CN110233446A - 一种高清晰激光远距离除障系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高清晰激光远距离除障系统，包括沿入射光线传输方向依次设置的准直镜片、激光反射镜和分光镜；分光镜为激光反射、可见光透射的镜片，激光反射镜的反射面朝向准直镜片，分光镜的反射面朝向激光反射镜的反射面；激光反射镜的中心过准直镜片的主光轴、且激光反射镜的反射面与准直镜片的主光轴呈45°夹角；分光镜的反射面与激光反射镜的反射面相互平行，分光镜的反射面中心与激光反射镜的反射面中心的连线垂直于准直镜片的主光轴。本发明高清晰激光远距离除障系统，将光纤激光出光准直，并采用两次反射激光，而可见光直接透过，使得视觉光的清晰度显著增加，抗干扰性显著提高，同时减少了激光能量的损失，作用距离显著延长。

Description

一种高清晰激光远距离除障系统
技术领域
本发明涉及一种高清晰激光远距离除障系统，属于激光除障领域。
背景技术
输配电线路的作用是输送和分配电能。架设于发电厂至地区变电所、地区变电所与地区变电所之间的，用于输送电能的线路称为输电线路，其特点为：线路电压高、输送距离远、输送容量大，一般距离地面距离大于40m。从系统变电所向用户供电的线路及城乡变压器之间的，用于分配电能的线路称为配电线路，配电线路又可分为高压配电线路(35KV及以上)、中压配电线路(10KV)和低压配电线路(0.4KV)。实际生活中，塑料布、塑料袋、风筝、风筝线、钓鱼线等异物很容易缠绕到输配电线路的金属导线上，一旦此类漂浮性的异物受雨、雪、雾、露浸湿，极易造成金属导线相间短路或者单相接地等故障，从而导致跳闸造成供电中断、输电线路损坏，在人畜可接触位置的异物，则有可能造成人畜伤亡。因此，及时清理输电线路上的异物对于供电安全具有十分重要的意义。
目前采用激光远程清除架空输电线路异物是一种新的清除方法，这种方法通过在地面发射一束激光到空中的异物目标，通过热烧蚀作用将架空线路上的漂浮型异物熔断、灼烧损毁或掉落，是一种安全、方便、快捷的清除方式。然而现有的激光远程清除装置存在清晰度差、抗干扰差、作用距离有限等缺陷。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种高清晰激光远距离除障系统，优化了光路结构，采用了激光两次反射，扩大视觉镜头的通光口径，缩短了光程，增强了清晰度，延长了作用距离。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高清晰激光远距离除障系统，包括沿入射光线传输方向依次设置的准直镜片、激光反射镜和分光镜；分光镜为激光反射、可见光透射的镜片，激光反射镜的反射面朝向准直镜片，分光镜的反射面朝向激光反射镜的反射面；激光反射镜的中心过准直镜片的主光轴、且激光反射镜的反射面与准直镜片的主光轴呈45°夹角；分光镜的反射面与激光反射镜的反射面相互平行，分光镜的反射面中心与激光反射镜的反射面中心的连线垂直于准直镜片的主光轴。
上述高清晰激光远距离除障系统，用于高压电线或其他高空障碍清除，可以在地面操作整个设备，对300m以内距离可聚焦光斑，在这个范围内有效烧蚀清除障碍目标。
光纤激光器出光后通过光纤头导入准直镜片，利用光学镜片折射偏转输入光束，以达到光学衍射极限发散角准直出射，可以在远距离传输中保持极小的发散角，从而保证激光能量密度，作用在目标表面时仍可以有较大功率。激光作用在200m处光斑直径大小在15mm左右，在300m处光斑大小在20mm左右。
为了进一步减小激光远距离传输的发散角，优选，准直镜片的准直焦距为150±2mm。
作为一种优选的实现方案，准直镜片包括沿入射光线传输方向依次设置的第一透镜和第二透镜，第一透镜为弯月型透镜，第二透镜为双凸透镜。
为了减少激光的能量损耗，优选，沿入射光线传输方向，第一透镜的两面依次为第一物侧面和第一像侧面，第二透镜的两面依次为第二物侧面和第二像侧面，第一物侧面的曲率半径为109.8±2mm，第一像侧面的曲率半径为36.2±2mm，第二物侧面的曲率半径为293.8±2mm，第二像侧面的曲率半径为66.4±2mm。
进一步优选，第一像侧面中心到第二物侧面中心的距离为1±0.02mm，第二像侧面到激光反射镜的反射面中心的距离为30±0.1mm。
进一步优选，第一透镜的中心厚度为4±0.1mm，第二透镜的中心厚度为4±0.1mm。
激光反射镜和分光镜的双面均为平面结构，激光反射镜的厚度为5±0.1mm；分光镜的厚度为2±0.1mm。
为了减少激光的能量损耗，同时提高视觉光的清晰度，激光反射镜的反射面中心到分光镜的反射面中心的距离为35±2mm。
为了更方便对准远距离目标，本申请高清晰激光远距离除障系统采用同轴视觉光路，将可见光与激光光束耦合到相同光轴中，保证视觉和激光的同轴。
优选，分光镜反射光的延长线上设有接受可见光的相机。
优选，视觉波长为400～700nm，光学变倍为30倍。
本申请优选采用单模激光器，激光波长为1070nm±10nm，激光器数值孔径NA为0.06。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明高清晰激光远距离除障系统，将光纤激光出光准直，并采用两次反射激光，而可见光直接透过，使得视觉光的清晰度显著增加，抗干扰性显著提高，同时减少了激光能量的损失，作用距离显著延长，可达到300m以上。
附图说明
图1为本发明实施例中高清晰激光远距离除障系统结构示意图；
图2为第一透镜结构示意图；
图3为第二透镜结构示意图；
图4为激光反射镜结构示意图(左为主视图，右为左视图)；
图5为分光镜结构示意图；
图6为本发明实施例中高清晰激光远距离除障系统200m远处激光作用木板上烧蚀光斑大小；
图7为本发明实施例中高清晰激光远距离除障系统200m处光斑大小成像高度；
图8为本发明实施例中高清晰激光远距离除障系统波像差在X、Y轴方向数值；
图中，1为准直镜片，11为第一透镜，12为第二透镜，2为激光反射镜，3为分光镜，4为接收可见光的相机，5为激光，6为可见光。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1所示，一种高清晰激光远距离除障系统，包括沿入射光线传输方向依次设置的准直镜片、激光反射镜和分光镜；激光反射镜的反射面朝向准直镜片，分光镜的反射面朝向激光反射镜的反射面；激光反射镜的中心过准直镜片的主光轴、且激光反射镜的反射面与准直镜片的主光轴呈45°夹角；分光镜的反射面与激光反射镜的反射面相互平行，分光镜的反射面中心与激光反射镜的反射面中心的连线垂直于准直镜片的主光轴。激光反射镜如图4所示，第①面为激光反射面，反射率为99.8％，激光反射镜的厚度为5mm。分光镜为激光反射、可见光透射的镜片，如图5所示，第①面镀激光反射膜和可见光透过膜，其中，激光反射率为99.8％，可见光透过率为99.8％，第②面镀可见光透过膜，可见光透过率为99.8％，分光镜的厚度为2±0.1mm。
准直镜片的准直焦距为150mm；准直镜片包括沿入射光线传输方向依次设置的第一透镜和第二透镜，第一透镜为弯月型透镜，第二透镜为双凸透镜。
沿入射光线传输方向，第一透镜的两面依次为第一物侧面和第一像侧面，第二透镜的两面依次为第二物侧面和第二像侧面，如图2-3所示，第一物侧面的曲率半径为109.8mm，第一像侧面的曲率半径为36.2mm，第二物侧面的曲率半径为293.8mm，第二像侧面的曲率半径为66.4mm；第一像侧面中心到第二物侧面中心的距离为1mm；第一透镜的中心厚度为4mm，第二透镜的中心厚度为4mm，第二像侧面到激光反射镜的反射面中心的距离为30mm；激光反射镜的反射面中心到分光镜的反射面中心的距离为35mm。
上述准直镜片参数如表1所示。
表1
序号 特性 参数
1 激光波长 1070nm±10nm
2 冷却方式 自然风冷
3 准直焦距 150mm
4 通光孔径 22mm
5 连接方式 QBH
如图6所示，激光作用在200m处光斑直径大小在15mm左右，在300m处光斑大小在20mm左右。如图8所示，波像差最大值为5.0e-4波长。
高清晰激光远距离除障系统采用同轴视觉光路，如图1所示，分光镜反射光的延长线上设有接受可见光的相机，相机参数见表2。
表2
型号 DS-2ZCN3007
光圈 F1.6-F4.4
光学放大倍数 30倍
焦距 4.5-135mm
水平视角 65.1-2.34度
聚焦模式 自动聚焦
同轴视觉参数如表3所示。
表3
序号 特性 参数
1 视觉波长 400～700nm
2 光学变倍 30倍
将上述光学系统(激光准直和同轴视觉)固定在电动云台上，以便更好的转动确定目标位置。云台是由六轴控制，相关特性参数见表4。
表4
序号 特性 参数
1 俯仰角度 ±75°
2 水平旋转角度 180°
3 转速 可调
4 输入电压 12V直流
5 提供电源 12V直流-750mA
本例中激光发生器采用单模激光器，具体参数见表5。
表5
序号 特性 参数
1 波长 1070nm±10nm
2 功率 250～300W
3 传输光纤长度 2～4m
4 弯曲半径 200mm
5 光纤纤径 25～50um
6 输出连接 QBH
上述高清晰激光远距离除障系统，将光纤激光出光准直，并采用两次反射激光，而可见光直接透过，使得视觉光的清晰度显著增加，抗干扰性显著提高，同时减少了激光能量的损失，作用距离显著延长，可达到300m以上，增加了抗干扰性。

Claims (10)

1.一种高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：包括沿入射光线传输方向依次设置的准直镜片、激光反射镜和分光镜；分光镜为激光反射、可见光透射的镜片，激光反射镜的反射面朝向准直镜片，分光镜的反射面朝向激光反射镜的反射面；激光反射镜的中心过准直镜片的主光轴、且激光反射镜的反射面与准直镜片的主光轴呈45°夹角；分光镜的反射面与激光反射镜的反射面相互平行，分光镜的反射面中心与激光反射镜的反射面中心的连线垂直于准直镜片的主光轴。
2.如权利要求1所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：准直镜片的准直焦距为150±2mm。
3.如权利要求1或2所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：准直镜片包括沿入射光线传输方向依次设置的第一透镜和第二透镜，第一透镜为弯月型透镜，第二透镜为双凸透镜。
4.如权利要求3所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：沿入射光线传输方向，第一透镜的两面依次为第一物侧面和第一像侧面，第二透镜的两面依次为第二物侧面和第二像侧面，第一物侧面的曲率半径为109.8±2mm，第一像侧面的曲率半径为36.2±2mm，第二物侧面的曲率半径为293.8±2mm，第二像侧面的曲率半径为66.4±2mm。
5.如权利要求4所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：第一像侧面中心到第二物侧面中心的距离为1±0.02mm；第一透镜的中心厚度为4±0.1mm，第二透镜的中心厚度为4±0.1mm，第二像侧面到激光反射镜的反射面中心的距离为30±0.1mm。
6.如权利要求1或2所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：激光反射镜的反射面中心到分光镜的反射面中心的距离为35±2mm。
7.如权利要求1或2所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：激光反射镜的厚度为5±0.1mm；分光镜的厚度为2±0.1mm。
8.如权利要求7所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：采用同轴视觉光路；分光镜反射光的延长线上设有接受可见光的相机。
9.如权利要求7所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：视觉波长为400～700nm，光学变倍为30倍。
10.如权利要求1或2所述的高清晰激光远距离除障系统，其特征在于：激光波长为1070nm±10nm，NA为0.06。
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