CN106940419A - 基于微波测距补偿光子数的紫外检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微波测距补偿光子数的紫外检测装置，云台机械结构上面分别装有水平方向和垂直方向步进电机、紫外成像检测单元、微波测距模块、两个激光指示器，云台机械结构通过两个激光指示器分别与控制系统与校准模块连接，校准参数存储模块、控制系统与校准模块、系统定位接口电路和微波测距模块分别与CPU连接，紫外成像检测单元将测得的光子数值信号传送到CPU，CPU再通过无线通信接口模块传送到上位机。本发明能够对分布在空间各个位置的电力设备表面放电情况进行非接触在线监测，精确度高，测量速度快；结构设计合理，将紫外成像技术与微波测距技术相结合，实现了电力设备局部放电实时在线监测。

Description

基于微波测距补偿光子数的紫外检测装置
技术领域
本发明涉及一种电力设备局部放电紫外检测装置，具体涉及一种非接触在线的微波测距补偿光子数的电力设备局放紫外检测装置。
背景技术
日盲紫外成像采用“光子数”作为放电量化参数可以用来判断电力设备表面放电情况，因其具有探测距离远、非接触、放电位置定位精准等优点，近年来已在高压电力设备表面放电检测中得到较广泛的应用。大量实验和现场检测结果表明紫外成像检测到的光子数与检测距离有关，即在相同的放电强度下，距离越远检测到的光子数越小。如图1，采用紫外成像装置对放电设备A进行放电检测，检测点与A间距离为4m时输出检测结果为a，而当检测距离为8m时检测结果为b(a＜b)。这就导致检测结果不具备可对比性，紫外成像检测的具体光子数阈值也将难以确定。为此，就有必要获取被测点与检测点之间的距离，并将光子数等效到统一的标准距离下，消除距离因素对检测结果的影响。
微波测距是一种非接触式的能够测量两点间相对距离的方法，它经由天线发射微波，遇到待测目标后，微波被反射并由接收天线接收，然后通过一定的信号处理方法进行求解，得出待测距离。这种测量技术可以测量几个毫米到上千米的距离；测量精度有的已达到毫米量级；测量速度可以达到微秒量级。由于具有上述优点，微波测距可以很好的应用于实时测量紫外放电检测点与被测点之间的距离。
发明内容
本发明是要提供一种基于微波测距光子数补偿的紫外检测装置，该装置不仅能解决实时监测技术问题，而且针对紫外成像仪检测过程中，光子数随紫外成像仪与待测点之间距离不同而不同这一问题，采用微波测距技术在线获取被测物体到紫外成像仪的距离，根据在线测量的结果将成像仪测得的光子数等效到统一的距离下，使得不同检测距离下检测到的光子数值具备可对比性，提高了电力设备局部放电紫外检测的准确度。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于微波测距补偿光子数的紫外检测装置，包括CPU、水平方向步进电机和垂直方向步进电机、紫外成像检测单元、微波测距模块、无线通信接口、校准参数存储模块、控制系统与校准模块、系统定位接口电路和云台机械结构，所述云台机械结构上面分别装有用于水平方向和垂直方向调整的水平方向步进电机和垂直方向步进电机、紫外成像检测单元、微波测距模块、两个激光指示器，所述云台机械结构通过两个激光指示器分别与控制系统与校准模块连接，用于在可见激光的指示下，通过控制系统与校准模块控制水平电机驱动器和垂直电机驱动器分别驱动水平方向步进电机和垂直方向步进电机对被测点进行空间定位，并将被测点的空间位置存储到校准参数存储模块中；所述校准参数存储模块、控制系统与校准模块、系统定位接口电路和微波测距模块分别与CPU连接，用于系统定位接口电路根据被测点的空间位置坐标进行定位搜索，并根据微波测距模块测得被测点到紫外成像仪的距离值，将测得的光子数修正到统一的距离下，消除检测距离带来的误差，紫外成像检测单元将测得的光子数值信号传送到CPU，CPU再通过无线通信接口模块传送到上位机。
所述云台机械结构包括定位轴承、滚动轴承、环形垫片、上、下底座,、侧板、支撑架、紧固板、紧固卡，所述上、下底座,之间从下至上依此连接定位轴承、滚动轴承、环形垫片，上底座上面装有水平方向步进电机，通过水平方向步进电机控制上底座在水平方向上转动，上底座上面两侧分别固定连接侧板，侧板上端一内侧面上固定连接垂直方向步进电机，侧板上面两端分别连接支撑架，支撑架一端与垂直方向步进电机的转轴连接，由垂直方向步进电机控制支撑架在垂直方向上转动，从而实现支撑架在空间内的转动，支撑架上面通过紧固板固定连接紫外成像检测单元的紫外成像仪，旁边装有微波测距模块，紫外成像仪上面用紧固卡固定连接激光指示器，微波测距仪上面用紧固卡固定连接激光指示器。
所述水平方向步进电机和垂直方向步进电机的步距角为7.5°，减速比为1/120，并装有1/4细分驱动器。
本发明的有益效果是：本发明采用非接触式电力设备表面放电在线检测，并采用由步进电机控制的云台机械结构，保证了操作的安全性与便捷性；采用减速比与细分驱动技术相结合的步进电机、微波测距技术，提高精度的同时缩短了测量时间；将紫外放电检测技术与精确定位技术相结合，实现电力设备局部放电的实时在线监测。
附图说明
图1是电力设备放电检测二维示意图；
图2是基于微波测距修正的电力设备紫外局部放电检测装置的控制结构框图；
图3是云台机械结构立体示意图；
图4是云台机械结构分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实例对本发明进一步说明。
如图1至图4所示，本发明的基于微波测距光子数补偿的紫外检测装置，包括CPU、水平方向和垂直方向步进电机、紫外成像检测单元、微波测距模块、无线通信接口、校准参数存储模块、控制系统与校准模块、系统定位接口电路，云台机械结构等。
云台机械结构上面装有水平方向步进电机8和垂直方向的步进电机9、紫外成像检测单元10、微波测距模块14、激光指示器A12、激光指示器B16，云台机械结构通过激光指示器A、B12，16分别与控制系统与校准模块连接，其中激光指示器A12指示紫外成像中心点C，激光指示器B16指示微波发射器发射波面中心D(见图1)，在可见激光的指示下通过控制系统与校准模块控制电机驱动器驱动步进电机，调整紫外成像仪与微波测距仪的角度，使得设备表面可见激光点间距离尽可能小，此时近似任务可认为微波测距结果即为检测点到紫外成像仪的距离；校准参数存储模块、控制系统与校准模块、系统定位接口电路和微波测距模块分别与CPU连接，用于系统定位接口电路根据被测点的空间位置坐标进行定位搜索，并根据微波测距模块测得被测点到紫外成像仪的距离值，将测得的光子数值修正到统一距离，消除检测距离的不同对检测结果造成的影响，紫外成像检测单元将测得的光子数值信号通过RS-232通信方式传送到CPU，CPU再通过无线通信接口模块传送到上位机。
如图2、3所示，云台机械结构包括定位轴承2、滚动轴承3、环形垫片4、上下底座5,1、侧板6、支撑架7、紧固板11、紧固卡13，上下底座5,1之间从下至上依此连接定位轴承2、滚动轴承3、环形垫片4，上底座5上面装有水平方向步进电机8，水平方向步进电机8通过步进电机紧固件15与环形垫片4和上底座5固定连接，上底座5上面两侧分别固定连接侧板6，侧板6上端一内侧面上固定连接垂直方向步进电机9，侧板6上面两端分别连接支撑架7，支撑架7一端与垂直方向步进电机9的转轴连接，支撑架7上面通过紧固板11固定连接紫外成像检测单元的紫外成像仪10，旁边装有微波测距模块14，紫外成像仪10上面用紧固卡13固定连接激光指示器12。
由于滚动轴承3的滑动作用，上底座5上的步进电机8可控制上底座5在水平方向上转动、侧板6上的步进电机9控制装有紫外成像仪10的支撑架7在垂直方向上转动，从而实现支撑架7在空间内的转动，将紫外成像仪10、激光指示器12、微波测距模块14安装在支撑架7上，即可实现在空间内对电力设备表面进行放电检测。水平方向和垂直方向的步进电机8,9为步距角7.5°的步进电机，减速比1/120，并装有1/4细分驱动器。
本发明的具体实施：首先搭建云台机械结构，在可见激光的指示下，通过校准板控制水平电机驱动器和垂直电机驱动器对被测点进行空间定位，把被测点的空间位置存储到校准参数存储模块中，CPU控制系统定位接口电路根据这些点的坐标，进行一周的定位搜索，在搜索过程中，运用精确的定位技术准确定位，根据微波测距技术测得被测点到紫外成像仪的距离，根据距离的远近，将测得的光子数值等效到统一距离下，搜索完成后紫外成像检测单元将光子数值通过RS-232通信方式传送到CPU，CPU再通过无线通信接口模块传送到上位机，过程结束后，可通过控制系统与校准模块对系统进行定位校准。
本发明在步进电机的选择时，选用带减速比的步进电机，运用细分驱动技术，提高测量精度，在本发明中，采用步距角为7.5°得步进电机，减速比1/120，并采用1/4细分驱动器，则精度可达0.015°，若测8m远处的待测物体，每给一个脉冲，成像仪旋转2mm的弧度，定位精准，误差小；采用微波测距技术获得被测物体到紫外成像仪的距离，根据在线测量结果，将成像仪测得的光子数值等效到统一距离，消除检测距离带来的影响，提高放电检测的准确度；本发明不同距离下的等效公式为：
gd0＝gd1(d1/d0)1.222 (1)
其中，d1为检测距离，gd1为在距离d1下检测到的光子数，d0为光子数统一等效观测距离，gd0为检测结果在标准距离d0下的等效光子数(王胜辉，冯宏恩，律方成，电晕放电紫外成像检测光子数的距离修正，高电压技术，1(41):194-201，2015)。
本发明能够对分布在空间各个位置的待测点进行非接触紫外光子数在线检测，精确度高，测量速度快，结构设计合理，将紫外成像技术与微波测距技术相结合，实现了电力设备局部放电实时在线监测。

Claims (3)

1.一种基于微波测距补偿光子数的紫外检测装置，包括CPU、水平方向步进电机（8）和垂直方向步进电机（9）、紫外成像检测单元（10）、微波测距模块（14）、无线通信接口、校准参数存储模块、控制系统与校准模块、系统定位接口电路和云台机械结构，其特征在于：所述云台机械结构上面分别装有用于水平方向和垂直方向调整的水平方向步进电机（8）和垂直方向步进电机（9）、紫外成像检测单元（10）、微波测距模块（14）、两个激光指示器，所述云台机械结构通过两个激光指示器分别与控制系统与校准模块连接，用于在可见激光的指示下，通过控制系统与校准模块控制水平电机驱动器和垂直电机驱动器分别驱动水平方向步进电机（8）和垂直方向步进电机（9）对被测点进行空间定位，并将被测点的空间位置存储到校准参数存储模块中；所述校准参数存储模块、控制系统与校准模块、系统定位接口电路和微波测距模块分别与CPU连接，用于系统定位接口电路根据被测点的空间位置坐标进行定位搜索，并根据微波测距模块测得被测点到紫外成像仪的距离值，将测得的光子数修正到统一的距离下，消除检测距离带来的误差，紫外成像检测单元将测得的光子数值信号传送到CPU，CPU再通过无线通信接口模块传送到上位机。
2.根据权利要求1所述的基于微波测距修正光子数的紫外检测装置，其特征在于：所述云台机械结构包括定位轴承（2）、滚动轴承（3）、环形垫片（4）、上、下底座（5,1）、侧板（6）、支撑架（7）、紧固板（11）、紧固卡（13），所述上、下底座（5,1）之间从下至上依此连接定位轴承（2）、滚动轴承（3）、环形垫片（4），上底座（5）上面装有水平方向步进电机（8），通过水平方向步进电机（8）控制上底座5在水平方向上转动，上底座（5）上面两侧分别固定连接侧板（6），侧板（6）上端一内侧面上固定连接垂直方向步进电机（9），侧板（6）上面两端分别连接支撑架（7），支撑架（7）一端与垂直方向步进电机（9）的转轴连接，由垂直方向步进电机（9）控制支撑架（7）在垂直方向上转动，从而实现支撑架（7）在空间内的转动，支撑架（7）上面通过紧固板（11）固定连接紫外成像检测单元的紫外成像仪（10），旁边装有微波测距模块（14），紫外成像仪（10）上面用紧固卡（13）固定连接激光指示器（12），微波测距仪（14）上面用紧固卡（17）固定连接激光指示器（16）。
3.根据权利要求1所述的基于微波测距光子数修正电力设备局放紫外检测装置，其特征在于：所述水平方向步进电机（8）和垂直方向步进电机（9）的步距角为7.5°，减速比为1/120，并装有1/4细分驱动器。
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