CN107728022B - 基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置及方法 - Google Patents

基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置及方法，所述装置包括：底座；激光测距模块，固定于所述底座上；云台，设置于所述激光测距模块上；云台控制模块，与所述云台连接，控制云台水平或垂直运动；紫外成像模块，设置于所述云台上；CPU，分别连接激光测距模块、云台控制模块和紫外成像模块，通过无线通信模块与上位机实现通信；仰角测量模块，设置于所述云台上，用于测量云台倾斜角度；坡度测量模块，设置于所述底座上，用于测量所述检测装置的爬坡度。与现有技术相比，本发明能够对不同距离下测得的光子数等效修正为标准距离下光子数，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。

Description

基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种局部放电检测装置及检测方法，尤其是涉及一种基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置及方法。
背景技术
由于局部放电是电力设备绝缘老化的主要原因，对电力系统中的局部放电检测已是在线智能检测的主要组成部分，在电力设备的制造、运输以及安装过程中形成的一些绝缘缺陷会长期威胁电力设备的安全运行和加速设备绝缘的老化，因此对局部放电进行快速、有效检测变得十分重要。
日盲紫外成像是一种设备表面放电的检测方法，因为其探测距离远、非接触、定位准确等优点在电力系统局部放电检测中得到了较广泛的应用。其中光子数是紫外成像检测技术中量化放电强度的关键参数，并随仪器增益、检测距离、电流脉冲的变化而变化。在实际工程中，仪器增益和电流脉冲可以控制在要求值，但检测距离会因电晕放电处位置不同而变化，导致检测结果没有可对比性，并且很难确定一个在紫外成像检测中具体的光子数阈值。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置，包括：
底座；
激光测距模块，固定于所述底座上；
云台，设置于所述激光测距模块上；
云台控制模块，与所述云台连接，控制云台水平或垂直运动；
紫外成像模块，设置于所述云台上；
CPU，分别连接激光测距模块、云台控制模块和紫外成像模块，通过无线通信模块与上位机实现通信；
仰角测量模块，设置于所述云台上，用于测量云台倾斜角度；
坡度测量模块，设置于所述底座上，用于测量所述检测装置的爬坡度。
进一步地，所述仰角测量模块与紫外成像模块上下贴合固定于所述云台上，且所述紫外成像模块处于水平位置时，仰角测量模块的缺省值为0°。
进一步地，所述坡度测量模块安装于激光测距模块正前方，且所述底座位于水平地面时，坡度测量模块的缺省值为0°。
进一步地，所述仰角测量模块和坡度测量模块均为倾角传感器。
进一步地，所述激光测距模块包括激光雷达扫描仪。
进一步地，所述紫外成像模块包括日全盲紫外成像仪。
进一步地，该检测装置还包括用于存储标准距离的标准参数存储模块，该标准参数存储模块与CPU连接。
本发明还提供一种利用所述的基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置的光子数检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)接收上位机指令，调整云台对准检测目标；
2)将激光测距模块、紫外成像模块、仰角测量模块和坡度测量模块的测量结果传输给上位机；
3)上位机利用云台倾斜角度和爬坡度对所述激光测距模块的测量距离进行距离补偿，根据补偿后的实际距离将紫外成像模块测得的光子数等效到统一观测距离下。
进一步地，所述步骤3)中，距离补偿的公式为：
其中，L为补偿后的实际距离，L′为激光测距模块的测量距离，α为仰角测量模块测得的云台倾斜角度，β为坡度测量模块测得的爬坡度。
进一步地，所述步骤3)中，根据补偿后的实际距离将紫外成像模块测得的光子数等效到统一观测距离下的计算公式为：
其中，L0为光子数统一等效观测距离，h0为在统一等效观测距离下的光子数，L为补偿后的实际距离，h为在当前观测位置下紫外成像模块采集的放电处光子数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明解决了传统电力设备表面电晕放电光子数可比性和距离测量实时性问题。利用倾角传感器及激光雷达测量并计算电力设备电晕放电处至紫外成像仪之间的距离，并通过此测量距离值下的光子数等效计算为标准系统存储的观测距离下的等效光子数，可以有效的将不同测量距离下的光子数等效到统一参数下。基于激光雷达准确、方便、精度快、速度快等优点，可以有效解决电力设备局放光子数的可比性和实施检测的问题。
2、本发明能够对不同距离下测得的光子数等效修正为标准距离下光子数，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。
3、本发明仰角测量模块与紫外成像模块上下贴合固定在云台上，因两者之间间距很小且平行放置，可以准确测得紫外成像模块与激光至待测点连线的倾角，提高最终检测精度。
附图说明
图1为本发明的机械结构示意图；
图2为本发明的结构原理图；
图3为本发明的工作流程示意图；
图4为本发明具体实施过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-图2所示，本发明提供一种基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置，包括：
底座6；
激光测距模块4，固定于底座6上；
云台1，设置于激光测距模块4上；
云台控制模块8，与云台1连接，控制云台1水平或垂直运动，包括水平和垂直方向调整的步进电机；
紫外成像模块2，设置于云台1上；
CPU7，分别连接激光测距模块4、云台控制模块8和紫外成像模块2，通过无线通信模块10与上位机11实现通信；
仰角测量模块3，设置于云台1上，用于测量云台倾斜角度；
坡度测量模块5，设置于底座6上，用于测量检测装置的爬坡度。
仰角测量模块3与紫外成像模块2上下贴合固定于云台1上，且紫外成像模块2处于水平位置时，仰角测量模块3的缺省值为0°。坡度测量模块5安装于激光测距模块4正前方，且底座6位于水平地面时，坡度测量模块5的缺省值为0°。仰角测量模块3和坡度测量模块5均为倾角传感器。
激光测距模块4包括激光雷达扫描仪。紫外成像模块2包括日全盲紫外成像仪。
在某些实施例中，该检测装置还包括用于存储标准距离的标准参数存储模块9，该标准参数存储模块9与CPU7连接。
利用上述基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置的光子数检测方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
1)接收上位机11指令，调整云台1对准检测目标；
2)将激光测距模块4、紫外成像模块2、仰角测量模块3和坡度测量模块5的测量结果传输给上位机11；
3)上位机11利用云台倾斜角度和爬坡度对激光测距模块4的测量距离进行距离补偿，根据补偿后的实际距离将紫外成像模块2测得的光子数等效到统一观测距离下，距离补偿的公式为：
其中，L为补偿后的实际距离，L′为激光测距模块4的测量距离，α为仰角测量模块3测得的云台倾斜角度，β为坡度测量模块5测得的爬坡度；
根据补偿后的实际距离将紫外成像模块2测得的光子数等效到统一观测距离下的计算公式为：
其中，L0为光子数统一等效观测距离，h0为在统一等效观测距离下的光子数，L为补偿后的实际距离，h为在当前观测位置下紫外成像模块2采集的放电处光子数。
本实施例中，倾角传感器选用型号RS232Analog，其测量范围为单轴0°～360°，双周+80°，最小分辨率为0.01°，精度0.1°，无滤波响应时间10ms，可获得热像仪至待测点的倾角及机器人爬坡度。激光雷达扫描仪，型号为LMS511-10100，系统错误为±25mm，(1m，10m)，可实现30m以内的扫描与测距功能。日全盲紫外成像仪，其型号为ZF-S2型紫外成像仪，分辨率为600×480，视场(H×V)为5°×3.75°，最小紫外光灵敏度为3×10-18watt/cm2，可对存在电晕放电的电力设备进行光子数检测。
本实施例中，云台包括一个长方体机壳，检测光子数的紫外成像模块固定在云台一侧，并在放置紫外成像模块的套筒底部安装用于测量云台倾斜角度(仰角测量模块)的仰角测量模块。云台通过接收上位机命令控制水平电机驱动器和垂直电机驱动器定位待测目标体。仰角测量模块与日全盲紫外成像仪上下贴合固定在云台上，因两者之间间距很小且平行放置，可以测得紫外成像仪与激光至待测点连线的倾角；激光雷达扫描仪置于云台正前方，采集检测装置与待测点所处平面的直线距离；坡度测量模块固定在底座上方部位，采集机器人爬坡度。获取的距离值及两个倾角通过无线WIFI发送至上位机。
具体实施的示意图如图4所示，上位机控制云台在水平和垂直方向上调整，使紫外成像仪对准目标设备，然后开始进行数据采集，此时紫外成像仪采集的放电处光子数为h，倾角传感器(仰角)测得角度记为α，倾角传感器(坡度)测得角度记为β，激光雷达测得距离记为L’。在具体检测时，为保证检测光子数的有效性，本实施例将所述检测装置固定在3m外的检测点上，设备增益设置为15％。通过上位机获得数据信息得知，此时紫外成像仪在15％增益下采集的放电处光子数量h＝1500，倾角传感器(仰角)测得角度α＝37.16°，倾角传感器(坡度)测得角度β＝17.69°，激光雷达测得距离L’＝3.000m，根据紫外成像仪与放电目标点之间距离L的计算公式(1)可得L＝4.964m。
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等效观测距离为6m。
本发明中将检测到的光子数值等效到统一观测距离下，从而使检测结果具有可对比性。对于距离的等效，本发明根据所得到的实验数据，采用了幂函数的等效方法((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)计算不同距离下的等效光子数。设置等效观测距离(标准距离)为6m，利用不同距离下的等效公式将紫外成像仪在3m处的光子数等效到统一观测距离，根据计算公式(2)可得等效后的光子数h0＝1190。
本发明利用激光测距模块修正紫外成像模块检测电晕放电光子数，可有效将光子数等效到同一观测距离下，使检测结果具有可比性。同时该装置结合倾角传感器、激光雷达测距技术和紫外放电检测技术，利用局部放电产生的声光现象，对实现在线测距及对非接触、远距离条件下的电晕放电强度评估大有裨益。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置，包括：
底座(6)；
激光测距模块(4)，固定于所述底座(6)上；
云台(1)，设置于所述激光测距模块(4)上；
云台控制模块(8)，与所述云台(1)连接，控制云台(1)水平或垂直运动；
紫外成像模块(2)，设置于所述云台(1)上；
CPU(7)，分别连接激光测距模块(4)、云台控制模块(8)和紫外成像模块(2)，通过无线通信模块(10)与上位机(11)实现通信；
其特征在于，还包括：
仰角测量模块(3)，设置于所述云台(1)上，用于测量云台倾斜角度；
坡度测量模块(5)，设置于所述底座(6)上，用于测量所述检测装置的爬坡度；
所述仰角测量模块(3)与紫外成像模块(2)上下贴合固定于所述云台(1)上，且所述紫外成像模块(2)处于水平位置时，仰角测量模块(3)的缺省值为0°，所述坡度测量模块(5)安装于激光测距模块(4)正前方，且所述底座(6)位于水平地面时，坡度测量模块(5)的缺省值为0°；
利用所述紫外局放光子数检测装置进行光子数检测的过程包括：
1)接收上位机(11)指令，调整云台(1)对准检测目标；
2)将激光测距模块(4)、紫外成像模块(2)、仰角测量模块(3)和坡度测量模块(5)的测量结果传输给上位机(11)；
3)上位机(11)利用云台倾斜角度和爬坡度对所述激光测距模块(4)的测量距离进行距离补偿，根据补偿后的实际距离将紫外成像模块(2)测得的光子数等效到统一观测距离下；
所述步骤3)中，距离补偿的公式为：
其中，L为补偿后的实际距离，L′为激光测距模块(4)的测量距离，α为仰角测量模块(3)测得的云台倾斜角度，β为坡度测量模块(5)测得的爬坡度；
所述步骤3)中，根据补偿后的实际距离将紫外成像模块(2)测得的光子数等效到统一观测距离下的计算公式为：
其中，L0为光子数统一等效观测距离，h0为在统一等效观测距离下的光子数，L为补偿后的实际距离，h为在当前观测位置下紫外成像模块(2)采集的放电处光子数。
2.根据权利要求1所述的基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置，其特征在于，所述仰角测量模块(3)和坡度测量模块(5)均为倾角传感器。
3.根据权利要求1所述的基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置，其特征在于，所述激光测距模块(4)包括激光雷达扫描仪。
4.根据权利要求1所述的基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置，其特征在于，所述紫外成像模块(2)包括日全盲紫外成像仪。
5.根据权利要求1所述的基于激光雷达测距补偿的紫外局放光子数检测装置，其特征在于，还包括用于存储标准距离的标准参数存储模块(9)，该标准参数存储模块(9)与CPU(7)连接。
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