一种用于激光弧垂监测仪的检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于激光弧垂监测仪的检测装置，包括：测试系统和数据处理器；测试系统包括：标准测量设备和光补偿设备；标准测量设备和光补偿设备依次设于水平移动轨道上；数据处理器包括：数据输入模块、数据计算模块和检验结果输出模块；数据处理器接收并处理测试系统输入的数据。本实用新型的检测装置结构简单，测量精度高，在保证试验检测要求情况下提高了测试效率。
【专利说明】
一种用于激光弧垂监测仪的检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及输电线路的状态监测，具体讲涉及一种用于激光弧垂监测仪的检测装置。
【背景技术】
[0002]输电线路在线监测装置已在电网的状态管理、防灾减灾及智能电网的建设中得到了广泛应用，但输电线路在线监测装置发展时间比较短，目前装置普遍存在质量的可靠性等问题，严重制约了输电线路状态监测系统的推广应用。
[0003]为了保证装置的入网质量，国家电网公司已在中国电科院建立了输变电设备状态监测技术实验室，部分省市也开始了输电线路状态监测系统的建设，但在线监测试验研究起步较晚，检测能力不足，同时在线监测装置的技术规范和检验规范也在不断修订和制定过程中，如:在2015年输电线路状态监测装置检验规范制定时，提出弧垂监测装置的测量上限修改为500m;另外，在线监测专家们认为:基于激光、微波等直接测距法的技术是弧垂监测的最优选择。
[0004]目前，从开展的输电线路导线弧垂监测装置的检测工作来看，试验条件满足不了输电线路导线弧垂监测装置的检验要求，而且检测工作操作不便、效率较低。我国对于激光测距类的仪器检验，通常都在野外进行，但野外试验场地受场地面积、天气环境等诸多因素的影响导致检测困难，测量结果容易受不可控因素影响。
[0005]随着技术的不断发展，野外检测作业的模式将被室内检测模式所替代，光路折叠测量技术可使基于激光测距的输电线路导线弧垂监测装置室内检测成为可能。
[0006]针对上述现有的基于激光测距的输电线路导线弧垂监测装置检测困难、试验条件限制等问题，提出本实用新型了一种用于激光弧垂监测仪的检测装置。
【实用新型内容】
[0007]为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提出了一种用于激光弧垂监测仪的检测装置，包括:测试系统和数据处理器;测试系统包括:标准设备和光补偿设备；
[0008]标准设备和光补偿设备依次设于水平移动轨道上;数据处理器包括:数据输入模块、数据计算模块和检验结果输出模块;数据处理器接收并处理测试系统输入的数据。
[0009]标准测量设备包括:标准测量仪和标准测量仪安装平台恒。
[0010]标准测量仪安装平台包括上平板、中平板、下平板和底座;上平板和中平板设有横向滚轮和横向驱动机构；中平板和下平板设有纵向滚轮和纵向驱动机构；下平板与底座间设有螺纹顶杆和高度调整机构。
[0011]光补偿设备包括:近端固定平台、远端移动平台、近端反射单元、远端反射单元、光反射板、光阑、激光信号调整单元、激光频谱分析仪和激光功率计；
[0012]近端固定平台和远端移动平台依次设于水平移动轨道上。近端固定平台上设有被检装置安装平台、激光信号调整单元和第一光学调整架，第一光学调整架支撑近端反射单元;远端移动平台上设有激光功率计和第二光学调整架，第二光学调整架支撑远端反射单
J L ο
[0013]被检装置安装平台包括平移台、俯仰旋转台、升降台和温控制箱；
[0014]被检装置安装在恒温控制箱内；恒温控制箱固定在被检装置安装平台上;俯仰旋转台与升降台间设有螺纹顶杆和高度调整机构。
[0015]近端固定平台和远端移动平台对应设有光阑；近端固定平台与远端移动平台间设有激光频谱分析仪;光反射板在近端固定平台与远端移动平台间移动。
[0016]第一光学调整架和第二光学调整架为共面调整机构，俯仰转轴和偏摆转轴正交在中心位置。
[0017]近端反射单元和所述远端反射单元包括17组的平面反射镜;平面反射镜与所述移动导轨成45° ;每组平面反射镜包括夹角成90°的两个反射镜;反射镜为纳米镜。
[0018]标准测量仪为全站仪;激光信号调整单元包括光电转换器、放大电路和激光电源；激光频谱分析仪为Bristol高精度激光频谱分析仪;激光功率计为THORLABS PM100USB光功率计。
[0019]激光信号调整单元设定激光频率、激光相位和激光补偿量;激光信号调整单元的放大倍数程控可调。
[0020]数据分析处理器利用LabVIEW虚拟仪器工具创建数组和写入表;数据输入模块基于Lab VIEW的条件结构建立四层数据输入:标准设备参数输入、被检装置参数输入、光补偿数据输入和测量数据输入；
[0021]数据计算模块基于LabVIEW的数值计算工具和读文件工具读取并计算数据输入模块存储的四层输入数据;检验结果输出模块输出检测结果。
[0022]与最接近的现有技术比，本实用新型提供的技术方案具有如下有益效果:
[0023]1、本实用新型利用光学反射原理实现长距离测量路径，使试验场地距离由500m缩减到25m;
[0024]2、本实用新型采用激光功率计和激光频谱分析仪对标准激光信号强度、频率和相位进行检测，通过激光信号调整单元实现激光信号衰弱补偿，保证了测量的准确性；
[0025]3、本实用新型采用纳米镜作为激光信号的反射镜，单片反射率可达99%，降低了激光信号反射过程的能量损失，反射能量可达80%以上；。
[0026]4、本实用新型通过两点确定一线原理实现光路平行调整，简化调整难度，提高了测量的精度；
[0027]5、本实用新型采用Lab VIEW虚拟仪器技术，实现测量数据分析计算功能，简化了测试结果处理流程，实现了检测结果自动输出。
[0028]6、本实用新型的测试系统结构简单，测量精度高，在保证试验检测要求情况下提高了测试效率。
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型测试系统整体结构的俯视图；
[0030]图2为本实用新型测试系统整体结构的主视图；
[0031]图3为本实用新型的出射光水平调整图；
[0032]图4为本实用新型的数据处理器原理框图；
[0033]图中:1-标准测量仪、2-被检装置、3-近端固定平台、4-近端反射单元、5-光反射板、6-光阑、7-远端移动平台、8-激光信号调整单元、9-恒温控制箱、10-标准测量仪安装平台、11-远端反射单元、12-移动导轨、13-激光频谱分析仪、14-激光功率计、15-被检装置安装平台。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本实用新型的检测装置作进一步详细的描述。
[0035]本实用新型针对基于激光测距的输电线路导线弧垂监测装置特点及检测要求，提出了一种用于激光弧垂监测仪的检测装置，采用光学反射原理实现长距离测量路径，通过对激光信号强度、频率和相位进行检测，实现激光信号衰弱补偿;通过对测量误差分析，找到误差来源，确定误差值;通过虚拟仪器实现测量数据处理，得出准确检测结果。
[0036]如图1所示的本实用新型测试系统包括:标准测量仪(全站仪)1、被检装置2、近端固定平台3、近端反射单元4、光反射板5、光阑6、远端移动平台7、激光信号调整单元8、恒温控制箱9、标准测量仪安装平台10、远端反射单元11、移动导轨12、激光频谱分析仪13、激光功率计14、被检装置安装平台15。
[0037]标准测量仪安装在标准测量仪安装平台上;被检装置安装和恒温控制箱安装在被检装置安装平台上;近端反射单元安装在光学调整架上，和被检装置安装平台及激光信号调整单元一起安装在近端固定平台上;远端反射单元安装在光学调整架上，光学调整架安装在远端移动平台上;近端固定平台和远端移动平台共同安装在移动导轨上;近端固定平台和远端移动平台上安装有光阑，当光同时通过两端的光阑，确定两端平台保持平行。
[0038]检测时把标准测量仪和被检装置安装在各个安装台上，移动远端平台在导轨上运动，激光的光程发生相应改变，把测试系统移动到输电线路状态监测装置检验规范中弧垂监测装置要求的各个测量点，调整近端和远端平台保持平行，然后用标准测量仪(全站仪)和被检装置分别测量此光程，完成一个测点的测量。
[0039]为了确定测距系统的稳定性，本实用新型的测试方法中需要对这些测量点进行多次测量，以全站仪的测量结果作为基准对测量结果进行分析，确定测量系统的不确定度。
[0040]恒温控制箱检测被检装置随温度变化的漂移特性，具有隔热玻璃，恒温控制箱的温度调整范围:-60 °C?130 °C，温度偏差:± 2 %，波动/均匀度:< ± 0.5 °C/ ± 2 °C，温度精度:±0.rc。
[0041]标准测量仪安装平台由上、中、下三块平板和底座组成，上、中两块板下安装横向滚轮和横向驱动机构，使上、中平台具有横向平移功能；中、下两块板下安装纵向滚轮和纵向驱动机构，使中、下平台具有纵向平移功能;下平板和底座安装有螺纹顶杆和高度调整机构，使平台具有高度调整功能。
[0042]被检装置安装平台由平移台、俯仰旋转台和升降台组成，此平台可以完成上下、横向的移动，以及水平面转动和偏摆。
[0043]光学调整架为共面调整机构，俯仰转轴和偏摆转轴正交在光学元件的中心位置，确保光斑的中心位置同转轴的中心位置重合。
[0044]近端、远端反射单元共由17组平面反射镜组成，平面反射镜与导轨成45°夹角，每组平面镜由两个夹角成90°的反射镜组成，反射镜采用纳米镜，纳米镜为基于在高指数亚波长光栅中的分布式布拉格反射器，纳米镜的反射率为99%，厚度为0.3μπι。
[0045]激光信号调整单元由光电转换器、放大电路、激光电源组成，激光信号调整单元具备放大倍数程控可调功能，最大放大倍数为50倍，调整精度:± 0.1 %。
[0046]标准测量仪选用全站仪，全站仪测量距离:1000m(无棱镜)，精度/测量时间:(2mm+2ppm)/3s。
[0047]激光频谱计，选用Bristol的高精度激光频谱分析仪，波长范围:350nm?1680nm，绝对精度:±0.2ppm，频率分辨率:4GHz，用于测量激光频率同时分析激光频谱。
[0048]激光功率计，选用THORLABS PM100USB光功率计，探头先用S120VC，功率范围:50nW?50mW，最小分辨率:InW，测量误差:± 3% (45卜100nm)，± 5 % (200_450nm，1001-11OOnm)。
[0049]如图3所示的测试系统中被检装置和全站仪出射光水平调整的具体过程:利用移动平台上的光阑调整被检装置的光路，先把移动平台拉至最远处调整出射光光点通过光阑(此时进行的是被检装置的旋转调整)，再把移动平台拉至最近处调整(此时进行的是被检装置的平移)，在不断拉远拉近的调整中，最终会把出射光的偏差角调整至最小。安装好固定平台上的光阑，使光线同时也能通过此光阑，然后把被检装置下放，开始调整全站仪的光路，把动板拉至最远处，同时使全站仪的光同时通过这两个光阑。
[0050]测试系统中光路平行调整具体过程是，把带有小孔的移动条放在出射光线上，使光线通过两端的孔径，固定好移动条的间距，然后把移动条放置在远端的光路处，调整镜架的偏摆角，使光线同样通过移动条上的两个孔，完成光路平行的调整。
[0051]测试系统中激光信号强度补偿的过程:先用激光功率计和激光谱仪测量全站仪的出射光功率、波长和相位，再室外500m距离处测量接收到的激光光功率、波长和相位，计算出室外500m测量距离的激光功率衰减值X1;测量全站仪通过光路反射后500m处激光功率衰减值X2;计算激光功率补偿量X3 = X1-X2;在激光信号调整单元设定激光的频率、相位和补偿量，通过调整单元进行补偿。
[0052]测试系统经过17组平面反射镜反射，通过在25m导轨上移动实现O?500m距离的模拟。
[0053]测试系统在检测时分为两个量程:检测距离在O?25m时，直接把标准反射板放置在移动平台的光阑后面，不进行平面镜组反射，直接使平台在导轨上移动，对25m内的测量点进行测量;检测距离在25m?500m时，把反射板返回到固定平台上的原始位置，通过平面反射再进行检定。
[0054]如图4所示的数据分析处理原理，数据分析处理器由数据输入模块、数据计算模块、检验结果输出模块组成，数据分析处理器运用Lab VIEW虚拟仪器工具来创建数组和写入表，运用Lab VIEW条件结构建立四层数据输入模块:标准设备参数输入、被检装置参数输入、补偿数据输入和测量值输入，当通过上位机面板选择某种测量方面时，处理器会运行相应的层次;数据计算模块应用到Lab VIEW中的数值计算工具和读文件工具把上一模块所存储的数据读出来并采用加法、乘法、除法及平方根运算公式分别对存储的四层数据进行运算，将运算结果传输到检验结果输出模块，输出最终的检测结果。
[0055]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于激光弧垂监测仪的检测装置，包括:测试系统和数据处理器;其特征在于， 所述测试系统包括:标准测量设备和光补偿设备； 所述标准测量设备和所述光补偿设备依次设于水平移动轨道上； 所述数据处理器包括:数据输入模块、数据计算模块和检验结果输出模块； 所述数据处理器接收并处理所述测试系统输入的数据。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于， 所述标准测量设备包括:标准测量仪和标准测量仪安装平台； 所述标准测量仪安装平台包括上平板、中平板、下平板和底座。3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于， 所述上平板和所述中平板设有横向滚轮和横向驱动机构;所述中平板和所述下平板设有纵向滚轮和纵向驱动机构;所述下平板与所述底座间设有螺纹顶杆和高度调整机构。4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于， 所述光补偿设备包括:近端固定平台、远端移动平台、近端反射单元、远端反射单元、光反射板、光阑、激光信号调整单元、激光频谱分析仪和激光功率计； 所述标准测量仪安装平台、所述近端固定平台和所述远端移动平台依次设于所述水平移动轨道上。5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于， 所述近端固定平台上设有被检装置安装平台、所述激光信号调整单元和第一光学调整架，所述第一光学调整架支撑所述近端反射单元； 所述远端移动平台上设有所述激光功率计和第二光学调整架，所述第二光学调整架支撑所述远端反射单元。6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于， 所述被检装置安装平台包括平移台、俯仰旋转台、升降台和恒温控制箱； 所述俯仰旋转台与所述升降台间设有螺纹顶杆和高度调整机构； 所述恒温控制箱设于所述被检装置安装平台上。7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于， 所述近端固定平台和所述远端移动平台对应设有所述光阑； 所述近端固定平台与所述远端移动平台间设有激光频谱分析仪； 所述光反射板在所述近端固定平台与所述远端移动平台间移动。8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于， 所述第一光学调整架和所述第二光学调整架为共面调整机构，俯仰转轴和偏摆转轴正交在中心位置。9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于， 所述近端反射单元和所述远端反射单元包括17组的平面反射镜； 所述平面反射镜与所述水平移动轨道成45° ; 每组平面反射镜包括夹角成90°的两个反射镜;所述反射镜为纳米镜。10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于， 所述标准测量仪为全站仪； 所述激光信号调整单元包括光电转换器、放大电路和激光电源； 所述激光频谱分析仪为Bristol高精度激光频谱分析仪； 所述激光功率计为THORLABS PM100USB光功率计。11.根据权利要求10所述的检测装置，其特征在于， 所述激光信号调整单元设定激光频率、激光相位和激光补偿量;所述激光信号调整单元的放大倍数程控可调。
【文档编号】G01B11/02GK205537514SQ201521040884
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年12月15日
【发明人】杨吉, 夏开全, 李茂华, 任西春, 邓元靖, 刘岩
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网青海省电力公司电力科学研究院, 国网浙江省电力公司