输电线路异物清除装置的制作方法

本发明涉及输电线路异物清除技术领域，特别是涉及一种输电线路异物清除装置。

背景技术：

架空输电线路具有线路距离长、覆盖区域大、架设距离高等特点，是电力系统的重要组成部分，因此对其安全性和可靠性要求较高。而位于居民区和野外环境中的架空输电线路，常缠绕有风筝线、条幅、大棚篷布、塑料布等异物，这些异物一般通过绕圈、重力支撑、黏附三种方式与输配电导、地线接触纠缠，因而极易造成架空输电线路发生单相接地、相间短路等故障，影响电力正常输送，严重时可能造成大面积停电事故。

目前，清除架空输电线路异物的方法有：1)使用绝缘绳索、吊篮、软梯、绝缘斗臂车等接近输电线路并进行清除；2)在地面使用绝缘杆、线控或遥控装置等工具进行清除。但是，在供电情况下，采用人工清除存在操作难度大、危险性高、受环境限制多、效率低下等缺点，因而难以及时、快速、安全地清除架空输电线路异物，尤其是在野外或山区等地形环境复杂的地区，清除难度进一步增大；而采用线控或遥控装置来清除异物时，由于目前使用的可操控机器人或自动化装置均具有结构复杂、故障率高、需多人配合协作的问题，并且在使用前需要先把装置挂在架空输电线路上，安全隐患依然存在，且完成清障需要很长的时间，效率较低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对目前异物清除方法存在的操作难度大、危险性高、受环境限制多以及效率低的问题，提供一种输电线路异物清除装置。

一种输电线路异物清除装置，包括：无人机和设于无人机上的异物检测装置、测距装置、激光装置和控制装置，控制装置与异物检测装置、测距装置和激光装置分别电连接，其中，

异物检测装置，用于检测输电线路上是否存在异物；

测距装置，用于检测无人机与异物之间的距离；

激光装置，用于对准异物，并对异物进行激光切割处理；

控制装置，用于在异物检测装置检测到输电线路上存在异物时，控制无人机向异物移动直至测距装置检测的距离达到预设距离时，控制激光装置对准异物，并对异物进行激光切割处理，以对异物进行清除。

在其中一个实施例中，异物检测装置包括：

图像采集单元，用于采集输电线路的图像信息；

图像处理单元，图像处理单元与图像采集单元电连接，用于对图像信息进行分析处理，以确定输电线路上是否存在异物。

在其中一个实施例中，测距装置为激光测距仪。

在其中一个实施例中，激光装置包括：

指示激光器，用于输出第一激光光束；

切割激光器，用于输出第二激光光束；

透镜组件，透镜组件设置在指示激光器和切割激光器的激光输出端侧，第一激光光束和第二激光光束经透镜组件平行输出且两者之间的间距小于等于预设间距。

在其中一个实施例中，第一激光光束为可见光光束，第二激光光束为波长为1.4～2.1μm波段的激光光束。

在其中一个实施例中，切割激光器包括：

激光种子源，用于输出第三激光光束；

第一级放大器，第一级放大器的输入端与激光种子源的输出端相连，用于对第三激光光束进行功率放大处理以获得第四激光光束；

第二级放大器，第二级放大器的输入端与第一级放大器的输出端相连，用于对第四激光光束进行功率放大处理以获得第二激光光束。

在其中一个实施例中，第一级放大器包括依次连接的第一半导体抽运源、第一抽运合束器和第一光纤；第二级放大器包括依次连接的第二半导体抽运源、第二抽运合束器和第二光纤。

在其中一个实施例中，第二级放大器还包括无源光纤，无源光纤的一端与第二光纤中远离第二抽运合束器的一端相连，且无源光纤的另一端的端面成预设角度。

在其中一个实施例中，第一级放大器与第二级放大器之间还连接有隔离器。

在其中一个实施例中，上述的装置还包括：遥控器，遥控器与控制装置进行通信，用于接收用户的控制指令，并将控制指令发送至控制装置，以使控制装置根据控制指令对无人机和激光装置进行控制。

上述输电线路异物清除装置，通过设置在无人机上的异物检测装置检测输电线路上是否存在异物，并通过控制装置在异物检测装置检测到输电线路上存在异物时，控制无人机向异物移动直至测距装置检测的距离达到预设距离时，控制激光装置对准异物，并对异物进行激光切割处理，以对异物进行清除。由此，通过在无人机上搭载激光装置来对输电线路上的异物进行清除，不仅可以实现异物的快速、远距离有效清除，而且具有操作简单、安全性高以及受环境限制小等优点。

附图说明

图1为一个实施例中输电线路异物清除装置的方框示意图；

图2为另一个实施例中输电线路异物清除装置的方框示意图；

图3为一个实施例中激光装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

图1为一个实施例中输电线路异物清除装置的方框示意图，如图1所示，输电线路异物清除装置包括：无人机10和设于无人机10上的异物检测装置20、测距装置30、激光装置40和控制装置50。

其中，控制装置50与异物检测装置20、测距装置30和激光装置40分别电连接。异物检测装置20用于检测输电线路上是否存在异物；测距装置30用于检测无人机10与异物之间的距离；激光装置40用于对准异物，并对异物进行激光切割处理；控制装置50用于在异物检测装置20检测到输电线路上存在异物时，控制无人机10向异物移动直至测距装置30检测的距离达到预设距离时，控制激光装置40对准异物，并对异物进行激光切割处理，以对异物进行清除。

具体而言，由于无人机10具有体积小、机动灵活、成本低等优点，因此可在其上搭载相关装置来实现输电线路的远距离异物清除。例如，可将异物检测装置20、测距装置30、激光装置40和控制装置50搭载在无人机10的云平台上，当执行任务时，控制无人机10按照预设巡检路线对输电线路进行巡检，并在巡检的过程中，通过异物检测装置20实时检测输电线路上是否存在异物(如，风筝、导线等)，如果存在，控制装置50则控制无人机10不断靠近该异物，并在靠近的过程中，控制测距装置30(如，激光测距仪)实时检测无人机10与该异物之间的距离，当距离达到预设距离，即激光装置40达到有效清除距离(如，3m～8m)时，控制无人机10悬停，并启动激光装置40对准该异物，并对该异物进行激光切割处理，以对该异物进行清除。然后，控制无人机10继续按照预设巡检路线对输电线路进行巡检，直至巡检任务完成或其它。

本实施例中，通过在无人机上搭载激光装置来对输电线路上的异物进行清除，不仅可以实现异物的快速、远距离有效清除，而且具有操作简单、安全性高以及受环境限制小等优点。

在一个实施例中，参考图2所示，异物检测装置20包括图像采集单元21和图像处理单元22，其中，图像采集单元21用于采集输电线路的图像信息；图像处理单元22与图像采集单元21电连接，用于对图像信息进行分析处理，以确定输电线路上是否存在异物。

具体地，图像采集单元21可以为摄像头，通过摄像头实时采集输电线路的图像信息，并将该图像信息发送给图像处理单元22。图像处理单元22在接收到该图像信息后，可采用现有技术对该图像信息进行分析处理，以提取出图像信息中所有物体的特征信息，并将所有物体的特征信息与数据库中存储的异物特征信息进行一一比对，以确定输电线路上是否存在异物，如果存在，则输出相应信息至控制装置50，以控制无人机向该异物靠近。

本实施例中，由于图像处理单元能够对输电线路上的异物进行自动识别，因而在无人监视的情况下，也可实现对输电线路的异物清除，当然，也可以在巡检人员的监视下，实现对输电线路的异物清除。

在一个实施例中，参考图2所示，上述的输电线路异物清除装置还包括：遥控器60，遥控器60与控制装置50进行通信，用于接收用户的控制指令，并将控制指令发送至控制装置50，以使控制装置50根据控制指令对无人机10和激光装置40进行控制。

具体而言，异物检测装置20可包括图像采集单元21(如摄像头)，或者图像采集单元21和图像处理单元22。当异物检测装置20包括图像采集单元21时，在巡检过程中，可通过图像采集单元21实时采集输电线路的图像信息，并将其通过控制装置50发送给遥控器60进行显示，此时巡检人员根据显示的图像信息判断输电线路上是否存在异物，如果存在，则通过遥控器60发送控制指令至控制装置50，以使无人机10靠近该异物，并通过遥控器60启动测距装置30，通过测距装置30实时检测无人机10与该异物之间的距离并反馈至遥控器60，此时巡检人员根据反馈的距离确定无人机10是否到达预设距离，如果是，则通过遥控器60控制无人机10悬停，并启动激光装置40，以对该异物进行清除。

当异物检测装置20包括图像采集单元21和图像处理单元22时，在巡检的过程中，可通过图像采集单元21实时采集输电线路的图像信息，并将其发送给图像处理单元22，由图像处理单元22对其进行分析处理，以确定输电线路上是否存在异物。如果存在，则通过控制装置50将具有该异物的图像信息发送给遥控器60进行显示，此时巡检人员根据显示的图像信息确认该异物是否为真正的异物，如果是，巡检人员则通过遥控器60发送控制指令至控制装置50，以使无人机10靠近该异物，并通过遥控器60启动测距装置30，通过测距装置30实时检测无人机10与该异物之间的距离并反馈至遥控器60，此时巡检人员根据反馈的距离确定无人机10是否到达预设距离，如果是，则通过遥控器60控制无人机10悬停，并启动激光装置40，以对该异物进行清除。

本实施例中，通过遥控器的配合，可增加巡检人员的参与度，以防止出现异物检测装置误判的情况发生，保证异物清除的准确性。

在一个实施例中，参考图3所示，激光装置40包括：指示激光器41、切割激光器42和透镜组件43，指示激光器41用于输出第一激光光束；切割激光器42用于输出第二激光光束；透镜组件43设置在指示激光器41和切割激光器42的激光输出端侧，第一激光光束和第二激光光束经透镜组件43平行输出且两者之间的间距小于等于预设间距。其中，第一激光光束为可见光光束，第二激光光束为波长为1.4～2.1μm波段的激光光束。

具体地，指示激光器41主要用于对准异物的切割位置，在实际应用中，可采用输出功率为10w的可见光激光器。切割激光器42主要用于对异物进行切割处理，而波长在1.4～2.1μm波段的激光光束具有较高的水吸收系数，且对人眼的损伤阔值较低，具有人眼安全特性，因此可通过切割激光器42输出该波段的激光光束来实现对异物的切割处理。另外，还可通过透镜组件43来改变指示激光器41输出的第一激光光束和切割激光器42输出的第二激光光束的传输路径，以使两束激光光束同轴输出，两束激光光束平行且距离较近，以提高异物清除操作的简便性，有利于定位，方便观察和清除异物。

举例而言，参考图3所示，透镜组件43可包括第一透镜431和第二透镜432，第一透镜431以一定角度设置在指示激光器41的激光输出端侧，第二透镜432以一定角度设置在切割激光器42的激光输出端侧，当指示激光器41和切割激光器42工作时，指示激光器41发出的第一激光光束先后通过第一透镜431和第二透镜432进行两次反射，而切割激光器42输出的第二激光光束直接通过第二透镜432进行一次透射，这样可以使得透射后的第二激光光束与两次反射后的第一激光光束同轴输出，两束激光光束平行且距离较近，例如距离小于等于预设间距如10mm，从而可提高异物清除操作的简便性，有利于定位，方便观察和清除异物。在实际应用中，第一透镜431和第二透镜432均可为圆月弯透镜，其材料为sio2，曲率半径分别为-88mm、1055mm和515mm、-2073mm，且两者之间的间距可设为135mm，具体可根据实际需求设置，这里仅是举例说明。

在执行任务时，当启动激光装置40对准异物，并对异物进行激光切割处理时，可先启动指示激光器41对准异物的切割位置，然后启动切割激光器42，对异物进行清除，然后再根据异物宽度调节指示激光器41和切割激光器42的激光光束输出方向，以将异物彻底切割，切割后的异物在重力的作用下落到地面，至此完成对异物的切除。需要说明的是，在此过程中，可由控制装置50按照预设处理程序根据异物检测装置20检测到的图像信息来自动完成，也可由巡检人员通过遥控器60远程操控完成，具体这里就不再详述。

在一个实施例中，参考图3所示，切割激光器42包括：激光种子源421、第一级放大器422和第二级放大器423，激光种子源421用于输出第三激光光束；第一级放大器422的输入端与激光种子源421的输出端相连，用于对第三激光光束进行功率放大处理以获得第四激光光束；第二级放大器423的输入端与第一级放大器422的输出端相连，用于对第四激光光束进行功率放大处理以获得第二激光光束。进一步地，第一级放大器422包括依次连接的第一半导体抽运源4221、第一抽运合束器4222和第一光纤4223；第二级放大器423包括依次连接的第二半导体抽运源4231、第二抽运合束器4232和第二光纤4233。

也就是说，切割激光器42可由激光种子源421和两级放大器组成，其中，激光种子源421可以为低功率的连续掺铥光纤激光种子源，两级放大器可以为两级全光纤结构掺铥光纤放大器。具体地，第一级放大器422也可称预放大级放大器，可由第一半导体抽运源4221、第一抽运合束器4222和第一光纤4223组成，其中第一半导体抽运源4221由2个中心波长为793nm、最大输出功率为12w的半导体激光器组成；第一抽运合束器4222为(2+1)×1抽运合束器；第一光纤4223为4m长的双包层掺铥增益光纤，且其纤芯直径为10μm，数值孔径为0.15，内包层直径为130μm，数值孔径为0.46。第二级放大器423也可称功率放大级放大器，主要用于进行高功率放大，可由第二半导体抽运源4231、第二抽运合束器4232和第二光纤4233组成，其中第二半导体抽运源4231由18个中心波长为793nm、最大输出功率为12w的半导体激光器组成；第二抽运合束器4232为(18+1)×1抽运合束器；第二光纤4233为5m长的双包层掺铥增益光纤，且其纤芯直径为25μm，数值孔径为0.09，内包层直径为400μm，数值孔径为0.45。需要说明的是，在实际应用中，可根据实际需求选择相应的参数。

在实际工作过程中，激光种子源421将发出第三激光光束至第一级放大器422，通过第一级放大器422进行预放大，并输出第四激光光束至第二级放大器423，然后通过第二级放大器423进行高功率放大，以获得功率较高(如，最大输出功率为80w)的激光光束，即第二激光光束，以实现切割功能。

本实施例中，通过两级放大器可获得高功率的激光光束，如80w的激光光束在6m处的交点温度可达575℃，从而可保证输电线路上的异物能够被高效、快速且有效地清除。

在一个实施例中，第二级放大器423还包括无源光纤4234，无源光纤4234的一端与第二光纤4233中远离第二抽运合束器4232的一端相连，且无源光纤4234的另一端的端面成预设角度。

具体地，为了方便冷却第二光纤4233(如，双包层掺铥增益光纤)，可在第二光纤4233之后熔接约0.7m长的无源光纤4234，且将其输出端面切成如8°角，以避免菲涅尔反射，防止在放大器中产生寄生振荡，影响激光特性。

在一个实施例中，参考图3所示，第一级放大器422与第二级放大器423之间还连接有隔离器424(如高功率偏振无关隔离器)，以进行隔离。另外，在第一级放大器422与激光种子源421之间还连接有耦合器425，以便于拆装。

综上，上述输电线路异物清除装置，通过在无人机上搭载激光装置来对输电线路上的异物进行清除，不仅可以实现异物的快速、远距离有效清除，而且具有操作简单、安全性高以及受环境限制小等优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。