CN109737922A - 一种通信铁塔监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信铁塔监测装置及方法，属于自动监测技术领域。监测装置，包括壳体、处理器芯片、陀螺仪，壳体安装在通信铁塔塔身，陀螺仪、芯片安装在壳体内，装置还包括激光发射器及与激光发射器对应的激光接收器靶盘，激光发射器安装在通信铁塔基础表面，激光接收器靶盘安装在壳体底部，激光接收器靶盘包括同心且相邻排列的圆环形激光接收管阵列，方法为激光发射器发射出激光束，激光接收器靶盘上某一层的圆环形激光接收管阵列接收到激光束，处理器芯片获得相应的零漂数值并作为处理依据，对陀螺仪的输出数据进行去零漂处理。本发明的装置和方法提升了铁塔监测装置的倾斜监测的准确性和及时性。

Description

一种通信铁塔监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种通信铁塔监测装置及方法，尤其是一种用于消除传感器零漂的装置及方法，属于自动监测技术领域。

背景技术

通讯铁塔由塔体、平台、避雷针、爬梯、天线支撑等钢构件组成，并经热镀锌防腐处理，主要用于微波、超短波、无线网络信号的传输与发射等。

随着物联网技术的发展，对通信铁塔的使用监测逐渐取代了人工巡检。对铁塔的倾斜监测是一项重要的工作。目前的通信铁塔监测设备中，多数使用的是陀螺仪，利用陀螺仪的数据分析铁塔的倾斜状态，进行日常维护和事故报警。

无论是使用哪种陀螺仪，用什么数据分析技术，陀螺仪的零漂(也叫零偏)都是无法克服的问题，零漂的存在，会导致陀螺仪输出数据出现累积误差，影响监测设备的数据准确性，使得监测装置只能进行定性的分析，无法获得精确的定量数据。

目前的陀螺仪零漂的纠偏主要有两种方式，一种是阈值法，即通过设定一个阈值，当前后两个输出数据的差值大于阈值时，就进行纠偏，由于铁塔发生倾斜经常是突发性的，这种方式显然无法在测铁塔倾斜时使用。另一种是去掉零点偏移量，将前200个数据进行平均，平均值作为零点漂移量，在后续的数据中取掉这个零点漂移量，这种方法适合连续且相对均匀的工况的测量，通信铁塔这类建筑物，其倾斜通常是缓慢的多次的情况，如果采用这种方法，就会出现更大的误差。

尽管一些高性能的陀螺仪具有人工调零的功能，但是对于野外自动监测设备而言，这种方式也是不可行的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决通信铁塔自动监测装置中陀螺仪数据存在零漂且无法克服的问题，提供一种通信铁塔监测装置及方法。

第一方面，本发明提供了通信铁塔监测装置，具体的技术方案如下：

通信铁塔监测装置，包括壳体、处理器芯片、陀螺仪，壳体安装在通信铁塔塔身，陀螺仪、芯片安装在壳体内，所述通信铁塔监测装置还包括激光初始状态检测装置，所述激光初始状态检测装置包括激光发射器及与激光发射器对应的激光接收器靶盘，激光发射器安装在通信铁塔基础表面，激光接收器靶盘安装在壳体底部，激光接收器靶盘包括同心且相邻排列的圆环形激光接收管阵列，每一层的圆环形激光接收管阵列对应一个陀螺仪的零漂数值。

监测装置的主要部件通过壳体安装在铁塔的塔身，处理器芯片用于收集和处理陀螺仪及激光接收器的输出数据。

激光接收器靶盘，类似打靶的靶盘，每一个圆环都由激光接收管阵列排布而成，各层圆环从内到外紧密排列，每一层圆环上的各个激光接收管，输出的是一个对应的陀螺仪零漂值，用于去零漂处理。

进一步的，所述激光初始状态检测装置初始安装时，激光发射器发射的激光束对准激光接收器靶盘的中心位置。

进一步的，所述陀螺仪为三轴陀螺仪。也可以使用六轴陀螺仪或其它种类的陀螺仪，不受限制。

进一步的，所述通信铁塔监测装置还包括安装在壳体内的IO模块、4G模块、电源模块，IO模块分别连接处理器芯片及4G模块，4G模块用于与监控终端及用户端通信，电源模块用于为装置供电。

进一步的，作为另外一种提供的供电方式，所述通信铁塔监测装置还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板安装在壳体外侧。

进一步的，为便于安装和维护，在满足使用功能的情况下，所述壳体的安装高度为距地面5米。

另一方面，本发明还提供了使用上述监测装置的通信铁塔监测方法，技术方案如下：

激光发射器发射出激光束，激光接收器靶盘上某一层的圆环形激光接收管阵列接收到激光束，处理器芯片将这一层圆环形激光接收管阵列对应的陀螺仪零漂数值作为处理依据，对陀螺仪的输出数据进行去零漂处理，处理后的数据作为最终数据输出。

以激光初始状态检测装置监测到的结果作为零漂值，在陀螺仪获取的数据中减去这个零漂值，获得想要的监测数据。

进一步的，激光初始状态检测装置由定时器控制启动时间间隔，按时对零漂数值进行修正，保证数据的实时性。

进一步的，所述方法中圆环形激光接收管阵列对应的陀螺仪零漂数值通过现场实验预先测定。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过装置的改进，增加了激光初始状态检测装置，实时的获取当前的陀螺仪零漂数值，进而获得精确的铁塔倾斜状态数据。提升了铁塔监测装置的倾斜监测的准确性和及时性。

附图说明

图1为本发明的通信铁塔监测装置的整体安装示意图；

图2为本发明的激光接收器靶盘的结构示意图；

图3为本发明壳体的内部结构示意图；

图4为本发明的通信铁塔监测方法的原理图。

[主要元件符号说明]

1：基础；2：塔身；3：壳体；4：激光发射器；5：激光接收器靶盘；6：激光接收管；7：处理器芯片；8：IO模块；9：4G模块。10：电源模块；11：太阳能电池板；12：陀螺仪。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

如图1至3所示，本实施例提供的是通信铁塔监测装置。

装置包括安装在塔身2上的壳体3，处理器芯片7、陀螺仪12安装在壳体内，激光初始状态检测装置，包括激光发射器4、激光接收器靶盘5，激光发射器4固定安装在基础1上，激光接收器靶盘5安装在壳体3底部。

如图2所示，激光初始状态检测装置仿照激光打靶装置设计，激光接收器靶盘5由向外扩散的圆盘组成，每个圆盘为激光接收管6阵列排布而成。每一层圆盘的所有激光接收管6在接收到激光发射器4发射的激光束后，转换成一个特定的逻辑信号输出，处理器芯片7接收到逻辑信号后，转换成对应的一个陀螺仪的零漂数值。

激光接收器靶盘5的圈数为5至10层，最大直径为10厘米左右即可满足使用，当激光束超出这个范围时，一方面零漂的影响已经很小，另一方面也接近或者超出了倾斜报警值。

实际使用中，由于铁塔的倾斜趋势一旦形成就不可逆转，所以同圈的所有激光接收管6不再需要进行方向的区分。在一些地质条件复杂的地区，也可以进一步的将同一层靶盘的激光接收管6再细分为多个方向，进行方向的区分。

初始安装监测装置时，首先将陀螺仪的输出调零，再调整激光发射器4的激光束射出对准激光接收器靶盘5的圆心位置。装置即可正常工作。

在本实施例中，陀螺仪12使用的是三轴陀螺仪，本发明的装置不受陀螺仪的类型限制，对各种陀螺仪均可进行去零漂处理。

如图3所示，在壳体内还安装了处理器芯片7、IO模块8、4G模块9、电源模块10，处理器芯片7可用市售的开发板代替，IO模块8用于进行数据输入输出，4G模块9用于装置与外界通信，电源模块10用于为系统供电。

为丰富装置的监测功能，在装置上还可以安装太阳能电池板11、温湿度传感器、风速传感器等器件。

装置壳体3的安装高度在5米左右即可，满足使用的同时方便维护。

实施例2

本实施例提供的是利用上述铁塔监测装置的铁塔监测方法，主要是对陀螺仪数据的去零漂处理。

激光发射器由定时器控制开启，可根据地质环境条件设置定时器的开启时间间隔，由几分钟至几小时不等，每次定时器开启后，装置用激光初始状态检测装置获得的零漂数值取代当前的数值。

激光发射器发射出激光束，激光接收器靶盘上某一层的圆环形激光接收管阵列接收到激光束，处理器芯片将这一层圆环形激光接收管阵列对应的陀螺仪零漂数值作为处理依据，对陀螺仪的输出数据进行去零漂处理，处理后的数据作为最终数据输出。

去零漂处理方式为以激光初始状态检测装置监测到的结果作为零漂值，在陀螺仪获取的数据中减去这个零漂值，获得想要的监测数据。

数据处理由处理器芯片进行，也可以在监控终端进行。

如图4所示，陀螺仪获得倾斜监测数据后，数据传送至处理器芯片，处理器芯片根据当前从激光初始状态检测装置获得的零漂数值，对数据进行去零漂处理，最终的数据通过IO模块、4G模块发送给监控终端和用户端的设备。

圆环形激光接收管阵列对应的陀螺仪零漂数值通过现场实验预先测定，具体方法为保持激光发射器发射的激光束的方向不变，改变激光接收器靶盘的倾斜方向，使得激光束射到同一层激光接收管的多个位置，记录此时陀螺仪的输出数据，多个数据取平均值，对各个圈层的激光接收管阵列进行同样的操作，获得全部的原始数据。

陀螺仪的输出数据多为角速度值，有一些也会输出角加速度和位移值，可根据实际情况确定需要处理的数据类型，即激光接收管阵列对应的陀螺仪零漂数值可为角加速度、角速度或位移，与陀螺仪的输出数据对应。以角速度为例，将陀螺仪获得的原始角速度输出数据减去代表零漂数据的初始角速度，获得的即为一组最终的铁塔倾斜状态数据，后续的数据分析和报警与现有的方法相同。

由于陀螺仪的基本原理大同小异，这几个数据都会受到零漂的影响。经过实测，这几种零漂处理数据的方式获得的结果差别不大，都比较接近真实倾斜状态。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通信铁塔监测装置，包括壳体、处理器芯片、陀螺仪，壳体安装在通信铁塔塔身，陀螺仪、芯片安装在壳体内，其特征在于，所述通信铁塔监测装置还包括激光初始状态检测装置，所述激光初始状态检测装置包括激光发射器及与激光发射器对应的激光接收器靶盘，激光发射器安装在通信铁塔基础表面，激光接收器靶盘安装在壳体底部，激光接收器靶盘包括同心且相邻排列的圆环形激光接收管阵列，每一层的圆环形激光接收管阵列对应一个陀螺仪的零漂数值。

2.如权利要求1所述的通信铁塔监测装置，其特征在于，所述激光初始状态检测装置初始安装时，激光发射器发射的激光束对准激光接收器靶盘的中心位置。

3.如权利要求1所述的通信铁塔监测装置，其特征在于，所述陀螺仪为三轴陀螺仪。

4.如权利要求1所述的通信铁塔监测装置，其特征在于，所述通信铁塔监测装置还包括安装在壳体内的IO模块、4G模块、电源模块，IO模块分别连接处理器芯片及4G模块，4G模块用于与监控终端及用户端通信，电源模块用于为装置供电。

5.如权利要求1所述的通信铁塔监测装置，其特征在于，所述通信铁塔监测装置还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板安装在壳体外侧。

6.如权利要求1所述的通信铁塔监测装置，其特征在于，所述壳体的安装高度为距地面5米。

7.一种根据权利要求1所述的通信铁塔监测装置的通信铁塔监测方法，其特征在于，所述方法为：

激光发射器发射出激光束，激光接收器靶盘上某一层的圆环形激光接收管阵列接收到激光束，处理器芯片将这一层圆环形激光接收管阵列对应的陀螺仪零漂数值作为处理依据，对陀螺仪的输出数据进行去零漂处理，处理后的数据作为最终数据输出。

8.如权利要求7所述的通信铁塔监测方法，其特征在于，所述方法中去零漂处理的方式为将陀螺仪的输出数据减去零漂数值，获得最终输出数据。

9.如权利要求7所述的通信铁塔监测方法，其特征在于，所述方法中激光发射器由定时开关控制启动。

10.如权利要求7所述的通信铁塔监测方法，其特征在于，所述方法中圆环形激光接收管阵列对应的陀螺仪零漂数值通过现场实验预先测定。