激光远场聚焦异物清除装置的制作方法

本实用新型属于输电线路异物清除装置领域，具体涉及一种激光远场聚焦异物清除装置。

背景技术：

在日常生产生活中，时常有塑料薄膜、编织网、风筝线、气球线等异物缠绕在输电线路上,导致绝缘故障发生，威胁着正常供电安全。

传统的异物清理方式可以分为两种，一是停电后人工高空清除；二是带电条件下人工清理。由于异物侵入发生故障具有随机性，停电清理，必然要影响线路的正常供电运行，同时也影响用户的连续用电需求。给供电企业和电力用户带来较大损失。而带电条件下的人工清理,尽管不会影响输电线路正常运行，但是电力工人带电在高空作业,具有较高的危险性,清理时间长，易于受到现场条件的限制，实际效果并不理想。统计数据表明，随着塑料制品越来越广泛的密集使用，架空高压线路异物侵入逐渐成为导致线路非计划性停运的主要原因之一。传统人工异物清除手段越来越难以满足实际工作的需求，如何远距离直接清除异物成为该领域迫切的技术需求。为了满足上述需求，本领域技术人员研制了一些通过可操控的机器人或自动化装置实现清障的专用设备,但这些设备均具有结构复杂、故障率高、须多人配合协作的问题,特别是在使用前需要先把装置挂在架空的输电线路上,存在附加的安全隐患,完成清障需要时间更长,效率较低。

现有的清障专用设备大部分采用激光进行清障，激光由于具有高能量、极佳的方向性、单色性等特点，在远距离定向操控方面具有巨大优势。利用高功率激光远场聚焦技术，将激光束定向传输并聚焦到线路异物上，瞬间将异物接触部分融化甚至汽化，进而操控激光束空间扫描，对异物进行有效切割，最终与线路分离，实现对高压线异物的快速、安全、带电作业清除。这种方法无需线路停电和人员攀爬杆塔，可以直接远距离及时、快速、定向、安全地清除导线上异物，操作方便，省时省力。然而，由于通常采用的激光具有较好的相干性，在经过远场聚焦光学系统后易于发生衍射和干涉，同时，在自由空间中传播时受大气湍流影响导致激光光束展宽、抖动和弯曲，致使远场目标点位置的激光光斑出现分布不均匀、能量不集中、甚至闪烁和漂移，最终导致被切割异物不能被激光稳定均匀照射，影响切割效果，甚至无法完成异物的有效清除。

技术实现要素：

本实用新型目的在于解决现有技术的激光异物清除装置存在异物清楚效果不好的缺陷，提供一种激光远场聚焦异物清除装置，其采用消相干混沌激光，有效克服衍射、干涉和大气湍流等的不利影响，通过远场聚焦光学系统实现激光的远距离稳定传输和聚焦，使被照射的异物温度均匀升高熔化和汽化，再配合瞄准装置与光束空间位置微动扫描装置实现对异物的稳定连续移动照射，进而形成切割轨迹，完成异物的切割清除。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：

即一种激光远场聚焦异物清除装置，其特征在于，包括机架，机架内部设有消相干混沌激光器、控制系统、可见光相机、可见光镜头、指示激光器、激光准直镜，可见光镜头、指示激光器和激光准直镜位于机架内前端，可见光镜头与可见光相机组成可见光成像系统，激光准直镜与激光器组成激光切割光路，控制系统与激光器、可见光相机、指示激光器信号连接。

本实用新型的控制系统作为系统的控制中心负责接收控制信息，对各部分完成控制操作，并输出系统的各种工作信息，其为深圳研祥科技生产的研祥 MEC-5071型工控计算机。

本实用新型的可见光相机、可见光镜头和指示激光器组成瞄准系统。

本实用新型的可见光相机为深圳京航科技生产的JHSM300f型高清工业相机。

本实用新型的指示激光器为惠斯特303D型高亮激光指示器。

本实用新型的可见光镜头为适马150-600mm f/5-6.3DG OS HSM C单反相机远摄长焦镜头。

本实用新型的激光准直镜为武汉华工激光生产的EX-8X-10.6型硒化锌CO2 激光扩束准直镜。

进一步的，本实用新型的消相干混沌激光器包括CO2激光器、全反射镜片、压电陶瓷、调制电路、光电探测器和半透膜反射镜片，压电陶瓷的一端固定于CO2激光器的外壁上，另一端装有全反射镜片，CO2激光器的输出段设有半透膜反射镜，调制电路与压电陶瓷信号连接，光电探测器分别与半透膜反射镜片和调制电路信号连接。

本实用新型的CO2激光器为大通激光(深圳)有限公司生产的L50G型激光器，在其基础上加装调制用压电陶瓷片。

CO2激光器属于B类激光器,由于极化强度被绝热消去,系统的动力学由两个耦合方程描写,不足以产生混沌。要实现CO2激光器混沌运转,需至少增加一个额外的自由度。为此,人们提出了不少方法，例如外调制、注入信号、反馈等对激光器的输出光强，相位，波长等进行调制,使原来自治系统变为依赖于时间的非自治系统，系统也由自洽转化为非自洽。在此过程中,适当地改变参数设置,最终使系统进入混沌运转状态。在本实用新型中，先将激光器调节至单模运转状态,然后精细调节腔长。随着失谐量的增大,系统由稳态运转开始出现尖峰。进一步增大失谐量,频谱变得复杂多变，表现为混沌特有的展宽带。实验结果表明,在精细调节腔长的过程中,系统输出从稳态经由Ruelle-Takens途径到达混沌态。

本实用新型的压电陶瓷用作腔长调制。其为淄博宇海电子陶瓷有限公司生产的PZT-4Φ20×1压电陶瓷片。

进一步的，本实用新型的调制电路包括前置放大器、信号发生器、乘法器、带通滤波器和激励放大器，光电探测器和前置放大器信号连接，前置放大器和信号发生器均与乘法器信号连接，乘法器与带通滤波器信号连接，带通滤波器与激励放大器信号连接，激励放大器与压电陶瓷信号连接。

来自光电探测器的信号经前置放大器放大后与信号发生器产生的信号一起进入乘法器中经带通滤波器选出有用的信号经激励放大器放大后驱动压电陶瓷工作。

本实用新型的光电探测器为滨松光子的B749光子牵引探测器。

本实用新型的全反射镜片、半透膜反射镜片均为现有技术产品。

进一步的，本实用新型的机架后端设有触摸屏，触摸屏与机架内的控制系统信号连接。

本实用新型的触摸屏为深圳市智显达科技有限公司生产的G08型8寸触摸显示器。

进一步的，本实用新型的机架下方设有底座，底座上设有光束扫描装置，机架底部安装在光束扫描装置上。

本实用新型的机架安装在光束扫描装置上，并可在光束扫描装置的带动下做扫描运动；底座为整机提供固定和支撑。

本实用新型的光束扫描装置为嘉杰电子有限公司生产的电动数字云台J-PT- 7250-DL。

本实用新型还设有电源，给各用电装置供电。

本实用新型的优点如下：

1)采用消相干的混沌激光作为输出能源，有效克服衍射、干涉和大气湍流等的不利影响，实现激光的远距离稳定传输和能量集中，有效提升异物切割的稳定性和连续性，异物清除效果更好。

2)可人工操作设备模拟切割轨迹，形成切割程序，作业时根据切割程序使用跟踪扫描装置自动完成切割轨迹扫描，也可根据需要远程遥控操作。避免人工操作带来的扫描不稳定引起的切割轨迹不连续而造成的切割失败。

3)结合可见光成像系统的自动对焦过程测出被切割异物的距离信息，供切割激光对焦用。避免使用激光测距仪测距时易受天气及阳光干扰的缺陷，提高了设备的工作可靠性，提高了适应能力。

4)可只在自动切割时打开切割激光器，避免人工误操作提高了设备工作时的安全系数。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型激光发生器的结构示意图；

图3为本实用新型调制电路的原理图。

如图中所示：1.控制系统；2.可见光相机；3.可见光镜头；4.指示激光器； 5.激光准直镜头；6.光束扫描装置；7.底座；8.电源；9.机架；10.消相干混沌激光器；10-1.CO2激光器；10-2.全反射镜片；10-3.压电陶瓷；10-4.调制电路；10-5.光电探测器；10-6.半透膜反射镜；11.触摸屏；10-4-1.前置放大器；10-4-2.信号发生器；10-4-3.乘法器；10-4-4.带通滤波器；10-4-5.激励放大器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示：机架9底部通过在光束扫描装置6安装在底座7上，机架9内部后侧设有消相干混沌激光器10和控制系统1，前侧设有可见光相机2、可见光镜头3、指示激光器4和激光准直镜头5，触摸屏11固定在机架9上，消相干混沌激光器10，激光准直镜头5组成激光切割的光路系统；可见光相机2，可见光镜头 3，指示激光器4组成瞄准系统；控制系统1作为系统的控制中心负责接收控制信息，对各部分完成控制操作，并输出系统的各种工作信息；触摸屏11作为控制系统的输入输出界面供人工操作用。机架9安装在光束扫描装置6上，并可在光束扫描装置6的带动下做扫描运动；底座7为整机提供固定和支撑。

如图2所示：消相干混沌激光器10包括波长为10.6微米的CO2激光器10- 1，全反射镜片10-2、压电陶瓷10-3、调制电路10-4、光电探测器10-5和半透膜反射镜片10-6，压电陶瓷10-3的一端固定于CO2激光器10-1的外壁上，另一端装有全反射镜片10-2调整压电陶瓷10-3的激励电压引起全反射镜片10-2的微小位移。从而让CO2激光器10-1的腔长得到调制从而导致频率失谐量改变。通过调整调制电路10-4调制频率和调制深度最终得到激光器的混沌输出。输出的激光经半透膜反射镜片10-6反射出一部分光被光电探测器10-5接收转化为电信号，送入调制电路10-4。调制电路10-4根据光电探测器10-5接收到的光信号情况调整加在压电陶瓷10-3的激励电压使激光器维持在混沌输出状态。

如图3所示：来自光电探测器10-5的信号经前置放大器10-4-1放大后与信号发生器10-4-2产生的信号一起进入乘法器10-4-3中经带通滤波器10-4-4选出有用的信号经激励放大器10-4-5放大后驱动压电陶瓷10-3工作。

本实用新型工作时，首先打开指示激光器4，人工操作设备在光束扫描装置6的驱动下将指示激光器4的光点落到被清除的异物上。此时可见光相机2根据拍摄到的指示激光器4光点附近图像的反差信息情况由控制系统1输出驱动可见光镜头3做对焦运动，实现可见光图像在被清除异物上精确对焦。在精确对焦时，控制系统1纪录下可见光镜头3上的对焦镜片位移信息。可由此得到可见光成像系统的焦距f，像距v。根据透镜成像公式1/f＝1/v+1/u即可计算出物距u即被清除异物到设备的直线距离。控制系统1根据此距离驱动激光准直镜头5中的变焦装置使消相干混沌激光器10发出的激光在被清除的异物处聚焦得到最小的切割光斑。根据被清除异物的状况人工操作设备使指示激光器4的光点在光束扫描装置6的带动下划过被清除异物形成切割轨迹。控制系统1计录此轨迹形成切割程序。然后打开消相干混沌激光器10，光束扫描装置6在控制系统1的控制下按设定好的轨迹信息做扫描动作使光斑在被切割物上连续缓慢移动形成切割轨迹，完成切割作业。

以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。