CN101349753A - 一种大型建筑物的变形遥测技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种大型建筑物的变形遥测技术，测量系统如附图所示。在大型建筑物5(变形后记为6，7)上(如一个200米高的超高压过江铁塔)安装n个射频信标机(1，2，3，4)，彼此相隔Δh。各信标机的载波是相同的，但分别调制有不同的彼此正交的伪随机码(PN码)。远处的天线8、馈线9与射频接收机接10接收到n个射频信标机的信号，载波分离电路11分离出各个信标机的载波。鉴相器组12有(n－1)个鉴相器，分别测出第i个与第(i－1)个信标机载波之间的相位差Δθi度(i＝2，3...n)。被测建筑物上第i点相对于第(i－1)点的变形量ΔLi＝Δθi/360×λ(i＝2，3...n)，其中λ是射频载波的波长。从ΔLi(i＝2，3...n)和Δh便可得到变形曲线。

Description

一种大型建筑物的变形遥测技术
技术领域：
测量仪器领域
背景技术：
超高压过江铁塔、摩天大楼、桥梁、大坝等大型建筑物或构件在使用中会发生变形。变形测量，特别是变形曲线的测量是危险报警的主要监测手段。现有变形测量技术有：
一、在建筑物内预埋光纤传感器。通过光纤传感器输出信号分析变形量。问题是：①在长期使用中一旦光纤传感器坏在建材中，几乎不能修复。②在钢材建筑物或已建成的建筑物等情况无法埋设光纤传感器。③预埋光纤影响建材的连续性及应力情况。
二、南方测绘公司引进法国技术生产的NGK-500/600型GPS双频测量系统，其测量精度达5mm+1ppm×D；D是基准站到移动站(被测点)的距离。问题是：①，由于在建筑物上多点(如超高压过江铁塔在垂直方向分布的若干点、大坝在水平方向分布的若干点)安装移动站不现实，故不适用变形曲线测量②使用复杂，测量时需在测点设立基准站，被测点设移动站，基准站与移动站之间还需要电台连接，③成本高。
三、“一种微位移测量技术”，专利号ZL 200310113925.9，利用廉价的角反射器和微波比相测量设备测出被测点相对于测点的微位移，其测量精度达2mm。由于密集分布的无源角反射器的信号很难分离，故该技术也不适应变形曲线测量。
四、基于摄影的视觉测量或其他光学测量技术在能见度好的时候可测出变形曲线，但在灾害天气或夜间就不行了，而这时最需要测变形曲线(例如2008年中国南方雪灾中许多高压铁塔损坏)，另外长期观察，大量图像的存储、传输也不便。
发明内容：
基本测量系统如说明书图1所示。在大型建筑物5(变形后记为6，7)上(如一个200米高的超高压过江铁塔)安装n个射频信标机(1，2，3，4)，第i个与第(i-1)个信标机相隔ΔHi。各信标机的载波是相同的，但分别调制有不同的彼此正交的伪随机码(PN码)。远处的天线8、馈线9与射频接收机10接收到n个射频信标机的信号，载波分离电路11分离出各个信标机的载波。鉴相器组12有(n-1)个鉴相器，分别测出第i个与第(i-1)个信标机载波之间的相位差13Δθi(i＝2，3…n)度。变形曲线形成14算出被测建筑物上第i点相对于第(i-1)点的变形量ΔLi＝Δθi/360×λ(i＝2，3…n)，其中λ是射频载波的波长；从ΔLi和ΔHi(i＝2，3…n)算出变形曲线。
附图说明：
图1是本测量系统原理图，图中1，2，3，4为安装在被测建筑物上的n个信标机；5为被测建筑物；6、7为变形后的建筑物；8为接收天线；9为馈线；10为接收机；11为载波分离电路；12为鉴相器组；13为第i个与第(i-1)个信标机载波之间的相位差Δθi输出(i＝2，3…n)；14为变形曲线形成。
图2是安装在建被测筑物上的n个信标机(发端)原理图，图中15为中频fIF振荡器；16为分频器；17为PN码产生器，PN2→PNn是(n-1)个彼此正交的一组PN码，例如walsh码；18为PSK调制器；19为发端射频fLO本地振荡器；20为发端混频器；21为射频带通放大器；22为功率放大器；23为发射天线。
图3是远处测量点上的接收测量设备(收端)原理图，图中24为接收天线；25为低噪声放大器；26为收端射频fLO本地振荡器；27为收端信道混频器；28为宽带中频fIF放大器WIFA；29为第n路延迟锁定环DLLn；30为乘积解调器；31为DLLn的PN码产生器；32为移位寄存器；33为窄带中频fIF放大器NIFA；34为平方律检波器；35为相减器；36为环路滤波器F(S)；37为电压控制振荡器VCO；38为电平检波器；39为判决器；40为判决门限电压Vth；41为搜索锁定切换门；42为第i个延迟锁定环路DLLi；43为提取出来的n个中频载波；12，13，14见图1的说明。
实施测量方式：
整个测量系统如图1所示，由安装在建筑物上的n个信标机(发端)和远处测量点上的接收测量设备(收端)构成；由于n个射频信标机的载波是相同的，但分别调制有不同的彼此正交的PN码，故远处的接收系统经解扩后能把各信标机的载波分离出来，然后经鉴相器组测出各载波之间的相位差，进一步换算出相对变形量和变形曲线。
发端信标机原理如图2所示，15产生中频fIF信号，16把中频fIF分频M倍，得发端PN码的时钟信号CLt；17为(n-1)个PN码产生器，在CLt驱动下产生的PN2→PNn是(n-1)个彼此正交的一组PN码，例如walsh码；18为(n-1)个PSK调制器，把(n-1)个PN码调制在(n-1)路中频载波上；19为发端射频fLO本地振荡器；20为n个混频器，把一路中频载波和(n-1)路调制了PN码的中频载波混频到射频频率fTR，再经射频带通放大器21和功率放大器22由发射天线23发射到收端。
收端接收测量设备原理如图3所示，24为接收天线，其方向图应与被测建筑物形状匹配，例如被测建筑物为高塔时天线的水平口径大，使其方向图在水平方向窄，垂直方向宽，相反被测建筑物为水坝时天线的垂直口径大，使其方向图在水平方向宽，垂直方向窄；接收天线24接收的信号是一路射频载波与(n-1)路调制了PN码的射频载波的总和，它们经低噪声放大器25放大后与收端射频fLO本地振荡器26产生的本振信号在收端信道混频器27中混频，混频输出经宽带中频fIF放大器WIFA 28放大滤波后得到宽带中频信号，宽带中频信号并行送到延迟锁定环路DLL外的一路窄带中频fIF放大器NIFA 33和(n-1)路延迟锁定环路DLLi(i＝2，3…n)，以提取n个中频载波43，44，45；图3只画出了第n路延迟锁定环路DLLn 29，其余各DLLi除PN码产生器外与DLLn相同；DLL是公知技术，故简述；中，早，晚3路乘积解调器30的解调信号是PN码产生器31和两级移位寄存器32产生的中，早，晚三个相位的PN码，其输出送到中，早，晚3路窄带中频fIF放大器NIFA 33进行放大滤波，中路NIFA的输出便是DLLn提取出来的中频载波45；早、晚两路NIFA的输出经平方律检波器34和相减器35处理后形成DLL的跟踪误差信号，再经环路滤波器F(S)36和搜索锁定切换门41加到VCO 37，以产生收端PN码时钟CLr；CLr驱动PN产生器31和移位寄存器32，使DLL闭合；中路NIFA的输出还送到电平检波器38，然后送到判决器39进行判决；判决门限电平为Vth；判决器39的判决输出在DLLn锁定前为高电平VH，锁定后为低电平VL；搜索锁定切换门41的输出电平始终跟随电平高的那路输入端电平；环路滤波器F(S)36的输出VF设计为：VH＞VF＞VL；这样在DLLn锁定前VCO输入为高电平VH，VH使VCO偏离中心频率，DLL作滑动扫描搜索；在DLLn锁定后VCO输入为F(S)的输出电平VF，使DLL闭合跟踪。
鉴相器组12有(n-1)个鉴相器，分别测出第i个与第(i-1)个中频载波之间的相位差13Δθi(i＝2，3…n)度。变形曲线形成14根据Δθi(i＝2，3…n)算出被测建筑物上第i点相对于第(i-1)点的变形量ΔLi＝Δθi/360×λ(i＝2，3…n)，其中λ是射频载波的波长；从ΔLi和ΔHi(i＝2，3…n)便可算出变形曲线。
设备安置好测量前要进行鉴相器组的初始化校准，就是在被测建筑物未变形时，调整鉴相器的移相器，使Δθi＝0(i＝2，3…n)。

Claims (1)

  1. Figure A2008100697770002C1
    一种大型建筑物的变形遥测技术，该测量系统由安装在被测建筑物上的n个信标机和远处测量点上的接收测量设备构成，其特征在于：n个信标机的载波是相同的，但分别调制有不同的彼此正交的伪随机码；接收测量设备中用延迟锁定环路去掉伪随机码，分离出各个信标机载波；再用(n-1)个鉴相器，分别测出第i个与第(i-1)个信标机载波之间的相位差Δθi(i＝2，3…n)度；变形曲线形成单元算出被测建筑物上第i点相对于第(i～1)点的变形量ΔLi＝Δθi/360×λ(i＝2，3…n)，其中λ是射频载波的波长；从ΔLi和ΔHi(i＝2，3…n)算出变形曲线。
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Granted publication date: 20110316

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