CN103149510A - 激光阵列定位型电晕放电探测仪 - Google Patents

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本发明公开了激光阵列定位型电晕放电探测仪，包括紫外镜头、紫外探测器、信号处理电路、数据显示器和激光观察镜，紫外镜头和紫外探测器共一个光轴，紫外探测器与信号处理电路电连接，信号处理电路与数据显示器电连接，紫外镜头上套装有激光安装环，激光安装环上安装有阵列激光器，阵列激光器由多个可见光激光器组成，多个可见光激光器以紫外镜头的光轴为中心按圆周均匀排列，可见光激光器出射光束与紫外镜头的光轴平行，其优点是能够通过圆形排列的激光束阵列准确找到绝缘子的哪个部位发生了放电，或者哪个绝缘子发生了放电，即能够对绝缘子的放电位置进行准确定位。

Description

激光阵列定位型电晕放电探测仪
技术领域
 本发明涉及一种电晕放电探测仪，尤其是涉及一种激光阵列定位型电晕放电探测仪。
背景技术
随着我国电网规模的迅猛发展，电力设备的局部放电故障问题日益突出。局部放电故障早期一般表现为电晕放电，电晕放电是指电极附近电场强度超过一定值后，导致周围气体（通常是空气）局部电离而产生的一种自持放电现象。电晕属于高压脉冲放电，放电过程中会伴随等离子体的产生，它会使空气发生化学反应，产生臭氧及氧化氮等产物，引起电气设备的绝缘腐蚀和损坏，进而造成严重事故和电网瘫痪。
国际照明委员会（CIE）对紫外辐射波段进行了定义，即 100nm～400nm 的电磁辐射称为紫外线。具体分三个波段，即 UVA、UVB 和 UVC。 其中 UVC 波段范围为 100nm～280nm，其中 100nm～200nm 属真空紫外，在空气中很快被氧吸收（形成臭氧），而太阳光谱中200nm～280nm 波段的光在穿越大气平流层时又会被臭氧层强烈吸，这个波段被称为日盲紫外波段。因此地面上缺少100-280nm波段的紫外光，在地面对UVC紫外波段的目标进行检测，即使晴朗的白天也可以避免太阳光的背景干扰，检测的准确度极高。
而电力设备早期局部放电放电正好会发出UVC波段的光，因此近年来针对UVC波段进行的电力设备早期放电紫外检测技术逐渐兴起，并且在西方国家电力系统中得到了极大推广应用，在我国也越来越受到重视。毫无疑问，如果能对电力设备的早期放电进行检测就可以及时预防电力事故的发生。
然而目前由于我国高灵敏度的日盲紫外成像器件研究尚不成熟，采用国外高性能紫外成像器件价格又非常昂贵，因此我国在电晕紫外成像仪实用化研究方面面临很大困难。采用单元（非成像）探测方法进行电晕紫外辐射强度检测是一种比较合适的技术，单元探测能够直接将电晕放电紫外信号直接照射到单元紫外探测器，由探测器响应出紫外信号强度，技术难度相对较低，仪器的开发成本比电晕紫外成像仪低很多，但目前很多单元紫外探测技术缺少目标定位系统。
发明内容
 本发明所要解决的技术问题是提供一种定位准确的激光阵列定位型电晕放电探测仪。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：激光阵列定位型电晕放电探测仪，包括紫外镜头、紫外探测器、信号处理电路、数据显示器和激光观察镜，所述的紫外镜头和紫外探测器共一个光轴，所述的紫外探测器与所述的信号处理电路电连接，所述的信号处理电路与所述的数据显示器电连接，所述的紫外镜头上套装有激光安装环，所述的激光安装环上安装有阵列激光器，所述的阵列激光器由多个可见光激光器组成，多个可见光激光器以紫外镜头的光轴为中心按圆周均匀排列，所述的可见光激光器出射光束与紫外镜头的光轴平行。
所述的激光安装环上开设有圆周排列的圆孔，所述的可见光激光器安装在所述的圆孔内，螺栓将可见光激光器固定在所述的圆孔内。
所述的紫外探测器安装在所述的紫外镜头后面，紫外镜头包括镜筒、凸透镜和光阑，镜筒的内径为10mm-40mm，镜筒的长度为内径的5-10倍，凸透镜装在镜筒的中后端，所述的紫外探测器装在镜筒的后面，光阑装在镜筒内且位于紫外探测器与凸透镜之间，镜筒的内表面有消光螺纹且呈黑色。
紫外镜头为卡塞格伦镜头，紫外探测器安装在卡塞格伦镜头的后面，卡塞格伦镜头包括镜筒、抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，所述的抛物面主反射镜位于镜筒的后端，抛物面主反射镜和双曲面次反射镜共一光轴，双曲面次反射镜位于抛物面主反射镜的前面且位于抛物面主反射镜的焦点以内。
紫外探测器为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。
多个可见光激光器的中心所围成的圆直径为20-200mm，可见光激光器工作波长在630-700nm或500-570nm范围内。
信号处理电路包括紫外光强信号采集电路和显示电路构成，所述的数据显示器为液晶显示屏或由数码显示管构成。
所述的紫外镜头与激光安装环通过螺纹配合。
还包括外壳，所述的紫外探测器、信号处理电路和数据显示器设置在所述的外壳内，所述的激光观察镜固定在外壳的上方，激光观察镜中安装有与可见光激光器工作波长相匹配的窄带滤光片。
激光观察镜由眼镜表面贴可见光窄带带通滤光片构成。
与现有技术相比，本发明的优点是通过小视场角的紫外镜头进行放电紫外探测，将视场范围尽可能限制到最小；同时通过圆形排列的激光束阵列，照射到绝缘子上形成激光阵列光斑，最后通过激光观察镜，可以准确找到绝缘子的哪个部位发生了放电，或者哪个绝缘子发生了放电，能够达到对绝缘子的放电位置进行准确定位的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的激光器安装环结构示意图；
图3为实施例一的紫外镜头的结构图；
图4为实施例二的紫外镜头的结构图；
图5为本发明中激光观察镜看到的放电绝缘子位置和激光光斑分布。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：一种激光阵列定位型电晕放电探测仪如图1所示，包括紫外镜头3、紫外探测器4、信号处理电路5、数据显示器6和激光观察镜7，紫外镜头3和紫外探测器4共一个光轴9，紫外探测器4与信号处理电路5电连接，信号处理电路5与数据显示器6电连接，紫外镜头3上套装有激光安装环2，激光安装环2上安装有阵列激光器1，阵列激光器1由多个可见光激光器组成，多个可见光激光器以紫外镜头3的光轴为中心按圆周均匀排列，可见光激光器出射光束与紫外镜头3的光轴平行，激光观察镜7中安装有与可见光激光器工作波长相匹配的窄带滤光片71。8为绝缘子。
激光安装环2上开设有圆周排列的圆孔21，如图2所示，可见光激光器安装在圆孔21内，螺栓将可见光激光器固定在圆孔21内。在激光安装环2内部与圆孔21垂直的方向上还钻有螺纹孔22。螺栓拧入螺纹孔22内。
紫外探测器4安装在所述的紫外镜头3后面，紫外镜头3包括镜筒3A、凸透镜30和光阑31，镜筒3A的内径为10mm-40mm，镜筒3A的长度为内径的5-10倍，凸透镜30装在镜筒3A的中后端，紫外探测器4装在镜筒3A的后面，光阑31装在镜筒3A内且位于紫外探测器4与凸透镜30之间，镜筒3A的内表面有消光螺纹且呈黑色。镜筒3A由铝、塑料等轻质材料构成，如图3所示。
紫外探测器4为响应波段为100-280nm的光探测器或由宽光谱探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。
多个可见光激光器的中心所围成的圆直径Φ为20-200mm。Φ按照20mm、30mm、40mm、……，180mm、190mm、200mm等分成17个等级，每增加10mm就对应一个等级，可以根据绝缘子的尺寸来进行调整。可见光激光器工作波长在630-700nm或500-570nm范围内。
信号处理电路5包括紫外光强信号采集电路和显示电路，数据显示器6为液晶显示屏或由数码显示管构成。
紫外镜头3与激光安装环2通过螺纹配合。激光安装环2内侧车有内螺纹23，与紫外镜头3的外螺纹配合安装。激光安装环2由铝、塑料等轻质材料构成。镜筒由铝、塑料等轻质材料构成。
还包括外壳，紫外探测器4、信号处理电路5和数据显示器6设置在外壳内，激光观察镜7固定在外壳的上方。激光观察镜7也可以不在外壳上，激光观察镜7由人眼佩带的眼镜表面贴可见光窄带带通滤光片构成。
实施例二：其他部分与实施例一相同，其不同之处在于紫外镜头3也可以为卡塞格伦镜头，紫外探测器4安装在卡塞格伦镜头的后面，卡塞格伦镜头包括镜筒3B、抛物面主反射镜35和双曲面次反射镜36，抛物面主反射镜35位于镜筒3B的后端，抛物面主反射镜35和双曲面次反射镜36共一光轴9，双曲面次反射镜36位于抛物面主反射镜35的前面且位于抛物面主反射镜35的焦点以内。镜筒3B由铝、塑料等轻质材料构成，如图4所示。     
工作时，高压设备放电发出的紫外光信号到达紫外镜头3，紫外镜头3的结构使得只有靠近光轴9中心的光线才能照射到紫外探测器4上。因为紫外探测器4由响应波段在100-280nm范围内的单元光探测器构成，也可以由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成，所以紫外探测器4只对100-280nm范围内的电晕紫外信号进行响应，这样即使在晴朗的白天也会避开太阳光的干扰，信号误检率低。
紫外探测器4感应到电晕紫外辐射的信号时，会感应出电压或者电流信号，这时通过信号处理电路5，对感应出来的电压或者电流信号进行放大，并进行数据采集，最后将紫外光强信号由数据显示器6进行显示。
阵列激光器1由3-6个可见光激光器按照圆周对称排列，激光器出射光束都与光轴9平行，这些可见光激光器中心所在的圆直径Φ在40-200mm范围内。这样做就使得激光束照在目标物体上时，几个激光光斑在目标物体上依直径为Φ的圆周排列，Φ的尺寸与绝缘子横向尺寸（直径）相匹配。当绝缘子横向尺寸约为60mm时，就选用Φ50mm及以下等级的激光器安装环2，从而使得激光光斑尽可能多地打到绝缘子8上。可见光激光器出射光束都与光轴9平行的目的是使得落在目标表面上的激光光斑阵列排成的圆的中心位置即为仪器探测的目标中心位置，从而实现了激光阵列的准确定位。
激光观察镜7中可见光窄带71滤光片的作用是提高激光光斑与背景物体（如绝缘子等）的对比度，即让激光束波长的光透过，其它波长的光受到抑制。这样既能使人眼能够清楚地看见激光光斑，又能使人眼对背景物体看得较为清楚，最终能够使用者辨明激光光斑落在什么目标物体的什么位置上，满足了探测器激光定位的技术要求。
具体使用时，先开通阵列激光器1，同时观察显示器6上显示的紫外光强，进行目标区域搜索，当发现紫外光强较强时，通过激光观察镜7可以看到激光束打在高压绝缘子8上的几个光斑，这样通过光斑的空间排列范围，判断出是哪个绝缘子或者绝缘子的那个位置发生了放电，也就实现了对放电的绝缘子进行定位的目的。如图5所示，几个可见激光光斑阵列11落在绝缘子8上，目测大致可以判断激光光斑阵列11的中心位置（x轴和y轴交叉处）即为放电中心位置，从而实现了放电绝缘子定位的目的。
其中，激光器安装环2的结构示意图如图2所示，环上钻有6个小圆孔21，用于安装6个可见光激光器1，6个可见光激光器依直径为Φ的圆周排列，激光器安装到各自的圆孔中后，通过螺纹孔22用螺栓卡紧。安装环内侧车有内螺纹与紫外镜头3的镜筒外螺纹配合安装固定。
紫外镜头3如果选用图3的结构，则可以看出大入射角光线32会在镜筒内多次反射被消光螺纹消除掉了；稍大入射角的光线33经过透镜30之后会被光阑31挡住。只有很小入射角的光线34才可以照射到紫外探测器4上。紫外镜头3如果选用图4的结构，则可以看出大入射角的光线37和38在镜筒内部经过多次反射都会被消光螺纹消除掉；只有很小入射角的光线39才能照射到紫外探测器4上。因此无论哪种紫外镜头结构，都会使得探测仪器的视场角尽量小，以便缩小探测仪器的视场范围，使得检测到的目标区域尽量缩小，提高检测位置的准确性；同时又会使得视场内的紫外光信号能够集中照射到紫外探测器表面，提高仪器灵敏度。

Claims (10)

1.激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于包括紫外镜头、紫外探测器、信号处理电路、数据显示器和激光观察镜，所述的紫外镜头和紫外探测器共一个光轴，所述的紫外探测器与所述的信号处理电路电连接，所述的信号处理电路与所述的数据显示器电连接，所述的紫外镜头上套装有激光安装环，所述的激光安装环上安装有阵列激光器，所述的阵列激光器由多个可见光激光器组成，多个可见光激光器以紫外镜头的光轴为中心按圆周均匀排列，所述的可见光激光器出射光束与紫外镜头的光轴平行。
2.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于所述的激光安装环上开设有圆周排列的圆孔，所述的可见光激光器安装在所述的圆孔内，螺栓将可见光激光器固定在所述的圆孔内。
3.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于所述的紫外探测器安装在所述的紫外镜头后面，紫外镜头包括镜筒、凸透镜和光阑，镜筒的内径为10mm-40mm，镜筒的长度为内径的5-10倍，凸透镜装在镜筒的中后端，所述的紫外探测器装在镜筒的后面，光阑装在镜筒内且位于紫外探测器与凸透镜之间，镜筒的内表面有消光螺纹且呈黑色。
4.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于紫外镜头为卡塞格伦镜头，紫外探测器安装在卡塞格伦镜头的后面，卡塞格伦镜头包括镜筒、抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，所述的抛物面主反射镜位于镜筒的后端，抛物面主反射镜和双曲面次反射镜共一光轴，双曲面次反射镜位于抛物面主反射镜的前面且位于抛物面主反射镜的焦点以内。
5.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于紫外探测器为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。
6.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于多个可见光激光器的中心所围成的圆直径为20-200mm，可见光激光器工作波长在630-700nm或500-570nm范围内。
7.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于信号处理电路包括紫外光强信号采集电路和显示电路构成，所述的数据显示器为液晶显示屏或由数码显示管构成。
8.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于所述的紫外镜头与激光安装环通过螺纹配合。
9.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于还包括外壳，所述的紫外探测器、信号处理电路和数据显示器设置在所述的外壳内，所述的激光观察镜固定在外壳的上方，激光观察镜中安装有与可见光激光器工作波长相匹配的窄带滤光片。
10.根据权利要求1所述的一种激光阵列定位型电晕放电探测仪，其特征在于激光观察镜由眼镜表面贴可见光窄带带通滤光片构成。
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