阅读说明：本技术 一种输电线路导线覆冰厚度测量装置 (Transmission line wire icing thickness measuring device ) 是由 韩光 严波 陈龙庆 操松元 王伟 许义 路健 邵宏浩 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明的一种输电线路导线覆冰厚度测量装置,可解决现有的测量装置工作量大、成本大且误差大的技术问题。包括无人机,测量头和控制屏；无人机包含无人机起飞架,用于无人机起飞时用；无人机本体上有摄像头,由此部分观察无人机周围情况和观察测量头的测量情况；无人机本体上还有雷达检测模块,保障无人机的安全距离；无人机上面还配有转位马达,来控制测量角度；测量头包含测量杆和光栅尺。本发明在导线覆冰后,输电线路不停电的状态下,对导线本体的覆冰厚度踩点进行测量,能够提供有效的数据支撑。结构简单,操作方便,测量精准,能解决导线覆冰后,无法量化的难点。(The device for measuring the thickness of the ice coated on the wire of the power transmission line can solve the technical problems of large workload, high cost and large error of the conventional measuring device. The device comprises an unmanned aerial vehicle, a measuring head and a control screen; the unmanned aerial vehicle comprises an unmanned aerial vehicle flying frame and is used for the flying of the unmanned aerial vehicle; the unmanned aerial vehicle body is provided with a camera, so that the surrounding situation of the unmanned aerial vehicle and the measurement situation of the observation measuring head are partially observed; the unmanned aerial vehicle body is also provided with a radar detection module, so that the safety distance of the unmanned aerial vehicle is guaranteed; the unmanned aerial vehicle is also provided with a transposition motor to control the measurement angle; the measuring head comprises a measuring rod and a grating scale. According to the method, after the conductor is coated with ice, the icing thickness treading point of the conductor body is measured under the condition that the power transmission line is not powered off, and effective data support can be provided. The device has the advantages of simple structure, convenience in operation and accuracy in measurement, and can solve the problem that the wires cannot be quantized after being coated with ice.)

一种输电线路导线覆冰厚度测量装置

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种输电线路导线覆冰厚度测量装置。

背景技术

2008年1月下旬我国中部就出现了严重的线路覆冰，造成10多个省的部分电力供应中断。有很多线路因覆冰太厚，铁塔不堪重负发生坍塌，同时也造成了人员的伤亡。所以对导线覆冰厚度的测量是必要的。

现有导线覆冰厚度测量措施中，较多方案采用的方案是通过架设模拟导线，用游标卡尺来测量覆冰的厚度；还有的通过安装应力传感器来测量导线的综合悬挂载荷来计算覆冰厚度；这些方法在使用过程中存在一些问题：1、采用应力传感器方案，经过现场实际应用反映，安装应力传感器工作量大；成本费用高；受时间限制，必须要在线路停电的状态下安装；对线路的正常运行和人身安全存在安全隐患；2、采用测量模拟导线方案，测量的不是导线实际应用场景，覆冰厚度偏差大。

总而言之，受雪灾覆冰的影响，给输电线路正常运行带来隐患和事故；输电线路导线覆冰后，目前测量手段和方法有安装应力传感器测量、模拟导线测量、图片监测查看，但以上方法存在测量不准确、成本高、施工难度大等问题；不能准确的得到导线覆冰厚度值，即数据参考依据，不能及时对导线覆冰进行预警、分析、处理。

发明内容

本发明提出的一种输电线路导线覆冰厚度测量装置，可解决现有的测量装置工作量大、成本大且误差大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种输电线路导线覆冰厚度测量装置，包括：

包括无人机部分，测量部分、控制屏部分和后台主站系统，四大部分组成。无人机部分包含了无人机起飞架、摄像头、雷达检测模块、转位马达几大部分；测量部分包含测量杆和光栅尺；控制屏包含显示屏和操作键盘。该装置采用无人机搭载测量部分，通过控制屏远程控制无人机飞行、控制转位马达来操作测量部分，测量到的数据在控制屏上显示，摄像头采集的视频画面在控制屏上显示，并实时录像保存。

其中，摄像头可以把无人机上下左右前后的视频画面时时传送到控制面板的显示屏上，供操作人员观察周围情况，保证测量顺利完成。

雷达检测模块可以检测到无人机上左右前后的距离，以保证无人机的安全距离和防止无人机碰撞，控制面板可以设置雷达报警距离，当某个方向的距离小于设定距离时，在操作面板上相应的方向发出报警，并限制这个方向的操作按钮。

控制面板，控制器可以显示6个方向的视频画面，数据显示区显示无人机高度，报警和测量数据，左手柄控制测量部分，右手柄控制无人机。

由上述技术方案可知，本发明的一种输电线路导线覆冰厚度测量装置在导线覆冰后，输电线路不停电的状态下，对导线本体的覆冰厚度踩点进行测量，能够提供有效的数据支撑。通过该装置的建设，能够对导线覆冰提前预警及消缺措施，提升输电线路的稳定运行。

本发明提供输电线路导线覆冰厚度测量装置，结构简单，操作方便，测量精度高，应用于各种电压等级输电线路导线覆冰厚度测量，解决现有覆冰厚度测量难，数据不准确，成本高等问题。

本发明技术方案的输电线路导线覆冰厚度测量装置具有以下有益效果：

1、能解决导线覆冰厚度无法测量手段，填补技术上的空白；

2、能解决导线覆冰厚度量化问题，能提前预警，提前做好防范及采取相应措施；

3、能带来经济效应，一次投入，多次循环使用。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的主视结构示意图；

图3是本发明的侧视结构示意图；

图4是本发明的俯视结构示意图；

图5是本发明的雷达检测模块示意图；

图6是本发明的转位马达原理图；

图7是本发明的测量示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的输电线路导线覆冰厚度测量装置，总体来说主要包括无人机部分，测量部分、控制屏部分和后台主站系统，四大部分组成。

其中，无人机部分包含了无人机起飞架、摄像头、雷达检测模块、转位马达几大部分；

测量部分包含测量杆和光栅尺；

控制屏包含显示屏和操作键盘。

该装置采用无人机搭载测量部分，通过控制屏远程控制无人机飞行、控制转位马达来操作测量部分，测量到的数据在控制屏上显示，摄像头采集的视频画面在控制屏上显示，并实时录像保存。同时无人机飞行的轨迹、测量到的数据、摄像头采集到的视频画面，还会上传到服务器中展示或保存。

以下结合附图，具体说明：

如图2-4所示，

无人机包括无人机本体13和控制屏，无人机本体13上设有雷达检测模块，保障无人机的安全距离；

还包括测量头；

所述无人机本体13上设有摄像头1，摄像头1用于观察无人机周围情况和观察测量头的测量情况；

无人机上面还配有转位马达11，来控制测量角度；

测量头包含测量杆2和光栅尺12；

控制屏配有12寸液晶屏和控制部分。

结构图的部件及功能说明：

1、摄像头，由此部分观察无人机周围情况和观察测量头的测量情况。

2、测量杆，此部分有绝缘材料制成，材料可以选择电木或者氧化铝陶瓷，用于接触被测物体。

3、旋转轴，测量头通过本轴进行旋转。

4、雷达头，检测无人机上左右前后的物体。

5、马达，是指无人机的四个螺旋桨的马达。

6、测量马达，通过此马达控制测量头的位移。

7、数据连接头，用于测量头与无人机之间的连线接头。

8、数据线，将光栅尺的数据传输到无人机。

9、转轴连接线，用于连接测量部分和无人机，连接线为软线采用绝缘材料的线，尼龙线等。

10、转位拉线，用于调整测量头的角度的连接线，连接线为软线采用绝缘材料的线，尼龙线等。通过转位马达的旋转使拉线一边上升一边下降，测量头实现转位。

11、转位马达，通过控制此马达通过转位拉线，调整测量头的角度。

12、光栅尺，此部分在下面详细介绍。

13、无人机，此处是指整个无人机部分。

总体来说，本方案是采用无人机搭载测量部分，通过控制屏远程操作完成。

其中无人机通过转轴连接线9与测量部分连接；

测量部分角度调整为通过转位马达11控制转位拉线10，带动旋转轴3来实现转位；

通过测量马达6来控制测量杆的位移，光栅尺12固定在测量杆上，实现对覆冰厚度的测量，数据通过数据线8连接到数据接头7传输到无人机。

以下进一步具体说明：

1.1无人机部分

(1)主控部分

该单元主要功能是实现数据处理、视频图像处理、报警信号处理及控制电路等功能；核心芯片采用海思HI3519V101芯片，集成新一代的ISP，采用最新的H.265视频压缩算法，同时采用先进低功耗工艺和低功耗架构设计，在低码率、高图像质量和低功耗方面持续引领行业水平。

功能特点

a)基于H.264/H.265视频压缩算法,完成图像/视频采集功能；

b)TF卡本地视频图像存储，单卡可支持到64G；

c)低功耗设计，待机功耗0.6W；

d)完成与后台监控中心数据交互功能，包含设备远程配置，视频图像远程调阅等；

(2)摄像头

采用月光级的摄像机，200万像素H.265+智能分析双层方板模组，机体上安装有6个方向的摄像头6个方向的摄像头分别为：左右前后上下六个方向，用于观察无人机上下左右前后的视频画面时时传送到控制屏的显示屏上，供操作人员观察周围情况，保证测量顺利完成。

摄像头功能如下；

采用1/2.8"Progressive Scan CMOS，支持200万像素(1920×1080)@30fps，图像流畅；

支持H.265+/H.265/H.264/MJPEG视频压缩算法，支持多级别视频质量配置、编码复杂度设置；

内置自动日夜型双滤光片切换机构，具有手动或自动彩转黑等多种切换方式；

支持3D数字降噪功能；

支持Onvif协议、国标GBT28181；

支持iPhone、iPad、Android平台，支持多种云技术，实现P2P网络透传；

(3)雷达检测模块

雷达检测模块可提供20cm-600cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到2mm；模块包括收发一体的超声波传感器与控制电路组成。

基本工作原理：

1.采用IO口TRIG触发测距，给10us的高电平信呈。

2.模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；

3.有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2；

4.模块被触发测距后，如果接收不到回波(原因超过所测范围或是探头没有正对被测物)，ECHO口会在60MS后自动变为低电平，标志着此次测量结束，不论成功与否。

5.LED指示灯说明，LED非电源指示灯，它在模块接收到触发信号后才会亮，此时模块处于工作状态。

工作示意图：通过雷达探头实现对周围物体的检测，控制安全距离，防止碰撞等。

(4)转位马达

通过转位马达带动主动轮旋转，使传动线向一个方向运动，实现左右两边的导线上下运动，达到测量头的转位。

(5)通讯系统

实现图像处理单元与系统平台之间的通讯，采用4G全网络工业级通讯模块，配备高增益天线，能把监测现场采集的报警图像/视频信息实时传输到系统平台。图像处理单元与系统平台之间利用国内现有的无线网络平台作为传输媒介进行双向数据传输。可满足国家电网统一通讯协议，子站选用的4G全网通模块与主站实现全透明数据传输，遵从TCP协议(传输命令)和UDP协议(传输数据)，采用CMNET(China Mobile Net)或APN方式接入internet。

该模块使用方便、灵活、可靠，主要功能如下：

可选CMNET和APN接入网络；

作为数据终端将永远在线；

透明数据传输与协议转换；

具备断线自动重新连接功能，断线自动重新连接时间﹤1min；

工作环境温度为-45℃～+90℃；

支持虚拟数据专用网VPDN；

选择标准为工业级及以上；

数据传输速率﹥1M；

数据发送成功有效率﹥99％。

无人机起飞架

1.2测量部分

(1)测量杆

此部分有绝缘材料制成，材料可以选择电木或者氧化铝陶瓷，用于接触被测物体。

(2)光栅尺

光栅尺是利用莫尔条纹的光学原理，对物体位置移动的测量反馈装置。通过检测莫尔条纹个数，来“读取”光栅刻度，然后再根据驱动电路的作用，计算出物体的位移和速度。

(一)光栅尺位移传感器的结构

光栅尺位移传感器是由标尺光栅、光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上，指示光栅装在光栅读数头中。光栅尺位移传感器的结构图如下：

(二)光栅尺位移传感器的光栅检测

光栅检测装置的关键部分是光栅读数头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。光栅读数头结构形式很多，根据读数头结构特点和使用场合，分为直接接收式读数头(或称硅光电池读数头、镜像式读数头、分光镜式读数头、金属光栅反射式读数头。

(三)光栅尺位移传感器的工作原理

当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度，来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。

相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带，从而便形成了我们所见到的尔条纹。

(四)莫尔条纹

以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为"莫尔条纹"。严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中，两条亮纹或两条暗纹之间的距离，称为莫尔条纹的宽度，以W表示：W＝ω/2*sin(θ/2)＝ω/θ。

1.3控制屏部分

控制器采用12寸的液晶显示屏，可以显示6个方向的视频画面，数据显示区显示无人机高度，报警和测量数据，左手柄控制测量部分，右手柄控制无人机。

1.4后台主站系统

实现与无人机主控系统数据交互，装置台账信息建设，用来管理导线覆冰厚度测量装置的一个平台，同时会把装置的飞行轨迹、回传的视频图像、测量的覆冰厚度数据在平台中展示；一般由前置接收机、应用服务器、数据库服务器、监测工作站、网络交换设备、通讯设备以及数据库和主站软件系统等组成。

1.4.1系统功能特点

展示平台：可以直观的查看覆冰数据、图片和调阅视频；

管理平台：负责显示装置设备信息，建立设备台账信息；

数据库管理平台：负责保存、检索采集的图片和数据，并提供数据安全策略；

监测装置管理系统：实时显示监测装置的工况，监测图片查询，装置控制功能，并提供对监测装置(包括传感器、电源等外围设备)检修、维护、保养计划。

报表系统：提供用户根据需要打印日报和月报功能；

通讯管理系统：负责与通讯集群前端通信，并负责协议转换。

具有失电数据保护功能，记录的数据能长期保持，1年不丢失；

具有自诊断功能；

具有上电及软件自恢复功能；

内部核心元件采用军工品设计标准；

1.4.2系统特点

(1)系统可靠性高

电力系统是对其使用设备可靠性指针要求较高的单位。本系统从整体设计阶段即把系统总体的可靠性指针放在系统性能指针的首位。本系统软件从整体结构设计阶段到用户接口设计，程序编制和代码生成等阶段都充分考虑了系统总体的可靠性指标。

(2)操作使用简便

本系统用户操作接口为图形接口，汉字操作提示。图像/视频可以很直观的显示在界面上，各项数据设置直观方便(可直接从监控中心软件导入)，操作简单易学。

(3)系统维护容易

系统在容错纠错方面采用了很多处理方法，使得系统维护工作量很小，由于系统包含有数据库自动维护功能，使得数据库的维护工作量几乎为零。同时数据库信息与监控中心软件兼容。

(4)保密性强

每套软件配备加密狗，加密狗序列号唯一，保证软件不被盗用。

2.电路及电磁兼容设计方面

(1)硬件需采用工业级以上的元器件；需针对各输入输出接口，采取防雷、防渗、防干扰等措施的保护电路设计；

(2)传感器的选型一定要满足电磁场的工作要求，经过大电流和高压磁场环境的检验后方能选用；

(3)在射频电路、电源输入端、内部控制总线等加强EMC的防护；

(4)注意电路板安装结构的设计，避免产生翘曲；

3.装置工作原理

(1)操作人员通过操作控制屏，控制无人机带动测量部分，到达测量位置。

(2)通过摄像头观察周围情况，机体上安装有6个方向的摄像头6个方向的摄像头分别为：左右前后上下六个方向，用于观察无人机上下左右前后的视频画面时时传送到控制屏的显示屏上，供操作人员观察周围情况，保证测量顺利完成；

(3)通过雷达检测安全距离，可以检测到无人机上左右前后的距离，以保证无人机的安全距离和防止无人机碰撞，控制面板可以设置雷达报警距离，当某个方向的距离小于设定距离时，在操作面板上相应的方向发出报警，并限制这个方向的操作按钮；

(4)通过控制转位马达选择需要测量的角度，控制测量马达对物体进行测量；

(5)无人机可以通过操作，对覆冰导线测量两个角度的尺寸，分别为上图的A、B、可以更精确的得到覆冰厚度，为判断覆冰厚度提供精准数据，测量范围为：0～185毫米。

(6)通过通讯系统，把测量的数据发送到控制屏上或后台主站系统上。

综上所示，本实施例的输电线路导线覆冰厚度测量装置具有以下功能：

(1)具有数据回传功能：测量到的数据值，能保存在服务器中；

(2)具有图像回传功能：导线覆冰的图片能回传到服务器中；

(3)具有远程操作控制功能：能通过遥控器远程控制装置工作；

(4)具有绝缘性能强、不导电的功能；

(5)具有抗电磁干扰能力。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。