CN104064989B - 一种输电线路上异物的激光远程清除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路上异物的激光远程清除装置及方法，装置包括激光器、数控底座、光束准直器、可见指示光单元、扫描振镜、测距仪、电子望远瞄准具、控制器和发射筒，利用该装置及方法，仅需一个操作人员，无需动用大型设备或者其它辅助装备，也无须攀爬杆塔或软梯，不用考虑地形和线路高度等环境条件，只需调整装置瞄准目标并发射激光，数十秒内就可以将异物清除或击落，整个过程操作人员与输电线路设施设备无任何接触，可带电作业实现远距离及时、快速、安全地清除线上异物，具有良好的应用前景。

Description

一种输电线路上异物的激光远程清除装置及方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路上异物的激光远程清除装置及方法，属于输变电技术领域。

背景技术

目前，输配电线路绝大部分是由无绝缘层保护的裸金属线通过杆塔架设在空中，但是，风筝、风筝线、塑料布、广告布等漂浮性异物很容易吹落到裸露的金属导线上，一旦此类漂浮性的异物受雨、雪、露浸湿，极易造成金属导线相间短路、单相接地等故障，从而导致输配电线路的跳闸或线路损毁，甚至垂落到人畜可接触位置的异物，则有可能造成人畜伤亡，因此，及时清理输电线路上的异物对于供电安全十分重要。传统的清除输电线路上的异物采用等电位带电作业处理或者停电处理，主要使用的工具、方法及缺点，介绍如下，

1）带电使用绝缘操作杆处理，可操作距离有限，需要攀爬杆塔，费时费力，且具有一定危险性；

2）绝缘绳索缠绕牵引清除，需要将清除装置抛掷到架空输电线路上，对于离地较高的线路上异物操作比较困难，清除较大异物也比较困难；

3）使用吊篮、软梯进行手工处理，需要攀爬杆塔，作业难度较大，具有一定危险性；

4）用绝缘斗臂车处理，可处理大范围移动的缺陷，但受地理条件和高度限制极大；

5）线控或遥控线上爬行清除装置等较新的工具，需要将装置安放到线路上，也需要攀爬杆塔；

上述的工具及方法，普遍具有作业程序复杂、作业时间长、人员体力消耗大、作业安全风险高、人力物力消耗大等问题。

发明内容

本发明的目的是克服传统的清除输电线路上的异物的工具及方法，作业程序复杂、作业时间长、人员体力消耗大、作业安全风险高、人力物力消耗大等问题。本发明的输电线路上异物的激光远程清除装置及方法，无须其它辅助设备，也无须攀爬杆塔，操作人员与输电线路设备无直接接触，可远距离及时、快速、安全地清除线上异物，操作方便，省时省力，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：包括激光器、数控底座、光束准直器、可见指示光单元、扫描振镜、测距仪、电子望远瞄准具、控制器和发射筒，所述激光器、光束准直器、可见指示光装置、扫描振镜从下到上依次安装在发射筒内，所述发射筒通过旋转轴安装在数控底座的侧面，所述发射筒以旋转轴为轴旋转，所述激光器的出光口朝上，且上方设有光束准直器，所述可见指示光单元位于光束准直器的正上方，所述扫描振镜设置在发射筒上部的出光口处，所述测距仪安装固定在发射筒的顶部，所述电子望远瞄准具安装固定在测距仪的上方，所述控制器通过电缆分别连接到电子望远瞄准具、测距仪、扫描振镜、激光器、数控底座的控制信号输入端。

前述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：还包括电源和冷却单元，所述电源用于给冷却单元、数控底座和激光器提供工作电源；所述电源包括发电机和稳压器，所述发电机为汽油发电机或柴油发电机；所述冷却单元用于发射筒内的激光器进行冷却。

前述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述激光器采用红外波段的中高功率二氧化碳激光器或者固定激光器，用于产生灼烧损毁输电线路的异物所需的激光，所述激光器的激光光源的光功率可调节。

前述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述光束准直器采用至少两块镜片组成望远准直光学单元，用于将激光器产生的激光光束准直。

前述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述可见光单元包括可见光源和光楔，所述光楔的两面镀膜，一面为红外激光高透膜，另一面为可见光高反膜，所述光楔的镀红外激光高透膜的一面放置在光束准直器输出的激光光束的光轴上，所述可见光源固定在发射筒的一侧，所述可见光源发出准直的可见光束，发射到光楔的镀可见光高反膜的一面，可见光束被光楔反射后与激光器产生的激光光束同轴同向。

前述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述扫描振镜用于将同轴同向的激光光束、可见光束，发射筒所指方向正负20°范围内自动快速改变方向，跟踪瞄准处于摇摆运动状态的异物目标。

前述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述电子望远瞄准具用于观察和瞄准远处的异物目标，其的望远方向与发射筒侧面的出光口方向平行。

基于上述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置的清除方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（A），通过人眼观察异物目标所在方向和位置；

步骤（B），打开控制器，控制器对激光器、数控底座、光束准直器、可见指示光单元、扫描振镜、测距仪、电子望远瞄准具进行初始化；

步骤（C），通过控制器控制数控底座转动，带动发射筒的出光口指向异物目标所在方向，并通过显示在控制器上的来自电子望远瞄准具的图像，寻找到异物目标；

步骤（D），在对准异物目标后，通过控制器控制测距仪对目标进行测距；

步骤（E），控制器根据异物目标的距离、在图像中判断得到的异物目标的材料信息，计算需要的激光功率；

步骤（F），控制器开启冷却单元、激光器，冷却单元用于给工作的激光器进行冷却；

步骤（G），控制器控制激光器、可见指示光装单元的可见光源，根据计算需要的激光功率的出光，使发射筒的出光口出现一条光束；

步骤（H），控制器通过图像识别获取异物目标的运动轨迹，并控制扫描振镜改变光束的方向，跟踪射击异物目标；

步骤（I），光束照射到远处输电线路上的异物目标，灼烧异物目标，若异物目标大，扫描振镜控制异物目标上的光斑按设定的方向和速度移动并保持在异物目标上，使异物目标被远程切割损毁坠落；

步骤（J），异物目标清除结束，控制器发出命令，控制激光器、可见指示光装单元的可见光源停止出光，激光器、可见光源、冷却单元依次关闭，关闭电源。

本发明的有益效果是：本发明的输电线路上异物的激光远程清除装置及方法，无须其它辅助设备，也无须攀爬杆塔，操作人员与输电线路设备无直接接触，可远距离及时、快速、安全地清除线上异物，操作方便，省时省力，并具有以下优点，

（1）以二氧化碳激光器或固体激光器为激光光源，成本较低；

（2）不使用时，发射筒可以旋转成竖直放置，整体装置占地面积小，方便车载和使用；

（3）可对空中动态目标进行自动跟踪瞄准，对于随风摆动的导线和异物，能够跟踪射击清除；

（4）利用激光方向性好、能量高的特点，实现在地面对空中异物的远程清除，作业操作简单，时间短，效率高，可大范围清除输电线路异物；

（5）利用激光与异物目标材料的光热作用远程清除异物，无须作业人员攀爬杆塔或软梯，可带电作业，作业人员人身安全有较高保障；

（6）采用激光的功率密度小于对金属导线的损伤阈值，保证输电线路设备安全，同时由于与输电线路设备无物理接触，对输电线路设备保护更有利。

附图说明

图1是本发明的输电线路上异物的激光远程清除装置的结构示意图。

图2是本发明的激光远程清除装置输出的光束照射到远处输电线路上的异物目标的结构示意图。

附图中标记的含义如下：

1：激光器；2：数控底座；3：光束准直器；4：可见指示光单元；401：；402：；6：扫描振镜；7：测距仪；8：电子望远瞄准具；9：控制器；10：电源；11：冷却单元；12：发射筒；13：旋转轴。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的输电线路上异物的激光远程清除装置，利用该装置，仅需一个操作人员，无需动用大型设备或者其它辅助装备，也无须攀爬杆塔或软梯，不用考虑地形和线路高度等环境条件，只需调整装置瞄准目标并发射激光，数十秒内就可以将异物清除或击落，整个过程操作人员与输电线路设施设备无任何接触，可带电作业实现远距离及时、快速、安全地清除线上异物，具体包括激光器1、数控底座2、光束准直器3、可见指示光单元4、扫描振镜6、测距仪7、电子望远瞄准具8、控制器9和发射筒12，激光器1、光束准直器3、可见指示光装置4、扫描振镜6从下到上依次安装在发射筒12内，发射筒12通过旋转轴13安装在数控底座2的侧面，所述发射筒12以旋转轴13为轴旋转，这样在不使用时，发射筒12可以垂直放置在数控底座2一侧，占地面积小，发射筒12，可随数控底座2在水平方向转动，同时发射筒12能够以旋转轴13为轴转动，调节发射筒12的倾斜角度，所述激光器1的出光口朝上，且上方设有光束准直器3，可见指示光单元4位于光束准直器3的正上方，扫描振镜6设置在发射筒12上部的出光口处，测距仪7安装固定在发射筒12的顶部，对远处目标进行测距，电子望远瞄准具8安装固定在测距仪7的上方，控制器9通过电缆分别连接到电子望远瞄准具8、测距仪7、扫描振镜6、激光器1、数控底座2的控制信号输入端。

所述控制器9为具有显示屏和图像处理功能的PC或者嵌入式系统，可外接操纵杆等控制设备，可带指纹认证、通信模块、GPS、存储模块、视频监控功能；

本发明还包括电源10和冷却单元11，电源10用于给冷却单元11、数控底座2和激光器1提供工作电源；电源10包括发电机和稳压器，发电机为汽油发电机或柴油发电机，；所述冷却单元11用于发射筒12内的激光器1进行冷却，与激光器1相连接。

所述激光器1采用红外波段的中高功率二氧化碳激光器或者固定激光器，用于产生灼烧损毁输电线路的异物所需的激光，所述激光器1的激光光源的光功率可调节，以适应不同距离和不同材料的异物目标的清除需求；

所述光束准直器3采用至少两块镜片组成望远准直光学单元，用于将激光器1产生的激光光束准直，减小激光束的发散角，提高异物目标清除的射程；

所述可见光单元4包括可见光源401和光楔402，光楔402的两面镀膜，一面为红外激光高透膜，另一面为可见光高反膜，光楔402的镀红外激光高透膜的一面放置在光束准直器3输出的激光光束的光轴上，可见光源401固定在发射筒12的一侧，可见光源401发出准直的可见光束，以一定角度射到光楔402的镀可见光高反膜的一面，保证可见光束被光楔402反射后与激光器1产生的激光光束同轴同向。

所述扫描振镜6用于将同轴同向的激光光束、可见光束，在发射筒所指方向正负20°范围内自动快速改变方向，跟踪瞄准处于摇摆运动状态的异物目标，因此，扫描振镜6的作用有两个：一是异物有摇摆运动时，实现光斑的自动跟踪；二是异物较大时，实现光斑在异物上运动并将异物切割成碎片，使其掉落。

所述电子望远瞄准具8用于观察和瞄准远处的异物目标，其的望远方向与发射筒12侧面的出光口方向平行，电子望远瞄准具8利用电子望远镜和瞄准技术原理，用于观察和大致瞄准远处的目标，可由控制器9控制调焦，便于观察不同距离处的目标，视频图像数据通过数据线传输到控制器9，控制器9利用视频分划瞄准对异物目标进行自动或者手动瞄准。

本发明还包括安全控制单元，安全控制单元与控制器9相连接，可预防因激光器1的高功率激光的不当使用导致人身伤害或者火灾事故。

基于上述的输电线路上异物的激光远程清除装置的清除方法，包括以下步骤，

步骤（A），通过人眼观察异物目标所在方向和位置；

步骤（B），打开控制器9，控制器对激光器1、数控底座2、光束准直器3、可见指示光单元4、扫描振镜6、测距仪7、电子望远瞄准具8进行初始化；

步骤（C），通过控制器9控制数控底座2转动，带动发射筒12的出光口指向异物目标所在方向，并通过显示在控制器9上的来自电子望远瞄准具8的图像，寻找到异物目标；

步骤（D），在对准异物目标后，通过控制器9控制测距仪7对目标进行测距；

步骤（E），控制器9根据异物目标的距离、在图像中判断得到的异物目标的材料信息，计算需要的激光功率，控制在安全控制单元内，否则，安全控制单元将进行报警；

步骤（F），控制器9开启冷却单元11、激光器1，冷却单元11用于给工作的激光器1进行冷却；

步骤（G），控制器9控制激光器1、可见指示光装单元4的可见光源401，根据计算需要的激光功率的出光，使发射筒12的出光口出现一条光束；

步骤（H），控制器9通过图像识别获取异物目标的运动轨迹，并控制扫描振镜6改变光束的方向，跟踪射击异物目标；

步骤（I），如图2所示，激光远程清除装置输出的光束照射到远处输电线路上的异物目标，灼烧异物目标，若异物目标大，扫描振镜6控制异物目标上的光斑按设定的方向和速度（用户可以自行设定的设定方向和速度）移动并保持在异物目标上，使异物目标被远程切割损毁坠落；

步骤（J），异物目标清除结束，控制器9发出命令，控制激光器1、可见指示光装单元4的可见光源401停止出光，激光器1、可见光源401、冷却单元11依次关闭，关闭电源10。

综上所述，本发明的输电线路上异物的激光远程清除装置及方法，无须其它辅助设备，也无须攀爬杆塔，操作人员与输电线路设备无直接接触，可远距离及时、快速、安全地清除线上异物，操作方便，省时省力，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：包括激光器（1）、数控底座（2）、光束准直器（3）、可见指示光单元（4）、扫描振镜（6）、测距仪（7）、电子望远瞄准具（8）、控制器（9）和发射筒（12），所述激光器（1）、光束准直器（3）、可见指示光单元（4）、扫描振镜（6）从下到上依次安装在发射筒（12）内，所述发射筒（12）通过旋转轴（13）安装在数控底座（2）的侧面，所述发射筒（12）以旋转轴（13）为轴旋转，所述激光器（1）的出光口朝上，且上方设有光束准直器（3），所述可见指示光单元（4）位于光束准直器（3）的正上方，所述扫描振镜（6）设置在发射筒（12）上部的出光口处，所述测距仪（7）安装固定在发射筒（12）的顶部，所述电子望远瞄准具（8）安装固定在测距仪（7）的上方，所述控制器（9）通过电缆分别连接到电子望远瞄准具（8）、测距仪（7）、扫描振镜（6）、激光器（1）、数控底座（2）的控制信号输入端，所述光束准直器（3）采用至少两块镜片组成望远准直光学单元，用于将激光器（1）产生的激光光束准直，所述可见指示光单元（4）包括可见光源（401）和光楔（402），所述光楔（402）的两面镀膜，一面为红外激光高透膜，另一面为可见光高反膜，所述光楔（402）的镀红外激光高透膜的一面放置在光束准直器（3）输出的激光光束的光轴上，所述可见光源（401）固定在发射筒（12）的一侧，所述可见光源（401）发出准直的可见光束，发射到光楔（402）的镀可见光高反膜的一面，可见光束被光楔（402）反射后与激光器（1）产生的激光光束同轴同向。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：还包括电源（10）和冷却单元（11），所述电源（10）用于给冷却单元（11）、数控底座（2）和激光器（1）提供工作电源；所述电源（10）包括发电机和稳压器，所述发电机为汽油发电机或柴油发电机；所述冷却单元（11）用于发射筒（12）内的激光器（1）进行冷却。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述激光器（1）采用红外波段的中高功率二氧化碳激光器或者固定激光器，用于产生灼烧损毁输电线路的异物所需的激光，所述激光器（1）的激光光源的光功率可调节。

4.根据权利要求1所述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述扫描振镜（6）用于将同轴同向的激光光束、可见光束，扫描振镜（6）在发射筒（12）所指方向正负20°范围内改变方向，跟踪瞄准处于摇摆运动状态的异物目标。

5.根据权利要求1所述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置，其特征在于：所述电子望远瞄准具（8）用于观察和瞄准远处的异物目标，其的望远方向与发射筒（12）侧面的出光口方向平行。

6.基于权利要求1所述的一种输电线路上异物的激光远程清除装置的清除方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（A），通过人眼观察异物目标所在方向和位置；

步骤（B），打开控制器（9），控制器对激光器（1）、数控底座（2）、光束准直器（3）、可见指示光单元（4）、扫描振镜（6）、测距仪（7）、电子望远瞄准具（8）进行初始化；

步骤（C），通过控制器（9）控制数控底座（2）转动，带动发射筒（12）的出光口指向异物目标所在方向，并通过显示在控制器（9）上的来自电子望远瞄准具（8）的图像，寻找到异物目标；

步骤（D），在对准异物目标后，通过控制器（9）控制测距仪（7）对目标进行测距；

步骤（E），控制器（9）根据异物目标的距离、在图像中判断得到的异物目标的材料信息，计算需要的激光功率；

步骤（F），控制器（9）开启冷却单元（11）、激光器（1），冷却单元（11）用于给工作的激光器（1）进行冷却；

步骤（G），控制器（9）控制激光器（1）、可见指示光单元（4）的可见光源（401），根据计算需要的激光功率的出光，使发射筒（12）的出光口出现一条光束；

步骤（H），控制器（9）通过图像识别获取异物目标的运动轨迹，并控制扫描振镜（6）改变光束的方向，自动跟踪射击异物目标；

步骤（I），光束照射到远处输电线路上的异物目标，灼烧异物目标，若异物目标大，扫描振镜（6）控制异物目标上的光斑按设定的方向和速度移动并保持在异物目标上，使异物目标被远程切割损毁坠落；

步骤（J），异物目标清除结束，控制器（9）发出命令，控制激光器（1）、可见指示光单元（4）的可见光源（401）停止出光，激光器（1）、可见光源（401）、冷却单元（11）依次关闭，关闭电源（10）。