[发明专利]一种GPS信号接收机与加速度计联合监测装置

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构健康监测技术领域，涉及一种GPS信号接收机与加速度计联合监测装置。

背景技术

近年来，随着GPS载波相对定位技术的逐步成熟，这一有着高效、快速、全自动、全天候和高精度等优越性能的变形监测方法在特大型土木工程中开始应用。GPS监测技术有着传统测量方法所无法具备的优势：1)各测站间无需通视，是相互独立的观测值；2)全天候作业，GPS监测工作可以在任何地点、任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响；3)定位精度高，实时定位精度平面可达10mm，高程可达20mm；4)观测时间短；5)能同时测定点的动静态三维坐标，不存在零点漂移现象；6)操作方便，可以方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的自动监测系统。GPS监测技术已经从最初的大坝监测扩展到地震监测、山体滑坡、地面沉降、海洋平台、超高层建筑、大跨桥梁等复杂系统的监测。

然而，目前GPS信号接收机的最高采样频率仅为20Hz，按照耐奎斯特采样定理，基本满足了通常的土木工程结构在0.1～10Hz这一范围的要求，为了更好的得到动态变形的细节，扩大应用范围，采样频率一般应为待测最高频率的3～8倍，但现有的技术还不能解决这一难题。此外，GPS信号接收机造价昂贵，在野外全天候监测时应具有良好的防雷保护措施。

常规的结构高频振动监测工具主要是加速度计，但其缺点也非常明显：1)土木工程建筑物的整体惯性偏移速度较慢，采用加速度不能准确的运算结构整体的摆动幅度，且进行了两次积分，精度不高，很难达到厘米级水平；2)加速度计存在零点漂移现象，长时间连续监测较为困难。

因此，开发一种具有防雷保护措施，能够综合利用GPS信号接收机的低频特性与加速度计高频特性的联合监测装置，对于大型土木工程结构的健康监测具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供了一种GPS信号接收机与加速度计联合监测装置，其目的是解决GPS信号接收机天线难以整平、不能防雷、只能监测结构的低频振动特性、GPS信号受多路径影响严重等问题。

本发明的技术方案如下：

GPS信号接收机与加速度计联合监测装置，主要由GPS信号接收机天线支撑、GPS信号接收机天线、圆水准器、脚螺旋、三角形钢板、抑径板、铜棒、GPS信号接收机数据线、固紧螺栓、支撑杆、三维加速度计、三维加速度计数据线、地线、穿线孔和螺栓孔组成。主要技术方案为：通过三根支撑杆将三块三角形钢板连接成一个三层结构，在一层和二层的支撑杆以及二层和三层的支撑杆上装有起整平作用的脚螺旋；在第二层和第三层三角形钢板上安装圆水准器，在第二层三角形钢板的中心位置处安装三维加速度计，在第三层三角形钢板的中心位置处安装GPS信号接收机天线支撑，通过固紧螺栓将GPS信号接收机天线固定在GPS信号接收机天线支撑上；在抑径板边缘的四个对称位置处安装四根铜棒，铜棒的下端连接地线，将三块三角形钢板连接形成的三层结构固定到抑径板上；将GPS信号接收机数据线通过穿线孔连接到GPS信号接收机，将三维加速度计数据线通过穿线孔连接信号采集仪上；通过抑径板上的螺栓孔将装置固定在需要进行结构振动监测的部位。

本发明的效果和益处体现在该装置通过脚螺旋可以非常容易的整平GPS信号接收机的天线和加速度计，GPS信号接收机和加速度计可同时监测结构低频位移振动和高频加速度振动情况，抑径板可有效减少来自地面的多路径噪声对GPS信号的影响，通过将地线接地能够使仪器有效避雷，该装置为大型土木工程结构的健康监测提供了一个有力的工具，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是GPS信号接收机与加速度计联合监测装置的俯视图。

图2是图1中GPS信号接收机与加速度计联合监测装置的M侧立面图。

图3是图1中GPS信号接收机与加速度计联合监测装置的N侧立面图。

图4是图2中GPS信号接收机与加速度计联合监测装置的A-A剖面图。

图5是图2中GPS信号接收机与加速度计联合监测装置的B-B剖面图。

图6是图2中GPS信号接收机与加速度计联合监测装置的C-C剖面图。

图中：1.GPS信号接收机天线支撑；2.GPS信号接收机天线；3.圆水准器；4.脚螺旋；5.三角形钢板；6.抑径板；7.铜棒；8.GPS信号接收机数据线；9.固紧螺栓；10.支撑杆；11.三维加速度计；12.三维加速度计数据线；13.地线；14.穿线孔；15.螺栓孔。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施步骤。