CN115014189A - 一种通信铁塔变形自动检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信铁塔变形自动检测装置及其检测方法，包括固定基座、受力柱和变形自动检测组件，受力柱与固定基座万向铰接，并与通信铁塔易变形处张紧连接；变形自动检测组件包括支撑基座、变形压电部和缓冲部，支撑基座与固定基座相连接，支撑基座上布置有变形压电部，受力柱上设有挤压部；本发明中受力柱的另一端与通信铁塔的各个支腿易变形处张紧连接，使得发生变形时，受力柱能够受到各个方向的牵拉力，产生相应方向的位移，进而能够通过受力柱上的挤压部对相应方向上的变形压电部产生挤压力，变形压电部发生电荷量变化，电荷量变化随着挤压力增大而增大，并根据检测到的电荷量检测值与相应阈值的对照，确定检修相应的检修等级。

Description

一种通信铁塔变形自动检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及通信铁塔检测技术领域，特别是涉及一种通信铁塔变形自动检测装置及其检测方法。

背景技术

移动通信网络建设过程中，铁塔作为重要的移动通信辅助设备，对无线网络质量的好坏产生直接影响；安装在野外的移动通信铁塔，虽然地基坚固，但是由于长期受到地壳运动、天气环境、人为施工(如修公路等情况下的野外爆破)等的影响，容易发生倾斜。当倾斜达到一定程度，或者由于倾斜造成的铁塔应力变化，均有可能使得铁塔发生形变，从而引发工作状态异常甚至坍塌的严重事故；并且塔顶区域较高，存在人工测量不方便，人员目视测量误差大，工人高空作业危险性高等问题。

目前，现有技术中大多采用传感器检测的方式进行铁塔变形检测工作；例如：

申请号为201620456363.0的现有技术中公开了一种基于北斗技术的电力铁塔变形监测装置，包括设置在铁塔塔尖上的壳体、设置在壳体表面的北斗卫星信号接收天线、倾角测量装置、无线公网信号发射天线和太阳能电池板以及设置在壳体内部的北斗卫星信号处理板、微处理器、SD卡、无线通信模块和蓄电池；其通过设置倾角测量装置、无线通信模块和无线公网信号发射天线等，可以将各个铁塔的实时变形状态信息发送至远程监测平台进行集中监测、统一管理，避免了人工巡检排查，能够及时发现隐患，使发生故障的危害降至最低，提高了工作效率，并且降低了人工成本，保护了输电设备，减少了输电线路故障的发生；壳体采用不锈钢材质的螺丝固定在铁塔塔尖上，接触较为紧密，固定牢靠，方便安装、调节，能够适应不同塔形结构的铁塔，提高了铁塔变形测量的可靠性、兼容性和便捷性；

申请号为202021399312.1的现有技术中公开了一种电力杆塔倾斜监测装置，涉及杆塔监测技术领域，包括杆塔，杆塔轴向两侧分别设置有用于监测杆塔的天线，杆塔上还设置有监测终端，监测终端包括板卡接收机、数据解析器和无线通信器，天线的输出端与所述板卡接收机的输入端连接，所述板卡接收机的输出端与所述数据解析器的输入端连接，所述数据解析器的输出端通过所述无线通信器与所述北斗后端监测平台连接；其通过两天线将当前杆塔的两个姿态角数据发送到板卡接收机中，进行数据收集，板卡接收机将接收到的数据发送到数据解析器中进行数据处理，最终通过计算得到杆塔二维姿态角，即得到了杆塔的当前倾斜形变状况；同时也可以依次根据多次获取到的数据所对应的杆塔二维姿态角，还可以对杆塔倾斜形变趋势进行预测；

现有技术中还有利用机械检测机构的方式进行铁塔变形检测工作，例如：

申请号为201610932027.3的现有技术中公开了通信铁塔变形自动检测装置及通信铁塔，其包括底座、检测主框架、轨迹球、弹簧、连接杆以及变阻器，底座固定在通信铁塔横梁上；底座整体呈圆盘状，上表面设有若干沿径向均匀分布的轨道，轨道呈凹槽状，并且每个轨道内设置轨迹球。检测主框架整体呈柱状，检测主框架内侧设有滑动变阻器，滑动变阻器具有滑片、变阻器主体，变阻器主体一端与检测主框架内壁固定连接，另一端与滑片滑动连接。检测主框架焊接固定在底座上表面中间位置，与轨道数量相等的弹簧分别安装在对应的轨道内，弹簧一端与轨迹球固定连接，另一端与检测主框架外壁固定连接，与轨道数量相等的连接杆与弹簧安装方向一致，一端与轨迹球固定连接，另一端与滑片固定连接。使得底座倾斜而使得轨迹球受到其自身重力作用发生位置变化时带动该连接杆和所述滑动变阻器的滑片同步运动，进而使得滑动变阻器的阻值输出发生变化；

基于上述现有技术的研究分析，申请人发现：现有技术中无论是传感器检测，还是变阻器检测，均是将相应的检测设备安装在铁塔的某一处，即以铁塔上某一处的位移、倾角状态代表整个铁塔的状态；在此检测过程中，由于检测设备不能与铁塔的全部易变形区相连接，即将检测设备作为铁塔的一部分结构，所以存在很大的测量误差；

为了降低上述现有技术中存在的误差，申请人研发一种可与铁塔的全部易变形区相连接的通信铁塔变形自动检测装置。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种通信铁塔变形自动检测装置及其检测方法，相较于传统的单点变形检测技术，直接将检测设备设置在通信铁塔的内部，通过受力柱与铁塔的全部易变形区相连接，并将受力柱的变形转化为相应压电区域的压电信息。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种通信铁塔变形自动检测装置，包括固定基座、受力柱和变形自动检测组件，所述受力柱的一端与所述固定基座万向铰接，所述受力柱的另一端与通信铁塔的各个支腿易变形处张紧连接；所述变形自动检测组件包括支撑基座、变形压电部和缓冲部，所述支撑基座与所述固定基座相连接，所述支撑基座具备环形通道，所述环形通道的内壁上沿其周向间隔布置有若干所述变形压电部，若干所述变形压电部围成供所述受力柱贯穿的变形空间，所述受力柱上分别设置有与各所述变形压电部相对应的挤压部；所述缓冲部的两端分别与所述环形通道的内壁和所述受力柱的外壁相铰接，所述环形通道上的铰接位置位于相邻所述变形压电部之间，且所述缓冲部恢复初始位置时，所述挤压部与所述变形压电部之间具有变形空隙。

优选地，所述变形压电部为弧形结构，所述弧形结构的外壁与所述环形通道的内壁相贴合，所述弧形结构的内壁与所述挤压部的外壁相贴合。

优选地，若干所述变形压电部均在同一平面内。

优选地，所述环形通道的外壁上设置有加强筋，所述变形压电部的安装区域内均具有所述加强筋。

优选地，所述缓冲部的一端与所述环形通道的内壁万向铰接，另一端与所述受力柱的外壁万向铰接。

优选地，所述支撑基座通过升降机构与所述固定基座相连接。

优选地，所述受力柱通过水平布置的钢索与所述通信铁塔的易变形处张紧连接，所述受力柱上设置有用于固定所述钢索的吊耳；每根所述钢索的拉伸方向分别对应各所述挤压部的挤压方向。

优选地，所述吊耳的数量与所述通信铁塔的支腿数量相同。

优选地，所述缓冲部包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端具备供所述第二连接杆插入的连接孔，所述连接孔的底部与所述第二连接杆的插入端之间设置有复位弹簧；所述第一连接杆的另一端与所述环形通道的内壁万向铰接，所述第二连接杆的非插入端与所述受力柱的外壁万向铰接。

本发明还提供一种通信铁塔变形自动检测方法，包括如下内容：

安装工作：将通信铁塔变形自动检测装置中的固定基座安装在地面或者安装在通信铁塔的牢固区域内；将变形自动检测组件套设在受力柱上，随后将受力柱的两端分别所述固定基座相连接和所述通信铁塔的各个支腿易变形处张紧连接；将所述变形自动检测组件中的支撑基座安装在升降机构的升降端，并进行升降调节至所述受力柱的挤压部位置后固定；

检测工作：当所述通信铁塔的任一支腿发生变形时，所述受力柱在锚索的牵拉下发生相应方向的位移，移动过程中缓冲部发生转动及伸缩运动，同时位于位移方向上的变形压电部受到相应挤压部的挤压，产生电荷量检测值，并将该电荷量检测值传输至服务器，当电荷量检测值小于第一阈值时，对应检修等级为三级检修；当电荷量检测值大于第一阈值且小于第二阈值时，对应检修等级为二级检修；当电荷量检测值大于第二阈值时，对应检修等级为一级检修。

有益效果：

1.本发明中受力柱的另一端与通信铁塔的各个支腿易变形处张紧连接，使得发生变形时，受力柱能够受到各个方向的牵拉力，产生相应方向的位移，进而能够通过受力柱上的挤压部对相应方向上的变形压电部产生挤压力，变形压电部发生电荷量变化，电荷量变化随着挤压力增大而增大，并根据检测到的电荷量检测值与相应阈值的对照，确定检修相应的检修等级；此处需要注意的是：受力柱的牵拉数量、牵拉方向，挤压部的数量、设置方向，变形压电部的数量、设置方向，均与通信铁塔的支腿数量和设置位置相适配，以保证支腿变形时，能够对受力柱进行准确的牵拉，完成挤压部对变形压电部的挤压工作；

2.为了保证受力柱的瞬间位移不会对变形压电部产生暴力损伤，本发明中在受力柱与支撑基座之间设置有两端铰接的缓冲部，受力柱移动过程中先压缩缓冲部，再使得挤压部与变形压电部接触挤压。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为通信铁塔变形自动检测装置的安装示意图；

图2为通信铁塔变形自动检测装置的整体结构示意图；

图3为图2的部分结构示意图；

图4为图3的剖视图；

图5为图3的俯视图；

图6为受力柱的结构示意图；

图7为缓冲部的剖视图。

附图标记说明：1、通信铁塔；2、变形自动检测装置；3、固定基座；4、受力柱；5、变形自动检测组件；6、支撑基座；7、变形压电部；8、缓冲部；9、环形通道；10、挤压部；11、变形空隙；12、加强筋；13、升降机构；14、钢索；15、吊耳；16、第一连接杆；17、第二连接杆；18、复位弹簧。

具体实施方式

本实施例公开了一种通信铁塔变形自动检测装置2，该装置包括固定基座3、受力柱4和变形自动检测组件5，此三部分结构为基础组成，以实现变形检测的基础功能，当然也不排除还可以包括其他的部分结构，例如其他的辅助传感器，倾角传感器等；

受力柱4的一端与固定基座3万向铰接，其中，万向铰接结构可以是购置单独的球铰结构，并将受力柱4的一端与球铰结构固定连接，也可以直接将受力柱4的一端设置成球面结构，并在固定基座3上设置与球面结构相适配的球面连接槽，只要能实现万向铰接结构即可；受力柱4的另一端与通信铁塔1的各个支腿易变形处张紧连接，其中，张紧连接结构可以是连接杆等刚性连接结构，此时，受力柱4在受力位移过程中，需要先克服其他连接杆的支撑力，即连接杆不仅起到牵拉相应受力柱4的作用，还起到支撑通信塔支腿的作用，但是连接杆产生损坏后需要更换，其重复利用性较差；张紧连接结构也可以是钢索14等柔性连接结构，一般情况下，受力柱4在受力位移过程中，无需克服其他钢索14的支撑力，即钢索14仅起到牵拉相应受力柱4的作用，其重复利用性好；特殊情况下，其他钢索14可能也会抑制受力柱4的移动，此时需要先将其他钢索14拉断或者脱落，才能进行压电检测；作为一种具体的实施方式，受力柱4通过水平或者其他方向布置的钢索14与通信铁塔1的易变形处张紧连接，受力柱4上设置有用于固定钢索14的吊耳15；每根钢索14的拉伸方向分别对应各挤压部10的挤压方向。

作为本发明的主要功能部件，变形自动检测组件5包括支撑基座6、变形压电部7和缓冲部8，支撑基座6与固定基座3相连接,其中，固定基座3安装在地面或者安装在通信铁塔1的牢固区域内，如通信铁塔1支腿上靠近地面的支撑段，其结构稳定性好，相比与支腿的中段和顶段来说，不容易发生结构变形；支撑基座6可以与固定基座3固定连接，也可以通过升降机构13与固定基座3相连接，例如升降机构13可以是升降油缸或者升降螺杆等结构，满足升降功能，优选地，选择一些承受侧向力较好的升降机构13，避免压电产生过程中升降机构13受到侧向力产生损坏的问题，有利于变形后的维修工作；

支撑基座6具备环形通道9，环形通道9的内壁上沿其周向间隔布置有若干变形压电部7，若干变形压电部7围成供受力柱4贯穿的变形空间，受力柱4上分别设置有与各变形压电部7相对应的挤压部10，缓冲部8的两端分别与环形通道9的内壁和受力柱4的外壁相铰接，环形通道9上的铰接位置位于相邻变形压电部7之间，且缓冲部8恢复初始位置时，挤压部10与变形压电部7之间具有变形空隙11。其中，变形压电部7是压电陶瓷或其他可产生压电效应的压电结构，具体结构不做赘述，与压电陶瓷配合使用的还有电荷放大器等部件，以获得压电陶瓷的电荷量，

上述技术方案的变形过程为：受力柱4受力产生相应方向的位移，相应方向处的缓冲部8收缩，相对的缓冲部8伸长，其收缩量和伸长量必然要大于变形空隙11，如变形空隙11的尺寸是收缩量和伸长量的二分之一至三分之一，以迟缓受力柱4的瞬间形变；即为了保证受力柱4的瞬间位移不会对变形压电部7产生暴力损伤，本发明中在受力柱4与支撑基座6之间设置有两端铰接的缓冲部8，受力柱4移动过程中先压缩缓冲部8，再使得挤压部10与变形压电部7接触挤压；为了便于缓冲部8的收缩伸长动作，避免产生移动死点的问题，缓冲部8的一端与环形通道9的内壁万向铰接，充分保证缓冲部8移动的平滑性。

由于受力柱4的移动过程中，可能受到侧向力的作用导致其移动时，缓冲部8受力不均匀的，所以，一方面将变形压电部7的受压表面积布置的要大于挤压部10的挤压表面积，使得挤压部10偏移时，仍能被变形压电部7所覆盖，另一方面将变形压电部7设置为弧形结构，弧形结构的外壁与环形通道9的内壁相贴合，弧形结构的内壁与挤压部10的外壁相贴合，使得挤压部10能够与变形压电部7在挤压过程中完全契合。

作为一种实施方式，本发明中若干变形压电部7均在同一平面内；当然，变形压电部7也可以周向上相邻间隔布置，同时轴向上错位布置，根据实际情况选择即可，均可实现压电效应。

为了保证环形通道9的结构强度，本发明中环形通道9的外壁上设置有加强筋12，尤其需要保证变形压电部7的安装区域处的强度，即可在各安装区域内均具有加强筋12。

作为一种具体的实施方式，本发明中吊耳15的数量与通信铁塔1的支腿数量相同。

作为一种具体的实施方式，本发明中缓冲部8包括第一连接杆16和第二连接杆17，第一连接杆16的一端具备供第二连接杆17插入的连接孔，连接孔的底部与第二连接杆17的插入端之间设置有复位弹簧18；第一连接杆16的另一端与环形通道9的内壁万向铰接，第二连接杆17的非插入端与受力柱4的外壁万向铰接。

本发明还提供一种通信铁塔变形自动检测方法，包括如下内容：

安装工作：将通信铁塔变形自动检测装置2中的固定基座3安装在地面或者安装在通信铁塔1的牢固区域内；将变形自动检测组件5套设在受力柱4上，随后将受力柱4的两端分别固定基座3相连接和通信铁塔1的各个支腿易变形处张紧连接；将变形自动检测组件5中的支撑基座6安装在升降机构13的升降端，并进行升降调节至受力柱4的挤压部10位置后固定；

检测工作：当通信铁塔1的任一支腿发生变形时，受力柱4在锚索的牵拉下发生相应方向的位移，移动过程中缓冲部8发生转动及伸缩运动，同时位于位移方向上的变形压电部7受到相应挤压部10的挤压，产生电荷量检测值，并将该电荷量检测值传输至服务器，当电荷量检测值小于第一阈值时，对应检修等级为三级检修；当电荷量检测值大于第一阈值且小于第二阈值时，对应检修等级为二级检修；当电荷量检测值大于第二阈值时，对应检修等级为一级检修。其中，一级检修为最严重的等级，需要立刻抢修，阈值的选择可根据实际情况进行选择，此处不做赘述。

本发明提供了一种通信铁塔变形自动检测装置及其检测方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，包括固定基座(3)、受力柱(4)和变形自动检测组件(5)，所述受力柱(4)的一端与固定基座(3)万向铰接，所述受力柱(4)的另一端与外部通信铁塔(1)的各个支腿易变形处张紧连接；所述变形自动检测组件(5)包括支撑基座(6)、变形压电部(7)和缓冲部(8)，所述支撑基座(6)与固定基座(3)相连接，支撑基座(6)具备环形通道(9)，所述环形通道(9)的内壁上沿其周向间隔布置有若干变形压电部(7)，若干变形压电部(7)围成供受力柱(4)贯穿的变形空间，所述受力柱(4)上分别设置有与各所述变形压电部(7)相对应的挤压部(10)；所述缓冲部(8)的两端分别与所述环形通道(9)的内壁和所述受力柱(4)的外壁相铰接，所述环形通道(9)上的铰接位置位于相邻的变形压电部(7)之间，且所述缓冲部恢复初始位置时，所述挤压部(10)与变形压电部(7)之间具有变形空隙(11)。

2.根据权利要求1所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，所述变形压电部(7)为弧形结构，所述弧形结构的外壁与所述环形通道(9)的内壁相贴合，所述弧形结构的内壁与所述挤压部(10)的外壁相贴合。

3.根据权利要求2所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，若干所述变形压电部(7)均在同一平面内。

4.根据权利要求3所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，所述环形通道(9)的外壁上设置有一个以上的加强筋，所述变形压电部的安装区域内均设置有所述加强筋。

5.根据权利要求1所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，所述缓冲部的一端与所述环形通道(9)的内壁万向铰接，另一端与所述受力柱(4)的外壁万向铰接。

6.根据权利要求1所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，所述支撑基座(6)通过升降机构(13)与固定基座(3)相连接。

7.根据权利要求1所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，所述受力柱(4)通过水平布置的钢索(14)与通信铁塔(1)的易变形处张紧连接，所述受力柱(4)上设置有用于固定钢索(14)的吊耳(15)；每根钢索(14)的拉伸方向分别对应各挤压部(10)的挤压方向。

8.根据权利要求7所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，所述吊耳(15)的数量与所述通信铁塔(1)的支腿数量相同。

9.根据权利要求5所述的一种通信铁塔变形自动检测装置，其特征在于，所述缓冲部(8)包括第一连接杆(16)和第二连接杆(17)，所述第一连接杆(16)的一端具备供第二连接杆(17)插入的连接孔，所述连接孔的底部与第二连接杆(17)的插入端之间设置有复位弹簧(18)；所述第一连接杆(16)的另一端与环形通道(9)的内壁万向铰接，所述第二连接杆(17)的非插入端与受力柱(4)的外壁万向铰接。

10.一种通信铁塔变形自动检测方法，其特征在于，包括如下内容：

安装工作：将通信铁塔变形自动检测装置(2)中的固定基座(3)安装在地面或者安装在通信铁塔(1)的牢固区域内；将变形自动检测组件(5)套设在受力柱(4)上，随后将受力柱(4)的一端与固定基座(3)相连接，另一端与通信铁塔(1)的各个支腿易变形处张紧连接；将变形自动检测组件(5)中的支撑基座(6)安装在升降机构(13)的升降端，并进行升降调节至所述受力柱(4)的挤压部(10)位置后固定；

检测工作：当所述通信铁塔(1)的任一支腿发生变形时，所述受力柱(4)在锚索的牵拉下发生相应方向的位移，移动过程中缓冲部(8)发生转动及伸缩运动，同时位于位移方向上的变形压电部(7)受到相应挤压部(10)的挤压，产生电荷量检测值，并将该电荷量检测值传输至服务器，当电荷量检测值小于第一阈值时，对应检修等级为三级检修；当电荷量检测值大于第一阈值且小于第二阈值时，对应检修等级为二级检修；当电荷量检测值大于第二阈值时，对应检修等级为一级检修。

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