CN106707123B - 一种基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，包括多旋翼无人机，本体外有超声波传感器、移动塔台、摄像机、云台和同步控制机构，本体内有飞行控制单元、电调机构、云台控制器、超声波数据处理单元及无线数据传输电台。超声波传感器及摄像机分别采集局放信号和现场图像后与地面站实现传输，而在采集之前，通过MEMS陀螺检测仪检测云台转动姿态来获取摄像机的聚焦点以及通过定位器检测移动塔台转动姿态来获取超声波传感器的聚焦点，通过微型伺服控制器对比输出指令给微型伺服电机来校正移动塔台的转动，使得两个聚焦点位于平行或垂直轴线上。实施本发明，可对架空线路进行局放信号检测，克服地理因素的影响，大大提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及架空线路局放信号检测技术领域，尤其涉及一种基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置。
背景技术
架空线绝缘子、避雷器及熔断器等设备会因产品质量老化产生局部放电，若设备长时间放电则可造成设备绝缘损害，导致线路故障跳闸，将对居民生活带来很大不便，对当地企业造成重大经济损失。因此，为提高巡检的效率和准确性，在局部放电的中早期发现局部放电的位置并予以处理，将极大的提高电网运行的可靠性。
然而，架空铁塔本身高度较高，且大多数处于野外山区等复杂地形，当户外架空线架设于上述数十米高的架空铁塔上时，传统的局部放电检测装置已不再适用，使得检测非常困难，存在效率低和准确性差等问题。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，采用无人机平台对架空线路进行局放信号检测，克服了地理因素的影响，并大大提高工作效率。
为了解决上述问题，本发明提供一种基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，包括与地面站相配合的多旋翼无人机，所述多旋翼无人机包括本体，所述本体的外部设有超声波传感器、移动塔台、云台、摄像机和同步控制机构；所述本体的内部设有飞行控制单元、电调机构、云台控制器、超声波数据处理单元及无线数据传输电台；其中，
所述超声波传感器安装于所述移动塔台的中间部位，且一端与所述本体内部的超声波数据处理单元的一端相连，用于采集架空线路局放信号；
所述移动塔台的一端滑动的安装于所述本体外部，另一端与所述同步控制机构的一端相连，用于在所述同步控制机构的控制下，调整所述超声波传感器在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；
所述摄像机安装于所述云台的中间部位，且与所述本体内部的无线数据传输电台的第一端相连，用于获取架空线路现场环境图像；
所述云台的一端与所述同步控制机构的另一端相连，另一端与所述本体内部的云台控制器的一端相连，用于在所述云台控制器的控制下，调整所述摄像机在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；
所述同步控制机构包括MEMS陀螺检测仪、定位器、微型伺服电机和微型伺服控制器；其中，所述MEMS陀螺检测仪的一端与所述云台相连，另一端与所述微型伺服控制器的第一端相连，用于检测所述云台的当前转动角度，并获取所述云台上的摄像机在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；所述定位器的一端与所述移动塔台相连，另一端与所述微型伺服控制器的第二端的相连，用于获取所述超声波传感器在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；所述微型伺服控制器的第三端与所述微型伺服电机的一端相连，用于对比所述超声波传感器对应形成的聚焦点的位置与所述摄像机对应形成的聚焦点的位置，并根据对比结果输出相应的调节指令；所述微型伺服电机的另一端与所述移动塔台相连，用于获取所述微型伺服控制器输出的相应调节指令，水平方向和/或垂直方向校正所述移动塔台的转动角度，使得所述超声波传感器对应形成的聚焦点的位置与所述摄像机对应形成的聚焦点的位置位于同一平行或垂直于所述架空线路的轴线上；
所述飞行控制单元分别与所述电调机构、所述云台控制器的另一端及所述无线数据传输电台的第二端相连，用于接收所述地面站发送的指令并执行输出相关控制指令；其中，所述控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；
所述电调机构，用于根据所述飞行控制单元输出的第一控制指令，调整所述多旋翼无人机飞行方向；
所述云台控制器，用于根据所述飞行控制单元输出的第二控制指令，在0至360度范围内调整所述云台的转动角度；
所述超声波数据处理单元的另一端与所述无线数据传输电台的第三端相连，用于将所述超声波传感器获取的局放信号进行处理；
所述无线数据传输电台的第四端通过无线方式与所述地面站相连，用于根据所述飞行控制单元输出的第三控制指令，实现所述摄像机采集的现场环境图像以及所述超声波传感器采集数据经所述超声波数据处理单元处理后的数据分别传输至所述地面站。
其中，所述电调机构由四个电调形成，实现所述多旋翼无人机四个飞行方向的飞行控制。
其中，所述多旋翼无人机为四轴飞行器，采用450mm碳纤维机架，X2412S/KV980电机，配置9943桨叶及11.1V/5200mAh/30C锂电池。
其中，所述摄像机采用致冷型红外成像仪，测量范围为-40℃～550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，采用多旋翼无人机的飞行平台对架空线路进行局放信号检测，克服了地理因素的影响，并大大提高工作效率；
2、在本发明实施例中，在采集局放信号之前，采用同步控制机构中的MEMS(MicroElectro Mechanical System，微机电系统)陀螺检测仪检测云台的转动姿态并获取摄像机的聚焦点，通过该机构的定位器获取超声波传感器的聚焦点，且进一步在该机构的微型伺服控制器中对比输出调节指令给该机构的微型伺服电机来校正云台的转动角度，使得摄像机的聚焦点和超声波传感器的聚焦点位于同一垂直于架空线路的轴线上，从而确保超声波传感器能够精确对准架空线路，使得局放信号采集的精确度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置的系统结构示意图；
图2为图1中同步控制机构的系统结构示意图；
图3为与图1中配电架空线路局放检测装置相配合的地面站的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1和图2所示，为本发明实施例中，提供的一种基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，包括与地面站(如图3所示)相配合的多旋翼无人机，多旋翼无人机包括本体，本体的外部设有超声波传感器11、移动塔台15、云台12、摄像机13和同步控制机构14；本体的内部设有飞行控制单元21、电调机构22、云台控制器23、超声波数据处理单元24及无线数据传输电台25；其中，
超声波传感器11安装于移动塔台15的中间部位，且一端与本体内部的超声波数据处理单元24的一端相连，用于采集架空线路局放信号；
移动塔台15的一端滑动的安装于本体外部，另一端与同步控制机构14的一端相连，用于在同步控制机构14的控制下，调整超声波传感器11在架空线路上当前形成的聚焦点的位置；
摄像机13安装于云台12的中间部位，且与本体内部的无线数据传输电台25的第一端a1相连，用于获取架空线路现场环境图像；
云台12的一端与同步控制机构14的另一端相连，另一端与本体内部的云台控制器23的一端相连，用于在云台控制器23的控制下，调整摄像机13在架空线路上当前形成的聚焦点的位置；
同步控制机构14包括MEMS陀螺检测仪141、定位器142、微型伺服电机143和微型伺服控制器144；其中，MEMS陀螺检测仪141的一端与云台12相连，另一端与微型伺服控制器144的第一端b1相连，用于检测云台12的当前转动角度，并获取云台12上的摄像机13在架空线路上当前形成的聚焦点的位置；定位器142的一端与移动塔台15相连，另一端与微型伺服控制器144的第二端b2的相连，用于获取超声波传感器11在架空线路上当前形成的聚焦点的位置；微型伺服控制器144的第三端b3与微型伺服电机143的一端相连，用于对比超声波传感器11对应形成的聚焦点的位置与摄像机13对应形成的聚焦点的位置，并根据对比结果输出相应的调节指令；微型伺服电机143的另一端与移动塔台15相连，用于获取微型伺服控制器144输出的相应调节指令，水平方向和/或垂直方向校正移动塔台15的转动角度，使得超声波传感器11对应形成的聚焦点的位置与摄像机13对应形成的聚焦点的位置位于同一平行或垂直于架空线路的轴线上；
飞行控制单元21分别与电调机构22、云台控制器23的另一端及无线数据传输电台25的第二端a2相连，用于接收地面站发送的指令并执行输出相关控制指令；其中，控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；
电调机构22，用于根据飞行控制单元21输出的第一控制指令，调整多旋翼无人机飞行方向；
云台控制器23，用于根据飞行控制单元21输出的第二控制指令，在0至360度范围内调整云台12的转动角度；
超声波数据处理单元24的另一端与无线数据传输电台25的第三端a3相连，用于将超声波传感器11获取的局放信号进行处理；
无线数据传输电台25的第四端a4通过无线方式与地面站相连，用于根据飞行控制单元21输出的第三控制指令，实现摄像机13采集的现场环境图像以及超声波传感器11采集处理后的数据分别传输至地面站。
应当说明的是，移动塔台15的一端滑动的安装于本体外部，在外力驱动的情况下(如同步伺服控制机构14)，可实现该移动塔台15可以在本体外部水平方向及垂直方向移动。
在本发明实施例中，电调机构22由四个电调形成，实现多旋翼无人机四个飞行方向的飞行控制；该多旋翼无人机为四轴飞行器，采用450mm碳纤维机架，X2412S/KV980电机，配置9943桨叶及11.1V/5200mAh/30C锂电池，且摄像机13采用致冷型红外成像仪，测量范围为-40℃～550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口。
本发明实施例中的基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置具体检测架空线路局放信号的方法如下：
(1)在多旋翼无人机上电时，云台的转动姿态和移动塔台的转动姿态初始化到初始位置；
(2)通过地面站的遥控控制端，使多旋翼无人机飞到距离架空线路较近的空中并悬停；
(3)多旋翼无人机的云台指向架空线路时，MEMS陀螺仪检测云台的姿态发生变化，并将此变化采集发送到微型伺服控制器，同时定位器检测移动塔台的姿态，并将此变化采集发送到微型伺服控制器，微型伺服控制器经对比运算后发送指令给微型伺服电机来调整移动塔台的姿态，用于确保摄像机的聚焦点的位置和超声波传感器的聚焦点的位置位于同一平行或垂直于架空线路的轴线上；
(4)通过移动塔台在多旋翼无人机水平方向和/或垂直方向上的运动，将局放超声波传感器对准架空线方向；
(5)多旋翼无人机沿架空线路架设方向飞行；
(6)超声波数据处理单元将采集到的超声波传感器数据进行处理，并编码，通过无线数据传输电台发送到地面站的无线数据传输电台；
(7)通过地面站外接的PC机将接受到的数据进行分析及处理，检测是否有局部放电的现象发生。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、在本发明实施例中，采用多旋翼无人机的飞行平台对架空线路进行局放信号检测，克服了地理因素的影响，并大大提高工作效率；
2、在本发明实施例中，在采集局放信号之前，采用同步控制机构中的MEMS(MicroElectro Mechanical System，微机电系统)陀螺检测仪检测云台的转动姿态并获取摄像机的聚焦点，通过该机构的定位器获取超声波传感器的聚焦点，且进一步在该机构的微型伺服控制器中对比输出调节指令给该机构的微型伺服电机来校正云台的转动角度，使得摄像机的聚焦点和超声波传感器的聚焦点位于同一垂直于架空线路的轴线上，从而确保超声波传感器能够精确对准架空线路，使得局放信号采集的精确度更高。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，包括与地面站相配合的多旋翼无人机，其特征在于，所述多旋翼无人机包括本体，所述本体的外部设有超声波传感器、移动塔台、云台、摄像机和同步控制机构；所述本体的内部设有飞行控制单元、电调机构、云台控制器、超声波数据处理单元及无线数据传输电台；其中，
所述超声波传感器安装于所述移动塔台的中间部位，且一端与所述本体内部的超声波数据处理单元的一端相连，用于采集架空线路局放信号；
所述移动塔台的一端滑动的安装于所述本体外部，另一端与所述同步控制机构的一端相连，用于在所述同步控制机构的控制下，调整所述超声波传感器在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；
所述摄像机安装于所述云台的中间部位，且与所述本体内部的无线数据传输电台的第一端相连，用于获取架空线路现场环境图像；
所述云台的一端与所述同步控制机构的另一端相连，另一端与所述本体内部的云台控制器的一端相连，用于在所述云台控制器的控制下，调整所述摄像机在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；
所述同步控制机构包括MEMS陀螺检测仪、定位器、微型伺服电机和微型伺服控制器；其中，所述MEMS陀螺检测仪的一端与所述云台相连，另一端与所述微型伺服控制器的第一端相连，用于检测所述云台的当前转动角度，并获取所述云台上的摄像机在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；所述定位器的一端与所述移动塔台相连，另一端与所述微型伺服控制器的第二端的相连，用于获取所述超声波传感器在所述架空线路上当前形成的聚焦点的位置；所述微型伺服控制器的第三端与所述微型伺服电机的一端相连，用于对比所述超声波传感器对应形成的聚焦点的位置与所述摄像机对应形成的聚焦点的位置，并根据对比结果输出相应的调节指令；所述微型伺服电机的另一端与所述移动塔台相连，用于获取所述微型伺服控制器输出的相应调节指令，水平方向和/或垂直方向校正所述移动塔台的转动角度，使得所述超声波传感器对应形成的聚焦点的位置与所述摄像机对应形成的聚焦点的位置位于同一平行或垂直于所述架空线路的轴线上；
所述飞行控制单元分别与所述电调机构、所述云台控制器的另一端及所述无线数据传输电台的第二端相连，用于接收所述地面站发送的指令并执行输出相关控制指令；其中，所述控制指令包括第一控制指令、第二控制指令和第三控制指令；
所述电调机构，用于根据所述飞行控制单元输出的第一控制指令，调整所述多旋翼无人机飞行方向；
所述云台控制器，用于根据所述飞行控制单元输出的第二控制指令，在0至360度范围内调整所述云台的转动角度；
所述超声波数据处理单元的另一端与所述无线数据传输电台的第三端相连，用于将所述超声波传感器获取的局放信号进行处理；
所述无线数据传输电台的第四端通过无线方式与所述地面站相连，用于根据所述飞行控制单元输出的第三控制指令，实现所述摄像机采集的现场环境图像以及所述超声波传感器采集数据经所述超声波数据处理单元处理后的数据分别传输至所述地面站。
2.如权利要求1所述的基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，其特征在于，所述电调机构由四个电调形成，实现所述多旋翼无人机四个飞行方向的飞行控制。
3.如权利要求2所述的基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，其特征在于，所述多旋翼无人机为四轴飞行器，采用450mm碳纤维机架，X2412S/KV980电机，配置9943桨叶及11.1V/5200mAh/30C锂电池。
4.如权利要求3所述的基于无人机飞行平台的配电架空线路局放检测装置，其特征在于，所述摄像机采用致冷型红外成像仪，测量范围为-40℃～550℃，支持变焦，放大率为2-4X，最大分辨率为2℃，数据传输接口为USB接口。
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