基于倾角和超声测距补偿的局放光子数检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种紫外局放光子数检测装置，尤其是涉及一种基于倾角和超声测距补偿的局放光子数检测装置。

背景技术：

对变电站设备进行例行紫外巡检是保障电力设备安全稳定运行的常规技术手段。近年来，传统的人工紫外巡检模式正逐渐发展为机器人的紫外巡检模式，但巡检机器人在实际应用过程中却面临着光子数的检测精度问题，光子数是紫外成像技术用来评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷的重要参数。同时光子数也会受到温度、湿度、海拔、灰尘、紫外光的传播衰减、距离、观测角度等因素的影响。在实际的检测过程中，在允许的实验条件下，可以做到不受温度、湿度、海拔的影响，灰尘、水气、紫外光的衰减也都可以避免，观测角度也可以控制在可控的范围内。大量的实验和现场的检测结果表明紫外成像检测到的光子数与检测距离有关，但是检测的距离会因为放电处的不同而发生变化，也导致了所检测的光子数不具有可比性。因此研究光子数与检测距离之间的关系，并且将光子数等效到某一统一的观测距离下具有重要的意义。

超声波测距是一种发射装置发出超声波，接收器接收到超声波的时间差从而测量距离的方法。超声波发射器向待测物发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，碰到待测物立即返回来，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时，根据计时器的时间，通过一定的信号处理，计算出超声波测距仪到待测物的距离。其也属于漫反射传感器。这种测量技术可以测量几个毫米到上千米的距离，测量精度有的已达到毫米量级。由于具有上述优点，超声波测距可以很好的应用于实时测量超声波测距仪到待测点之间的距离。

但现有的距离补偿还存在精度不够高的问题，故需要研发一种新的基于距离补偿的光子数检测装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于倾角和超声测距补偿的局放光子数检测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于倾角和超声测距补偿的局放光子数检测装置，包括通过无线网络连接的检测机器人和上位机，所述检测机器人包括机器人车体以及设置于所述机器人车体上的CPU、控制器、紫外成像仪、超声波测距仪、第一倾角传感器和第二倾角传感器，所述CPU分别连接机器人车体、控制器、紫外成像仪、超声波测距仪、第一倾角传感器和第二倾角传感器；

CPU根据上位机的任务指令接收紫外成像仪、超声波测距仪、第一倾角传感器和第二倾角传感器的测量信息传输给控制器，控制器利用第一倾角传感器测得的超声波测距仪与放电处的仰角及第二倾角传感器测得的检测机器人所处斜坡角度对超声波测距仪的测量距离进行补偿，获得超声波测距仪到放电处的补偿后距离，以该补偿后距离对紫外成像仪测得的光子数计算统一检测距离下的光子数。

进一步地，所述机器人车体包括固定底座、设置于所述固定底座上的二维云台以及控制所述二维云台的垂直水平步进电机。

进一步地，所述第一倾角传感器和紫外成像仪上下贴合设置于所述二维云台上。

进一步地，所述第一倾角传感器通过一减震座固定于所述二维云台上。

进一步地，所述第二倾角传感器紧贴设置于所述固定底座上。

进一步地，所述第二倾角传感器通过一减震座固定于所述固定底座上。

进一步地，所述CPU通过无线通信芯片与上位机连接。

进一步地，所述CPU还连接有用于存储有标准等效观测距离的标准参数存储器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过设置两个仰角传感器，能够补偿观测距离和观测视角对紫外光子数结果的影响，适用于电力巡检机器人、巡检无人机及相关职能巡检仪器的温度巡检，因此具备较高的实用价值，值得推广应用和深入研究。

2、利用超声波测距仪的测距功能实现了紫外成像仪到放电点的距离测量，再结合倾角传感器测得的仰角，能够将紫外热像仪所测得的光子数进行等效，在很大程度上解决了传统电力设备紫外检测的距离测量不同导致的光子数结果不准确问题。

3、本实用新型第一倾角传感器与紫外成像仪上下贴合固定在云台上，因两者之间间距很小且平行放置，可以准确测得倾角，提高最终检测精度。

4、本实用新型第一倾角传感器与紧贴设置于固定底座上，可以提高坡度检测精度，从而提高最终检测精度。

5、本实用新型采用非接触式电力设备表面放电在线检测，并采用由步进电机控制的云台机械结构，保证了操作的安全性与便捷性，解决了传统电力设备检测放电光子数在不同距离下没有可比性的问题。

6、本实用新型采用超声波测距仪结合紫外成像仪进行光子数计算，超声波测距仪具有准确、方便、精度快、速度快等优点，易于和紫外成像仪还有倾角传感器进行组合检测，可以有效解决现有紫外成像仪光子数检测和实时监测的问题，提高了电力设备局部放电紫外检测的准确度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的结构原理图；

图3为本实用新型的工作流程图；

图4为超声波测距仪的距离校正图；

图5为本实用新型装置的具体实施例立体结构图；

图6为本实用新型装置工作时的二维平面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-图2所示，本实用新型提供一种基于倾角和超声测距补偿的局放光子数检测装置，包括通过无线网络连接的检测机器人和上位机9，检测机器人包括机器人车体以及设置于机器人车体上的CPU10、控制器5、紫外成像仪2、超声波测距仪4、第一倾角传感器1和第二倾角传感器8，CPU10分别连接机器人车体、控制器5、紫外成像仪2、超声波测距仪4、第一倾角传感器1和第二倾角传感器8；CPU10根据上位机9的任务指令接收紫外成像仪2、超声波测距仪4、第一倾角传感器1和第二倾角传感器8的测量信息传输给控制器5，控制器5利用第一倾角传感器测得的超声波测距仪4与放电处的仰角及第二倾角传感器8测得的检测机器人所处斜坡角度对超声波测距仪4的测量距离进行补偿，获得超声波测距仪4到放电处的补偿后距离，以该补偿后距离对紫外成像仪2测得的光子数计算统一检测距离下的光子数。上述检测装置利用定位接口电路根据被测点的空间位置坐标进行定位搜索，并根据超声波测距仪测得放电处投影到超声波测距仪的距离，然后通过倾角传感器所测得角度，计算出放电处到紫外成像仪的距离，最后将紫外成像仪检测的光子数等效到统一观测距离，使得不同距离下检测的光子数具有可对比性。

机器人车体包括固定底座6、设置于固定底座6上的二维云台3以及控制二维云台3的垂直水平步进电机12。第一倾角传感器1和紫外成像仪2上下贴合设置于二维云台3上。第二倾角传感器8紧贴设置于固定底座6上。CPU10通过无线通信芯片与上位机9连接。固定底座6具有万向轮7。在某些实施例中，第一倾角传感器1和第二倾角传感器8分别通过一减震座固定。

在某些实施例中，CPU10还连接有用于存储有标准等效观测距离的标准参数存储器11。

本实施例中，第一倾角传感器1和第二倾角传感器8的型号为RS232Analog，测量范围为单轴0-360°，双轴±80°，最小分辨率0.01°，精度0.1°，无滤波响应时间10ms，其内置了最新的微机电仰角单元，体积小，功耗低，稳定性高，输出方式为电压输出。紫外成像仪2的型号为ZF-32型紫外成像仪，最小紫外光灵敏度3×10^-18watt/cm²，视频分辨率为722×560，视场(H×V)为5°×3.75°，增益控制为可调，帧频为25帧/s，可见光变焦为432倍放大，×36光学，×12数字，对焦距离是3米到无穷远，可探测最低照度是0.1Lus。超声波测距仪4的型号为KS109，具有较小的束波角(10°～20°)，采用单通道测距模块SK109，当收到主机的有效指令后会进入探测模式(每一帧探测指令格式为：I2C-寄存器2-8/16位数据)，探测范围在0～11m(指令为0xb0/0xb2/0xb4)，等待规定的响应时间后，再使用读取函数读寄存器2或3的值，即可获得距离数据，即作为紫外成像仪到电晕放电处的距离，再通过数据线输出。

在具体检测时，为保证检测光子数的有效性，将本实用新型提出的检测装置固定在3m外的检测点上，设备增益设置为15％。如图4所示，超声波测距仪4测量之前，首先在2m左右范围利用金属体对其进行距离校正，超声波测得AB的距离为2.130m，实际超声波测距仪离金属体距离为2.13m，校正完成。如图5为检验绝缘子表面电晕放电现象，可以测量出放电处与倾角传感器的仰角，斜坡的角度和放电处投影到超声波测距仪的距离，并且距离参数通过超声波测距软件读取函数从寄存器中获取。云台上的第一倾角传感器测得的其到放电处的仰角为60.01°(实际仰角为60.00°)，固定底座上的第二倾角传感器测得的斜坡的角度为24.98°。图6为检测光子数的二维平面图，通过上位机控制云台使得放电处在超声波测距仪和紫外成像仪的范围内，通过超声波测距仪测得的距离为d₁＝3.001m(实际距离为3m)，光子数通过紫外图像与可见光图像通过控制系统内相应软件进行合成获取，可得在15％增益下采集的放电处光子数量为1500。

如图6所示，超声波测距仪4到放电处的补偿后距离具体为：

l¹＝d₁cosβ

其中，d₁为超声波测距仪4测得的到放电处投影间的距离，l¹为超声波测距仪4到放电处投影的水平距离，α₁为放电处与超声波测距仪4的仰角，β为检测机器人所处斜坡角度，l为补偿后的距离。

由于观测距离越远，接收到来自灰尘、水气等干扰信号的几率也越大，因而在同一放电强度下，随着距离的增加，紫外成像仪检测到的有效光子数也逐渐减少。因此，为了将检测到的光子数等效到统一观测距离下，本实用新型设置标准参数存储器的等效观测距离为8m。

本实用新型中将检测到的光子数值等效到某统一观测距离下，从而使检测结果具有可对比性。对于距离的等效，本实用新型根据所得到的实验数据，采用了幂函数的等效方法((参考文献：王胜辉，冯宏恩，律方成，电晕放电紫外成像检测光子数的距离等效，高电压技术，1(41):194-201，2015)，不同距离下的等效公式为：

其中，d₀为标准等效观测距离，g_d0是在标准等效观测距离下所测得的光子数，d₁为超声波测距仪4测得的到放电处投影间的距离，α₁为放电处与超声波测距仪4的仰角，β为检测机器人所处斜坡角度，g_d1在放电处投影到超声波测距仪的距离下所测得的光子数。

设置等效观测距离为8m，利用公式1将紫外成像仪在3m处的光子数等效到统一观测距离，等效后的光子数为936，经过与紫外成像仪测得的光子数的对比发现，等效后的结果较等效前更为准确。

本实用新型装置将紫外成像技术、超声波测距技术还有倾角传感器模块有效结合，利用超声波测距仪的测距功能实现了紫外成像仪到放电点的距离测量，再结合倾角传感器测得的仰角，能够将紫外热像仪所测得的光子数进行等效，在很大程度上解决了传统电力设备紫外检测的距离测量不同导致的光子数结果不准确问题。该装置结构简单，性价比高，具有较高的实用价值，因此具有较强的实用性能和发展前景。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。