基于激光测距的导线弧垂监测装置及监测方法
【专利摘要】本发明提供一种基于激光测距的导线弧垂监测装置，该监测装置包括挂在导线上的激光测距传感器，该激光测距传感器用于测量导线对地距离；该监测装置还可包括角度传感器，角度传感器测量出激光脉冲与垂直于地面的垂直线之间的角度，计算导线对地垂直距离。本发明还提供使用上述基于激光测距的导线弧垂监测装置的两种方法，采用激光测距方法来测量导线对地距离及导线弧垂，测量精度高，实现方法简单，采集数据准确可靠。
【专利说明】基于激光测距的导线弧垂监测装置及监测方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于激光测距的导线弧垂监测装置。
[0002]本发明还涉及两种使用基于激光测距的导线弧垂监测装置的监测方法。

【背景技术】
[0003]导线弧垂是指在平坦地面上，相邻两电杆上导线悬挂高度相同时，导线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离；若导线在相邻两电杆上的悬挂点高度不相同，此时，在一个档距内将出现两个弧垂，即导线的两个悬挂点至导线最低点有两个垂直距离，称为最大弧垂和最小弧垂。最大弧垂出现在什么位置视具体情况而定，其中常见的对于高差不超过10%的相邻杆塔之间的导线最大弧垂，出现在档距中央。从导线弧垂的定义可知，对导线弧垂的监测实际上也是对导线对地距离的监测。
[0004]导线对地距离是线路设计和运行的主要指标，关系到线路的运行安全，因此必须控制在设计规定的范围内。由于线路运行负荷和周围环境的变化都会造成导线对地距离的变化，过小导线对地距离不但会造成事故隐患，也限制了线路的输送能力，特别是在交叉跨越和人烟密集地段。但在运行过程中，所要求的导线对地安全距离可能受到破坏，其原因有下列几点:
[0005]I)在线路下面或其附近新建或改建了建筑物，如道路、电信线路或低压线路等；
[0006]2)由于修理工作移动了杆塔或改变了杆塔的尺寸，以及改变了绝缘子串的长度；
[0007]3)杆塔歪斜，导线松了而未调整或导线经过长时运行而拉长了 ；
[0008]4)由于相邻两挡杆塔内导线荷重不均匀，导线在悬垂线夹内滑动。
[0009]目前通过人工方式检查导线对地距离是否符合设计要求，存在巡检周期长，不能实时在线检查的问题。


【发明内容】

[0010]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于激光测距的导线弧垂监测装置及监测方法，用于解决现有技术中导线对地距离需要人工方式检查，存在巡检周期长，不能实时在线检查的问题。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于激光测距的导线弧垂监测装置，它包括挂在导线上的激光测距传感器；激光测距传感器包括激光发射模块，激光发射模块发射激光脉冲至光学镜头，光学镜头包括面向激光发射模块的平面镜和背向激光发射模块的透镜；激光测距传感器还包括激光反馈接收模块、激光反射接收模块，激光反馈接收模块接收来自平面镜反射的激光脉冲，激光反射接收模块接收来自透镜反射的激光脉冲，激光脉冲从平面镜至激光反馈接收模块的距离与激光脉冲从透镜至激光反射接收模块的距离相等，激光反馈接收模块与时数转换芯片的开始计时端连接，激光反射接收模块与时数转换芯片的结束计时端连接，时数转换芯片与微处理器连接。
[0012]优选的，导线弧垂监测装置还包括与激光测距传感器固定的角度传感器，角度传感器传输信号至微处理器，角度传感器的测量基准线与激光发射模块发射的激光脉冲平行。
[0013]优选的，激光测距传感器的外壳为圆球形。
[0014]优选的，激光测距传感器设有贯穿激光测距传感器的供导线穿过的导线贯穿孔。
[0015]为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种使用上述的基于激光测距的导线弧垂监测装置监测的方法，包括以下步骤:
[0016]I)激光测距传感器的激光发射模块向位于导线下方的地面发射激光脉冲；
[0017]2)激光脉冲在经过光学镜头时，其中一束激光脉冲被平面镜反射，进入激光反馈接收模块，再经光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片的开始计时端，微处理器获得开始计时时刻t1;另一束激光脉冲穿过透镜，并被透镜压缩发散角后继续前行，直至到达地面后发生漫反射，部分激光脉冲返回后经透镜反射至激光反射接收模块，再经过光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片的结束计时端，微处理器获得结束计时时刻t2;
[0018]3)微处理器计算导线对地距离Ltl= Vt/2，其中V为激光发射模块发出的激光脉冲的速度，t为激光脉冲往返透镜与地面所需的时间，t = t2-t1；
[0019]4)微处理器将计算所得的导线对地距离Ltl与设定的允许范围相比较，如导线对地距离Ltl超出设定的允许范围，则发出预警信号。
[0020]为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供另一种使用上述的基于激光测距的导线弧垂监测装置监测的方法，包括以下步骤:
[0021]I)激光测距传感器的激光发射模块向位于导线下方的地面发射激光脉冲；
[0022]2)激光脉冲在经过光学镜头时，其中一束激光脉冲被所述平面镜反射，进入激光反馈接收模块，再经光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片的开始计时端，微处理器获得开始计时时刻t1;另一束激光脉冲穿过透镜，并被透镜压缩发散角后继续前行，直至到达地面后发生漫反射，部分激光脉冲返回后经透镜反射至激光反射接收模块，再经过光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片的结束计时端，微处理器获得结束计时时刻t2;
[0023]3)微处理器计算导线对地距离Ltl= Vt/2，其中V为激光发射模块发出的激光脉冲的速度，t为激光脉冲往返透镜与地面所需的时间，t = t2-t1；
[0024]4)角度传感器测量出激光脉冲与垂直于地面的垂直线之间的角度Θ，并传输给微处理器，微处理器计算导线对地垂直距离L = L0Cos Θ = Vtcos Θ /2 ；
[0025]5)微处理器将计算所得的导线对地垂直距离L与设定的允许范围相比较，如导线对地垂直距离L超出设定的允许范围，则发出预警信号。
[0026]如上所述，本发明基于激光测距的导线弧垂监测装置及监测方法，具有以下有益效果:
[0027]该基于激光测距的导线弧垂监测装置及监测方法，采用激光测距方法来测量导线对地距离及导线弧垂，测量精度高，实现方法简单，采集数据准确可靠，结构设计合理，符合输电线路导线弧垂测量的技术要求；该监测装置及方法提高导线对地距离测量的水平，保障输电线路安全可靠地运行，从而保障电力生产安全，有助于提高线路走廊维护的自动化水平，减少了线路维护人员的工作强度；该监测装置的现场应用，能提高电网公司的设备巡检能力，提高继保设备的线路质量和线路运行维护自动化水平，保障输电设备稳定可靠地运行，从而保障电力生产安全。

【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1显示为本发明基于激光测距的导线弧垂监测装置的激光测距传感器的工作流程示意图。
[0029]图2显示为图1所示的基于激光测距的导线弧垂监测装置的激光测距传感器和角度传感器组合的结构示意图。
[0030]元件标号说明
[0031]I激光测距传感器
[0032]11激光发射模块
[0033]12光学镜头
[0034]121平面镜
[0035]122透镜
[0036]13激光反馈接收模块
[0037]14激光反射接收模块
[0038]15时数转换芯片
[0039]151开始计时端
[0040]152结束计时端
[0041]16微处理器
[0042]17外壳
[0043]18导线贯穿孔
[0044]2导线
[0045]3角度传感器
[0046]4地面

【具体实施方式】
[0047]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0048]请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0049]如图1所示，本发明提供一种基于激光测距的导线弧垂监测装置，它包括挂在导线2上的激光测距传感器I ;激光测距传感器I包括激光发射模块11，激光发射模块11发射激光脉冲至光学镜头12，光学镜头12包括面向激光发射模块11的平面镜121和背向激光发射模块11的透镜122 ;激光测距传感器I还包括激光反馈接收模块13、激光反射接收模块14，激光反馈接收模块13接收来自平面镜121反射的激光脉冲，激光反射接收模块14接收来自透镜122反射的激光脉冲，激光脉冲从平面镜121至激光反馈接收模块13的距离与激光脉冲从透镜122至激光反射接收模块14的距离相等，激光反馈接收模块13与时数转换芯片15的开始计时端151连接，激光反射接收模块14与时数转换芯片15的结束计时端152连接，时数转换芯片15与微处理器16连接。
[0050]如图2所示，上述激光测距传感器I的外壳17可为圆球形，避免了激光测距传感器I有尖端部位，有效避免因产生电晕而对激光测距传感器I造成损害，使激光测距传感器I适合工作在超高压导线上。
[0051]如图2所示，激光测距传感器I设有贯穿激光测距传感器I的供导线2穿过的导线贯穿孔18。通过将导线2穿过导线贯穿孔18，使激光测距传感器I安装到导线2上，该结构设计合理，安装方便。
[0052]使用上述的基于激光测距的导线弧垂监测装置监测的监测方法，包括以下步骤:
[0053]I)激光测距传感器I的激光发射模块11向位于导线2下方的地面4发射激光脉冲；
[0054]2)激光脉冲在经过光学镜头12时，其中一束激光脉冲被平面镜121反射，进入激光反馈接收模块13，再经光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片15的开始计时端151，微处理器16获得开始计时时刻t1;另一束激光脉冲穿过透镜122，并被透镜122压缩发散角后继续前行，直至到达地面4后发生漫反射，部分激光脉冲返回后经透镜122反射至激光反射接收模块14，再经过光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片15的结束计时端152，微处理器16获得结束计时时刻t2;
[0055]3)微处理器16计算导线对地距离Ltl= Vt/2，其中V为激光发射模块11发出的激光脉冲的速度，t为激光脉冲往返透镜122与地面4所需的时间，t = t2-t1；
[0056]4)微处理器16将计算所得的导线对地距离Ltl与设定的允许范围相比较，如导线对地距离Ltl超出设定的允许范围，则发出预警信号。
[0057]采用上述导线弧垂监测装置和监测方法，可实时监测各种地形、地貌情况下的导线对地距离，并在导线对地距离超出设定的允许范围时，发出预警信号，提高了导线对地距离监测的实时性和可靠性。
[0058]如图2所示，导线弧垂监测装置还可包括与激光测距传感器I固定的角度传感器3，角度传感器3传输信号至微处理器16，角度传感器3的测量基准线与激光发射模块11发射的激光脉冲平行。
[0059]上述装有角度传感器3的导线弧垂监测装置的监测方法，包括以下步骤:
[0060]I)激光测距传感器I的激光发射模块11向位于导线2下方的地面4发射激光脉冲；
[0061]2)激光脉冲在经过光学镜头12时，其中一束激光脉冲被平面镜121反射，进入激光反馈接收模块13，再经光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片15的开始计时端151，微处理器16获得开始计时时刻t1;另一束激光脉冲穿过透镜122，并被透镜122压缩发散角后继续前行，直至到达地面4后发生漫反射，部分激光脉冲返回后经透镜122反射至激光反射接收模块14，再经过光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入时数转换芯片15的结束计时端152，微处理器16获得结束计时时刻t2;
[0062]3)微处理器16计算导线对地距离Ltl= Vt/2，其中V为激光发射模块11发出的激光脉冲的速度，t为激光脉冲往返透镜122与地面4所需的时间，t = t2-t1；
[0063]4)角度传感器3测量出激光脉冲与垂直于地面的垂直线之间的角度Θ，并传输给微处理器16,微处理器16计算导线对地垂直距离L = L0Cos Θ = Vtcos Θ /2 ；
[0064]5)微处理器16将计算所得的导线对地垂直距离L与设定的允许范围相比较，如导线对地垂直距离L超出设定的允许范围，则发出预警信号。
[0065]上述导线对地距离Ltl即为导线2相对于地面4沿激光脉冲发射方向的距离，导线对地垂直距离L即为导线2相对于地面4沿与地面4垂直的方向的距离。
[0066]当使用激光测距传感器I测量导线对地距离的时候，由于受风的影响，导线2会有风偏和舞动现象，激光测距传感器I本身会产生偏斜，激光测距传感器I测量的距离不是垂直于地面4的，而很有可能激光测距传感器I测量的距离是倾斜于地面4的，因此需要使用角度传感器3测量激光测距传感器I发出的激光脉冲的偏斜角，并通过计算，将激光测距传感器I测量的距离修正到与地面4垂直的方向上来，以保证导线弧垂监测装置的测量结果不受导线2风偏和舞动的影响。
[0067]本发明与现有技术比较，不仅采用激光测距的测量方法来直接测量导线对地距离，而且还通过角度测量方法来修正导线2风偏和舞动而产生的倾斜的问题，使该监测装置的测量结果能够准确地反映导线2在各种状态下的导线对地距离和弧垂。
[0068]综上所述，本发明基于激光测距的导线弧垂监测装置及监测方法，采用激光测距方法来测量导线对地距离及导线弧垂，测量精度高，实现方法简单，采集数据准确可靠，结构设计合理，符合输电线路导线弧垂测量的技术要求；该监测装置及方法提高导线对地距离测量的水平，保障输电线路安全可靠地运行，从而保障电力生产安全，有助于提高线路走廊维护的自动化水平，减少了线路维护人员的工作强度；该监测装置的现场应用，能提高电网公司的设备巡检能力，提高继保设备的线路质量和线路运行维护自动化水平，保障输电设备稳定可靠地运行，从而保障电力生产安全。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0069]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种基于激光测距的导线弧垂监测装置，其特征在于:它包括挂在导线上的激光测距传感器；所述激光测距传感器包括激光发射模块，所述激光发射模块发射激光脉冲至光学镜头，所述光学镜头包括面向所述激光发射模块的平面镜和背向所述激光发射模块的透镜；所述激光测距传感器还包括激光反馈接收模块、激光反射接收模块，所述激光反馈接收模块接收来自所述平面镜反射的激光脉冲，所述激光反射接收模块接收来自所述透镜反射的激光脉冲，所述激光脉冲从所述平面镜至激光反馈接收模块的距离与所述激光脉冲从所述透镜至激光反射接收模块的距离相等，所述激光反馈接收模块与时数转换芯片的开始计时端连接，所述激光反射接收模块与时数转换芯片的结束计时端连接，所述时数转换芯片与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的基于激光测距的导线弧垂监测装置，其特征在于:所述导线弧垂监测装置还包括与所述激光测距传感器固定的角度传感器，所述角度传感器传输信号至所述微处理器，所述角度传感器的测量基准线与所述激光发射模块发射的激光脉冲平行。
3.根据权利要求1所述的基于激光测距的导线弧垂监测装置，其特征在于:所述激光测距传感器的外壳为圆球形。
4.根据权利要求1所述的基于激光测距的导线弧垂监测装置，其特征在于:所述激光测距传感器设有贯穿所述激光测距传感器的供导线穿过的导线贯穿孔。
5.一种使用权利要求1所述的基于激光测距的导线弧垂监测装置监测的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)所述激光测距传感器的激光发射模块向位于导线下方的地面发射激光脉冲； 2)激光脉冲在经过所述光学镜头时，其中一束激光脉冲被所述平面镜反射，进入所述激光反馈接收模块，再经光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入所述时数转换芯片的开始计时端，所述微处理器获得开始计时时刻t1;另一束激光脉冲穿过所述透镜，并被所述透镜压缩发散角后继续前行，直至到达地面后发生漫反射，部分激光脉冲返回后经所述透镜反射至所述激光反射接收模块，再经过光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入所述时数转换芯片的结束计时端，所述微处理器获得结束计时时刻t2; 3)所述微处理器计算导线对地距离Ltl=Vt/2，其中V为激光发射模块发出的激光脉冲的速度，t为激光脉冲往返透镜与地面所需的时间，t = t2-t1； 4)所述微处理器将计算所得的导线对地距离Ltl与设定的允许范围相比较，如导线对地距离Ltl超出设定的允许范围，则发出预警信号。
6.一种使用权利要求2所述的基于激光测距的导线弧垂监测装置监测的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)所述激光测距传感器的激光发射模块向位于导线下方的地面发射激光脉冲； 2)激光脉冲在经过所述光学镜头时，其中一束激光脉冲被所述平面镜反射，进入所述激光反馈接收模块，再经光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入所述时数转换芯片的开始计时端，所述微处理器获得开始计时时刻t1;另一束激光脉冲穿过所述透镜，并被所述透镜压缩发散角后继续前行，直至到达地面后发生漫反射，部分激光脉冲返回后经所述透镜反射至所述激光反射接收模块，再经过光电转换及放大滤波整流后，转化为电平信号送入所述时数转换芯片的结束计时端，所述微处理器获得结束计时时刻t2; 3)所述微处理器计算导线对地距离Ltl=Vt/2，其中V为激光发射模块发出的激光脉冲的速度，t为激光脉冲往返透镜与地面所需的时间，t = t2-t1； 4)所述角度传感器测量出所述激光脉冲与垂直于地面的垂直线之间的角度Θ，并传输给所述微处理器，所述微处理器计算导线对地垂直距离L = Ltl cos Θ = Vtcos Θ /2 ； 5)所述微处理器将计算所得的导线对地垂直距离L与设定的允许范围相比较，如导线对地垂直距离L超出设定的允许范围，则发出预警信号。
【文档编号】G01B11/02GK104457590SQ201410854383
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】党朋, 赵文彬, 袁辉, 黄国飞 申请人:上海电缆研究所, 华东电网有限公司, 上海勋睿电力科技有限公司