[发明专利]一种在线三维杆塔倾角及扭角监测系统及方法

权利要求书

1.一种在线三维杆塔倾角及扭角监测系统的监测方法，其特征在于：所述监测系统包括倾角扭角测量传输单元(2)、信号收发单元(3)、远程数据传输单元(5)和数据处理及服务单元(6)，倾角扭角测量传输单元(2)安装在输电杆塔(1)上；倾角扭角测量传输单元(2)与信号收发单元(3)无线通信连接，信号收发单元(3)与远程数据传输单元(5)无线通信连接；远程数据传输单元(5)连接到数据处理及服务单元(6)；信号收发单元(3)连接有太阳能发电蓄电单元(4)；倾角扭角测量传输单元(2)采用三个，分别安装在杆塔顶部、离塔腿最近的输电线路横截面处、塔腿以上第一个横截面处；倾角扭角测量传输单元(2)包括倾角传感器(10)、方向传感器(11)、传感器数据采集及处理模块(12)、传感器数据传输模块(13)、太阳能供电模块(14)，倾角传感器(10)、方向传感器(11)电连接到传感器数据采集及处理模块(12)，传感器数据采集及处理模块(12)连接有传感器数据传输模块(13)和太阳能供电模块(14)，传感器数据传输模块(13)连接到信号收发单元(3)；传感器数据传输模块(13)采用LoRa模块、WiFi模块、射频模块、蓝牙模块、GPRS模块、4G模块或5G模块；倾角传感器(10)采用加速度传感器、陀螺仪或液体摆式倾角传感器；倾角扭角测量传输单元(2)通过螺栓固定连接在杆塔上；所述监测方法包括以下步骤：

步骤(1)，建立三维笛卡尔坐标系(X，Y，Z)，三维笛卡尔坐标系(X，Y，Z)的XOY与地平面平行，在杆塔没有发生倾斜时，倾角传感器(10)基准面与XOY重合，OA为倾角传感器(10)基准面的法向量，OA”为OA在平面XOZ上的投影，OA'为OA在平面YOZ上的投影，OX为顺线方向，OY为垂直导线方向，顺线倾角β为∠A”OX，横向倾角δ为∠A'OZ，综合倾角φ为∠XOA，OB为传感器基准面顺线方向向量，扭角α为∠XOB；

步骤(2)，获取三个倾角传感器(10)分别测得的杆塔顺线倾角β₁、β₂、β₃、横向倾角δ₁、δ₂、δ₃，下标1、2、3表示倾角传感器(10)的编号，下标1表示倾角传感器(10)位于杆塔顶部，下标2表示倾角传感器(10)位于离塔腿最近的输电线路横截面处，下标3表示倾角传感器(10)位于塔腿以上第一个横截面处；

步骤(3)，计算出综合倾角φ₁、φ₂、φ₃：

步骤(4)，获取三个方向传感器(11)分别测得的扭角α₁、α₂、α₃，下标1、2、3表示方向传感器(11)的编号，下标1表示方向传感器(11)位于杆塔顶部，下标2表示方向传感器(11)位于离塔腿最近的输电线路横截面处，下标3表示方向传感器(11)位于塔腿以上第一个横截面处；

步骤(5)，当式(4)成立时，杆塔发生倾斜：

φ₁＞f(l)                         (4)

式中，l是杆塔总高度，f(l)表示不同杆塔高度及类型对应的杆塔倾斜角允许值；

步骤(6)，当式(4)、(5)成立时，表示杆塔由于基础下沉发生倾斜：

步骤(7)，当式(4)、(6)成立时，杆塔由于输电线路拉力变化引起的倾斜：

式中，l是杆塔总高度，l₃表示塔腿以上第一个横截面距离杆塔基础上表面的距离，k为杆塔的刚度系数，f(l,l₃,k)表示杆塔不同传感器之间的允许偏差值；

步骤(8)，当式(7)成立时，杆塔发生扭转：