CN113866551B - 便携式多功能电缆故障检测装置和电缆故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆故障检测技术领域，具体涉及便携式多功能电缆故障检测装置和电缆故障检测方法，通过无人机和无人机底部的检测卡钳将环形的检测端子套设在架空电缆上，卡钳通过剪叉组件和驱动组件进行驱动，无人机通过识别架空电缆图像的方式进行自动前进，解决了遥控信号受到干扰且难以操控的问题，检测端子沿架空电缆行进，直至接触到泄漏电流，电流采集电路的信号发送至飞控系统中，无人机进行位置标定；本发明可以对架空电缆进行高阻故障定位，同时检测便捷，不需要施加脉冲信号，架空电缆可带电检测。

Description

便携式多功能电缆故障检测装置和电缆故障检测方法

技术领域

本发明涉及电缆故障检测技术领域，具体是便携式多功能电缆故障检测装置和电缆故障检测方法。

背景技术

电缆是输送电信号和传输信息的重要介质，主要并广泛应用于电力、国防、建筑、交通、通信、汽车以及化工等领域，电缆体系的正常运行为现代工业生产和社会运作提供了重要的基础性保障。随着电网智能化水平的提升，电力电缆被广泛应用于城市地下电网、海底输电网等。而随着电缆投入使用时间的增加，其故障发生的概率也有所提高，电缆线路建设过程中的安装磨损、应用环境中的长期腐蚀等因素，均存在引起电缆故障的风险。故障排除需要花费较多的人力、物力。一旦不能及时排除故障，将带来较大的经济损失与与不良的社会影响。

现有的电缆故障大致上分为接地故障、短路故障、断路故障高阻故障等。现有的电缆的大部分电缆故障均为高阻故障，高阻故障的检测一般需要对电缆施加高压信号，击穿故障点后进行定位，但是现有的定位方法中，先利用两次脉冲信号对故障点进行粗略定位，然后使用放电球隙利用放电的声响进行精确定位；但是现有的定位方法过程繁琐，同时在一些场景下，例如架空电缆中，难以设置放电球隙对泄漏电流进行泄放，从而定位。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供便携式多功能电缆故障检测装置和电缆故障检测方法，能够解决背景技术中的问题。

本发明的便携式多功能电缆故障检测装置，包括无人机和检测卡钳，检测卡钳通过绝缘剪叉组件与无人机固定连接，剪叉组件的顶部与无人机的底部连接并由设置在无人机底部的驱动组件驱动；检测卡钳的两个钳体上分别设有半环形的金属端子，无人机内设有电流采集电路和摄像头，无人机底部的正中位置设有测距传感器，摄像头设置在无人机头部正中位置且朝向正下方，电流采集器通过导线与金属端子连接；电流采集电路、摄像头和测距传感器均与设置在无人机内的微处理器连接，微处理器输出接入至无人机的飞控系统。

进一步地，所述绝缘剪叉组件包括第一叉杆和第二叉杆，第一叉杆和第二叉杆的中部通过转轴转动连接，所述检测卡钳包括半环形的第一钳体和第二钳体，第一钳体和第二钳体分别设置在第一叉杆和第二叉杆的末端。

进一步地，所述无人机的底部设有沿一条直线且分离设置的第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨和第二滑轨上分别设置第一滑块和第二滑块，所处第一叉杆和第二叉杆的顶端分别与第一滑块和第二滑块铰接；所述驱动组件包括直线电机和连接块，连接块设置在所述转轴，直线电机固定设置在所述无人机的底部且位于第一滑轨和第二滑轨之间，直线电机的活动轴与连接块固定连接。

本发明还提供一种用于配合本发明中的便携式多功能电缆故障检测装置的电缆故障检测方法，包括步骤：

(1)通过无线电信号控制无人机，使其飞行至架空电缆的正上方，测距传感器获得无人机与架空电缆对应位置的距离为h0；

(2)无人机自动下降至与架空电缆对应位置距离为h1的高度，且通过驱动组件驱动剪叉组件，使得检测卡钳合并并将架空电缆进行套合；

(3)从摄像头处获得架空电缆的图像，在图像中心位置设置一条十字参考线，并提取出其中的电缆部分，计算出电缆与十字参考线的横向相交部分的长度L0和电缆与十字参考线的竖线处于电缆部分的位置参考值M0；

(4)无人机自动向前飞行一个距离单元X，重新获得电缆与十字参考线的横向相交部分的长度L1和电缆与十字参考线的竖线处于电缆部分的位置参考值M1，无人机自动修正使得L1＝L0，M1＝M0；

(5)无人机重复步骤(4)自动飞行，直至电流采集电路采集到电流信号，检测卡钳松开，无人机再次上升至至架空电缆的正上方与电缆对应位置距离h0的高度。

进一步地，所述步骤(3)中的图像处理步骤包括：

(3-1)将图像进行二值化处理获得灰阶图像，将图像中心位置的成片的像素定义为电缆图像；

(3-2)提取出十字参考线中横线与电缆图像的相交线的像素数量，作为相交线长度LO；

(3-3)计算出相交线两个端点与十字参考线零点之间的距离d1和d2，位置参考值M0＝d1-d2。

进一步地，所述步骤(4)中修正过程包括：

(4-1)无人机向上飞行一个距离单位X1，计算十字参考线与电缆图像的相交线的像素点减少个数n，获得升降调节倍率

(4-2)无人机向左或者向右飞行一个距离单位X1，计算飞行前后的位置参考值之差△M＝M1-M0，获得左右调节倍率

(4-3)无人机按照升降调节倍率和左右调节倍率对飞行姿态进行修正。

本发明的有益效果是：本发明的便携式多功能电缆故障检测装置和电缆故障检测方法，通过无人机和无人机底部的检测卡钳将环形的检测端子套设在架空电缆上，卡钳通过剪叉组件和驱动组件进行驱动，无人机通过识别架空电缆图像的方式进行自动前进，解决了遥控信号受到干扰且难以操控的问题，检测端子沿架空电缆行进，直至接触到泄漏电流，电流采集电路的信号发送至飞控系统中，无人机进行位置标定；本发明可以对架空电缆进行高阻故障定位，同时检测便捷，不需要施加脉冲信号，架空电缆可带电检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图：

图1为本发明的机械机构的示意图；

图2为本发明的内部控制结构示意图；

图3为本发明的图像处理示意图。

附图标记如下：1-无人机、2-摄像头、3-第一钳体、4-第二钳体、5-金属端子、6-第一叉杆、7-第二叉杆、8-第一滑轨、9-第二滑轨、10-第一滑块、11-第二滑块、12-直线电机、13-电缆图像、14-十字参考线。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1-图3所示：本实施例中的便携式多功能电缆故障检测装置，包括无人机1和检测卡钳，检测卡钳通过绝缘剪叉组件与无人机1固定连接，剪叉组件的顶部与无人机1的底部连接并由设置在无人机1底部的驱动组件驱动；检测卡钳的两个钳体上分别设有半环形的金属端子5，无人机1内设有电流采集电路和摄像头2，无人机1底部的正中位置设有测距传感器，摄像头2设置在无人机1头部正中位置且朝向正下方，电流采集器通过导线与金属端子5连接；电流采集电路、摄像头2和测距传感器均与设置在无人机1内的微处理器连接，微处理器输出接入至无人机1的飞控系统。

本实施例中，绝缘剪叉组件包括第一叉杆6和第二叉杆7，第一叉杆6和第二叉杆7的中部通过转轴转动连接，检测卡钳包括半环形的第一钳体3和第二钳体4，第一钳体3和第二钳体4分别设置在第一叉杆6和第二叉杆7的末端。

本实施例中，无人机1的底部设有沿一条直线且分离设置的第一滑轨8和第二滑轨9，第一滑轨8和第二滑轨9上分别设置第一滑块10和第二滑块11，所处第一叉杆6和第二叉杆7的顶端分别与第一滑块10和第二滑块11铰接；驱动组件包括直线电机12和连接块，连接块设置在转轴，直线电机12固定设置在无人机1的底部且位于第一滑轨8和第二滑轨9之间，直线电机12的活动轴与连接块固定连接。

直线电机12推动时，使得转轴下降，第一叉杆6和第二叉杆7末端的第一钳体3和第二钳体4合拢，直至第一钳体3和第二钳体4完全合拢，通过上述结构保证第一钳体3和第二钳体4在无人机1的正下方进行合拢，同时第一钳体3和第二钳体4合拢后，第一叉杆6和第二叉杆7的下降距离是固定的，确保无人机1能在空中确定合拢位置。

由于靠近架空电缆会干扰遥控无人机1的无线电波信号，同时架空线缆的垂弧形也难以进行操控，直接利用距离传感器进行距离锁定在无人机1自行前进的时候容易丢失轨道，因此本发明还提供一种用于配合本发明中的便携式多功能电缆故障检测装置的电缆故障检测方法，此图像识别的方式保证无人机1能够延架空电缆且保持固定距离前进，具体包括步骤：

(1)通过无线电信号控制无人机1，使其飞行至架空电缆的正上方的初始位置，测距传感器获得无人机1与架空电缆对应位置的距离为h0，该位置为无人机1的安全位置，可以避免架空线产生的磁场对无人机1遥控信号进行干扰，因此初始位置为可以手动接管控制的位置；

(2)无人机1自动下降至与架空电缆对应位置距离为h1的高度(此高度为距离传感器实际测得，确保无人机1的位置对正)，且通过驱动组件驱动剪叉组件，使得检测卡钳合并并将架空电缆进行套合，检测卡钳闭合时，剪叉组件的下降高度是固定的，因此可预先测定剪叉组件的下降高度，精确将架空电缆进行套合；

(3)从摄像头2处获得架空电缆的图像，在图像中心位置设置一条十字参考线14，并提取出其中的电缆部分，计算出电缆与十字参考线14的横向相交部分的长度L0和电缆与十字参考线14的竖线处于电缆部分的位置参考值M0；

具体地，

(3-1)将图像进行二值化处理获得灰阶图像，将图像中心位置的成片的像素定义为电缆图像13，二值化后的图像信息更少，同时可以更高效地将电缆图像13进行识别，便于微处理器进行运算处理；

(3-2)提取出十字参考线14中横线与电缆图像13的相交线的像素数量，作为相交线长度LO；

(3-3)计算出相交线两个端点与十字参考线14零点之间的距离d1和d2，位置参考值M0＝d1-d2。

(4)无人机1自动向前飞行一个距离单元X，重新获得电缆与十字参考线14的横向相交部分的长度L1和电缆与十字参考线14的竖线处于电缆部分的位置参考值M1，无人机1自动修正使得L1＝L0，M1＝M0；

具体地，

(4-1)无人机1向上飞行一个距离单位X1，计算十字参考线14与电缆图像13的相交线的像素点减少个数n，获得升降调节倍率

(4-2)无人机1向左或者向右飞行一个距离单位X1，计算飞行前后的位置参考值之差△M＝M1-M0，获得左右调节倍率

(4-3)无人机1按照升降调节倍率和左右调节倍率对飞行姿态进行修正。

(5)无人机1重复步骤(4)自动飞行，直至电流采集电路采集到电流信号，检测卡钳松开，无人机1再次上升至至架空电缆的正上方与电缆对应位置距离h0的高度。

本发明的便携式多功能电缆故障检测装置和电缆故障检测方法，通过无人机1和无人机1底部的检测卡钳将环形的检测端子套设在架空电缆上，卡钳通过剪叉组件和驱动组件进行驱动，无人机1通过识别架空电缆图像13的方式进行自动前进，解决了遥控信号受到干扰且难以操控的问题，检测端子沿架空电缆行进，直至接触到泄漏电流，电流采集电路的信号发送至飞控系统中，无人机1进行位置标定；本发明可以对架空电缆进行高阻故障定位，同时检测便捷，不需要施加脉冲信号，架空电缆可带电检测。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.便携式多功能电缆故障检测方法，其特征在于：

包括步骤：

(1)通过无线电信号控制无人机，使其飞行至架空电缆的正上方，测距传感器获得无人机与架空电缆对应位置的距离为h0；

(2)无人机自动下降至与架空电缆对应位置距离为h1的高度，且通过驱动组件驱动剪叉组件，使得检测卡钳合并并将架空电缆进行套合；

(3)从摄像头处获得架空电缆的图像，在图像中心位置设置一条十字参考线，并提取出其中的电缆部分，计算出电缆与十字参考线的横向相交部分的长度L0和电缆与十字参考线的竖线处于电缆部分的位置参考值M0；

(4)无人机自动向前飞行一个距离单元X，重新获得电缆与十字参考线的横向相交部分的长度L1和电缆与十字参考线的竖线处于电缆部分的位置参考值M1，无人机自动修正使得L1＝L0，M1＝M0；

(5)无人机重复步骤(4)自动飞行，直至电流采集电路采集到电流信号，检测卡钳松开，无人机再次上升至至架空电缆的正上方与电缆对应位置距离h0的高度；

所述步骤(3)中的图像处理步骤包括：

(3-1)将图像进行二值化处理获得灰阶图像，将图像中心位置的成片的像素定义为电缆图像；

(3-2)提取出十字参考线中横线与电缆图像的相交线的像素数量，作为相交线长度LO；

(3-3)计算出相交线两个端点与十字参考线零点之间的距离d1和d2，位置参考值M0＝d1-d2；

便携式多功能电缆故障检测方法应用于便携式多功能电缆故障检测装置，包括无人机和检测卡钳，检测卡钳通过绝缘剪叉组件与无人机固定连接，剪叉组件的顶部与无人机的底部连接并由设置在无人机底部的驱动组件驱动；检测卡钳的两个钳体上分别设有半环形的金属端子，无人机内设有电流采集电路和摄像头，无人机底部的正中位置设有测距传感器，摄像头设置在无人机头部正中位置且朝向正下方，电流采集器通过导线与金属端子连接；电流采集电路、摄像头和测距传感器均与设置在无人机内的微处理器连接，微处理器输出接入至无人机的飞控系统。

2.根据权利要求1所述的便携式多功能电缆故障检测方法，其特征在与：所述绝缘剪叉组件包括第一叉杆和第二叉杆，第一叉杆和第二叉杆的中部通过转轴转动连接，所述检测卡钳包括半环形的第一钳体和第二钳体，第一钳体和第二钳体分别设置在第一叉杆和第二叉杆的末端。

3.根据权利要求2所述的便携式多功能电缆故障检测方法，其特征在与：所述无人机的底部设有沿一条直线且分离设置的第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨和第二滑轨上分别设置第一滑块和第二滑块，所处第一叉杆和第二叉杆的顶端分别与第一滑块和第二滑块铰接；所述驱动组件包括直线电机和连接块，连接块设置在所述转轴，直线电机固定设置在所述无人机的底部且位于第一滑轨和第二滑轨之间，直线电机的活动轴与连接块固定连接。

4.根据权利要求1所述的便携式多功能电缆故障检测方法，其特征在于：所述步骤(4)中修正过程包括：

(4-1)无人机向上飞行一个距离单位X1，计算十字参考线与电缆图像的相交线的像素点减少个数n，获得升降调节倍率

(4-2)无人机向左或者向右飞行一个距离单位X1，计算飞行前后的位置参考值之差△M＝M1-M0，获得左右调节倍率

(4-3)无人机按照升降调节倍率和左右调节倍率对飞行姿态进行修正。