CN107238441B - 一种无人机高速巡线红外光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人机巡线红外光学系统，包括：设置在无人机光电吊舱上的红外热成像仪，红外热成像仪的红外光路上设有透镜切换装置；透镜切换装置包括：旋转轴，旋转角度传感器，多个与旋转轴连接，并且主光轴设置在同一条直线的透镜组件，与旋转轴端部连接的减速机，与减速机连接，用于通过驱动减速机带动旋转轴旋转的伺服电机，无线通信模块，脉冲宽度调制模块以及单片机；单片机通过控制伺服电机，根据旋转角度传感器感应的旋转轴旋转角度，将透镜组件从透镜初始线设置模块设置的初始线位置，旋转至透镜工作线设置模块设置的工作线位置，使透镜组件的主光轴与红外热成像仪红外线光路中心线相重合扩大红外热成像仪红外光路的视场。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机高速巡线红外光学系统。
背景技术
随着电力电网的急速发展，输电线路遍布世界各地。一部分长距离输电线路，如特(超)高压线路也增长迅速，而且很多高压线路分布在崇山峻岭之中，传统的巡检方式，人工翻山越岭巡线劳动量大、危险性高，已经不适应这些线路的巡检。随着国内外无人机的快速发展，利用无人机搭载光电吊舱进行电力巡线的应用越来越广，光电吊舱主要是配备非制冷红外热成像仪，通过对线路进行成像以及红外测温，实现线路的故障检测和故障定位。无人机巡检时，由于非制冷红外热成像仪红外光线传感的宽度有限，制约了非制冷红外热成像仪传感红外光线的视野范围，进而影响无人机巡检工作的效率，非制冷红外热成像仪无法调节发出红外光线的视野范围。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种无人机高速巡线红外光学系统，一种无人机巡线红外光学系统，其特征在于，包括：设置在无人机光电吊舱上的红外热成像仪，红外热成像仪的红外光路上设有透镜切换装置；
透镜切换装置包括：旋转轴，旋转角度传感器，多个与旋转轴连接，并且主光轴设置在同一条直线的透镜组件，与旋转轴端部连接的减速机，与减速机连接，用于通过驱动减速机带动旋转轴旋转的伺服电机，无线通信模块，脉冲宽度调制模块以及单片机；
脉冲宽度调制模块分别与单片机和伺服电机连接，脉冲宽度调制模块用于使单片机通过脉冲宽度调制模块控制伺服电机运行；
旋转角度传感器，无线通信模块分别与单片机连接；旋转角度传感器用于获取旋转轴的旋转角度，并将获取旋转轴的旋转角度传输给单片机；
无线通信模块用于接收远程控制指令，并将接收的远程控制指令发送给单片机，单片机执行该远程控制指令；
透镜组件包括：透镜框体，镶嵌在透镜框体上的透镜以及连杆；
连杆一端与透镜框体连接，另一端与旋转轴连接；
单片机包括：透镜初始线设置模块，透镜工作线设置模块；
透镜初始线设置模块用于设置透镜组件的初始线位置，所述初始线位置使透镜组件的主光轴在同一条直线设置；
透镜工作线设置模块用于设置透镜组件主光轴的工作线位置，所述工作线位置与红外热成像仪红外线光路中心线位置相重合；
单片机用于通过控制伺服电机，根据旋转角度传感器感应的旋转轴旋转角度，将透镜组件从透镜初始线设置模块设置的初始线位置，旋转至透镜工作线设置模块设置的工作线位置，使透镜组件的主光轴与红外热成像仪红外线光路中心线相重合扩大红外热成像仪红外光路的视场。
优选地，透镜组件与透镜组件之间平行设置。
优选地，旋转轴，红外热成像仪红外线光路中心线，各个透镜组件的主光轴在空间上相互平行。
优选地，无线通信模块采用GSM方式通信，或采用射频方式通信，或采用蓝牙方式通信；
单片机采用AT89C51单片机，或WINBON77单片机。
优选地，远程控制指令包括：伺服电机启动控制指令，伺服电机停止控制指令，透镜组件复位控制指令。
优选地，包括；五个透镜组件；
第一透镜组件靠近红外热成像仪设置，第一透镜组件的透镜为向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第二透镜组件靠近第一透镜组件设置，第二透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第三透镜组件靠近第二透镜组件设置，第三透镜组件的透镜为向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第四透镜组件靠近第三透镜组件设置，第四透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第五透镜组件靠近第四透镜组件设置，第五透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
通过控制伺服电机，根据旋转角度传感器感应的旋转轴旋转角度，将透镜组件从透镜初始线设置模块设置的初始线位置，旋转至透镜工作线设置模块设置的工作线位置，使透镜组件的主光轴与红外热成像仪红外线光路中心线相重合扩大红外热成像仪红外光路的视场，提高了无人机巡检工作的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为无人机巡线红外光学系统整体示意图；
图2为无人机巡线红外光学系统单片机控制示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
本实施例提供一种无人机巡线红外光学系统，如图1所示，包括：设置在无人机光电吊舱上的红外热成像仪1，红外热成像仪1的红外光路上设有透镜切换装置；
透镜切换装置包括：旋转轴2，旋转角度传感器5，多个与旋转轴2连接，并且主光轴设置在同一条直线的透镜组件6，与旋转轴2端部连接的减速机3，与减速机3连接，用于通过驱动减速机3带动旋转轴2旋转的伺服电机4，无线通信模块13，脉冲宽度调制模块14以及单片机11；
脉冲宽度调制模块14分别与单片机11和伺服电机4连接，脉冲宽度调制模块14用于使单片机1通过脉冲宽度调制模块14控制伺服电机4运行；
旋转角度传感器5，无线通信模块13分别与单片机11连接；旋转角度传感器5用于获取旋转轴2的旋转角度，并将获取旋转轴2的旋转角度传输给单片机11；
无线通信模块13用于接收远程控制指令，并将接收的远程控制指令发送给单片机，单片机11执行该远程控制指令；
透镜组件6包括：透镜框体61，镶嵌在透镜框体上的透镜62以及连杆7；连杆7一端与透镜框体61连接，另一端与旋转轴2连接；
单片机11包括：透镜初始线设置模块，透镜工作线设置模块；透镜初始线设置模块用于设置透镜组件的初始线位置8，所述初始线位置使透镜组件的主光轴在同一条直线设置；透镜工作线设置模块用于设置透镜组件主光轴的工作线位置9，所述工作线位置与红外热成像仪红外线光路中心线位置相重合；
单片机用于通过控制伺服电机，根据旋转角度传感器感应的旋转轴旋转角度，将透镜组件从透镜初始线设置模块设置的初始线位置，旋转至透镜工作线设置模块设置的工作线位置，使透镜组件的主光轴与红外热成像仪红外线光路中心线相重合扩大红外热成像仪红外光路的视场。
初始线位置8和工作线位置9是给单片机预先设置的参数，是单片机根据初始线位置8和工作线位置9的相对位置控制旋转轴旋转。
单片机可以根据无线通信模块13接收的远程控制指令，控制伺服电机运行。具体的远程控制指令包括：伺服电机启动控制指令，伺服电机停止控制指令，透镜组件复位控制指令。当用户需要将透镜组件6增加至红外热成像仪 1的红外光路上时，通过无线通信模块13发送远程控制指令，使单片机控制伺服电机运行，将透镜组件从透镜初始线设置模块设置的初始线位置，旋转至透镜工作线设置模块设置的工作线位置。这里透镜组件最初设置在透镜初始线设置模块设置的初始线位置，该初始线位置是预先设置完成的。而透镜工作线设置模块设置的工作线位置也是预先设置完成的。单片机根据预设的位置信息执行控制指令。旋转角度传感器5感应旋转轴旋转角度，进一步使单片机能够达到精确的控制透镜组件从透镜初始线设置模块设置的初始线位置，旋转至透镜工作线设置模块设置的工作线位置，使透镜组件的主光轴与红外热成像仪红外线光路中心线相重合扩大红外热成像仪红外光路的视场。
透镜组件与透镜组件之间平行设置。旋转轴，红外热成像仪红外线光路中心线，各个透镜组件的主光轴在空间上相互平行。无线通信模块采用GSM 方式通信，或采用射频方式通信，或采用蓝牙方式通信；单片机采用AT89C51 单片机，或WINBON77单片机。
本实施例中，包括；五个透镜组件；
第一透镜组件靠近红外热成像仪设置，第一透镜组件的透镜为向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；第二透镜组件靠近第一透镜组件设置，第二透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；第三透镜组件靠近第二透镜组件设置，第三透镜组件的透镜为向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；第四透镜组件靠近第三透镜组件设置，第四透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；第五透镜组件靠近第四透镜组件设置，第五透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜。
本发明 还实现了无人机巡线时，被巡检的线路在屏幕中清晰成像，并且在显示器中显示的范围合适。当需要透镜组件时，使透镜组件进入红外热成像仪的红外光学系统光路中，把红外光学系统的视场扩大。
本发明 不需要人工手动操作吊舱，通过吊舱的方位、俯仰转动去搜索目标，只需要在需要时将透镜切入光路，把红外光学系统的视场扩大，无人机继续巡线工作。该方式方便巡线，大大缩短了漏检线路的长度。
透镜切换装置中的透镜设置方式可以采用本领域中常用的透镜组合，其透镜组合的目的是为了使透镜组件进入红外热成像仪的红外光学系统光路中，把红外光学系统的视场扩大。优选地可以根据申请号201120278048.0中所公开的透镜组合，形成扩大红外热成像仪红外光路视场的透镜组合。具体透镜组合设置方式这里不做限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种无人机巡线红外光学系统，其特征在于，包括：设置在无人机光电吊舱上的红外热成像仪，红外热成像仪的红外光路上设有透镜切换装置；所述红外热成像仪包括非制冷红外热成像仪；
透镜切换装置包括：旋转轴，旋转角度传感器，多个与旋转轴连接，并且主光轴设置在同一条直线的透镜组件，与旋转轴端部连接的减速机，与减速机连接，用于通过驱动减速机带动旋转轴旋转的伺服电机，无线通信模块，脉冲宽度调制模块以及单片机；
脉冲宽度调制模块分别与单片机和伺服电机连接，脉冲宽度调制模块用于使单片机通过脉冲宽度调制模块控制伺服电机运行；
旋转角度传感器，无线通信模块分别与单片机连接；旋转角度传感器用于获取旋转轴的旋转角度，并将获取旋转轴的旋转角度传输给单片机；
无线通信模块用于接收远程控制指令，并将接收的远程控制指令发送给单片机，单片机执行该远程控制指令；
透镜组件包括：透镜框体，镶嵌在透镜框体上的透镜以及连杆；
连杆一端与透镜框体连接，另一端与旋转轴连接；
单片机包括：透镜初始线设置模块，透镜工作线设置模块；
透镜初始线设置模块用于设置透镜组件的初始线位置，所述初始线位置使透镜组件的主光轴在同一条直线设置；
透镜工作线设置模块用于设置透镜组件主光轴的工作线位置，所述工作线位置与红外热成像仪红外线光路中心线位置相重合；
单片机用于通过控制伺服电机，根据旋转角度传感器感应的旋转轴旋转角度，将透镜组件从透镜初始线设置模块设置的初始线位置，旋转至透镜工作线设置模块设置的工作线位置，使透镜组件的主光轴与红外热成像仪红外线光路中心线相重合扩大红外热成像仪红外光路的视场。
2.根据权利要求1所述的无人机巡线红外光学系统，其特征在于，
透镜组件与透镜组件之间平行设置。
3.根据权利要求1所述的无人机巡线红外光学系统，其特征在于，
旋转轴，红外热成像仪红外线光路中心线，各个透镜组件的主光轴在空间上相互平行。
4.根据权利要求1所述的无人机巡线红外光学系统，其特征在于，
无线通信模块采用GSM方式通信，或采用射频方式通信，或采用蓝牙方式通信；
单片机采用AT89C51单片机，或WINBON77单片机。
5.根据权利要求1所述的无人机巡线红外光学系统，其特征在于，
远程控制指令包括：伺服电机启动控制指令，伺服电机停止控制指令，透镜组件复位控制指令。
6.根据权利要求1所述的无人机巡线红外光学系统，其特征在于，
包括；五个透镜组件；
第一透镜组件靠近红外热成像仪设置，第一透镜组件的透镜为向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第二透镜组件靠近第一透镜组件设置，第二透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第三透镜组件靠近第二透镜组件设置，第三透镜组件的透镜为向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第四透镜组件靠近第三透镜组件设置，第四透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜；
第五透镜组件靠近第四透镜组件设置，第五透镜组件的透镜为背向红外热成像仪方向凸起的月牙形透镜。
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