一种广播电视发射天线除冰装置及除冰方法
【专利摘要】一种广播电视发射天线除冰装置及除冰方法，装置包括电加热装置、温度传感器、数据采集设备、保温材料、防护板、微控制器、远程计算机、配电箱、视频监控单元和气象监测单元，电加热装置安装在天线反射板后，温度传感器紧贴电加热装置，温度传感器与数据采集设备连接通讯，数据采集设备与微控制器连接通讯，微控制器与远程计算机连接通讯；视频监控单元和气象监测单元分别与远程计算机连接通讯，配电箱连接电加热装置，并与微控制器连接通讯。本发明可有效的去除广播电视发射天线表面冰雪，防止冰雪覆盖，满足广播电视发射系统应用要求；结冰状态识别准确，安装简单，易于调节，成本低，稳定性高，适用于广播电视发射天线系统。
【专利说明】
-种广播电视发射天线除冰装置及除冰方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种天线除冰装置，尤其设及一种应用于广播电视发射天线的除冰装 置及除冰方法。
【背景技术】
[0002] 我国幅员迂阔，地形复杂，气候类型多样，不仅地处溫带、亚热带、热带各种气候 带，而且由于地形崎帳，往往在不同范围内形成不同程度的气候差异。我国纵跨缔度近50°， 按着溫度的不同，从北到南，包括寒溫带、中溫带、暖溫带、亚热带、热带和赤道带等6个溫度 带和一个特殊的青藏高寒区。接着水分条件(干湿状况)从东南向西北依次出现湿润、亚湿 润、亚干旱和干旱四种不同的干湿地区。不同的溫度带和干湿地区相互交织。由于地理环境 的巨大差异，如距海远近、地形高低、山脉屏障及走向等，又可分为高山气候、高原气候、盆 地气候、森林气候、草原气候和荒漠气候等多种气候类型。由于气候类型的多样化，在全国 不同地区形成了不同的自然气象条件，在我国南方地区时常发生冰冻雨雪灾害，对电力、通 信等领域造成巨大影响。
[0003] 随着2012年我国《地面数字电视广播覆盖网发展规划》的出台，地面数字电视的推 广和应用被提高到战略的高度。相应的对广播电视技术设备也提出了更高的标准。在广播 电视系统中，发射天线是重要组成部分，具有十分重要的作用。当在天线罩表面形成冰层 后，电磁波会在冰层表面产生散射，进而影响天线的福射特性，直接影响服务区域的信号稳 定性W及覆盖区域。同时电磁波会在冰层表面产生反射，造成传输损耗，直接影响福射功 率，使天线电压驻波比升高，驻波比的升高可能对发射机造成损坏，对整个发射系统造成影 响。于是，为保证广播电视发射天线全天候的工作性能和服务质量及稳定性，就需要解决天 线表面结冰积雪的问题。
[0004] 目前，最常用的除冰雪方法是人工清理，但是广播电视发射铁塔往往较高，利用人 工清理存在较大安全隐患；而现有的除冰技术，包括气热除冰、电热除冰和防护涂层等方 法，主要应用在卫星天线、绝缘子、飞行器和风力发电的风机叶片等领域，在广播电视发射 天线领域尚未得到应用。
[0005] 有鉴于此，确有必要提出一种广播电视发射天线除冰装置，来解决现有技术存在 的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种广播电视发射天线除冰装置及 除冰方法，通过电加热装置对天线整体加热，来达到除冰的目的。该装置具有结冰状态识别 准确，安装简单，易于调节，成本低，稳定性高等特点，适用于广播电视发射天线系统。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案实现：
[000引一种广播电视发射天线除冰装置，包括电加热装置、溫度传感器、数据采集设备、 保溫材料、防护板、微控制器、远程计算机、配电箱、视频监控单元和气象监测单元，电加热 装置安装在天线反射板后，溫度传感器紧贴在电加热装置上，数据采集设备也固定在电加 热装置上，溫度传感器与数据采集设备连接通讯，数据采集设备与微控制器连接通讯，微控 制器通过串口与远程计算机连接通讯;保溫材料安装在溫度传感器和数据采集设备后，防 护板安装在最外层;视频监控单元安装在天线上方，气象监测单元安装在铁塔上，视频监控 单元和气象监测单元分别与远程计算机连接通讯，配电箱连接电加热装置，同时与微控制 器连接通讯。
[0009] 所述电加热装置采用娃橡胶电加热膜。
[0010] 所述数据采集设备为单片机。
[0011] 所述视频监控单元为红外摄像头。
[0012] -种采用广播电视发射天线除冰装置的对天线进行除冰的方法，电加热装置安装 在天线反射板后，由配电箱供电，配电箱由电源总开关控制;溫度传感器紧贴在电加热装置 上，实时监测加热情况，由数据采集设备实时采集溫度信息，将采集到的溫度数据传输给微 控制器，微控制器整合全部天线的溫度信息，汇成一路信号，通过串口通信传输给远程计算 机，操作人员可在远程计算机上实时监测铁塔上所有的广播电视发射天线的溫度信息，选 择启动或关闭电加热装置;同时，微控制器也可W启动或关闭电加热装置，当加热溫度过高 时，微控制器将自动停止电加热装置的工作，来保护整个除冰装置;视频监控单元安装在天 线上方，实时监控天线表面结冰情况，并将监控信息实时传输给远程计算机，远程计算机利 用图像处理算法，识别结冰厚度，判断是否采取除冰操作;气象监测单元安装在铁塔上，实 时监测环境气象数据并传输给远程计算机，由远程计算机利用热能算法计算出当前环境条 件下除冰所需总热量，进而确定电加热装置的输出功率，由远程计算机产生除冰操作指令， 输出给微控制器，微控制器控制配电箱有选择性的启动或关闭电加热装置。
[0013] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
[0014] -种广播电视发射天线除冰装置及除冰方法，可有效的去除广播电视发射天线表 面冰雪，防止冰雪覆盖，满足广播电视发射系统应用要求;该装置具有结冰状态识别准确， 安装简单，易于调节，成本低，稳定性高等特点，适用于广播电视发射天线系统。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明一种广播电视发射天线除冰装置的原理框图；
[0016] 图2是安装了本发明装置的单个天线的侧视图。
[0017]图中：1-电加热装置、2-溫度传感器、3-数据采集设备、4-保溫材料、5-防护板、6- 微控制器、7-远程计算机、8-配电箱、9-电源总开关、10-视频监控单元、11-气象监测单元、 12-天线、13-铁塔。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：
[0019] 如图1-图2所示，一种广播电视发射天线除冰装置，包括电加热装置1、溫度传感器 2、数据采集设备3、保溫材料4、防护板5、微控制器6、远程计算机7、配电箱8、视频监控单元 10和气象监测单元11，电加热装置1安装在天线12反射板后，溫度传感器2紧贴在电加热装 置1上，数据采集设备3也固定在电加热装置1上，溫度传感器2与数据采集设备3连接通讯， 数据采集设备3与微控制器6连接通讯，微控制器6通过串口与远程计算机7连接通讯;保溫 材料4安装在溫度传感器2和数据采集设备3后，防护板5安装在最外层;视频监控单元10安 装在天线12上方，气象监测单元11安装在铁塔13上，视频监控单元10和气象监测单元11分 别与远程计算机7连接通讯，配电箱8连接电加热装置1，同时与微控制器6连接通讯。电加热 装置1由配电箱8供电，配电箱8由电源总开关9控制。
[0020] 所述电加热装置1采用娃橡胶电加热膜。采用220V标准电压供电，贴敷于广播电视 发射天线12反射板后，规格尺寸根据使用环境的气象数据计算确定；同时电加热装置1安装 在天线12反射板后，保证了除冰装置不会对天线12性能产生影响。
[0021] 溫度传感器2紧贴在电加热装置1安装，其测溫范围达到-40~125°C，测溫精度满 足《rc。
[0022] 所述数据采集设备3为单片机或类似器件。实时读取溫度传感器2的溫度信息，利 用串行通信方式将信息传输给微控制器6。
[0023] 在一副铁塔13上安装有若干个单体广播电视发射天线12。在每一个单体天线12上 安装有一套由电加热装置1、溫度传感器2和数据采集设备3组成的加热测溫装置，在一副铁 塔13上安装有一个或若干个微控制器6,每一个微控制器6与若干个单体天线12上的数据采 集设备3连接通讯。微控制器6能够读取所有天线12上的溫度信息，将实时监测数据利用一 路信号线，通过串口传输到远程计算机7;微控制器6可根据远程计算机7的指令对配电箱8 进行控制；当加热溫度过高时，微控制器則尋自动停止电加热装置1的工作，来保护整个除冰 装置。
[0024] 所述视频监控单元10为红外摄像头。可实现二十四小时实时监控，将视频监控信 息传输给远程计算机7进行图像处理。
[0025] 远程计算机7作用包括:用于监测远端铁塔上广播电视发射天线的溫度信息，由软 件编程实现对指定天线同时或逐个的任意监测，发布高溫预警，当溫度过高时，输出操作指 令给微控制器6,停止电加热装置1的工作，保证除冰装置整体的稳定性和安全性;读取视频 监控设备10信息，利用图像处理算法，识别结冰厚度，判断是否采取除冰操作;根据天线结 冰情况，结合实时气象数据，利用热能算法计算融冰所需总热量，为微控制器6提供相应操 作指令。
[0026] 气象监测单元11包括风速探测设备、风向探测设备、溫度探测设备、湿度探测设备 W及气压探测设备，实时监测天线周围环境气象数据，将实时气象数据提供给远程计算机 7,辅助计算融冰所需总热量。
[0027] 溫度探测设备可W采用溫度传感器，溫度传感器安装于天线12的外表面W及铁塔 13上方，用于感测天线外表面融冰溫度的变化和天线周围环境溫度的变化。
[0028] -种采用广播电视发射天线除冰装置的对天线进行除冰的方法，电加热装置1安 装在天线反射板后，由配电箱8供电，配电箱8由电源总开关9控制;溫度传感器2紧贴在电加 热装置1上，实时监测加热情况，由数据采集设备3实时采集溫度信息，将采集到的溫度数据 传输给微控制器6，微控制器6整合全部天线的溫度信息，汇成一路信号，通过串口通信传输 给远程计算机7,操作人员可在远程计算机7上实时监测铁塔13上所有的广播电视发射天线 的溫度信息，选择启动或关闭电加热装置1;同时，微控制器6也可W启动或关闭电加热装置 1，当加热溫度过高时，微控制器則尋自动停止电加热装置1的工作，来保护整个除冰装置;视 频监控单元10安装在天线12上方，实时监控天线12表面结冰情况，并将监控信息实时传输 给远程计算机7,远程计算机7利用图像处理算法，识别结冰厚度，判断是否采取除冰操作； 气象监测单元11安装在铁塔13上，实时监测环境气象数据并传输给远程计算机7,由远程计 算机7计算出当前环境条件下除冰所需总热量，进而确定电加热装置1的输出功率，由远程 计算机7产生除冰操作指令，输出给微控制器6,微控制器6控制配电箱8有选择性的启动或 关闭电加热装置。
[0029] 远程计算机7利用热能算法计算除冰所需的总热量，其主体融冰所需总热量可由 公式Q = Q1+Q2+Q3决定，其中Qi表示融冰所需的热量，由式Qi = Cm A t表示，其中C表示冰的比 热容，m表示融冰质量，At表示融冰过程溫度改变量;Q2表示天线整体提高溫度At所需热 量，由式化=(Cimi+C2m2+'''）A t表示，其中Ci表示天线各组成部分的比热容，mi表示相应组 成部分的质量，i = l，2,......；Q康示天线整体散热损失热量，由式化=K(ti-t2)S表示，其中 S表示散热面积，ti表示天线的实时溫度，t2表示天线周围环境溫度
表 示传热系数，其中曰1与曰2分别表示天线外罩内、外表面热交换系数，曰1为常数由天线外罩内 表面面积及材质决定，02通过风速探测设备、风向探测设备和湿度探测设备所测的各项数 据W及天线外罩外表面面积计算所得，S为天线外罩材料厚度，A为天线外罩材料导热系数。
[0030] 实际所需总热量在利用公式计算的基础上，需要将天线具体结构及材质通过立体 图像输入计算机，与所测的实际环境数据相结合，利用计算机仿真软件计算优化，最终确定 加热设备需要提供的热量，进而确定电加热装置的输出功率，有选择性的开启或关闭电加 热装置，避免不必要的能源浪费。
[0031] W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其 发明构思加 W等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种广播电视发射天线除冰装置，其特征在于，包括电加热装置、温度传感器、数据 采集设备、保温材料、防护板、微控制器、远程计算机、配电箱、视频监控单元和气象监测单 元，电加热装置安装在天线反射板后，温度传感器紧贴在电加热装置上，数据采集设备也固 定在电加热装置上，温度传感器与数据采集设备连接通讯，数据采集设备与微控制器连接 通讯，微控制器通过串口与远程计算机连接通讯;保温材料安装在温度传感器和数据采集 设备后，防护板安装在最外层;视频监控单元安装在天线上方，气象监测单元安装在铁塔 上，视频监控单元和气象监测单元分别与远程计算机连接通讯，配电箱连接电加热装置，同 时与微控制器连接通讯。2. 根据权利要求1所述的一种广播电视发射天线除冰装置，其特征在于，所述电加热装 置采用硅橡胶电加热膜。3. 根据权利要求1所述的一种广播电视发射天线除冰装置，其特征在于，所述数据采集 设备为单片机。4. 根据权利要求1所述的一种广播电视发射天线除冰装置，其特征在于，所述视频监控 单元为红外摄像头。5. -种采用如权利要求1所述的广播电视发射天线除冰装置对天线进行除冰的方法， 其特征在于，电加热装置安装在天线反射板后，由配电箱供电，配电箱由电源总开关控制； 温度传感器紧贴在电加热装置上，实时监测加热情况，由数据采集设备实时采集温度信息， 将采集到的温度数据传输给微控制器，微控制器整合全部天线的温度信息，汇成一路信号， 通过串口通信传输给远程计算机，操作人员可在远程计算机上实时监测铁塔上所有的广播 电视发射天线的温度信息，选择启动或关闭电加热装置;同时，微控制器也可以启动或关闭 电加热装置，当加热温度过高时，微控制器将自动停止电加热装置的工作，来保护整个除冰 装置;视频监控单元安装在天线上方，实时监控天线表面结冰情况，并将监控信息实时传输 给远程计算机，远程计算机利用图像处理算法，识别结冰厚度，判断是否采取除冰操作;气 象监测单元安装在铁塔上，实时监测环境气象数据并传输给远程计算机，由远程计算机计 算出当前环境条件下除冰所需总热量，进而确定电加热装置的输出功率，由远程计算机产 生除冰操作指令，输出给微控制器，微控制器控制配电箱有选择性的启动或关闭电加热装 置。
【文档编号】H01Q1/02GK105977604SQ201610445777
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】邵特, 李英杰, 房少军, 刘恩宇, 尚玉洪
【申请人】辽宁普天数码股份有限公司, 大连海事大学