CN106997022A - 基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置 - Google Patents

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马宏伟
束江
刘晨斐
李鑫
霍思佳
葛晨航
郭文诚
李亚
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Abstract

本发明涉及一种基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，云台上安装有紫外成像仪和激光测距模块，云台通过CPU以及无线通信模块接收上位指令信号后，输出控制信号给水平方向和垂直方向步进电机控制云台使得放电处在激光测距模块和紫外成像仪的范围内，并将被测位置作为标准等效观测距离存储于标准参数存储模块；标准参数存储模块、控制系统、激光测距模块分别与CPU连接，并根据激光测距模块测得放电处到紫外成像仪的距离值，将紫外成像仪检测的光子数等效到统一观测距离，使得不同距离下检测的光子数具有可对比性。该装置能够有效提高紫外成像仪检测光子数的准确性，具有结构简单、性价比高等优点，因此具有较强的实用性能和发展前景。

Description

基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置
技术领域
本发明专利涉及一种激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，具体是将紫外成像仪和激光测距模块相结合，将紫外成像仪检测的光子数等效到统一观测距离下，使所检测到的光子数具有可比性。
背景技术
随着电网规模的不断扩大、电力负荷对电网稳定运行要求的不断提高，电力设备在某些情况下随着绝缘性能的降低、出现结构缺陷，或表面局部放电现象。电晕和表面局部放电过程中，电晕和放电部位将产生辐射紫外线。近几年来，日盲紫外成像仪，因其探测距离远、非接触、放点位置定位准确等优点得到了广泛的应用。目前，光子数是紫外成像技术用来评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷的重要参数。同时光子数也会受到灰尘、水气、紫外光的传播衰减、距离、观测角度等因素的影响。在实际的检测过程中，灰尘、水气、紫外光的衰减都可以避免，还有观测角度可以控制在可控的范围内。但是检测的距离会因为放电处的不同而发生变化，也导致了所检测的光子数不具有可比性。因此研究光子数与检测距离之间的关系，并且将光子数等效到某一统一的观测距离下具有重要的意义。
发明内容
本发明针对目前紫外成像仪在不同距离下检测的光子数不具有可对比性问题，提出了一种基于激光测距补偿局放光子数的检测装置，该装置中紫外成像仪可以直接对放电处的光子数进行检测，同时装置中激光测距模块可以测量放电处到紫外成像仪之间的距离，从而能够及时得到等效到统一观测距离下的光子数。同时，激光测距模块具有准确、方便、精度快、速度快等优点，易于和紫外成像仪进行组合检测，可以有效解决现有紫外成像仪光子数检测和实时监测的问题，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：一种基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，包括CPU、云台、紫外成像仪、激光测距模块、无线通信模块、标准参数存储模块、控制系统，所述云台包括水平和垂直方向步进电机，云台上安装有用于检测光子数的紫外成像仪和激光测距模块，所述云台通过CPU以及无线通信模块接收上位指令信号后，输出控制信号给水平和垂直方向步进电机控制云台使得放电处在激光测距模块和紫外成像仪的范围内，并将被测位置作为标准等效观测距离存储于标准参数存储模块；所述标准参数存储模块、控制系统、激光测距模块分别与CPU连接，并根据激光测距模块测得放电处到紫外成像仪的距离值，将紫外成像仪检测的光子数等效到统一观测距离，使得不同距离下检测的光子数具有可对比性。
所述激光测距模块和紫外成像仪上下贴合在云台壳体中间位置，并靠近使放电处到紫外成像仪的距离等于到激光测距模块的距离。
所述激光测距模块测得的距离、紫外成像仪检测的光子数分别通过CPU和无线通讯模块发送至上位机，将测量值代入不同距离下光子的等效公式：其中，d1为检测距离，gd1为在距离d1下检测到的光子数，d0为光子数统一的标准观测距离，gd0为检测结果在标准距离d0下的等效光子数，得到统一检测距离下的光子数。
本发明的有益效果是：
本发明解决了传统电力设备检测放电光子数在不同距离下没有可比性的问题。利用激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，用激光测距模块测出的其到放电处的距离，该距离近似等于紫外成像仪到放电处的距离，从而能够根据所测距离等效到统一观测距离下，便于得到更为准确的光子数。同时，激光测距模块具有准确、方便、精度快、速度快等优点，易于和紫外成像仪进行组合检测，可以实现电力设备紫外局放实时在线监测。
附图说明
图1为基于激光测距补偿紫外局放检测光子数的检测装置结构立体示意图；
图2为基于激光测距补偿紫外局放检测光子数的检测装置系统结构框图；
图3为基于激光测距补偿紫外局放检测光子数的检测装置工作流程图；
图4为激光测距仪的距离校正图；
图5为基于激光测距补偿紫外局放检测光子数的具体实施例立体结构图；
图6为基于激光测距补偿紫外局放检测光子数的二维平面图；
图7为放电处的紫外成像拍摄图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1，2所示，一种基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，包括CPU、云台6、紫外成像仪1、激光测距模块3、无线通信模块、标准参数存储模块2、控制系统。
云台6安装在固定底座7上，云台6包括水平和垂直方向步进电机5，云台6上安装有用于检测光子数的紫外成像仪1和激光测距模块3，以及设有散热口4。云台6通过CPU以及无线通信模块接收上位指令信号后，输出控制信号给水平和垂直方向步进电机5控制云台6使得放电处9在激光测距模块3和紫外成像仪1的范围内，并将被测位置作为标准等效观测距离存储于标准参数存储模块2；标准参数存储模块2、控制系统、激光测距模块3分别与CPU连接，并根据激光测距模块3测得放电处到紫外成像仪1的距离值，将紫外成像仪1检测的光子数等效到统一观测距离，使得不同距离下检测的光子数具有可对比性。
将紫外成像仪和激光测距模块安装在云台上面，其立体结构图如1所示，为紫外成像仪1，其型号为ZF-32型紫外成像仪，最小紫外光灵敏度3×10-18watt/cm2，视频分辨率为722×560，视场(H×V)为5°×3.75°，增益控制为可调，帧频为25帧/s，可见光变焦为432倍放大，×36光学，×12数字，对焦距离是3米到无穷远，可探测最低照度是0.1Lus。3为激光测距仪，型号为GLM 40H，测距范围是1-40m，物镜倍数为6倍，测距精度为±1mm，外形大小为105×41×24mm。紫外成像仪1和激光测距模块3上下紧密贴合安装在一个云台内，将激光测距模块中的激光发射器部分靠近紫外成像仪，然后进行固定，通过调节云台位置，让发射的激光在这里进时集中成一条直且细的激光束，目的是让其具有聚焦的作用，使测量点到放电处的距离近似等于紫外成像仪到放电处的距离。本激光测距模块3采用单距离测量，当收到上位机的START指令后，仪器开始激光测量，当蜂鸣声响起时，上位机收到STOP指令，测量结束。距离数据存储于寄存器DS中，再通过读取函数提取寄存器中的值，获得距离数据。由于紫外成像仪1和激光测距模块3镜头间距很小，并且采用的是一体模式，所以用激光测距模块3测出的测量点处到放电处的距离，该距离近似等于紫外成像仪1到放电处的距离，从而能够根据所测距离及时得到统一观测距离下的光子数，然后再将其通过无线通信模块上传到上位机。
如图3所示，在具体检测时，为保证检测光子数的有效性，将本发明提出的基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置固定在3m外的检测点上，设备增益设置为15％。如图4所示，激光测距模块3测量之前，首先在2m左右范围利用金属体8对其进行距离校正，激光束AB的距离为2.130m，实际激光测距模块3离金属体距离为2.13m，校正完成。如图5为检验绝缘子表面电晕放电现象，由于激光测距模块3、紫外成像仪1位置靠近且间距很小，所以放电处到紫外成像仪的距离与放电处到激光测距模块的距离近似相同，即d1＝d2，并且距离参数通过激光测距软件读取函数从寄存器中获取。图6为检测光子数的二维平面图，通过上位机控制云台6使得放电处9在激光测距模块3和紫外成像仪1的范围内，通过激光测距模块3测得的距离为d0＝3.001m(实际距离为3m)，光子数通过紫外图像与可见光图像通过控制系统内相应软件进行合成获取有效光子数量M为1500。如图7所示为紫外图像与可见光图像合成图谱，可得在15％增益下采集的放电处光子数量为1500。
由于观测距离越远，接收到来自灰尘、水气等干扰信号的几率也越大，因而在同一放电强度下，随着距离的增加，紫外成像仪检测到的有效光子数也逐渐减少。因此，为了将检测到的光子数等效到统一观测距离下，本发明设置标准存储模块的标准观测距离为6m，如图6所示。
本发明中将检测到的光子数值等效到标准观测距离下，从而使检测结果具有可对比性。本发明采用了幂函数修正方法(参考文献：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等效，高电压技术，1(41):194-201，2015)不同距离下的等效公式为：
其中，其中，d1为检测距离，gd1为在距离d1下检测到的光子数，d0为光子数统一的标准观测距离，gd0为检测结果在标准距离d0下的等效光子数。设置等效观测距离为6m，利用公式1将紫外成像仪在3m处的光子数等效到统一观测距离，等效后的光子数为643，经过与紫外成像仪测得的光子数的对比发现，等效后的结果较等效前更为准确。
本发明装置将紫外成像技术与激光测距技术有效结合，利用激光测距仪的测距功能实现了紫外成像仪到检测点的距离测量，并将紫外成像仪所测得的光子数等效至标准检测距离下，解决了传统电力设备紫外检测的距离测量不同导致的光子数不具备可比性的问题，实现了电力设备局部放电实时在线监测。该装置结构简单，性价比高，具有较高的实用价值，因此具有较强的实用性能和发展前景。

Claims (3)

1.一种基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，包括CPU、云台(6)、紫外成像仪(1)、激光测距模块(3)、无线通信模块、标准参数存储模块(2)、控制系统，其特征在于：所述云台(6)包括水平和垂直方向步进电机(5)，云台(6)上安装有用于检测光子数的紫外成像仪(1)和激光测距模块(3)，所述云台(6)通过CPU以及无线通信模块接收上位指令信号后，输出控制信号给水平和垂直方向步进电机(5)控制云台(6)使得放电处在激光测距模块(3)和紫外成像仪(1)的范围内，并将被测位置作为标准等效观测距离存储于标准参数存储模块(2)；所述标准参数存储模块(2)、控制系统、激光测距模块(3)分别与CPU连接，并根据激光测距模块(3)测得放电处到紫外成像仪的距离值，将紫外成像仪(1)检测的光子数等效到统一观测距离，使得不同距离下检测的光子数具有可对比性。
2.根据权利要求1所述的基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，其特征在于：所述激光测距模块(3)和紫外成像仪(1)上下紧密贴合安装在一个云台(6)内，使放电处(9)到紫外成像仪(1)的距离等于到激光测距模块(3)的距离。
3.根据权利要求1所述的基于激光测距补偿紫外局放光子数的检测装置，其特征在于：所述激光测距模块(3)测得的距离、紫外成像仪(1)检测的光子数分别通过CPU和无线通讯模块发送至上位机，将测量值代入不同距离下光子的等效公式：其中，d1为检测距离，gd1为在距离d1下检测到的光子数，d0为光子数统一的标准观测距离，gd0为检测结果在标准距离d0下的等效光子数，得到统一检测距离下的光子数。
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