CN103364791A - 一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置，其特征是：激光雷达装置的激光发生装置和接收装置分离，把接收装置的激光接收器和激光套筒（2）—安装于杆塔横担（14）处，在激光套筒内增设一全反射镜（1），镜面与水平地面保持45°角度，且随激光套筒实现360°旋转。本发明有效地降低了带动激光接收装置旋转的电机功耗，进而使整套装机耗能降低到可支持范围内，同时，装置采用太阳能电池板及风力发电装置联合供电，并配以蓄电池，以保证供电可靠性，这就解决了用于输电线路山火监测的激光雷达装置的电源问题，能够实现对输电线路山火及时、准确、可靠的监测与预警。

Description

一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置

技术领域

本发明涉及一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置。

背景技术

目前，国内输电线路在线监测的内容主要包括线路覆冰、导线温度、线路气象状态、线路防盗和线路绝缘子泄漏电流等方面，对输电线路周围的山火监测的研究仍处于初步阶段。输电线路周围的山火监测主要有分布式终端监测法、图像识别法、卫星遥感地面热点法等几种方案，其中分布式终端监测法因监测范围太小，难以实现对输电线路较远距离山火的早期预警；图像识别法要求视频监测设备具有非常高的采样频率和拍摄质量才能为后续的山火特征识别提供必要的信息来源，且受电源和通讯的制约存在一定的局限性；卫星遥感地面热点法不仅受卫星过境的时间的限制，难以实现全天候监测，而且监测结果易受云层影响较大。这些方案在具体工程实施中出现的问题越来越突出。如今面对山火对输电线路构成的威胁日益增大、严重影响到输电线路安全运行的严峻形势，有必要对现有山火监测方案进行改进和创新。

在大气环境污染监测气体浓度中，激光雷达技术已经得到了很好的应用，这为输电线路的山火监测与预警提供新的有力手段。但是，由于状态监测量的不同以及输电线路现场运行环境的极大差异，特别是受输电线路在线监测设备的电源限制，现有的应用于大气环境气体浓度监测的激光雷达装置无法直接有效地应用于输电线路走廊范围内的山火监测与预警。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置，其特征是：所述的激光雷达装置的激光发生装置和接收装置分离，包括光接收器和激光套筒的接收装置安装于输电杆塔的横担处，在激光套筒内的激光接收器前增设一全反射镜，镜面与水平地面保持45°角度，且随激光套筒实现360°旋转，把激光发生装置的激光发射器和准直镜安装于所述的输电杆塔的底部，发射激光对准全反射镜。

所述的激光接收器包括装设在激光套筒内的光学探测器和牛顿望远镜，所述的接收装置还包括与光学探测器依次连接的光子计数器、数据采集器和计算机。

所述的激光发生装置还包括依次连接的工控箱和供电设备，所述的供电设备包括太阳能电池板及风力发电装置联合供电，并配以蓄电池。

所述的激光发射器、准直镜、工控箱、供电电源及其控制系统等均安装于杆塔底部恒温箱内。

所述的太阳能电池板和风力发电装置安装于杆塔横担处，而蓄电池和电源控制系统安装于杆塔底部恒温箱内。

有益效果：本发明将激光雷达技术应用于输电线路山火监测，并对激光雷达装置进行了改进，将激光雷达装置激光发生装置和接收装置分离，把激光发射器和准直镜安装于杆塔底部，而激光接收器和激光套筒则安装于杆塔横担处，由此横担处装置的整体重量大大降低，这就有效地降低了带动激光接收装置旋转的电机功耗，进而使整套装机耗能降低到可支持范围内。同时，装置采用太阳能电池板及风力发电装置联合供电，并配以蓄电池，以保证供电可靠性，这就解决了用于输电线路山火监测的激光雷达装置的电源问题。改进的激光雷达装置能够实现对输电线路山火及时、准确、可靠的监测与预警。

附图说明

图1为现有激光雷达装置结构示意图；

图2为改进后的激光雷达装置结构及其工作原理示意图；

图3为本发明实施例的设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置示意图。

图中：1-全反射镜，2-激光套筒，3-激光发射器，4-准直镜，5-光学探测器，6-牛顿望远镜，7-光子计数器，8-数据采集器，9-计算机，10-工控箱，11-供电设备，12-烟雾，13-输电杆塔，15-向后散射光信号，16-滤光镜，17-光学接收器，18-光电倍增管，19-激光信号。

具体实施方式

如图1所示，为现有的激光雷达装置结构图，一般都将激光发射装置、接收装置等均装设于激光套筒内，这样就导致激光套筒整体较重，通常大约有10kg重。当整套激光装置正常工作，激光套筒转动进行扫描时，装置大约需消耗上百瓦的功率，若将其安装在输电线路杆塔上，这对装置的供电电源无疑是个巨大而艰巨的任务。

因此，我们希望将激光雷达装置整体耗能降低，在太阳能、风能等分布式能源供电条件下足以保证装置的供电可靠性及稳定性，以解决野外输电线路装置供电困难的问题。本申请对现有的激光雷达装置进行了改进完善，大大降低装置的整体功耗，以适用于输电线路山火监测。

如图2所示，为改进后的激光雷达装置实施例，激光雷达装置的激光发生装置和接收装置分离，包括光接收器和激光套筒的接收装置安装于输电杆塔的横担处，在激光套筒内的激光接收器前增设一全反射镜，镜面与水平地面保持45°角度，且随激光套筒实现360°旋转，由此横担处装置的整体重量大大降低，有效地降低了带动激光套筒旋转的电机功耗，进而实现了整体装置低功耗的目标。

把激光发生装置的激光发射器及准直镜取出并安装在杆塔底部，激光发射器向上竖直发射出激光，并经全反射镜，改变激光方向并发射出去，然后打在输电线路山火烟雾上，又经烟雾气溶胶反射，并将反射回来的光学信号通过激光接收器接收，再传输到安装于杆塔底部的计算机进行处理分析，实现对输电线路山火状态全方位、及时、准确、可靠的预警。

图3所示为本发明的使用安装示意图。

激光接收器还包括装设在激光套筒内的光学探测器和牛顿望远镜，接收装置还包括与光学探测器依次连接的光子计数器、数据采集器和计算机，激光发生装置还包括依次连接的工控箱和供电设备，供电设备包括太阳能电池板及风力发电装置联合供电，并配以蓄电池。

激光接收器包括装设在激光套筒2内的光学探测器5和牛顿望远镜6，在激光套筒2内增设一全反射镜1，镜面与水平地面保持45°角度，且随激光套筒实现360°旋转；接收装置还包括与光学探测器5依次连接的光子计数器7、数据采集器8和计算机9。

把激光发生装置的激光发射器3和准直镜4安装于输电杆塔13底部，发射激光对准全反射镜1，激光发生装置还包括依次连接的工控箱10和供电设备11，供电设备包括太阳能电池板及风力发电装置联合供电，并配以蓄电池。

输电杆塔13，激光雷达装置的激光发射器3、准直镜4、工控箱10、供电电源及其控制系统等均安装于杆塔底部的一恒温箱内，恒温箱防腐、防水，能保证激光雷达装置的安全、可靠、稳定运行。该激光雷达装置采用太阳能电池板及风力发电装置联合供电，并配以蓄电池，以保证供电可靠性，太阳能电池板和风力发电装置安装于杆塔横担处，而蓄电池和电源控制系统安装于杆塔底部恒温箱内。

将激光发射器与准直镜安装在杆塔底部，并调整激光发射器和准直镜的位置，使得激光发射器所发射出的激光能够竖直打到全反射镜上并反射出去，当输电线路周围有山火发生时，激光信号15碰到山火烟雾12反射回来成为向后散射光信号15，并被激光接收装置接收和处理。

工控箱、计算机以及电源供应设备均放置在铁塔的底端，并装于防腐、防水的恒温箱中，保证工控箱、计算机能够正常运行。

针对目前输电线路山火监测方案存在的问题，并受激光雷达装置应用于大气环境监测的启发，本申请设计了一套改进了的激光雷达装置，并将其应用于输电线路山火监测。此套监测将安装于激光套筒中的激光发射器和准直镜取出，并装设于杆塔底部，有效地降低了安装于杆塔横担处激光套筒的质量，使得激光旋转时的系统功耗得到了大大降低，从而实现了基于激光雷达装置的输电线路宽范围、全天候、高精度的山火监测。

Claims (4)

1.一种设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置，其特征是：所述激光雷达装置的激光发生装置和接收装置分离，所述的包括激光接收器和激光套筒（2）的接收装置安装于输电杆塔（13）的横担处，在激光套筒内的激光接收器前增设一全反射镜（1），镜面与水平地面保持45°角度，且随激光套筒实现360°旋转；所述的激光发生装置包括激光发射器（3）和准直镜（4）、安装于所述的输电杆塔的底部，发射激光对准全反射镜。

2.根据权利要求1所述的设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置，其特征是：所述的接收装置的激光接收器包括装设在激光套筒内的光学探测器（5）和牛顿望远镜（6）、还包括与光学探测器依次连接的光子计数器（7）、数据采集器（8）和计算机（9）。

3.根据权利要求2所述的设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置，其特征是：所述的激光发生装置还包括依次连接的工控箱（10）和供电设备（11），所述的供电设备包括太阳能电池板及风力发电装置联合供电、并配以蓄电池。

4.根据权利要求3所述的设于输电杆塔的输电线路山火监测激光雷达装置，其特征是：所述的激光发射器、准直镜、工控箱、供电电源及其控制系统等均安装于杆塔底部恒温箱内；所述的太阳能电池板和风力发电装置安装于杆塔横担处。

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