CN103278085B - 一种杆塔倾角监测系统 - Google Patents

Abstract

一种针对通信杆塔的倾角监测系统及倾角测量方法，包括封装与一个机壳内的导电圆盘、金属环形片、细绳、绝缘支杆、电动绳长调节器、第一动作继电器、第二动作继电器、导线、数据线、绳长转换元件、单刀双掷继电器和GSM收发模块。旨在解决目前通信线路杆塔倾角检测装置结构复杂，精度较低的问题。

Description

一种杆塔倾角监测系统

技术领域

本发明属于通信线路保护领域，尤其是一种防止通信杆塔倾倒的监控系统及倾角测量的方法。

背景技术

通信线路中的杆塔起着连接通信网络的作用，随着复杂的自然因素，如台风、冰雹等影响及时间的推移，杆塔常发生倾斜，而大部分杆塔都设在远离城市的郊外，因此，杆塔维护人员很难及时发现并修复。如果一个杆塔倾倒，轻则只是导致一条线路中断，重则牵扯一个片区的杆塔随之倾倒，导致大面积通信网络瘫痪，严重影响人们的生产和生活。因此，发明一种通信杆塔倾角监测的方法和系统是非常必要和紧迫的。

目前已公开的倾角测量法一般可分为三类：机械测量法、电磁测量法、光学测量法。重力加速度敏感元件属于微机械式敏感元件，被广泛用于倾斜角度的测量，由于其通过MEMS微机电系统加工而成，存在温度漂移现象，影响测量精度，严重时甚至无法工作。除此之外，机械结合电磁的测量法是较常见的方法，例如采用微机械结构，集成磁敏电阻芯片作为倾角传感元件，但其缺点是抗电磁干扰能力低，不符合通信杆塔监测系统抗电磁干扰的要求。光学倾角测量法是一类高灵敏度、高精度且抗电磁干扰能力表现最优的新方法，但是，不管是基于光纤光栅还是基于线阵CCD的光学角度测量法，其制作成本、维护成本都较高，考虑到通信杆塔数量大的特点，这类方法极不经济。因此本发明提出一种基于纯机械式的角度监测方法，即具有抗电磁干扰的特点，又满足结构简单、成本低廉的需求，可以大量应用于通信杆塔倾角的监测。

发明内容

本发明的目的提供了一种通信杆塔倾角检测系统及方法，旨在解决目前通信线路杆塔倾角检测装置结构复杂，精度较低的问题。

本发明的目的在于提供一种用于检测通信杆塔倾角的系统，所述系统包括：

机壳1和封装于机壳内的导电圆盘2、金属环形片3、细绳4、绝缘支杆5、电动绳长调节器6、第一动作继电器7、第二动作继电器8、导线9、数据线10、绳长转换元件11、单刀双掷继电器12、GSM收发模块13和电源。

进一步地，金属环形片3用细绳4通过电动绳长调节器6固定于机壳1内部。

进一步地，导电圆盘2与绝缘支杆5硬连接固定于机壳1内部。

进一步地，单刀双掷继电器12不动端与金属环形片3相连，单刀双掷继电器12第一动端A与第一动作继电器7导电圆盘2依次连接，单刀双掷继电器12第二动端B与第二动作继电器8，导电圆盘2依次连接。

进一步地，GSM收发模块13与单刀双掷继电器12不动端相连，当单刀双掷继电器12的第一动端A闭合，GSM收发模块13与第一动作继电器7并联，当单刀双掷继电器12的第二动端B闭合，GSM收发模块13与绳长转换元件11、电动绳长调节器6依次连接，GSM收发模块13、绳长转换元件11和电动绳长调节器6三个元件与第二动作继电器8并联。

进一步地，导电圆盘2和金属环形片3的圆心在机壳1水平时处于绝缘支杆5的轴线上，导电圆盘2位于金属环形片3下方，存在间隙。

进一步地，细绳4为三根互成120°角的细线构成，细绳的长度由电动绳长调节器6通过绕线的方式三根同步进行调节。进一步地，导电圆盘2是由导电性良好的金属导体或者表面涂覆导电薄膜的绝缘体制成。

进一步地，电源由太阳能电池板和硅能电池组成。本发明的有益效果是：倾角监测方法简便，装置制作工艺简单、成本低廉，且阈值角度的可调节范围大，测量精度高，并可随时进行报警模式与测量模式的转换。

附图说明

图1是通信杆塔倾角监测系统结构示意图。

图2是通信杆塔倾角监测系统工作流程图。

图3是倾斜角度达到阈值时的测量部件截面图。

图4是倾斜角度报警阈值与细绳长度的关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，三根互成120°角的细绳4通过电动绳长调节器6将金属环形片3固定于机壳内部，通过电动绳长调节器6对三根细绳4的同步调节，保证通信杆塔向任意方向以任意角度倾斜时，金属环形片3都保持水平。当通信杆塔倾斜时，机壳1与导电圆盘2同步倾斜，金属环形片3保持水平与倾斜的导电圆盘2接触，使得单刀双掷继电器12第一动端A，金属环形片3，导电圆盘2与第一动作继电器7形成回路，系统处于倾角阈值报警状态，第一动作继电器7工作并发射一个脉冲信号启动GSM收发模块13，GSM收发模块13中的芯片随即以短信形式向检测中心或者杆塔维护人员发送报警信息。监测中心可以通过每个杆塔独有的GSM芯片序号确定杆塔位置，及时派维修人员到达现场维护，避免事故发生。通信杆塔倾斜或者保持水平时，检测中心发送检测倾角的指令，GSM收发模块13中的芯片收到指令并发送一个脉冲信号至单刀双掷继电器12，单刀双掷继电器12第二不动端B闭合，使得单刀双掷继电器12第二不动端B，第二动作继电器8，导电圆盘2，金属环形片3，绳长转换元件11和电动绳长调节器6形成闭合回路，第二动作继电器8工作，系统处于倾角测量状态，第二动作继电器8控制电动绳长调节器6保持当前绳长，由绳长转换元件11对当前绳长进行读取，根据公式θ=arcsin(R/m)-arccos(L/m)将绳长值转换为倾角值，其中θ为导电圆盘随机壳倾斜角度，R为金属环形片最外环半径，m为细绳的长度，L为绝缘支杆的长度。

模拟实验中，假设绝缘支杆的长度L=3.5cm，金属环形片最外环半径R=3cm，根据公式θ=arcsin(R/m)-arccos(L/m)，通信杆塔报警阈值角度θ=arcsin(3/m)-arccos(3.5/m)。通过仿真得到倾斜角度报警阈值与细绳长度的关系图，如图4所示。由图4可知，在特定参数设定下，本发明的最小可测倾角小于5°，说明测量精度高；可调节的报警倾角阈值范围大；小角度范围内线性度好。

倾角测量及报警阈值设定的原理如下：假设细绳的长度为m，绝缘支杆的长度为L，金属环形片3最外环半径为R，导电圆盘2随机壳1倾斜角度为θ，且此时导电圆盘2与金属环形片3恰好接触，系统处于倾角阈值报警状态，该时刻导电圆盘2、金属环形片3和细绳4所组成的测量部件截面图如图3所示。已知图3中细绳长度AB为m，绝缘支杆长度AD为L，金属环形片最外环半径BC为R，则导电圆盘随机壳倾斜角度θ=∠BAC-∠BAD，由三角正弦定义可知sin∠BAC=R/m，由三角余弦定义可知cos∠BAD=L/m，再通过反正余弦函数变换，可得倾角与绳长的关系式为θ=arcsin(R/m)-arccos(L/m)。由于装置制作时R与L已经固定，因此，此时的绳长m与倾角θ一一对应，既可以通过测量绳长值计算出倾角值，也可以通过调节绳长m改变报警的阈值角度。

另外需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的原理方法范围内的多种简化、变型均属于本发明的保护内容。

Claims (3)

1.一种杆塔倾角监测系统，其特征在于：包括机壳(1)和封装于机壳内的导电圆盘(2)、金属环形片(3)、细绳(4)、绝缘支杆(5)、电动绳长调节器(6)、第一动作继电器(7)、第二动作继电器(8)、导线(9)、数据线(10)、绳长转换元件(11)、单刀双掷继电器(12)、GSM收发模块(13)和电源；

所述金属环形片(3)用细绳(4)通过电动绳长调节器(6)固定于机壳(1)内部；

所述导电圆盘(2)与绝缘支杆(5)硬连接，固定于机壳(1)内部；

所述单刀双掷继电器(12)不动端与金属环形片(3)相连，单刀双掷继电器(12)第一动端(A)与第一动作继电器(7)，导电圆盘(2)依次连接，单刀双掷继电器(12)第二动端(B)与第二动作继电器(8)，导电圆盘(2)依次连接；

所述GSM收发模块(13)与单刀双掷继电器(12)不动端相连，当单刀双掷继电器(12)的第一动端(A)闭合，GSM收发模块(13)与第一动作继电器(7)并联，当单刀双掷继电器(12)的第二动端(B)闭合，GSM收发模块(13)与绳长转换元件(11)、电动绳长调节器(6)依次连接，GSM收发模块(13)、绳长转换元件(11)和电动绳长调节器(6)三个元件与第二动作继电器(8)并联；

所述导电圆盘(2)和金属环形片(3)的圆心在机壳(1)水平时处于绝缘支杆(5)的轴线上，导电圆盘(2)位于金属环形片(3)下方，存在间隙；

所述细绳(4)为三根互成120°角的细线构成，细绳的长度由电动绳长调节器(6)通过绕线的方式三根同步进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种杆塔倾角监测系统，其特征在于：所述的导电圆盘(2)是由导电性良好的金属导体或者表面涂覆导电薄膜的绝缘体制成。

3.根据权利要求1所述的一种杆塔倾角监测系统，其特征在于：所述电源由太阳能电池板和硅能电池组成。