CN107332157B - 激光扫描式输电线异物远程清除装置及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光扫描式输电线异物远程清除装置及其应用方法。该装置包括控制系统以及发射装置；发射装置包括第一扫描镜、第二扫描镜、激光器以及成像镜头、第一转台以及第二转台；第一扫描镜安装在第一转台上；第二扫描镜以及成像镜头安装在第二转台上；激光器的出射激光束依次经过第一扫描镜和第二扫描镜反射至待清除异物上，成像镜头始终正对待清除异物并对其成像；控制系统用于控制发射装置中的各个部件工作，其应用方法为：1、初始化、2、指引测距；3、异物清除。本发明无需对装置进行过多的调整就可实现了对于任意方位的输电线上异物的清除，大大提高了工作效率。

Description

激光扫描式输电线异物远程清除装置及其应用方法
技术领域
本发明属于输变电技术领域，涉及一种激光扫描式输电线异物远程清除装置及其应用方法。
背景技术
输电线路分布点多面广、地形复杂、环境恶劣，在运行维护过程中经常发生风筝、广告布、塑料布等异物缠绕，会引发短路、停电等事故，同时垂落的异物和烧断损毁的导线还有可能造成人畜伤亡。传统的清除架空路线异物的方法主要基于绝缘杆、异物清除杆、登高车、斗臂车、吊篮等工具，普遍具有耗时长、作业难度大、风险高、需停电作业等缺点。
激光清除异物是一种新型方法，利用红外激光，通过精确控制高能激光束远程辐照异物的重力支撑部位、缠绕导线部位或黏附部位，使异物被辐照部位吸收激光导致局部温度急剧升高后熔化或气化，从而掉落，实现地对空带电快速清除架空输电线路上的异物，具有快速、安全、便捷等优点，尤其在交通不便、高杆塔、远距离等情况下具有明显技术优势。
目前，激光远程清除装置清除输电线上异物都是高角度、远距离工作，激光器置于发射筒中，跟随发射筒整体调节角度，当多点、长时间清除输电线异物时，激光器会被多次搬运与摇摆，影响激光器工作稳定性。瞄准装置安装于发射筒上方，高角度工作时会随着发射筒上仰，操作人员需俯身瞄准目标，操作不便。
发明内容
为解决背景技术中的问题，本发明提供了一种激光扫描式输电线异物远程清除装置及其应用方法，其采用了两个分别沿互相垂直的两个轴线旋转的扫描镜，实现2π立体角范围的激光扫描，无需对装置进行过多的调整就可实现了对于任意方位的输电线上异物的清除。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种激光扫描式输电线异物远程清除装置，包括控制系统以及发射装置；
所述发射装置包括第一扫描镜、第二扫描镜、激光器以及成像镜头、第一转台以及第二转台；其中，第一扫描镜安装在第一转台上；第二扫描镜以及成像镜头安装在第二转台上；
激光器的出射激光束依次经过第一扫描镜和第二扫描镜反射至待清除异物上，成像镜头始终正对待清除异物并对其成像；
第一扫描镜绕X轴方向旋转，第二扫描镜绕Y轴方向旋转，从而实现2π立体角范围的激光扫描；所述X轴方向为激光器初始发出的激光束方向；所述Y轴方向为激光束经第一扫描镜反射后进入第二反射镜的方向；
所述第一扫描镜反射激光的镜面中心区域镀覆有可见光的透射膜，四周区域镀红外的反射膜，另一镜面镀覆可见光的透射膜；
第二扫描镜反射激光的镜面镀覆有实现红外光高反和可见光半透半反的膜层，另一镜面镀覆可见光的透射膜；
控制系统用于调节激光器的输出功率和工作模式、用于成像镜头对异物成像以及用于控制第一扫描镜和第二扫描镜进行角度调整，使激光指向待清除异物。
上述发射装置还包括安装在第一转台上的指引测距装置；
指引测距装置包括可见光指示器、探测器以及分束镜；可见光指示器出射的可见光经分束镜反射、第一扫描镜透射、最后由第二扫描镜反射使可见光指向异物所在方向，并且反射的光束经原路返回至探测器用于对待清除异物进行测距。
上述发射装置还包括变倍扩束装置；所述变倍扩束装置位于激光器和第一扫描镜之间用于增大或缩小激光束的尺寸。
上述控制系统包括成像显示控制单元、扫描镜控制单元、激光器控制单元以及指引测距控制单元；
成像显示控制单元与成像镜头连接用于控制成像镜头获取待清除异物的图像；
扫描镜控制单元分别与第一转台和第二转台连接用于控制第一扫描镜和第二扫描镜进行角度调整；
激光器控制单元与激光器连接用于调节激光器的输出功率和工作模式；
指引测距控制单元分别与可见光指示器以及探测器连接用于控制可见光指示器出射可见光以及探测器测量待清除异物的距离。
上述激光器为CO2激光器，其发出的激光束的工作波长为10.6μm。
上述变倍扩束装置为无焦变倍扩束镜，所述无焦变倍扩束镜由3组透镜组成，并且采用“正—负—正”的结构形式。
基于上述的激光扫描式输电线异物远程清除装置，现对其应用方法进行描述，具体包括以下步骤：
1)打开控制系统，发射装置进行初始化，完成准备工作；
2)待清除异物的指引测距；
指引测距控制单元打开可见光指示器，指示可见光经分束镜反射、第一扫描镜透射，最后由第二扫描镜反射出光，在此期间通过扫描镜控制单元控制第一扫描镜和第二扫描镜旋转，使可见光指向异物所在方向，成像镜头对第二扫描镜扫射区域成像，在成像显示控制单元上寻找到待清除异物；
同时，可见光从待清除异物反射的光束经原路返回至探测器，实现了待清除异物距离测量；
3)异物清除；
根据异物的距离与材质选择合适的红外激光功率与扩束比，激光器控制单元打开激光器，激光束由变倍扩束装置扩束，第一扫描镜和第二扫描镜反射，并且要保证与步骤2)中的指示可见光同轴，激光发射到远程的异物上，对异物进行灼烧，同时成像显示控制单元实时监测异物的灼烧情况；
若观察到激光束不能灼烧异物，则由激光器控制单元增大激光器功率或由变倍扩束装置缩小光束尺寸，以增大激光能量密度，直到异物被灼烧；
若观察到激光束的灼烧面积相对于异物过小，可通过扫描镜控制系统对第一扫描镜或第二扫描镜进行旋转，使激光束在异物上进行移动，直到异物被灼烧掉落。
若在装置的工作范围内还有其他异物，先停止激光器出光，通过扫描镜控制单元对第一扫描镜与第二扫描镜进行旋转，重新瞄准新的异物，开启激光器即可进行清除工作，实现了大范围、多点的异物清除；
4)清除完毕，关闭发射装置及控制系统。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用一组扫描镜扫描的方式，实现2π立体角范围的激光扫描，对于任意方位的输电线异物，无需调整整个装置的俯仰，只要将装置平放在地面或者车上使用就可以实现大范围、多点、远距离、可视化的输电线异物清除，便于携带和运输。
2、本发明采用了指引测距装置实现了对被清除异物的精准定位，进一步的提升了装置工作的可靠性。
3、本发明采用了变倍扩束装置，可以根据就被清除异物的实际情况，增大或缩小光束的尺寸，使其激光束能量密度产生变化，更高效地完成对异物的灼烧。
4、本发明中激光器的工作效率不会受工作环境(例如震动等)方面的影响，确保了装置的工作效率与稳定性。
附图说明
图1为本发明第一种基本结构的示意图；
图2为本发明第二种优化结构的示意图；
图3为本发明第三种优化结构的示意图。
附图标记如下：
100-发射装置、200-控制系统、1-第一扫描镜、2-第二扫描镜、3-激光器、4-成像镜头、5-第一转台、6-第二转台、7-待清除异物、8-可见光指示器、9-探测器、10-分束镜、11-变倍扩束装置、12-成像显示控制单元、13-扫描镜控制单元、14-激光器控制单元、15-指引测距控制单元。
具体实施方式
下面结合三种实施方式对本发明的结构进行详细说明：
第一种实施例：
该实施例是本发明的基本结构，参见图1所示，该装置包括：控制系统200以及发射装置100；
其中：所述发射装置100包括第一扫描镜1、第二扫描镜2、激光器3以及成像镜头4、第一转台5以及第二转台6；其中，第一扫描镜1安装在第一转台5上；第二扫描镜2以及成像镜头4安装在第二转台6上；
激光器3的出射激光束依次经过第一扫描镜1和第二扫描镜2反射至待清除异物7上，成像镜头4始终正对待清除异物7并对其成像；
第一扫描镜1绕X轴方向旋转，第二扫描镜2绕Y轴方向旋转，从而实现2π立体角范围的激光扫描；所述X轴方向为激光器初始发出的激光束方向；所述Y轴方向为激光束经第一扫描镜反射后进入第二反射镜的方向；
第一扫描镜1反射激光的镜面中心区域镀覆有可见光的透射膜，四周区域镀红外的反射膜，另一镜面镀覆可见光的透射膜；
第二扫描镜2反射激光的镜面镀覆有实现红外光高反和可见光半透半反的膜层，另一镜面镀覆可见光的透射膜；
控制系统200用于调节激光器3的输出功率和工作模式、用于成像镜头4对异物成像以及用于控制第一扫描镜1和第二扫描镜2进行角度调整，使激光束到达待清除异物7处，对异物进行灼烧清除。
第二种实施例：
为了使该装置对目标异物的精准定位，该实施例在第一种实施例的基础上做出了改进，参见图2，该装置除第一种实施例中描述的结构外，还增加了安装在第一转台5上的指引测距装置，该装置包括可见光指示器8、探测器9以及分束镜10；可见光指示器8出射的可见光经分束镜10反射、第一扫描镜1透射、最后由第二扫描镜反射2使可见光指向待清除异物7所在方向，并且反射的光束经原路返回至探测器9用于对待清除异物7进行测距。
第三种实施例：
为了使本发明装置的工作效率更高，该实施例在第二种实施例的基础上又做出了改进，参见图3，该装置除第二种实施例中描述的结构外，还在激光器3和第一扫描镜1之间设置了用于增大或缩小光束的尺寸的变倍扩束装置11；
变倍扩束装置的具体结构是：变倍扩束装置为无焦变倍扩束镜，由3组透镜组成，采用“正—负—正”的结构形式；考虑到装调与调整简单可靠,采用把第2组透镜作为固定组,其他2组分别作为移动组与补偿组的组合移动方式来实现无焦连续变倍功能。
需要补充说明的第一点是：上述的CO2激光器主要发射的激光为红外波段激光，其工作波长为10.6μm，这个波长的激光能有效作用于输电线上的非金属物体，而不损伤输电线。
三种实施例中的控制系统200包括成像显示控制单元12、扫描镜控制单元13、激光器控制单元14以及指引测距控制单元15；
成像显示控制单元12与成像镜头4连接用于控制成像镜头获取待清除异物7的图像；
扫描镜控制单元13分别与第一转台5和第二转台6连接用于控制第一扫描镜1和第二扫描镜2进行角度调整，使激光指向待清除异物7；
激光器控制单元14与激光器3连接用于调节激光器3的输出功率和工作模式；
其中，指引测距控制单元15只在第二种实施例和第三种实施例中才出现，指引测距控制单元15分别与可见光指示器8以及探测器9连接，用于控制可见光指示器8出射可见光以及探测器9测量待清除异物7的距离。
由于第三种实施例为本发明的最优化结构，现对第三种实施例的应用方法进行描述：
1)前期准备；
当需要清除输电线上异物时，将发射装置与控制系统放置在距离输电线较近的平地上或车上，进行线缆连接，打开控制系统模块，发射装置进行初始化，完成准备工作。
2)指引测距；
打开可见光指示器，指示可见光先后经分束镜反射、第一扫描镜透射，最后由第二扫描镜反射出光。通过扫描镜控制单元控制两个扫描镜旋转，使可见光指向异物所在方向，成像镜头对第二扫描镜扫射区域成像，在成像显示控制单元上寻找异物目标。当显示器上观测到指示可见光对准异物，表明发射装置已瞄准异物。
指示可见光对准异物后，同时，可见光从待清除异物反射的光束经原路返回至探测器，实现了待清除异物距离测量。
3)异物清除；
根据异物的距离与材质选择合适的红外激光功率与扩束比，打开激光器，红外激光束由变倍扩束装置扩束，第一扫描镜和第二扫描镜反射，并且要保证与步骤2)中的指示可见光同轴，激光发射到远程的异物上，对异物进行灼烧，同时成像显示控制单元实时监测异物的灼烧情况；
若红外激光束不能灼烧异物，则由激光器控制系统增大激光器功率或由变倍扩束装置缩小光束尺寸，以增大激光能量密度，直到异物被灼烧。若红外激光束的灼烧面积相对于异物过小，可通过扫描镜控制系统对第一扫描镜或第二扫描镜进行旋转，使红外激光束在异物上进行移动，直到异物被灼烧掉落。
若在装置的工作范围内还有其他异物，无需关闭与搬运装置，只需先停止激光器出光，通过扫描镜控制系统对第一扫描镜与第二扫描镜进行旋转，重新瞄准新的异物，开启激光器即可进行清除工作，实现了大范围、多点的异物清除。
完成异物清除后，首先停止激光器出光，然后依次关闭发射装置内部部件及其控制系统与电源。

Claims (6)

1.一种激光扫描式输电线异物远程清除装置的应用方法，所述激光扫描式输电线异物远程清除装置包括控制系统以及发射装置；
所述发射装置包括第一扫描镜、第二扫描镜、激光器以及成像镜头、第一转台以及第二转台；其中，第一扫描镜安装在第一转台上；第二扫描镜以及成像镜头安装在第二转台上；
激光器的出射激光束依次经过第一扫描镜和第二扫描镜反射至待清除异物上，成像镜头始终正对待清除异物并对其成像；
第一扫描镜绕X轴方向旋转，第二扫描镜绕Y轴方向旋转，从而实现2π立体角范围的激光扫描；所述X轴方向为激光器初始发出的激光束方向；所述Y轴方向为激光束经第一扫描镜反射后进入第二反射镜的方向；
所述第一扫描镜反射激光的镜面中心区域镀覆有可见光的透射膜，四周区域镀红外的反射膜，另一镜面镀覆可见光的透射膜；
第二扫描镜反射激光的镜面镀覆有实现红外光反射和可见光半透半反的膜层，另一镜面镀覆可见光的透射膜；
控制系统用于调节激光器的输出功率和工作模式、用于成像镜头对异物成像以及用于控制第一扫描镜和第二扫描镜进行角度调整，使激光指向待清除异物；
其特征在于,包括以下步骤：
1)打开控制系统，发射装置进行初始化，完成准备工作；
2)待清除异物的指引测距；
指引测距控制单元打开可见光指示器，指示可见光经分束镜反射、第一扫描镜透射，最后由第二扫描镜反射出光，在此期间通过扫描镜控制单元控制第一扫描镜和第二扫描镜旋转，使可见光指向异物所在方向，成像镜头对第二扫描镜扫射区域成像，在成像显示控制单元上寻找到待清除异物；
同时，可见光从待清除异物反射的光束经原路返回至探测器，实现了待清除异物距离测量；
3)异物清除；
根据异物的距离与材质选择合适的红外激光功率与扩束比，激光器控制单元打开激光器，激光束由变倍扩束装置扩束，第一扫描镜和第二扫描镜反射，并且要保证与步骤2)中的指示可见光同轴，激光发射到远程的异物上，对异物进行灼烧，同时成像显示控制单元实时监测异物的灼烧情况；
若观察到激光束不能灼烧异物，则由激光器控制单元增大激光器功率或由变倍扩束装置缩小光束尺寸，以增大激光能量密度，直到异物被灼烧；
若观察到激光束的灼烧面积相对于异物过小，可通过扫描镜控制系统对第一扫描镜或第二扫描镜进行旋转，使激光束在异物上进行移动，直到异物被灼烧掉落；
若在装置的工作范围内还有其他异物，先停止激光器出光，通过扫描镜控制单元对第一扫描镜与第二扫描镜进行旋转，重新瞄准新的异物，开启激光器即可进行清除工作，实现了大范围、多点的异物清除；
4)清除完毕，关闭发射装置及控制系统。
2.根据权利要求1所述的激光扫描式输电线异物远程清除装置的应用方法，其特征在于：所述发射装置还包括安装在第一转台上的指引测距装置；
指引测距装置包括可见光指示器、探测器以及分束镜；可见光指示器出射的可见光经分束镜反射、第一扫描镜透射、最后由第二扫描镜反射使可见光指向异物所在方向，并且反射的光束经原路返回至探测器用于对待清除异物进行测距。
3.根据权利要求2所述的激光扫描式输电线异物远程清除装置的应用方法，其特征在于：所述发射装置还包括变倍扩束装置；所述变倍扩束装置位于激光器和第一扫描镜之间用于增大或缩小激光束的尺寸。
4.根据权利要求3所述的激光扫描式输电线异物远程清除装置的应用方法，其特征在于：所述控制系统包括成像显示控制单元、扫描镜控制单元、激光器控制单元以及指引测距控制单元；
成像显示控制单元与成像镜头连接用于控制成像镜头获取待清除异物的图像；
扫描镜控制单元分别与第一转台和第二转台连接用于控制第一扫描镜和第二扫描镜进行角度调整；
激光器控制单元与激光器连接用于调节激光器的输出功率和工作模式；
指引测距控制单元分别与可见光指示器以及探测器连接用于控制可见光指示器出射可见光以及探测器测量待清除异物的距离。
5.根据权利要求4所述的激光扫描式输电线异物远程清除装置的应用方法，其特征在于：所述激光器为CO2激光器，其发出的激光束的工作波长为10.6μm。
6.根据权利要求5所述的激光扫描式输电线异物远程清除装置的应用方法，其特征在于：所述变倍扩束装置为无焦变倍扩束镜，所述无焦变倍扩束镜由3组透镜组成，并且采用“正—负—正”的结构形式。
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