一种基于无人机的绝缘子电场测量装置的制作方法

本技术属于输电线路绝缘子电场测量，具体涉及一种基于无人机的绝缘子电场测量装置及方法，尤其涉及一种基于无人机的能够对绝缘子空间电场分布进行测量的测量装置。

背景技术：

1、绝缘子是输电线路中起到机械支撑及电气连接的重要部件，一旦发生本体劣化，可能导致断串、绝缘失效等严重故障。带电运行绝缘子周围分布有空间电场，当发生劣化后，其周围空间电场相对正常状态会发生局部畸变，因此对比分析劣化前后的电场分布特性，可以诊断出绝缘子的运行状态。因此，定期对输电线路运行绝缘子开展空间电场带电检测，及时辨别及更换劣化绝缘子串具有十分重要意义。

2、现有的架空输电线路劣化绝缘子检测方法分为传统的接触式检测方法及新兴的非接触式检测方法。传统检测方法包括观察法、火花叉法等需要人工登塔，操作繁琐且有一定的危险性。非接触式检测方法中，红外测温法及紫外成像法易受外部环境的影响，从而对检测灵敏度产生较大影响，而电场分布检测法受环境的影响有限，检测灵敏度较高，较其他方法有较为广阔的应用前景。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型提出一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，能够对架空线路绝缘子串实现非接触式带电检测，得到绝缘子串的空间电场分布，有利于输电线路运维人员及时发现故障，避免故障对电网造成较大危害。

2、为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本实用新型提供了一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，包括无人机本体、机载端和地面端；

4、所述机载端设于在所述无人机本体上，其包括光学电场传感器、激光测距仪、机载电场测量模块、第一无线通讯模块和机载端处理器；所述光学电场传感器与机载电场测量模块之间通过光纤相连，接收机载电场测量模块发送的第一偏振光信号，将所述第一偏振光信号转换为与外界电场相关的第二偏振光信号后发送给机载电场测量模块；所述机载端处理器的数据传输端分别与所述激光测距仪、机载电场测量模块和第一无线通讯模块电连接；

5、所述地面端包括第二无线通讯模块和地面端处理器；所述第二无线通讯模块与第一无线通讯模块通信相连，所述地面端处理器从第二无线通讯模块获取由机载端采集到的数据，并进行处理与展示。

6、可选地，所述机载电场测量模块包括光源、起偏分束器、保偏光纤和光电转换器；

7、所述光源与起偏分束器共同作用发出固定波长的线偏振光，所述线偏振光经过所述保偏光纤后变成第一偏振光信号；

8、所述第一偏振光信号进入所述光学电场传感器后，在外界电场作用下变成第二偏振光信号从所述光学电场传感器出射，所述第二偏振光信号经过单模光纤传入光电转换器，所述光电转换器将第二偏振光信号转化为与第一偏振光信号的光功率幅值成正比的电压信号；所述第一偏振光信号与第二偏振光信号的光功率不同。

9、可选地，所述机载电场测量模块发送第一偏振光信号至光学电场传感器，所述光学电场传感器将所述第一偏振光信号分为两条光路信号，一条光路信号经过有屏蔽电极覆盖的光路后出射，另一条光路信号经过无屏蔽电极覆盖的光路受外界电场作用后出射，得到第二偏振光信号，所述第二偏振光信号反射回机载电场测量模块，由机载电场测量模块将第二偏振光信号转化为与第一偏振光信号的光功率幅值成正比的电压信号。

10、可选地，所述无人机本体上设有挂载安装支架，所述挂载安装支架上设置有玻璃纤维伸缩杆；所述光学电场传感器设于玻璃纤维伸缩杆上远离挂载安装支架的端部，用于探测绝缘子串周围空间电场信息。

11、可选地，所述无人机本体上设有挂载安装支架，所述激光测距仪设于所述挂载安装支架上，用于测量用于测量目标绝缘子串距所述无人机本体的距离。

12、可选地，所述挂载安装支架由碳纤维板构成，且设有旋转弹簧插销和碳板插槽；所述激光测距仪和玻璃纤维伸缩杆与所述旋转弹簧插销或碳板插槽插拔相连。

13、可选地，所述机载端通过连接线连接有osdk插头，用于所述激光测距仪、机载电场测量模块和第一无线通讯模块与所述无人机本体进行电气连接。

14、可选地，所述无人机本体包括机身和机臂；所述机身前部安装有前视模块，所述前视模块包括前视红外感知单元及前视视觉单元；所述机身顶部安装有rtk模块和gprs模块，内部安装有控制主板，下部安装有云台；所述机臂上安装有电机和螺旋桨，所述螺旋桨固定于所述电机的输出轴上，所述电机通过电子调速器与所述控制主板相连接。

15、第二方面，本实用新型提供了一种基于第一方面中任一项所述的绝缘子电场测量装置的测量方法，包括：

16、利用激光测距仪测量目标绝缘子串距所述无人机本体的距离，确保该距离在预设的范围内；

17、利用机载电场测量模块产生第一偏振光信号，并将所述第一偏振光信号发射至光学电场传感器，在外界电场作用下变成第二偏振光信号从所述光学电场传感器出射；

18、将所述第二偏振光信号利用单模光纤传入机载电场测量模块，所述机载电场测量模块将第二偏振光信号转化为与第一偏振光信号的光功率幅值成正比的电压信号；所述第一偏振光信号与第二偏振光信号的光功率不同；

19、利用机载端处理器存储所述电压信号；

20、利用第一无线通讯模块和第二无线通讯模块之间的通信，将所述电压信号发送至地面端处理器，由地面端处理器进行处理与展示。

21、与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

22、本实用新型能够快速检测输电线路绝缘子串的电场分布，免去人工登塔操作，提高了检测效率。

23、本实用新型采用基于泡克尔斯效应的光学电场传感器对电场进行采集，相较传统电容式传感器提高了检测准确度，机载端与地面端通过无线信号进行数据传输，使得其适用于绝大多数现场环境。

24、本实用新型对测量装置进行小型化设计，减小了体积及重量，减轻了了无人机的负载压力，延长了无人机的续航时间，便于连续检测。

技术特征：

1.一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：包括无人机本体、机载端和地面端；

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：所述机载电场测量模块包括光源、起偏分束器、保偏光纤和光电转换器；

3.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：所述机载电场测量模块发送第一偏振光信号至光学电场传感器，所述光学电场传感器将所述第一偏振光信号分为两条光路信号，一条光路信号经过有屏蔽电极覆盖的光路后出射，另一条光路信号经过无屏蔽电极覆盖的光路受外界电场作用后出射，得到第二偏振光信号，所述第二偏振光信号反射回机载电场测量模块，由机载电场测量模块将第二偏振光信号转化为与第一偏振光信号的光功率幅值成正比的电压信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：所述无人机本体上设有挂载安装支架，所述挂载安装支架上设置有玻璃纤维伸缩杆；所述光学电场传感器设于玻璃纤维伸缩杆上远离挂载安装支架的端部，用于探测绝缘子串周围空间电场信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：所述无人机本体上设有挂载安装支架，所述激光测距仪设于所述挂载安装支架上，用于测量用于测量目标绝缘子串距所述无人机本体的距离。

6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：所述挂载安装支架由碳纤维板构成，且设有旋转弹簧插销和碳板插槽；所述激光测距仪和玻璃纤维伸缩杆与所述旋转弹簧插销或碳板插槽插拔相连。

7.根据权利要求1所述的一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：所述机载端通过连接线连接有osdk插头，用于所述激光测距仪、机载电场测量模块和第一无线通讯模块与所述无人机本体进行电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，其特征在于：所述无人机本体包括机身和机臂；所述机身前部安装有前视模块，所述前视模块包括前视红外感知单元及前视视觉单元；所述机身顶部安装有rtk模块和gprs模块，内部安装有控制主板，下部安装有云台；所述机臂上安装有电机和螺旋桨，所述螺旋桨固定于所述电机的输出轴上，所述电机通过电子调速器与所述控制主板相连接。

技术总结
本技术公开了一种基于无人机的绝缘子电场测量装置，包括无人机本体、机载端和地面端；机载端设于在无人机本体上，其包括光学电场传感器、激光测距仪、机载电场测量模块、第一无线通讯模块和机载端处理器；光学电场传感器与机载电场测量模块之间通过光纤相连；机载端处理器分别与激光测距仪、机载电场测量模块和第一无线通讯模块电连接；地面端包括第二无线通讯模块和地面端处理器；第二无线通讯模块与第一无线通讯模块通信相连，地面端处理器从第二无线通讯模块获取由机载端采集到的数据，进行处理与展示。本技术能够对架空线路绝缘子串实现非接触式带电检测，得到绝缘子串的空间电场分布，利于输电线路运维人员及时发现故障，避免对电网造成危害。

技术研发人员：高嵩,黄新宇,孙蓉,杨景刚,谭笑,高超,李鸿泽,陈杰,邱刚,张迺龙
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：20220824
技术公布日：2024/1/11