CN108872020A - 一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网设备状态检测领域，具体涉及一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置及检测方法；包括；包括以无人机为飞行平台，无人机通过骨架搭载有喷水作业装置、辅助测量装置、无线通讯装置、摄像装置和控制电路，控制电路与喷水作业装置、辅助测量装置、无线通讯装置和摄像装置连接，无线通讯装置与控制器无线连接；其有意效果在于：采用无人机搭载憎水性检测设备的方式代替人工登高，可兼顾检测安全性和灵活性，快速高效,同时附带了集成了雾状喷水、频率调节、激光测距、无线遥控等功能。

Description

一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置及检测 方法

技术领域

本发明涉及一种电网设备状态检测领域，具体涉及一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置及检测方法。

背景技术

受电晕放电、紫外照射、潮湿环境、酸雨酸雾等因素影响，构成复合绝缘子伞裙的有机硅橡胶材料易老化，引起电气性能和机械性能的下降，对电网的供电可靠性造成潜在的威胁。随着挂网绝缘子复合化率的不断攀升，如何采用较低的经济成本实现复合绝缘子老化状态的高效快速评估成为一个非常值得研究的问题。

憎水性检测是通过复合绝缘子伞裙表面憎水性强弱来判断其老化状态的，是目前被普遍接受的复合绝缘子老化状态分析方法。憎水性检测根据技术手段的分为喷水分级法、表面张力法、接触角法和动态滴水法等。其中，表面张力法使用的部分测试对人体有害，限制了该方法的推广；接触角法和动态滴水法测量精度高，但对测试环境的要求苛刻，不适用于工程现场测量；喷水分级法操作简单，可快速获取绝缘子憎水性等级，因而被广泛推广使用。

传统喷水分级法采用手持式喷雾器，由检修人员通过搭载云梯或攀爬杆塔靠近待测绝缘子进行喷水作业，通过观察水滴在绝缘子伞裙表面的分布情况，对比分级判据和标准图片，得到绝缘子表面的憎水性状态。这种方式实施成本低、操作简单、但安全性差、效率低、主观依赖性强。

近年来，随着电子技术和计算机技术的发展，喷水装置逐渐完成了从机械按压式向电子驱动式转换，加之合理的绝缘设计，在一定程度上提高了检测的安全性和自动化水平，但仍离不开人工登高的作业模式，部分地区采用固定式自动喷水装置，结合相机监视和远程遥控实现工作人员和检测区域的隔离，但这种方式需要对每个测试点单独安装检测设备，显然无法满足实际需求。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测方法。

本发明具体采用如下技术方案：

本发明的目的之一是提供一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置，包括以无人机为飞行平台，无人机1通过骨架2搭载有喷水作业装置、辅助测量装置、无线通讯装置12、摄像装置和控制电路8，控制电路8与喷水作业装置、辅助测量装置、无线通讯装置12和摄像装置连接，无线通讯装置12 与控制器14无线连接。提供本装置的无人机1采用旋翼无人机，旋翼无人机是一种机动性强、稳定性高、操作简便、运输方便的飞行平台。采用无人机1进行线路巡检、三跨线路架设、污秽清理等已进入推广应用阶段。针对复合绝缘子憎水性检测，采用无人机搭载憎水性检测设备的方式代替人工登高，可兼顾检测安全性和灵活性，快速高效。本发明以M600六旋翼无人机为飞行平台，基于嵌入式系统研制出适用于无人机搭载的憎水性检测装置。该装置集成了雾状喷水、频率调节、激光测距、无线遥控等功能.

憎水性检测装置可分为喷水作业、辅助测量及无线通信。

喷水作业装置由水箱3、水泵4、电磁阀5、喷杆6、喷嘴7构成，水箱3 放置于无人机1上的骨架2上，其上设置有水泵4，喷杆6安装于水泵4上，喷杆4的端头安装有喷嘴7，所述喷杆6上设置有电磁阀5。水箱3容积约为1.5L，用于储存单次测量所需水量；喷水作业所需水压由12V隔膜水泵提供，约0.6MPa。水路通断经12V常闭型电磁阀控制，可满足60次/分以上通断快速切换需求；喷杆6选用标准口径绝缘玻纤杆，便于扩展；喷嘴7为万向可调雾状喷嘴，以产生雾状喷水效果。其中，电磁阀5和水泵6的通电状态由继电器控制，而继电器开关状态由单片机所产生的PWM波决定，实现了喷水频率、启停状态的数字化、程序化控制。

辅助测量部分包括四组激光测距传感器和一组温度传感器。其中一组激光测距传感器垂直指向地面，用于飞行高度的精确测量，误差小于5mm，为纵向激光测距传感器10；为避免对反射面积相对较小的复合绝缘子产生漏判，另外三组激光传感器等间距水平排列，构成三点前向测距系统，为前向激光测距传感器，用于无人机到绝缘子距离的实时测量，如图2所示。环境温度的测量通过 SI7020芯片，即温度传感器11完成，温度测量误差小于1℃，温度测量误差小于5％。

无线通信装置12用于实现整个装置的远程无线控制，采用433MHz全双工无线串口通信天线完成。其任务主要包括检测装置运行状态、测量数据的实时发送和地面端遥控指令的及时响应。为兼顾数据更新速率和指令响应速率，机载设备数据的发送和遥控设备数据的接受采用直接存储器访问技术完成(如图3 所示)，在提高传输效率的同时避免了数据更新对CPU的占用，并保证了机载设备对操作指令中断响应的及时性。

为减轻无人机负担，装置各组成部分通过合理的结构设计固定于碳纤维板制作的骨架2上，净重为2.19kg。图像采集所使用的摄像装置13通过机载禅思 Z3云台相机完成，该相机仅重262kg，支持3.5倍光学变焦和2倍数字变焦，可有效获取复合绝缘子伞裙水滴分布状态。

本装置通过无线控制器14进行远程控制操作。

本发明的另一目的是提供一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测方法，具体步骤如下：

步骤(1)：准备阶段，准备阶段完成无人机及喷水装置的布置、启动、状态检查等工作；

步骤(2)：飞行阶段，控制无人机搭载喷水装置靠近复合绝缘子，并结合激光测距数据调整状态，使喷嘴正对待测复合绝缘子；

步骤(3)：喷水阶段，使喷水作业装置正对待测复合绝缘子，进行喷水作业；

步骤(4)：拍照阶段，通过调整摄像装置的角度和焦距，得到复合绝缘子伞裙憎水性图片；

步骤(5)：数据处理阶段，通过对憎水性图像进行二值化处理、边缘识别和特征量提取，完成憎水性等级的自动判定。

本发明的有益效果为：本发明以M600六旋翼无人机为飞行平台，集成了雾状喷水、频率调节、激光测距、无线遥控等功能，基于嵌入式系统研制出适用于无人机搭载的憎水性检测装置。该装置具有机动性强、稳定性高、操作简便、检测结构精确的特点。针对复合绝缘子憎水性检测，采用无人机搭载憎水性检测设备的方式代替人工登高，可兼顾检测安全性和灵活性，快速高效。

附图说明

图1机载憎水性检测装置结构图；

图2三点前向激光测距示意图；

图3采用DMA技术的无线通信数据传输过程图；

图4无人机憎水性检测现场试验图；

图中：无人机1、骨架2、水箱3、水泵4、电磁阀5、喷杆6、喷嘴7、控制电路8、前向激光测距传感器9、纵向激光测距传感器10、温度传感器11、无线通讯装置12、摄像装置13，控制器14。

具体实施方式

实施例1

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明提出的一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置及检测方法，该发明中旋翼无人机1是一种机动性强、稳定性高、操作简便、运输方便的飞行平台。采用无人机1进行线路巡检、三跨线路架设、污秽清理等已进入推广应用阶段。针对复合绝缘子憎水性检测，采用无人机搭载憎水性检测设备的方式代替人工登高，可兼顾检测安全性和灵活性，快速高效。本发明以M600 六旋翼无人机为飞行平台，基于嵌入式系统研制出适用于无人机搭载的憎水性检测装置。该装置集成了雾状喷水、频率调节、激光测距、无线遥控等功能。为了验证本发明的无人机憎水性检测效果，选取了一条110kV输电线路进行现场试验，如图4所示。检测过程分为准备、飞行、喷水、拍照四个阶段。准备阶段完成无人机及喷水装置的布置、启动、状态检查等工作；飞行阶段控制无人机搭载喷水装置靠近复合绝缘子，并结合激光测距数据调整状态，使喷嘴正对待测复合绝缘子；喷水阶段通过遥控器设定喷水频率并完成一键自动喷水操作；拍照阶段通过调整相机角度和焦距，得到复合绝缘子伞裙憎水性图片。

最后，通过对憎水性图像进行二值化处理、边缘识别和特征量提取，完成憎水性等级的自动判定，现场试验表明，无人机憎水性检测方法可有效完成复合绝缘子憎水性等级判定工作，检测过程只需两人即可完成，检测时间约 5-10min，安全高效。

本发明从实际工程需求，发明了一种无人机憎水性检测系统，成功实现了复合绝缘子憎水性带电检测的无人机化，取缔了传统人工登高作业模式，提高了检测效率和安全性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置，其特征在于：包括以无人机为飞行平台，无人机通过骨架搭载有喷水作业装置、辅助测量装置、无线通讯装置、摄像装置和控制电路，控制电路与喷水作业装置、辅助测量装置、无线通讯装置和摄像装置连接，无线通讯装置与控制器无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于：喷水作业装置由水箱、水泵、电磁阀、喷杆、喷嘴构成，水箱放置于无人机上的骨架上，其上设置有水泵，喷杆安装于水泵上，喷杆的端头安装有喷嘴，所述喷杆上设置有电磁阀。

3.根据权利要求2所述的一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置，其特征在于：所述喷嘴为方向可调雾状喷嘴结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置，其特征在于：辅助测量装置包括四组激光测距传感器和一组温度传感器，其中一组激光测距传感器垂直指向地面，为纵向激光测距传感器，另外三组激光传感器等间距水平排列，构成三点前向测距系统，为前向激光测距传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置，其特征在于：所述无线通讯装置为远程无线控制装置，为433MHz全双工无线串口通信天线。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置，其特征在于：所述摄像装置为机载禅思Z3云台相机。

7.根据权利要求1所述的一种基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测装置，其特征在于：所述控制电路与无人机、水泵、电磁阀、激光测距传感器、温度传感器、温度传感器连接。

8.一种利用权利要求1-7任一项所述装置进行的基于无人机技术的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤(1)：准备阶段，准备阶段完成无人机及喷水装置的布置、启动、状态检查等工作；

步骤(2)：飞行阶段，控制无人机搭载喷水装置靠近复合绝缘子，并结合激光测距数据调整状态，使喷嘴正对待测复合绝缘子；

步骤(3)：喷水阶段，使喷水作业装置正对待测复合绝缘子，进行喷水作业；

步骤(4)：拍照阶段，通过调整摄像装置的角度和焦距，得到复合绝缘子伞裙憎水性图片；

步骤(5)：数据处理阶段，通过对憎水性图像进行二值化处理、边缘识别和特征量提取，完成憎水性等级的自动判定。