[发明专利]基于微波的测冰方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于微波的测冰方法及装置，该方法包括：通过微波发射天线加载发射微波检测信号，并通过三个以上的微波接收天线接收传输后的微波检测信号，通过接收到的微波检测信号的相位差的电压信号计算传输介质的介电常数，通过介电常数判断传输的传输介质是空气、水或冰层，并通过接收到的微波检测信号的相位变化以及传输时间计算冰厚。本发明可快速测出等效覆冰厚度，大大提高冰冻环境中输电线路覆冰监测的准确度。

技术领域

本发明涉及输电线路的结冰结霜检测技术领域，尤其涉及一种基于微波的测冰方法及装置。

背景技术

输电线路的覆冰现象已经十分普遍。输电线路覆冰和积雪会导致其机械和电气性能急剧下降，引起导线舞动、杆塔倾斜甚至倒塌、断线以及绝缘子闪络等重大电力事故，严重影响电力系统的安全运行。2008年中国春节前后发生的冰冻灾害，引起大规模、长时间的电力中断，直接经济损失达1500亿元以上，同时给工农业生产和人民生活带来严重社会影响。所以，实时监测输电线路的覆冰状况并做好除冰工作成为目前研究的热点。

长期以来，研究人员对输电线路覆冰进行了长期的观测和研究，在覆冰理论、冰闪机理、输电线路覆冰监测研究相关技术等方面取得了很多成果。但是目前普遍采用固定式图像监测方法存在摄像头结冰无法继续监测的问题，拉力法只能测一个耐张端内的覆冰，人工观测法无法测量几十米高塔上覆冰的难题。

发明内容

本发明提供了一种基于微波的测冰方法及装置，用以解决现有冰冻环境中输电线路覆冰监测无法持续或者准确度不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于微波的测冰方法，包括以下步骤：

通过微波发射天线加载发射微波检测信号，并通过三个以上的微波接收天线接收传输后的微波检测信号，通过接收到的微波检测信号的相位差的电压信号计算传输介质的介电常数，通过介电常数的计算判断传输的传输介质是空气、水或冰层，并通过接收到的微波检测信号的相位变化以及传输时间计算冰厚。

作为本发明的方法的进一步改进：

通过接收到的微波检测信号的相位差电压信号计算传输介质的介电常数，包括：将终端开口波导与待测物质表面直接接触进行测量,然后对测得的结果进行曲线拟合计算,得到精确数值；通过多次测量的精确数值给出在f＝3.975GHz时,计算物质相对介电常数ε的曲线拟合系数。通过介电常数的判断传输的传输介质是空气、水或冰层，包括：介电常数为1判断为空气层，介电常数为3判断为覆冰层，介电常数为80判断为降水层。

通过接收到的计算冰厚，用鉴相法测量待测信号源的相位差，所测得的相位变化就是由于不同冰厚引起，通过计算的相位差拟合得到冰厚。还可以通过如下方式计算冰厚，当接收到的微波检测信号与发出的微波检测信号之间产生了相位差，说明了传输介质产生了变化，并非是空气介质，从而通过曲线拟合获知介电常数，从而判断传输介质是冰层还是降雨；当判断为覆冰时，通过测量发射微波检测信号与接收的微波检测信号之间的传输时间与标准距离的空气介质中的传输时间进行对比，从而根据微波信号在不同介质中的传输速度，计算造成所述传输时间差的冰层介质的传输距离，从而计算冰厚。

微波接收天线的数量为六个以上，六个以上微波接收天线沿圆周均匀分布于以微波发射天线为圆心的圆周上；通过六个以上方向的冰厚计算微波测量的等值冰厚，包括取六个以上的方向的冰厚的均值作为等值冰厚。

本发明还提供一种基于微波的测冰装置，包括：检测电路、与检测电路相连的微波发射天线，与检测电路相连的且布置在围绕微波发射天线的圆周上的三个以上的微波接收天线；

检测电路，用于通过微波发射天线加载微波检测信号，并通过三个以上的微波接收天线接收传输后的微波检测信号，通过接收到的微波检测信号的相位差的电压信号计算传输介质的介电常数，通过介电常数判断传输的传输介质是空气、水或冰层，并通过接收到的微波检测信号的相位变化以及传输时间计算冰厚。