一种用于架空线缆的航空警示球系统的制作方法

本实用新型涉及低空飞行航空器警示领域，尤其是涉及一种用于架空线缆的航空警示球系统。

背景技术：

随着通用航空的快速发展，国内通航事故时有发生，近几年呈现逐年上升趋势，2014 年至2017年四年间，国内分别发生6起、12起、23起和40余起通用航空事故，其中，涉及航空器撞线的事故达15起，死亡18人。据不完全统计，目前架空线缆仍是通用航空器低空飞行的头号危险。此外，通航撞线飞行事故也极易引起国家电网线路的损坏，甚至造成严重的停电事故，给国民经济和社会发展带来较大影响。因此，需要一种有效的预防措施防止事故的发生。根据国际民航组织(ICAO)、美国联邦航空管理局(FAA)以及中国民航局(CAAC)等国际和各国民航行业主管部门制定的相应政策，明确规定了低空线缆应安装航空障碍物标志。目前常用的做法是在低空线缆上加装航空警示球，因为球体形状具有受力均匀、保持平衡、避免大幅摆动、防风效果较好等优势，可有效减少对架空线缆的磨损。

国内外架空线路安装的航空警示球主要分为两种类型，第一类是安装于架空地线或 OPGW线缆上，依靠自身较大体积和醒目颜色提供警示作用；第二类是在前一类的基础上加装照明设备，增加了主动发光警示的作用。照明设备可与航空警示球合二为一，整体安装于架空导线上，也可与航空警示球分开，单独安装于架空导线上。第一类为非发光警示装置，只能在昼间起到警示作用，在夜间或恶劣气象条件下则没有效果，部分改良的此类设备，通过在球体外部加装反光带、反射镜或者反光涂料等，以此希望满足夜航需要，但实际上却并不能满足民用航空器夜间低空飞行对架空线缆的有效识别要求。此外，此类设备久用后外表面易发生褪色，影响使用效果。第二类为自发光警示装置，国外的技术和相关设备在实际应用中存在缺陷，未能大面积推广应用。国内的技术和相关设备往往多针对施工现场的大型机械或河流水道的大型船只等，而对架空线缆起到一种防外破保护的作用，同样不能满足民航对架空线缆光强、闪烁频率和光束分布等方面的要求。现将现有应用于架空线缆上的所有航空警示球设备的普遍缺点总结如下：

大多数产品市场评价不高，使用年限不够长，容易损坏架空线缆，导致电网运维单位安装意愿不强。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种用于架空线缆的航空警示球系统。

进一步的，通过设置多组警示灯单元以及设置警示灯单元的颜色，提高警示效果；克服现有技术非发光警示设备无法满足夜间飞行活动的警示需求；现有自发光警示设备的发光颜色、光束分布、闪光持续时间、闪烁频率、亮度等方面不符合民航行业对航空警示装置的技术要求等问题。

进一步的，通过设置电源控制器，克服现有技术警示灯系统工作稳定性差：例如：现有的电流互感取电装置工作稳定性差，易受到线路电流的影响，线路短路高电流会击穿设备，线路电流过小又无法正常工作，可靠性差等问题。

进一步的，通过信息处理单元中定位功能，克服后期维护和管理不方便：现有装置无法实现低空飞行人工障碍物位置信息采集功能以及装置工作状态在线监测与后台管理功能。导致设备损坏后，运维单位不能及时发现，位置不能准确确定，更容易引发事故等问题。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种用于架空线缆的航空警示球系统包括：

高压感应取电单元，设置并固定于系统内腔中，从警示球壳体内部的架空线缆获取电磁感应能量，并输出电能；

支撑单元，设置并固定于系统内腔中，抓握且贴合在横穿警示球壳体内部的架空线缆上，用于将警示球壳体与架空线缆固定；

信息处理单元，设置并固定于系统内腔中，用于处理并输出高压感应取电单元的输出信号和LED发光警示单元的电能信息；

LED发光警示单元，用于半嵌入式安装于警示球壳体内；

警示球壳体，用于通过支撑单元将警示球壳体固定在架空线缆上，保持警示球系统平衡。

进一步的，所述支撑单元为至少2n个，均匀分布在高压感应取电单元以及警示球壳体之间的架空线缆上，n大于等于1。所述支撑单元包括上半部件和下半部件，其中，上半部件与下半部件形成使得支撑单元抓握并贴合在警示球壳体内部架空线缆上的中空的结构；第一连接处通过合页方式连接；支撑单元第二连接处通过一端位于螺栓装配槽内的紧箍式连接器固定在架空线缆上，使得警示球壳体固定于架空线缆上；其中第一连接处、第二连接处指的是上、下半结构结合处。设置支撑单元的效果是：能固定高压感应取电单元在架空线缆上不翻转，防止航空警示球松动甚至掉落。

进一步的，所述高压取电单元包括互感器和电源控制器；其中互感器包括电流互感器以及设置在电流互感器上的螺栓装配槽；电流互感器上、下半结构形成能使得高压取电单元贴合在架空线缆的中空槽；螺栓装配槽设置在上和下半结构边缘处；高压感应取电单元第一连接处通过合页连接；高压感应取电单元第二连接处通过一端位于螺栓装配槽内的紧箍式连接器固定在架空线缆上；支撑单元包括上半部件和下半部件，其中，上半部件与下半部件形成使得支撑单元抓握并贴合在警示球壳体内部架空线缆上的中空的结构；第一连接处通过合页连接；支撑单元第二连接处通过一端位于螺栓装配槽内的紧箍式连接器固定在架空线缆上，使得警示球壳体固定于架空线缆上；其中第一连接处、第二连接处指的是上、下半结构结合处；具体第一连接处与第二连接处可以是对称侧，或者第一连接处第二连接处不在对称侧。效果是：能固定高压感应取电单元在架空线缆上不翻转，防止航空警示球松动甚至掉落。

进一步的，所述警示球壳体是镜像对称结构的上半壳体以及下半壳体，上半壳体以及下半壳体的第一连接处通过合页连接，上半壳体以及下半壳体的第二连接处通过锁夹式连接器连接。具体第一连接处与第二连接处可以是对称侧，或者第一连接处第二连接处不在对称侧；上下对称的结构有利于航空警示球稳定的设置在架空线缆上，防止航空警示球松动甚至掉落。

进一步的，所述高压感应取电单元的电源控制器、信息处理单元位于下壳体空腔内设置的一支撑板上或者警示球壳体的下壳体表面上；所述感应取电单元的互感器、支撑单元底端固定于下壳体空腔内设置的另一支撑板上或警示球壳体的下壳体表面上；支撑板是设置在警示球壳体内与地面平行的平面。达到的效果是：高压感应取电单元、信息处理单元更加稳固在警示球壳体内，使得整个航空警示球不容易翻转，不容易发生松动甚至掉落的情况。

进一步的，所述警示球壳体是球体；所述支撑板是圆板；其中球体半径范围是30-150cm；所述警示球壳体材质是金属合金材料。

进一步的，LED发光警示单元包括m组警示灯单元，在警示球壳体上半壳体设置p组警示灯单元，下半壳体分别设置m-p组警示灯单元；其中m等于2p或者p不等于m-p。

进一步的，所述m＝2；所述球体顶部与球体底部，即警示球壳体上半壳体顶端与下半壳体底端分别设置一组半嵌入式警示灯单元。

进一步的，所述架空线缆横穿过位于警示球系统外表面的圆孔处，且圆孔位于过球心点的与地面平行的平面上。

进一步的，所述警示球壳体外表面设置为不同颜色，间隔设置在架空线缆上。达到的效果是：满足日间飞行活动的警示需求；通过设置航空警示球的颜色，提高警示球的辨认度。

进一步的，还包括云服务器，所述信息处理单元与云服务器远程连接；信息处理单元实时将LED发光警示单元的工作状态信息发送给云服务器，云服务器根据这些数据能对具体航空警示球的工作状态进行监控，并当信息处理单元出现故障时可以对其进行定位。达到效果是：解决了产品功能单一导致用户不愿意安装的问题，大多数产品市场评价不高，仅有昼间醒目警示的作用，导致电网运维单位安装意愿不强。此外，设备损坏后，运维单位不能及时发现，位置不能准确确定，更容易引发事故的问题。通过信息处理单元，很好的解决了上述问题。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型进行了模块化设计，其整体结构紧凑，安装方便，避免了常用架空线缆航空警示装置在安装上的复杂性，更加简便、迅速；

2、本系统的LED发光警示单元采用3路LED芯片光源，延长了使用寿命，同时通过配光设计和控制系统保证了发光颜色、光束分布、闪光频率、闪光方式、同步闪烁、占空比、自启动光敏开关的低环境亮度阈值设置等方面符合民航要求；

3、本系统通过信息处理单元，能快速定位装置具体位置及其工作状态，及时主动上报故障信息，便于远程监控和维护管理，实现了低空飞行对于架空线缆航空障碍物标志的真正需求，同时也可以很好的起到保护电力线缆的作用，为维护人民生命和国家财产安全创造价值。

电源控制器和信息处理单元相对于整个警示球系统重量很小，故警示球壳体重心稳定，具有不改变架空线缆在风力作用下的应力结构，不会加速架空线缆疲劳的作用。

本系统进行了模块化设计，其整体结构紧凑，安装方便，避免了常用架空线缆航空警示装置在安装上的复杂性，更加简便、迅速；本系统通过配光设计和控制系统保证了发光颜色、光束分布、闪光频率、闪光方式、同步闪烁、占空比、自启动光敏开关的低环境亮度阈值设置等方面符合民航行业标准的技术要求；本系统采用GPS定位模块，能快速定位装置具体位置及其工作状态，及时主动上报故障信息，便于远程监控和维护管理，实现了低空飞行对于架空线缆航空障碍物标志的真正需求，同时也可以很好的起到保护电力线缆的作用，为维护人民生命和国家财产安全创造价值。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是系统内部结构及连接方式示意图。

图2是本系统功能模块示意图。

图3a是锁夹式连接器件位置及示意图。

图3b是锁夹式连接器件结构主视图。

图4是感应取电单元的互感器与锁夹式连接器件结构主视图。

图5a是感应取电单元的互感器主视图。

图5b是感应取电单元的互感器的仰视图

图5c是感应取电单元的互感器的俯视图。

图5d是感应取电单元的互感器的左视图。

图5e是感应取电单元的互感器的右视图。

图6是支撑单元结构主视图。

图7a是支撑单元的主视图。

图7b是支撑单元的仰视图。

图7c是支撑单元的俯视图。

图7d是支撑单元的左视图。

图7e是支撑单元的右视图。

1-警示球壳体 2-互感器 3-电源控制器

4-信息处理单元 5-警示灯单元A 6-警示灯单元B

7-光源控制器 8-发光部件 9-紧箍式连接器件

10-支撑单元 11-锁夹式连接器件 12-温度传感器

a-螺栓 b-扳把。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一、本系统组成：

本系统包括高压感应取电单元、信息处理单元、LED发光警示单元、支撑单元以及警示球壳体。

1、高压感应取电单元：

11)高压感应取电单元包括设置螺栓装配槽的互感器(即在原有设置两个结构部分(命名为上半结构(或上半部分，如图5a-5e所示)和下半结构(或下半部分，如图4中所示)) 的电流互感器基础上，增加能将两个结构固定在一起的螺栓装配槽)和电源控制器，互感器抓握且贴合在横穿警示球壳体内部的架空线缆上，从架空线缆上获得电磁感应能量，并通过电源控制器输出稳定的电能；互感器形状不固定。互感器是开启式取能互感器或者其他相同功能的互感器；电源控制器达到效果是：可以将通过高压感应单元采集的不稳定的线路电能转化为稳定的可用于保证信息处理单元和LED发光警示单元长期正常工作的电能输入。

12)高压感应取电单元固定于警示球壳体内部横向端面导线通道的中心位置，可以由紧箍式连接器件与架空线缆紧密贴合。电源控制器由导线与开启式取能互感器2连接，位于其靠下位置处，且置于铝制球形外壳内设的圆形搁板上并固定。高压感应取电单元获得电磁感应能量后，电源控制器将高压感应取电单元输出的电能经过整流、滤波、充放电管理等处理，转化为稳定的输出电压和电流。

13)所述高压感应取电单元的电源控制器、信息处理单元位于设置的支撑板上或者警示球壳体的内表面。

2、支撑单元：

1)、支撑单元数量：

支撑单元为至少2n个，均匀分布在高压感应取电单元以及警示球壳体之间的架空线缆上，n大于等于1。

具体为：

当支撑单元为两个时，设置在高压感应取电单元以及警示球壳体之间的架空线缆上。

当支撑单元为四个时，在高压感应取电单元两测分布均匀设置两个支撑单元。

2)、支撑单元材料：金属合金材料，例如铝合金。

3)、支撑单元形状：抓握且贴合在横穿警示球壳体内部的架空线缆上的中空的、正方体、圆柱等体状(如图4所示，圆柱形状)，具体结构描述为：支撑单元由上下镜像对称的两部分组成，上下两部分(如图6所示，上、下半部分)通过紧箍式连接器连接，具体为一侧是由合页式连接器件连接，另一侧是由紧箍式连接器件连接。

支撑单元采用紧箍式连接器件与架空线缆紧密贴合，紧箍式连接器(如图4所述)包括扳把、位于螺栓装配槽内的螺栓以及位于螺栓装配槽内的固定端；扳把与螺栓一端转动连接(例如铰接)；螺栓另一端与固定端转动连接(例如铰接方式实现)；所述固定端设置在上或下半结构装配槽中；当紧箍式连接器扣紧时，扳把对应扣紧在取电单元上半结构或支撑单元下或上半结构处；当扳把松开时，则紧箍式连接器松开。支撑单元与航空警示球壳体牢固连接，保证在支撑单元的架空线缆牢固锁紧后，整个壳体都不会发生移动，不会对架空线缆造成损害，避免本系统长期使用后发生脱落的现象。

例如：支撑单元为两个，紧箍式连接器件有三个，除了两个用于将支撑单元固定于架空线缆外，还有一个位于高压感应取电单元上，用于牢固锁定高压感应取电单元，使其与架空线缆保持紧密贴合状态。高压感应取电单元的互感器与警示球壳体连接，也起到保证警示球壳体在架空线缆上不会发生移动。高压感应取电单元与支撑单元的相对位置是固定的。

3、信息处理单元；

包括信息采集单元、主控单元、上位机管理软件单元和GPRS通信单元。

31)信息处理单元硬件包括信息采集单元、主控单元和GPRS通信单元，信息处理单元硬件安装并固定于壳体1下半壳体的腔体内，且置于警示球壳体内设的支撑板上并固定。上位机管理软件单元通过协议与主控单元进行通信。信息处理单元硬件的输入部分通过导线与电源控制器连接。

信息采集单元可以将架空线缆导线的警示灯单元的LED光源工作电压和工作电流的实时信息以及高压感应取电单元的输出电流和输出电压信息采集并将数据传送至主控单元进行采样；

32)主控单元实现整个信息处理单元的控制、计算、通讯管理。

33)上位机管理软件单元包括PC端或手机端两种人机交互界面及运行程序；用于远程控制。

34)GPRS通信单元由GPRS通信模块与主控单元的进行通信，信息处理单元可以通过 GPRS模块连接到互联网，联网后，信息处理单元将主动连接到指定的云服务器，然后进行数据交换，包括上传信息数据，下载控制命令等。用户通过上位机管理软件单元，连接到云服务器，查询即时数据信息或发布控制命令，远程实现对本系统的实时监控。

4、LED发光警示单元：

m组警示灯单元，在警示球壳体上半壳体设置p组半嵌入式警示灯单元，下半壳体分别设置m-p组半嵌入式警示灯单元；其中m等于2p或者p不等于m-p；

当m＝2p，警示球壳体上半壳体与下半壳体分别设置p组警示灯单元时，分为两种情况：

当p为奇数时，上半壳体与下半壳体中心点分别设置一组警示灯单元，其余p-1个警示灯单元均匀围绕上半壳体或下半壳体中心点均匀分布，m大于等于0。

当p为偶数时，p个警示灯单元均匀分别在上半壳体或下半壳体上；

当p不等于m-p时，警示球壳体上半壳体与下半壳体分别设置p组警示灯单元时，分为以下几种情况：

1)当警示球壳体上半壳体或上半壳体设置奇数组半嵌入式警示灯单元时；上半壳体与下半壳体中心点分别设置一组半嵌入式警示灯单元，其余p-1个警示灯单元均匀围绕上半壳体或下半壳体中心点均匀半嵌入式分布，m大于等于0。

2)当警示球壳体上半壳体或上半壳体设置偶数组半嵌入式警示灯单元时，偶数组警示灯单元均匀半嵌入式分别在上半壳体或下半壳体上；

警示灯单元包括光源控制器7和发光部件8组成，其中发光部件包括LED芯片、玻璃透镜、灯罩、散热结构。LED芯片采用备用管理设计，具体为三路，其中一路为工作LED芯片，另外两路为备用LED芯片，当工作LED芯片发生故障后，光源控制器会及时切换并启用备用LED芯片，以保障警示灯单元较长的工作使用寿命，并提供充足的维修缓冲期便于维护人员及时更换设备。光源控制器分别与m组警示灯单元连接，提供m组的稳定驱动电压与电流，保障其正常工作。此外，还控制m组警示灯单元光源的闪光频率、闪光方式、同步闪烁、占空比及设置自启动光敏开关的低环境亮度阈值。玻璃透镜是半圆球体，与灯罩底面形成封闭空间，LED芯片位于玻璃透镜与底面形成封闭空间内。灯罩与灯罩底面也形成一个封闭空间。上下半壳体均采用发光部件及灯罩外置于警示球壳体而散热结构及其他部件内置于警示球壳体的半嵌入式的装配形式。散热结构为铝制材料，为LED芯片工作提供热量输出通道，使其处于正常工作状态。

例如：当m＝0时，警示球壳体上半壳体最顶端与下半壳体最低端分别设置警示灯单元A 和B；

当警示球壳体是一个球体，上半壳体最顶端与下半壳体都是半球体时，警示灯单元A 和警示灯单元B的发光部件外置而散热结构内置即半嵌入安装固定于警示球壳体上。

LED光源A和LED光源B具有相同的技术参数和性能，分别半嵌入式固定于警示球壳体外壳1的上下半球的两个纵向端面(顶端和底端)的圆孔处，且发光部件外置。与传统白光芯片搭配红色光学配光件相比，本发光部件的光能利用率更高，更加节能。此外，LED芯片分为3路，1路为工作LED芯片，其余两路为备用LED芯片，每路LED芯片的使用功率为 8W，发光强度不低于400cd。光源控制器用来对LED光源A和LED光源B的闪光频率、闪光方式、同步闪烁、占空比、自启动光敏开关的低环境亮度阈值进行管理，并通过主控单元和GPRS通信单元，建立与上位机管理软件单元的联系，实现远程监控。光源控制器的输入部分与信息处理单元硬件的输出部分通过导线连接，光源控制器的输出部分与LED光源A 和LED光源B连接。光源控制器与信息处理单元硬件和电源控制器一起，置于铝制球形外壳内设的圆形搁板上并固定。

当m＝1时，警示球壳体上半壳体最顶端与下半壳体最低端分别设置警示灯单元A和B，然后警示球壳体上半壳体最顶端与下半壳体上分别均匀设置2个警示灯单元。

5、警示球壳体。

51)结构：所述警示球壳体是镜像对称结构的上半壳体以及下半壳体，上半壳体以及下半壳体通过锁夹式连接器连接(如图3a以及3b)。

52)材质：是金属材料，例如铝材料等。

53)：警示球壳体除了具有不改变架空线缆在风力作用下的应力结构，不会加速架空线缆疲劳的作用，同时起到保护球体内部电子元器件、提高其使用寿命的作用。警示球壳体的上半壳体顶部端面和下半壳体底部端面处开孔，用于嵌入LED发光单元并保持其发光部件外置。警示球壳体的固定结构是在上半壳体以及下半壳体结合区域内在其沿直径对称的位置处设置两个连接器件，一个为合页式连接器件，一个为锁夹式连接器件。

所述锁夹式连接器包括扳把、设置在一半壳体的固定扣、锁扣以及设置在另一半壳体的支座，扳把一端与支座上端转动连接，锁扣一端固定于支座上；当警示球壳体封闭连接时，锁扣另一端套接在固定扣上，然后压紧扳把即可；当松开扳把，从固定扣上取下锁扣时，警示球壳体分离；一半壳体指的是上、下半壳体；另一半壳体指的是上、下半壳体。

54)所述警示球壳体外表面设置为不同颜色，间隔设置在架空线缆上。

其中，所述高压感应取电单元的电源控制器、信息处理单元位于下壳体空腔内设置的一支撑板上或者警示球壳体的下壳体表面上。

感应取电单元的互感器、支撑单元底端固定于下壳体空腔内设置的另一支撑板上或警示球壳体的下壳体表面上。

其中，所述警示球壳体外表面涂覆经过烘烤工艺处理的丙烯酸树脂漆，颜色为航空红色或白色或橙色(间隔安装不同颜色球体更有利于昼间警示效果)。

二、在一基础上，航空警示球系统还包括设置在高压感应取电单元与信息处理单元的电源控制器，用于控制高压感应取电单元输出能量值。电源控制器与开启式取能互感器连接，用于提供满足实际需求的高稳定性的电压和电流输出，保障信息处理单元和LED发光警示单元的正常工作。

三、所述的航空警示球系统还包括云服务器，所述信息处理单元与云服务器远程连接；信息处理单元实时将LED发光警示单元的电压信息发送给云服务器，当信息处理单元出现故障时，云服务器根据这些数据能对具体航空警示球进行定位。

四、架空线缆位于过警示球壳体中心点的与地面平行的平面上。

五、还包括温度传感器，温度传感器固定于架空线缆上，实时检测温度信息，传递给信息处理单元。

六，安装过程：

步骤一，将警示球壳体的上半壳体、下半壳体及锁夹式连接器件松开，其中松开上半壳体、下半壳体的锁夹式连接器件，保持锁夹式连接器可转动，使警示球壳体的上、下半壳体呈现分离状态；松开紧箍式连接器件，打开高压感应取电单元和支撑单元；架空线缆横穿过位于警示球系统外表面的圆孔处，且圆孔位于过警示球壳体球心点的与地面平行的平面上；接着进入步骤二；

步骤二，将高压感应取电单元和支撑单元套在架空线缆上，锁紧紧箍式连接器件；将用于处理并输出高压感应取电单元的输出信号和LED发光警示单元的电能信息的信息处理单元设置在警示球壳体内腔中；LED发光警示单元，用于半嵌入式安装于警示灯壳体表面上；将警示球壳体的上下壳体合上，并将锁夹式连接器件锁紧。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。