CN209102846U - 一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，包括无人机，无人机上搭载有检测箱，检测箱上设置有紫外传感器和检测天线，检测箱内设置有紫外信号处理电路、天线信号采集电路、天线信号处理电路、电源模块、处理器和通讯模块，紫外传感器与紫外信号处理电路相连接，检测天线与天线信号采集电路相连接，天线信号采集电路与天线信号处理电路相连接，紫外信号处理电路、天线信号处理电路、电源模块和通讯模块均与处理器相连接。本实用新型通过对电晕放电信号中的紫外光谱和射频波谱联合检测，提高了电晕放电点的检出灵敏度，同时通过对射频波谱信号和紫外脉冲个数统计分析，实现了对电晕放电程度的正确评估。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路故障定位的技术领域，尤其涉及一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置及方法。
背景技术
输电线路的电晕放电会带来电磁干扰、电能损耗、绝缘子老化、以及线路发热等问题。输电线路断股和金具接触不良是电晕放电的主要原因。对电晕放电现象的准确测量和定位能够帮助我们尽早发现线路故障并及时处理，从而避免恶性事故的发生。然而，目前广泛使用的人眼目测和红外成像的手段，只有当放电发展到较为严重的程度时才能检测到。虽然也有紫外成像设备用于线路检测，但是成像设备价格昂贵，且操作者在地面检测，受到视角、阳光和距离的影响，存在检测死角和盲区。
发明内容
针对输电线路故障难以定位，故障输电线路位置放电信号检测准确度低的技术问题，本发明提出一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置及方法。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，包括无人机，无人机上搭载有检测箱，所述检测箱上设置有紫外传感器和检测天线，检测天线用于接收电晕放电产生的微弱电磁波，检测箱内设置有紫外信号处理电路、天线信号采集电路、天线信号处理电路、电源模块、处理器和通讯模块，紫外传感器与紫外信号处理电路相连接，检测天线与天线信号采集电路相连接，天线信号采集电路用于滤除背景噪声和微弱信号的放大，提高信号传输的准确性和便于后续的检测，天线信号采集电路与天线信号处理电路相连接，天线信号处理电路实现高频信号的采集，使用相敏相关测量方法，从天线信号采集电路输出的信号与特定的参考信号做乘法运算，滤除高倍频信号分量，保留差频信号分量，获得被测信号的幅值与相位信息，紫外信号处理电路、天线信号处理电路、电源模块和通讯模块均与处理器相连接，通讯模块与移动端相连接。
进一步地，所述紫外信号处理电路包括一级信号放大电路，一级信号放大电路分别与脉冲甄别电路和次级放大滤波电路相连接，脉冲甄别电路与处理器相连接，次级滤波放大电路通过A/D转换器与处理器相连接。
进一步地，所述脉冲甄别电路包括电流积分电路，电流积分电路与比较器电路输入端相连接，比较器电路输出端与计数器电路相连接，计数器电路与处理器相连接。
进一步地，所述天线信号采集电路包括无源滤波器，无源滤波器分别与检测天线和前置放大模块相连接，前置放大模块与天线信号处理电路相连接。
进一步地，所述天线信号处理电路包括两组独立信号处理电路，两组独立信号处理电路分别用于处理天线信号采集电路传输的正弦信号和余弦信号，两组独立信号处理电路均包括乘法器、滤波器和A/D转换器，乘法器与滤波器相连接，滤波器与A/D转换器相连接，A/D转换器均与加法器相连接，加法器与处理器相连接；信号源与一组独立信号处理电路中的乘法器相连接，信号源相移90°与另一组独立信号处理电路中的乘法器相连接。
进一步地，所述检测箱上还设置有显示屏，显示屏用于实时检测信号的显示，显示屏与处理器相连接；检测箱内设置有存储器，存储器用于实施存储检测信息，存储器与处理器相连接。
进一步地，所述通讯模块为4G通讯模块或GPRS通讯模块。
进一步地，所述处理器为MSP430控制器，紫外传感器为R9533日盲型紫外传感器。
本发明的有益效果：本发明通过对电晕放电信号中的紫外光谱和射频波谱两个不同电磁波段进行分步联合检测，由射频粗略定位到输电线路故障位置，紫外光精确定位输电线路故障点，提高了电晕放电点的检出灵敏度，通过对射频波谱信号和紫外脉冲个数统计分析，实现了对电晕放电程度的正确评估，同时地面工作人员利用移动端远程控制无人机，实时获取无人机飞行位置，大大提高了输电线路故障定位效率，有助于地面工作人员快速到达故障地点进行检修。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1为紫外传感器信号处理电路示意图。
图2为天线信号处理电路示意图。
图3为图1中脉冲甄别电路示意图。
图4为紫外传感器驱动电路图。
图中附图标记为，1为紫外传感器，2为紫外信号处理电路，3为处理器，4为天线信号采集电路，5为天线信号处理电路，6为显示屏，7为通讯模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，包括无人机，无人机上搭载有检测箱，所述检测箱上设置有紫外传感器1和检测天线，紫外传感器1为R9533日盲型紫外传感器，R9533日盲型紫外传感器的通道工作波段采用太阳盲区UV-C中的185mm~260mm波段，该波段不受太阳辐射的干扰，可有效检测到高压电晕放电的紫外脉冲。
检测箱内设置有紫外信号处理电路2、天线信号采集电路4、天线信号处理电路5、电源模块、处理器3和通讯模块7，紫外传感器1与紫外信号处理电路2相连接，紫外传感器1通过驱动电路与紫外信号处理电路2相连接。如图4所示，驱动电路连接逆变器，逆变器与电源模块相连接，驱动电路包括二极管，二极管同相连接形成稳压电路，稳压电路与滤波电路相连接，滤波电路接紫外传感器。如图2所示，紫外信号处理电路2包括一级信号放大电路，一级信号放大电路分别与脉冲甄别电路和次级放大滤波电路相连接，脉冲甄别电路与处理器3相连接。如图3所示，脉冲甄别电路包括电流积分电路，电流积分电路与比较器电路输入端相连接，比较器电路输出端与计数器电路相连接，计数器电路与处理器3相连接，次级滤波放大电路通过A/D转换器与处理器3相连接，处理器3为MSP430控制器，MSP40控制器具有一个16位RISCCPU，16位寄存器和有助于获得最大编码效率的常数发生器，数控振荡器可在不到1微秒的时间里从低功耗模式唤醒至运行状态。
如图1所示，检测天线与天线信号采集电路4相连接，检测天线具有较好的方向性，检测天线测量频段符合电晕放电电磁波频段，检测天线满足低于-10dB条件的频段符合150MH~500 MH测量频段，天线信号采集电路用于滤除背景噪声和微弱信号的放大，提高信号传输的准确性和便于后续的检测，天线信号采集电路4与天线信号处理电路5相连接，天线信号采集电路用于滤除背景噪声和微弱信号的放大，提高信号传输的准确性和便于后续的检测。
天线信号采集电路与天线信号处理电路相连接，天线信号采集电路4包括无源滤波器，无源滤波器分别与检测天线和前置放大模块相连接，前置放大模块与天线信号处理电路5相连接，所述天线信号处理电路5包括两组独立信号处理电路，两组独立信号处理电路分别用于处理天线信号采集电路4传输的正弦信号和余弦信号，两组独立信号独立电路均包括乘法器、滤波器和A/D转换器，乘法器与滤波器相连接，滤波器与A/D转换器相连接，A/D转换器均与加法器相连接，加法器与处理器3相连接；信号源采用变频信号源，将其工作在频率扫描模式，可实现多个频率信号的测量，信号源与一组独立信号处理电路中的乘法器相连接，信号源相移90°与另一组独立信号处理电路中的乘法器相连接，天线信号处理电路实现高频信号的采集，使用相敏相关测量方法，从天线信号采集电路输出的信号与特定的参考信号做乘法运算，滤除高倍频信号分量，保留差频信号分量，获得被测信号的幅值与相位信息。
紫外信号处理电路2、天线信号处理电路5、电源模块和通讯模块7均与处理器3相连接，通讯模块与移动端相连接，通讯模块7为4G通讯模块或GPRS通讯模块。
所述检测箱上还设置有显示屏6，显示屏6与处理器3相连接；检测箱内设置有存储器，存储器与处理器3相连接，存储器采用24CL02B-I/SN存储器，24CL02B-I/SN存储器为Microchip公司的专用存储芯片，保证整个检测过程信息存储的持续性。
所述检测箱上还设置有声光报警器，声光报警器与处理器3相连接，无人机检测到输电线路上有障碍物时，处理器3控制声光报警器发出报警信号，同时发出闪光，便于地面工作人员辨认识别。
一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置的工作方法，其步骤如下：
1）首先将检测箱安装在无人机的云台上，随后地面工作人员控制无人机飞行至输电线路监测点附近进行近距离检测；
2）检测箱上检测天线接收电晕放电产生的微弱电磁波，天线信号采集电路4接收检测天线采集的信号且天线信号采集电路4滤除背景噪声信号，天线信号采集电路4将处理后的信号传输至天线信号处理电路5，天线信号处理电路5对信号进行放大处理，同时天线信号处理电路5将采集的信号与信号源发送的信号做乘法运算，滤除高倍频信号分量，保留差频信号分量，获得被测信号的幅值与相位信息，最后被测信号的幅值与相位信息传输至处理器3进行处理，处理器3将被测信号的幅值与相位信息处理后通过通讯模块7传输到移动端，同时处理器3将处理信息在显示屏6上显示；
3）检测箱上紫外传感器1用于采集电晕放电信号中的紫外光谱信息，紫外传感器1采集紫外光谱信号后传输到紫外信号处理电路2，紫外信号处理电路2对紫外光谱信号分别进行放大和脉冲计数处理，放大信号通过A/D转换器传输至处理器3，脉冲计数信号传输至电流积分电路，电流积分电路将脉冲计数信号处理后输入到比较器电路，脉冲计数信号电压与参考阈值电压相比较，比较器电路将脉冲计数信号电压与参考阈值电压比较值输入到计数器电路进行计数，计数器电路将脉冲计数信号传输到处理器3，处理器3将脉冲计数信号和紫外光谱信号进行处理后通过通讯模块7传输到移动端，同时处理器3将紫外光谱信号和脉冲计数信号在显示屏6上显示；
4）无人机通过自身定位系统向地面工作人员发送无人机飞行位置信息，随后检测天线对具体输电线路出现电晕放电信号位置进行定位，最后紫外传感器1通过电晕放电信号中的紫外光谱，对输电线路出现电晕放电信号节点位置精确定位。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，包括无人机，无人机上搭载有检测箱，其特征在于，所述检测箱上设置有紫外传感器（1）和检测天线，检测箱内设置有紫外信号处理电路（2）、天线信号采集电路（4）、天线信号处理电路（5）、电源模块、处理器（3）和通讯模块（7），紫外传感器（1）与紫外信号处理电路（2）相连接，检测天线与天线信号采集电路（4）相连接，天线信号采集电路（4）与天线信号处理电路（5）相连接，紫外信号处理电路（2）、天线信号处理电路（5）、电源模块和通讯模块（7）均与处理器（3）相连接，通讯模块与移动端相连接。
2.根据权利要求1所述的无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，其特征在于，所述紫外信号处理电路（2）包括一级信号放大电路，一级信号放大电路分别与脉冲甄别电路和次级放大滤波电路相连接，脉冲甄别电路与处理器（3）相连接，次级滤波放大电路通过A/D转换器与处理器（3）相连接。
3.根据权利要求2所述的无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，其特征在于，所述脉冲甄别电路包括电流积分电路，电流积分电路与比较器电路输入端相连接，比较器电路输出端与计数器电路相连接，计数器电路与处理器（3）相连接。
4.根据权利要求1所述的无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，其特征在于，所述天线信号采集电路（4）包括无源滤波器，无源滤波器分别与检测天线和前置放大模块相连接，前置放大模块与天线信号处理电路（5）相连接。
5.根据权利要求1或4所述的无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，其特征在于，所述天线信号处理电路（5）包括两组独立信号处理电路，两组独立信号处理电路分别用于处理天线信号采集电路（4）传输的正弦信号和余弦信号，两组独立信号处理电路均包括乘法器、滤波器和A/D转换器，乘法器与滤波器相连接，滤波器与A/D转换器相连接，A/D转换器均与加法器相连接，加法器与处理器（3）相连接；信号源与一组独立信号处理电路中的乘法器相连接，信号源相移90°与另一组独立信号处理电路中的乘法器相连接。
6.根据权利要求1所述的无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，其特征在于，所述检测箱上还设置有显示屏（6），显示屏（6）与处理器（3）相连接；检测箱内设置有存储器，存储器与处理器（3）相连接。
7.根据权利要求1所述的无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，其特征在于，所述通讯模块（7）为4G通讯模块或GPRS通讯模块。
8.根据权利要求1所述的无人机载电晕放电宽带波谱检测装置，其特征在于，所述处理器（3）为MSP430控制器，紫外传感器（1）为R9533日盲型紫外传感器。
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