c(3) 设D点左右摆动后，c和b变为c+ Δ c和b+ Δ b，则 例如某电力线摆动测量系统，其基本几何参数如下 Ac 的二阶项为 Δ C 的三阶项为 故可只取一阶项 左右摆动量为 其中Δ c可由两条路径传到测量点T电波的相位差确定。上下摆动测量的基本几何关系如附图2所示。1为被测摆动点D ；4为测量点T ；5 为反射点R。在直角三角形DRT中，用x，y，ζ表示边长
同上，只取 一阶项，得 * A Xa 在 测 量 点 T 观 测 的 程 差 变化为 上下摆动量为 其中(Δχ-Δζ)可由两条路径传到测量点电波的相位差确定。
附图1是左右摆动测量的基本几何关系图。1为被测摆动点D ；2为左反射点& ；3 为右反射点Rk ；4为测量点T。a,b,c是直角三角形DTRl和直角三角形DTRk的边长。附图2是上下摆动测量的基本几何关系图。1为被测摆动点D ；4为测量点T ；5为 反射点R。χ，y，ζ是直角三角形DRT的边长。附图3是左右摆动测量系统电原理图。6是频率为的正弦波源；7是功分器；8是左发射天线Ai ；9是右发射天线Atk ；10是左反射板是右反射板Rk ；12是左接收天 线Akl ； 13是右接收天线Akk ； 14是频率为f2的共用本振源；15是左低噪声放大器LNA^ ； 16是 右低噪声放大器LNAk ；17是左混频器Ml ；18是右混频器Mk ；19是左中频放大器IFA^ ；20是 右中频放大器IFAk ；21是相位检波器PD ；22是整个接收信道和相位测量的电路模块EM(图 中虚线围起部分)；23是相位检波器PD的输出Δ θ。附图4是简化的左右摆动测量系统电原理图，图中无新的部件编号。附图5是上下摆动测量系统电原理图，图中无新的部件编号。
具体实施例方式左右摆动程差变化的测量图3为左右摆动测量系统图。在1被测点D安放6频率为的正弦波源，经8左 发射天线Ai和9右发射天线Atk同时向10左反射板&和11右反射板Rk发射电磁波。调 整反射板角度，将入射波反射到12左接收天线Akl和13右接收天线Ακκ。用22电路模块对 Akl和Akk的接收信号比相，测出二者相位差θ。相位差θ是由电波传播程差L引起的。 可以假定被测点D无摆动时程差L = 0。因为安装误差是固定值，系统校零时扣除 之。若被测点D摆动为Δ b，则有程差变化量为
(η)
相位差变化为
(12)左右摆动量为
(13)简化的左右摆动程差变化测量图3所示测量系统的左右部分不必对称，只要左右两边路径是固定的，系统校零 时扣除固定的路径差。极端不对称是只用图1中的一个三角形，如图4所示。这时
程差变化量为
(14)相位差变化为
(15)左右摆动量为
(16)上下摆动程差变化的测量图5为上下摆动测量系统图。与左右摆动测量不同的是在被测点下面安装11反 射板，调整11反射板角度将一路电波反射到13右接收天线，另一路电波直接到12左接收 天线。若上下摆动ΔΧ，则程差变化(ΔΧ-ΔΖ)。21相位检波器PD测出相位差变化Δ θ = 360° (Δ χ-Δ ζ)/λ最后得上下摆动测量为
相位差Δ θ的测量以左右摆动测量系统为例说明附图3中12左接收天线Akl和13右接收天线Akk 收到的信号很微弱，首先经15左低噪声放大器L队和16右低噪声放大器LNk放大，然后送 入17左混频器礼和18右混频器Mk，共用14频率为f2的本振源将其变为频率低的中频信 号，再经19左中频放大器IFA^和20右中频放大器IFAk放大后送到21相位检波器PD测量 出相位差Δ θ。设15左低噪声放大器L队和16右低噪声放大器LNk的输出为 14频率为f2的本振源输出为 17左混频器Ml和18右混频器Mr的输出为 19左中频放大器IFAl和20中频放大器右IFAk放大过滤后为(设IFAL和IFAk的 增益为1) 21相位检波器PD输出U。为(设PD的增益为1) 若采用线形相位检波器21相位检波器PD输出Uol为 附图4和附图5中相位差Δ θ的测量完全相同。一旦测出相位差Δ θ相应摆动 量为左 右 摆 动 测 量 时(见 附 图 3 ) 简 化 左 右 摆 动 测 量 时(见 附 图3 ) 上 下摆动 时测量(见附图 3 )
权利要求
一种电力线和桥梁的摆动测量系统，在被测点发射电波。电波经两条路径到达测量点，使两条路径的程差的变化量与摆动量成正比，比较两条路径传到测点电波的相位差，算出两条路径程差的变化量，从而得被测点的摆动量。
2.根据权利要求1，一种电力线和桥梁的摆动测量系统，左右摆动测量时，被测点发 射的电波经左右反射板反射到测点的左右接收天线和左右低噪声放大器，用左右两个混频 器，同一本振源混频到低频，用低频相位检波器测出两路电波的相位差，从而算出程差和左 右摆动量。
3.根据权利要求1，一种电力线和桥梁的摆动测量系统，简化的左右摆动测量时，只用 左右摆动测量系统的左或右半部分。
4.根据权利要求1，一种电力线和桥梁的摆动测量系统，上下摆动测量时，被测点发射 的电波，一路直接传到测点，另一路经反射板传到测点，两路电波经左右接收天线和左右低 噪声放大器，用左右两个混频器，同一本振源混频到低频，用低频相位检波器测出两路电波 的相位差，从而算出程差和左右摆动量。
全文摘要
本发明公开一种电力线和桥梁摆动量测量技术。在被测点发射电波。电波经两条路径到达测量点，使两条路径的程差的变化量与摆动量成正比。比较两条路径传到测点电波的相位差，算出两条路径程差的变化量，从而得被测点的摆动量。附图中，在被测点1安放频率为f1的正弦波源6，经左发射天线8和右发射天线9同时向左反射板10和右反射板11发射电磁波。调整反射板角度，将入射波反射到左接收天线12和右接收天线13。接收信号经左低噪声放大器15和右低噪声放大器16后，用左混频器17和右混频器18，同一本振源14混频到低频，再用低频相位检波器21测出两路电波的相位差。
文档编号G01B15/06GK101839704SQ201010135129
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者吴皓威, 廖勇, 张承畅, 曹海林, 杨力生, 杨士中, 王韬, 邓晓琴 申请人:杨士中