CN114509150A - 远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置，包括激光发射器、声光调制器、卡塞格林主镜、卡塞格林副镜和激光测距模块，所述激光发射器发射的激光通过第一扩束镜扩束整形，经过第一分光镜分成两路，一路激光经过声光调制器进入到光电探测器中；另一路激光依次经过反射镜、第二分光镜、第三分光镜，将测量激光聚焦到目标物体表面，目标物体表面的反射光依次经过第三分光镜、第二分光镜进入到第四分光镜中，在第四分光镜中分成两路，一路通过第一滤光片、调焦透镜进入到光学探测器CCD传感器上成像，光学探测器CCD传感器与计算机信号连接。本发明能带电远距离准确定位被检测目标、准确测量线路导线微风振动的频率和振幅。

Description

远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置及使用方法

技术领域

本发明涉及远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置及使用方法，属于线路运维检测技术领域。

背景技术

输电线路在风的激励下导线发生高频微幅的微风振动，在导线上产生很大的动弯应力，长期如此将会疲劳断股，检测导线微风振动的频率、振幅参数评估存在风险，采取有效抑制措施是输电线路运维设计关键，常用的测振有机械测量法、电学测量法、光学测量法等，机械测量法方法，存在受限于机械的精度和频响，不能带电检测；电学测量法是在待测物体上安装各种传感器，但附加传感器的质量影响测量精度，电测法只能固定单点测量，易受到电磁场干扰；光学测量是以光作为感知振动的媒介，通过发射光波接受被检测物体的回波散射光信息，分析回波散射光信号与发射光束之间的相位差异，实现检测目标振动的位移、速度等物理量，优点就是非接触式，但是会受到环境噪声干扰，被测导线目标尺寸小，距离远，导地线在空中没有背景参照物,白天强光照条件下激光束及光斑可视性很差，直接通过肉眼观察进行远距离测点瞄准和激光聚焦反射十分困难。

中国专利公开号：CN202011466568，公开了一种基于激光多普勒测振仪的图像振动测量系统，属于光电测量技术领域，使用激光多普勒测振仪LDV、频闪光源、控制器、至少两个相机以及电子设备，通过图像振动测量系统得到具有高时间分辨率特性和高空间分辨率特性的三维振动测量结果，该技术方案，其一，不能应用于本架空输电线路；其二，不能用于远距离非接触测量，其三，在白天强光下不能够维持稳定性等；中国专利公开号：CN107328463A，公开了一种架空输电线路用远距离非接触式测振方法，涉及输电线路微风振动测试技术领域，使测振仪的激光光束与瞄准镜瞄准方向平行，将测振装置对准粘贴有激光反射材料的导线被测点进行测试，该技术方案，其一，为了克服强光照条件远距离测点瞄准和激光聚焦反射困难，采用带电登塔粘贴有激光反射材料，危险性大，激光反射光对人眼伤害还是难以克服；其二，导线目标小，瞄准镜远距离瞄准偏差大，难捕捉；其三，粘贴有激光反射标识自身随导线产生振动，对检测干扰影响测定精度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置及使用方法，能带电远距离准确定位被检测目标、准确测量线路导线微风振动的频率和振幅。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置，包括激光发射器、声光调制器、卡塞格林主镜、卡塞格林副镜和激光测距模块，所述激光发射器发射的激光通过第一扩束镜扩束整形，经过第一分光镜分成两路，一路激光经过声光调制器进入到光电探测器中；另一路激光依次经过反射镜、第二分光镜、第三分光镜，将测量激光聚焦到目标物体表面，目标物体表面的反射光依次经过第三分光镜、第二分光镜进入到第四分光镜中，在第四分光镜中分成两路，一路通过第一滤光片、调焦透镜进入到光学探测器CCD传感器上成像，光学探测器CCD传感器与计算机信号连接；另一路通过第二滤光片进入到光学探测器中，光学探测器与计算机信号连接；所述激光测距模块发射的激光经过第二扩束镜扩束整形后进入到第三滤光片中，经过滤光后依次进入第三分光镜、卡塞格林主镜、卡塞格林副镜透射到被测目标中，激光反射波依次经过卡塞格林副镜、卡塞格林主镜、第三分光镜、第三滤光片、第二扩束镜进入到激光测距模块中，激光测距模块与计算机信号连接。

作为优选，所述计算机设有采集模块和解调模块。

一种上述的远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）设置初始参数，激光发射器发射激光，根据目标方位，将镜头照射方向对准被测导线；

（2）在计算机上详细调整装置的瞄准方向，显示中心与导线进行重合，进行锁定目标，目标观测成像焦距，清晰成像，接收到回反射光达到检测要求；

（3）光学探测器经过调焦CCD传感器清晰成像，激光测距模块对被测目标进行测距，根据设备自身位置和镜头照射角度建立空间坐标，对被测导线进行测距定位；

（4）光学探测器的CCD传感器与整个系统（整个装置的轴是指系统光学发射测量光、接收反射光围绕在的对称中心光束（光柱）进行工作不会引起光学特性变化）同轴共光路，光学探测器的CCD传感器成像对被测目标识别和空间坐标计算，对于被测目标实时监测，对其偏移量变化实时回传计算机，根据被测目标位置坐标改变，控制固定架的两轴伺服电机，全方位调整装置角度跟踪检测目标；

（5）光学探测器的加载特定滤波片，特定滤波片指对特定波段的光能够通过，其它波段光无法穿透，可视成像系统获取被测目标反射特定检测激光波长的信息特征，指示激光635nm，测量激光为1550nm，对强光环境噪声干扰信号进行过滤；

（6）测量装置通过将装置的参考光和被检测导线回反射光汇聚在光学探测器产生干涉，干涉信号通过采集解调器将频率信号转换为能够物体振动的速度和位移信号，传送计算机分析计算出被测目标的位移、速度。

在本发明中，现有技术主要在被测物固定传感器进行检测，而常规激光测振主要是近距离，远距离由于锁定目标困难，一般也要在被测物体粘贴标识，本发明最主要是保证所有光学器件检测目标为同一点，还有可以实现调焦放大，失真度低保证检测图像清晰呈现，激光能量集中，一般透镜容易损坏，采用卡塞格林镜反射可以保证激光发射有防止损伤镜头。

有益效果：本发明的远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置，采用激光、可视成像、激光测距共光路，发射激光与目标可视成像在同一视场，调焦对远距离被被测目标进行成像锁定，无论被测目标远近，被测目标尺寸大小只要可视成像锁定目标，发射激光即可准确投射到被被测目标物体上，特定波长的激光发射器发出的激光束由分光镜分成两路，一路作为测量光，一路作为本振参考光，本振参考光通过声光调制器传送光学探测器，测量光聚焦到被测目标物体表面，物体振动引起测量光频移，系统收集回波反射光与本振参考光汇聚在光学探测器传感器上，根据两束光在传感器表面产生干涉，通过对干涉信号解调，检测携带被测目标物体的振动速度和位移。

基于激光多普勒测振与目标定位相融合的光学检测技术，进行远距离非接触测量线路导线微风振动，解决外附光学瞄准镜捕捉导线测量位置时由于光学瞄准镜寻找远距离小尺寸导线测量点困难，人工带电登塔粘贴反光标识，导致操作难和危险性大问题，实现带电状况下快速、准确对输电线路导线非接触检测微风振动。

附图说明

图1是本发明装置的基本原理图；

图2是本发明检测装置的光学系统示意图；

图3是本发明检测数据分析计算流程图；

图4是本发明远距离锁定目标成像的实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，激光发生器、带有CCD传感器的成像光学探测器4、激光测距模块3共用同一光路，处于同一视场内，激光发生器具有特定波长，器件波长是635nm（指示激光），1550nm（测量激光），激光发射器1发出的激光束由第一分光镜分成两路，一路作为测量光，一路作为参考光通过声光调制器2经过第四分光镜传送光学探测器4，其中：测量光聚焦到被测目标6物体表面，物体振动引起测量光频移，系统定向发射和反射波的跟踪接收的回波反射光与参考光汇聚在光学探测器4传感器上，采用干涉计算两波的时间差及波速，再对干涉信号解调，检测出被测目标6物体的振动速度和位移。

激光测距模块3对被测目标进行测距，根据设备自身位置和镜头照射角度建立空间坐标，对被测导线进行定位分析，当被测目标6出现偏移时控制固定架两轴电机及时修正瞄准方位，实现带电状态下远距离非接触带电测量线路导线微风振动。

如图2所示，测振支路：激光发射器1发射有特定波长的低功率激光采用透镜模式，经第一扩束镜21扩束整形，再由第一分光镜22分成两路，一路作为测量光，一路作为参考光，其中测量光通过反射镜23投到共用光路中，经卡塞格林主镜26、卡塞格林副镜27，将测量光聚焦到被测目标6物体表面；被测目标6测振的回波反射光通过卡塞格林主镜26、卡塞格林副镜27投到系统中，经过第二分光镜24、第四分光镜34和第二滤光片35，与参考光共同汇聚到光学探测器4传感器上，进行干涉，通过采集解调器5将频率信号转换为能够物体振动的速度和位移信号，传送计算机7分析计算被测目标6的位移、速度等物理量。

测距支路：激光测距模块3的测距激光经过第二扩束镜42扩束整形和透镜聚焦，由第三分光镜25，通过卡塞格林主镜26、卡塞格林副镜27，将测量光聚焦到被测目标6物体表面发出测距光；测距反射光通过卡塞格林主镜26、卡塞格林副镜27投到系统中，经过第三分光镜25、第三滤光片43返回激光测距模块3进行测距，通过采集解调器将测距信息，传送计算机7分析计算进行被测目标6空间参数，对被测目标6出现偏移时控制固定架两轴电机及时修正瞄准方位。

可见光支路：

系统接收被测目标6可见光通过卡塞格林主镜26、卡塞格林副镜27投到系统中，经过第二分光镜24和第四分光镜34汇聚到第一滤光片33、调焦透镜32，到光学探测器4CCD传感器上成像，通过采集解调器将可见光成像信息传送计算机7，进行可视成像图像识别和被测目标6锁定。

如图3所示为检测信息数据分析计算流程图，首先系统瞄准被测导线目标，成像信息上传计算机7，进行被测目标6测距建立被测目标6空间坐标，通过图像识别定位信息融合跟踪被测目标6，被测目标6偏移进行调整定位，目标观测成像焦距，清晰成像，微调激光焦距使测量光强度到达检测要求，接收到回反射光达到检测要求，通过对被被测目标在计算机7显示，系统接收被测导线回反射光和系统通过对参考光调整频移光一同汇聚到光学探测器4进行干涉，通过采集解调器将频率信号转换为能够物体振动的速度和位移信号，传送计算机7分析计算出被测目标6的位移、速度等物理量。

远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）设置初始参数，激光发射器1发射激光，根据目标方位，将镜头照射方向对准被测导线；

（2）在计算机7上详细调整装置的瞄准方向，显示中心与导线进行重合，进行锁定目标，目标观测成像焦距，清晰成像，如图4所示，微调激光焦距使测量光强度到达检测要求，接收到回反射光达到检测要求；

（3）光学探测器4经过调焦CCD传感器清晰成像，激光测距模块3对被测目标进行测距，根据设备自身位置和镜头照射角度建立空间坐标，对被测导线进行定位分析；

（4）光学探测器4的CCD传感器与整个装置同轴共光路，光学探测器4的CCD传感器成像对被测目标6识别和空间坐标计算，对于被测目标6实时监测，对其偏移量变化实时回传计算机7，根据被测目标6坐标改变参数，控制固定架的两轴伺服电机，全方位调整装置角度跟踪检测目标；

（5）光学探测器4的加载特定滤波片的可视成像系统获取被测目标6反射特定波长的信息特征，对强光环境噪声干扰信号进行过滤，抑制环境噪声干扰，提高测量精确度；

（6）测量装置通过将装置的参考光和被检测导线回反射光汇聚在光学探测器4产生干涉，干涉信号通过采集解调器将频率信号转换为能够物体振动的速度和位移信号，传送计算机7分析计算出被测目标6的位移、速度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置，其特征在于：包括激光发射器、声光调制器、卡塞格林主镜、卡塞格林副镜和激光测距模块，所述激光发射器发射的激光通过第一扩束镜扩束整形，经过第一分光镜分成两路，一路激光经过声光调制器进入到光电探测器中；另一路激光依次经过反射镜、第二分光镜、第三分光镜，将测量激光聚焦到目标物体表面，目标物体表面的反射光依次经过第三分光镜、第二分光镜进入到第四分光镜中，在第四分光镜中分成两路，一路通过第一滤光片、调焦透镜进入到光学探测器的CCD传感器上成像，光学探测器的CCD传感器与计算机信号连接；另一路通过第二滤光片进入到光学探测器中，光学探测器与计算机信号连接；所述激光测距模块发射的激光经过第二扩束镜扩束整形后进入到第三滤光片中，经过滤光后依次进入第三分光镜、卡塞格林主镜、卡塞格林副镜透射到被测目标中，激光反射波依次经过卡塞格林副镜、卡塞格林主镜、第三分光镜、第三滤光片、第二扩束镜进入到激光测距模块中，激光测距模块与计算机信号连接。

2.根据权利要求1所述的远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置，其特征在于：所述计算机设有采集模块和解调模块。

3.根据权利要求1所述的远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置，其特征在于：该装置位于固定架上，固定架安装在两轴伺服电机上，两轴伺服电机与计算机信号连接。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的远距离非接触带电测量线路导线微风振动装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设置初始参数，激光发射器发射激光，根据目标方位，将镜头照射方向对准被测导线；

（2）在计算机上详细调整装置的瞄准方向，显示中心与导线进行重合，进行锁定目标，目标观测成像焦距，清晰成像，接收到回反射光达到检测要求；

（3）光学探测器经过调焦CCD传感器清晰成像，激光测距模块对被测目标进行测距，根据设备自身位置和镜头照射角度建立空间坐标，对被测导线进行测距定位；

（4）光学探测器的CCD传感器与整个系统同轴共光路，光学探测器的CCD传感器成像对被测目标识别和空间坐标计算，对于被测目标实时监测，对其偏移量变化实时回传计算机，根据被测目标位置坐标改变，控制固定架的两轴伺服电机，全方位调整装置角度跟踪检测目标；

（5）光学探测器的加载滤波片的可视成像系统获取被测目标反射检测激光波长的信息特征，对强光环境噪声干扰信号进行过滤；

（6）测量装置通过将装置的参考光和被检测导线回反射光汇聚在光学探测器产生干涉，干涉信号通过采集解调器将频率信号转换为能够物体振动的速度和位移信号，传送计算机分析计算出被测目标的位移、速度。

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