CN103323758B - 日盲紫外成像式测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种日盲紫外成像式测距装置，包括第一分光镜、第二分光镜、反射镜、可见光成像模块和日盲紫外成像模块，日盲紫外成像模块设置有镜头和像面，第一分光镜、第二分光镜、反射镜均与所述镜头的主光轴成45度角且各子午面互相重合，第一分光镜、第二分光镜及日盲紫外成像模块在一路入射光路上依次排列且第一分光镜和第二分光镜位于所述镜头的前方，反射镜、第二分光镜及日盲紫外成像模块在另一路入射光路上依次排列并且反射镜与可见光成像模块分设于日盲紫外成像模块的两侧。本发明的日盲紫外成像式测距装置在电晕检测的同时获得电晕故障点与检测点间的距离，可用于定量评价电晕辐射强度，评估设备的损坏程度。

Description

日盲紫外成像式测距装置

技术领域

本发明涉及电晕探测技术领域，具体而言涉及一种日盲紫外成像式测距装置。

背景技术

众所周知，电力设备发生故障时常伴随着电晕、电弧等放电现象，因而电晕探测对确定电力设备故障点的位置、提高检修效率具有重要作用。电晕、电弧所辐射的光谱涵盖了紫外、可见和红外谱段。通常情况下，若电晕呈现出明显的可见光辐射或红外辐射，则意味着电力设备已受到较为严重的损坏，单纯使用可见光或红外探测手段不利于工作人员在故障初期对电力设备进行及时维护。除此之外，红外探测还会因受到太阳背景的干扰而不利于进行日间电力设备故障检测；而利用日盲紫外谱段对电力设备进行的电晕检测，具有灵敏度高、抗干扰能力强、定位准确等特性，因此利用日盲紫外谱段进行电晕探测便成为电力设备故障日间检测的首选方案。

电力检测人员使用日盲紫外成像设备对电力设施进行检测并发现故障点后，需要根据国家电力行业标准编写紫外诊断报表，并在报表中根据《带电设备紫外诊断技术应用导则》提供被检测对象与检测点之间的距离，从而测算电晕辐射强度。目前日盲紫外电晕探测技术可实现将日盲紫外图像与可见光图像合成，从而在可见光图像中显示电晕点的位置，如图1所示的常见日盲紫外-可见光双通道电晕检测设备的简易结构图，其主要包含分光镜100、可见光成像通道101及日盲紫外成像模块102。在该设备中，目标入射光线被分光镜100分成两束后分别进入可见光成像通道101与日盲紫外成像模块102，由两通道分别对目标进行成像并叠加合成，使得电力检测人员可以通过合成图像判断出电晕故障点的大致位置。然而该技术通常采用定性探测的方式，只能通过日盲紫外与可见光合成图像确定故障点在整个环境中的大致方位，而不能给出被检测对象与检测点之间的距离。由于缺乏严格客观的度量标准，工作人员只能根据电晕图像进行主观判断来评价电力设备的损害程度，这难以准确反应电力设备损伤的真实情况，由此导致的误判也会造成不必要的损失，甚至引发安全隐患。

目前市场上存在诸多形式的测距设备，如激光测距、超声波测距、双目测距等，可供用于测量电晕故障点与检测点之间的距离，但是需要电力检测人员携带除电晕检测设备之外的测距设备，这在增加整个检测工作设备成本的同时也会给电力检测人员带来一定的工作负担。因此，若能在不增加成本与工作人员负担的基础上使工作人员在观测到电晕图像的同时也可测量出电晕故障点与检测点之间的距离，便能让工作人员定量评价电力设备的损坏程度，为及时有效地对电力设备进行维护提供更为准确和客观的评价依据。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种日盲紫外成像式测距装置。

为达成上述目的，本发明提出一种日盲紫外成像式测距装置，包括第一分光镜、第二分光镜、反射镜、可见光成像模块和日盲紫外成像模块，所述日盲紫外成像模块设置有镜头和像面，所述第一分光镜、第二分光镜、反射镜均与所述日盲紫外成像模块镜头的主光轴成45度角并且第一分光镜、第二分光镜、反射镜和镜头的各子午面互相重合，所述第一分光镜、第二分光镜及日盲紫外成像模块在一路入射光路上依次排列且第一分光镜和第二分光镜位于所述镜头的前方，所述反射镜、第二分光镜及日盲紫外成像模块在另一路入射光路上依次排列并且反射镜与可见光成像模块分设于日盲紫外成像模块的两侧。

进一步，所述第一分光镜置入在所述入射光路上且其在光路方向上的前表面覆盖可见光成像模块的全部视场，所述第一分光镜和第二分光镜置入在所述入射光路上且覆盖光路方向上日盲紫外成像模块经第二分光镜透射的全部视场，所述反射镜置入在所述另一路入射光路上且覆盖光路方向上日盲紫外成像通道经第二分光镜光路方向上后表面反射的全部视场。

进一步，所述日盲紫外成像式测距装置还包括后端图像处理模块，其用于读取所述像面上所成像点间相距的像素数。

进一步，该后端图像处理模块还根据所述成像点间相距的像素数计算待测点与探测点之间的距离值。

进一步，所述日盲紫外成像式测距装置还包括连接至所述后端图像处理模块的显示器。

进一步，所述日盲紫外成像式测距装置根据所述像面上所成像点间的宽度，以如下公式计算待测点与探测点的距离值：

距离值=f+fD’N/(X*dN)

$D^{,}=D+2l\·\cos \left(\arcsin (\sqrt{2}/2n)\right)\·\sin (\mathrm{\π}/4-\arcsin (\sqrt{2}/2n))$

其中，f为镜头的焦距，D为第二分光镜和反射镜之间的主光轴长度，N为像面宽度方向上的像素数，X为像面的像面宽度，dN为像点间相距的像素数，n为第一分光镜和第二分光镜的相对折射率，l为第一分光镜和第二分光镜的厚度。

进一步，所述第一分光镜和第二分光镜均以熔融石英为基底材料，且第一分光镜在入射光路方向上的前表面或后表面及第二分光镜在入射光路方向上的后表面分别镀有适用于日盲紫外波段和可见光波段的分光膜。

进一步，所述第一分光镜在入射光路方向上的后表面或前表面和第二分光镜在入射光路方向上的前表面分别镀有适用于日盲紫外波段的增透膜。

进一步，所述反射镜为前表面镀有保护膜的镀铝或镀银反射镜。

进一步，所述保护膜为氟化镁保护膜。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果在于能够使工作人员在电晕检测时，在对电晕图像进行定性分析的同时还可得到电晕故障点的距离，为电晕检测建立更为客观的评价依据，使工作人员能够定量评价电力设备的损坏程度，从而及时有效地对电力设备进行维护。

附图说明

图1为常见日盲紫外-可见光双通道电晕检测设备结构图。

图2为本发明较优实施例的日盲紫外成像式测距装置的结构示意图。

图3为图2实施例的等效结构示意图。

图4为图2实施例的测距计算原理图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

如图2所示，根据本发明的较优实施例，日盲紫外成像式测距装置包括第一分光镜1、第二分光镜4、反射镜5、可见光成像模块2和日盲紫外成像模块3，日盲紫外成像模块3设置有镜头3-1和用于成像的像面3-2，第一分光镜1、第二分光镜4、反射镜5均与所述镜头3-1的主光轴成45度角且第一分光镜1、第二分光镜4、反射镜5和镜头3-1的各子午面互相重合，第一分光镜1、第二分光镜4及日盲紫外成像模块3在一路入射光路A上依次排列且第一分光镜1和第二分光镜4位于镜头3-1的前方，反射镜5、第二分光镜4及日盲紫外成像模块3在另一路入射光路B上依次排列并且反射镜5与可见光成像模块2分设于日盲紫外成像模块3的两侧。

如此，单个电晕故障点（待测点）向四周辐射的光线中有两束光经由两路入射光路（A、B）到达日盲紫外成像模块3，其经镜头3-1在像面3-2上成像为点a和b。之后再进行处理和运算即可得到电晕故障点与探测点之间的距离值。

可见光成像通道2用于为目标的日盲紫外图像提供背景参考信息，可见光成像模块2与反射镜5分设于日盲紫外成像模块3的两侧。在一些实施例中，可见光成像通道2可以设置在相对入射光路A的多个位置上，包括但不限于平行位置或垂直位置。

本实施例中，第一分光镜1置入在入射光路A上且覆盖可见光成像模块2经第一分光镜1光路方向上前表面反射的全部视场，所述第一分光镜1和第二分光镜4置入在入射光路A上且覆盖光路方向上日盲紫外成像模块3的经第二分光镜4透射的全部视场，反射镜5置入在另一路入射光路B上且覆盖光路方向上日盲紫外成像通道3经第二分光镜4光路方向上后表面反射的全部视场。

优选地，日盲紫外成像式测距装置还包括后端图像处理模块（未示出），其用于读取该像面3-2上所成像点间相距的像素数并依此计算电晕故障点与探测点之间的距离值（将在下面的测距原理部分详述）。

优选地，日盲紫外成像式测距装置还包括连接至后端图像处理模块的显示器（未示出），其用于显示所述像点间相距的像素数和/或距离值。

下面结合附图2、3和4，详述本实施例的测距原理。

参考图2所示，同一电晕故障点（即待测点）向四周辐射的光线中有两路入射光进入日盲紫外成像式测距装置，其中一束光线经由第一分光镜1分成两束：一束光线进入可见光成像通道2，另一束光线透过第一分光镜1和第二分光镜4，达到日盲紫外成像模块3并在其像面3-2上成像为点a；另一束光线经过反光镜5和第二分光镜4，到达日盲紫外成像模块3并在其像面3-2上成像为点b。优选地，在检测时，可调整整个测量装置的方向使某单个电晕故障点在日盲紫外成像模块3中所成的两个像点a、b关于像面中央竖直轴左右对称，此时可以从像面3-2上读取a、b像点之间相距的像素数dN，根据日盲紫外成像模块3中像面的宽度方向上的像素数N及像面的像面宽度X，可以得到在像面上a、b像点间的宽度为(X/N)*dN。

为了更好地说明测距原理，图2所示的测距装置结构可等效成如图3所示的等效结构，其中平面4′为第二分光镜4位于入射光路A上的后表面在反射镜5中的像，等效成像模块3′为日盲紫外成像模块3先后经反射镜5、平面4′所成的像，则某一电晕故障点在图2所示日盲紫外成像模块3中所成的两像点a、b即可等效成其在图3中所示的日盲紫外成像模块3中所成的像点a和在等效成像通道模块3′中所成的像点b。

在进行距离计算时，可将图3中的光路图简化成图4。图4中入射至盲紫外成像通道中的两路光线所成夹角为2θ，像面上a、b两个像点间的宽度为(X/N)*dN，探测点与电晕故障点的距离为L，第二分光镜4与反射镜5之间的主光轴长度为D，日盲紫外成像模块的镜头焦距为f，日盲紫外成像模块的像距为v，

则根据几何关系及透镜成像公式可以得到电晕故障点与探测点（即日盲紫外成像式测距装置的位置）之间的距离值L：

L=f+fD’N/(X*dN)

其中 $D^{,}=D+2l\·\cos \left(\arcsin (\sqrt{2}/2n)\right)\·\sin (\mathrm{\π}/4-\arcsin (\sqrt{2}/2n))$

其中，f为镜头的焦距，D为第二分光镜和反光镜之间的主光轴长度，N为像面宽度方向上的像素数，X为像面的像面宽度，dN为像点间相距的像素数，n为第一分光镜和第二分光镜材料的相对折射率，l为第一分光镜和第二分光镜的厚度。f、D、D’、X、l单位为mm。

因此，由于f、D、N、X、l、n都为已知参数，处理模块读取某单个电晕故障点在像面3-2上形成像点之间相距的像素数dN即可计算出电晕故障点（即待测点）与探测点之间的距离值L。显示器显示该距离值L和/或dN。

如，当相对折射率n为1.46，D为30mm，l为8mm，则可得到经验公式为L=f+33.866*fN/(X*dN)。

在另外一些实施例中，由于f、D、N、X、l、n都为已知参数，故在使用时只需从该测距装置中读取上述计算公式所需的dN值，即可通过计算得到与电力检测人员所拍摄的图像相对应的电晕放电点的距离。

优选地，第一分光镜1和第二分光镜4均以熔融石英为基底材料，第一分光镜1在入射光路A方向上的前表面或后表面镀有适用于日盲紫外波段和可见光波段的分光膜，该分光膜可以为透日盲紫外反可见光分光膜或具有一定分光比例的分光膜；第二分光镜4在入射光路A方向上的后表面镀有适用于日盲紫外波段和可见光波段的分光膜，该分光膜为具有一定分光比例的分光膜。第一分光镜1在入射光路A方向上的后表面或前表面和第二分光镜4在入射光路A方向上的前表面分别镀有适用于日盲紫外波段的增透膜，其对日盲紫外光具有高透射率。反射镜5为前表面镀有保护膜的镀铝或镀银反射镜，其对日盲紫外光具有高反射率，保护膜可以防止铝或银被氧化，优选的，该保护膜为氟化镁保护膜。

综上所述，本发明的日盲紫外成像式测距装置能够使工作人员在电晕检测时，在对电晕图像进行定性分析的同时还可得到电晕故障点的距离，从而为电晕检测建立更为客观的评价依据，使工作人员能够定量评价电力设备的损坏程度，从而及时有效地对电力设备进行维护，提高电力系统安全维护的效率。

虽然本发明已以较佳实施例表述如上，然其并非用以限定本发明。对本领域技术人员而言，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作合理更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，包括第一分光镜(1)、第二分光镜(4)、反射镜(5)、可见光成像模块(2)和日盲紫外成像模块(3)，所述日盲紫外成像模块(3)设置有镜头(3-1)和像面(3-2)，所述第一分光镜(1)、第二分光镜(4)、反射镜(5)均与所述镜头(3-1)的主光轴成45度角并且第一分光镜(1)、第二分光镜(4)、反射镜(5)和镜头(3-1)的各子午面互相重合，所述第一分光镜(1)、第二分光镜(4)及日盲紫外成像模块(3)在一入射光路上依次排列且第一分光镜(1)和第二分光镜(4)位于所述镜头(3-1)的前方，所述反射镜(5)、第二分光镜(4)及日盲紫外成像模块(3)在另一路入射光路上依次排列并且反射镜(5)与可见光成像模块(2)分设于日盲紫外成像模块(3)的两侧；

所述第一分光镜(1)置入在所述入射光路上且其在光路方向上的前表面覆盖可见光成像模块(2)的全部视场，所述第一分光镜(1)和第二分光镜(4)置入在所述入射光路上且覆盖光路方向上日盲紫外成像模块(3)经第二分光镜(4)透射的全部视场，所述反射镜(5)置入在所述另一路入射光路上且覆盖光路方向上日盲紫外成像通道(3)经第二分光镜光路方向上后表面(4)反射的全部视场。

2.根据权利要求1所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述日盲紫外成像式测距装置还包括后端图像处理模块，其用于读取所述像面(3-2)上所成像点间相距的像素数。

3.根据权利要求2所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述后端图像处理模块还根据所述成像点间相距的像素数计算待测点与探测点之间的距离值。

4.根据权利要求3所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述日盲紫外成像式测距装置根据所述像面上所成像点间的宽度，以如下公式计算待测点与探测点的距离值：

距离值＝f+fD’N/(X*dN)

$D^{,}=D+2l\·\cos \left(\arcsin \right(\sqrt{2}/2n\left)\right)\·\sin (\mathrm{\π}/4-\arcsin (\sqrt{2}/2n\left)\right)$

其中，f为镜头(3-1)的焦距，D为第二分光镜(4)和反光镜(5)之间的主光轴长度，N为像面(3-2)宽度方向上的像素数，X为像面(3-2)的像面宽度，dN为像点间相距的像素数，n为第一分光镜(1)和第二分光镜(4)的相对折射率，l为第一分光镜(1)和第二分光镜(4)的厚度。

5.根据权利要求1所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述日盲紫外成像式测距装置还包括连接至所述后端图像处理模块的显示器。

6.根据权利要求1所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述第一分光镜(1)和第二分光镜(4)均以熔融石英为基底材料，且第一分光镜(1)在入射光路方向上的前表面或后表面和第二分光镜(4)在入射光路方向上的后表面分别镀有适用于日盲紫外波段和可见光波段的分光膜。

7.根据权利要求1所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述第一分光镜(1)在入射光路方向上的后表面或前表面和第二分光镜(4)在入射光路方向上的前表面分别镀有适用于日盲紫外波段的增透膜。

8.根据权利要求1所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述反射镜(5)为前表面镀有保护膜的镀铝或镀银反射镜。

9.根据权利要求8所述的日盲紫外成像式测距装置，其特征在于，所述保护膜为氟化镁保护膜。