基于超聲測距補償光子數的電暈放電檢測裝置的制作方法

本發明涉及一種紫外成像檢測電暈放電光子數的裝置，即將日全盲紫外成像儀與超聲波傳感器模塊結合，對在待測目標體的不同距離處檢測所得光子數進行等效處理，使其結果等效到統一觀測距離下。

背景技術：

眾所周知，局部放電是電力設備絕緣老化的主要原因，而絕緣子在輸電線路中起著支撐導線、防止電流回地的作用，因此對其進行實時有效地檢測是十分必要的。局部放電時常伴隨電暈、電弧等放電現象，而電暈通常伴有電脈沖、超聲波、光(主要為紫外光)、局部發熱的產生，因而電暈檢測可以有效判斷故障位置和放電強度。

日盲型紫外成像檢測技術以其非接觸、抗干擾能力強、定位精度高等優點廣泛應用于電力系統設備電暈放電檢測中，其中光子數為紫外成像檢測技術中量化放電強度的關鍵參數，并隨儀器增益、檢測距離、電流脈沖的變化而變化。在實際工程中，儀器增益和電流脈沖可以控制在要求值，但檢測距離會因電暈放電處位置不同而變化，如圖3所示，采用紫外成像裝置對放電設備進行放電檢測，檢測點與設備的成像中心點a和超聲波測距中心點b間距離為d1時輸出檢測結果為a，而當檢測距離為d2時檢測結果為b(a＜b),這就導致檢測結果不具備可對比性，紫外成像檢測的具體光子數閾值也將難以確定。為此，就有必要獲取被測點與檢測點之間的距離，并將光子數等效到統一的標準距離下，消除距離因素對檢測結果的影響。

目前，日盲型紫外成像儀可直接得到電暈放電的光子數，但仍需人為測量儀器到放電處的距離以進行后續放電強度評估，不具備實時性；同時由于缺乏客觀的度量標準，難免由于工作人員失誤而導致誤判造成不必要的損失，這就迫切需要一個具備實時性、結構簡單、操作便捷的檢測方式。

技術實現要素：

本發明針對目前紫外成像儀在不同距離下檢測的光子數不具有可對比性問題，提出了一種基于超聲波測距補償光子數的電暈檢測裝置，該裝置中紫外成像儀能夠直接檢測電力設備電暈放電光子數，收發一體的超聲波測距模塊可實時獲取觀測距離，因此能夠及時檢測電力設備電暈放電光子數，并得到等效至標準距離下的光子數。同時，超聲波測距模塊還具有在惡劣環境(如粉塵等)下適應力強、結構簡單、易于與紫外成像儀組合等特點，可以有效解決現有紫外成像儀光子數可比性和實時監測問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于超聲測距補償光子數的電暈放電檢測裝置，包括水平控制電機、垂直控制電機、超聲波測距模塊、紫外成像儀、云臺、cpu、無線通信模塊、標準參數存儲模塊、控制系統，所述云臺上部分別裝有超聲波測距模塊、紫外成像儀、ccd相機，所述云臺內安裝垂直控制電機、水平控制電機，所述云臺安裝在固定底座上；所述云臺中的cpu接收上位機指令信號后，輸出控制信號給水平控制電機、垂直控制電機來驅動云臺定位待測目標體，所述cpu分別連接標準參數存儲模塊、控制系統、超聲波測距模塊、紫外成像儀，用于將設置的標準觀測距離存儲于標準參數存儲模塊、通過紫外成像儀檢測光子數、通過超聲測距模塊獲得紫外成像儀與目標物體表面間的距離；所述cpu通過無線通信模塊連接上位機，cpu根據超聲測距模塊測得被測點到紫外成像儀的距離值，對不同距離下紫外成像儀檢測的光子數進行等效處理，以消除距離對光子數檢測造成的影響，使不同檢測距離下的檢測結果具備可比性。

所述超聲測距模塊與紫外成像儀的方向一致，并且兩者上下貼合在云臺結構頭部中間位置，并用減震座固定。

所述超聲波測距模塊將獲得的距離數據、紫外成像儀將獲取的光子數分別通過cpu發送至控制系統，cpu通過控制系統結合標準觀測距離，將光子數等效至標準觀測距離下，再通過無線通信模塊將該結果上傳至上位機。

所述cpu將超聲測距模塊測得被測點到紫外成像儀的距離值代入等效距離公式：gd0＝gd1(d1/d0)^1.222,其中，d1為檢測距離，gd1為在距離d1下檢測到的光子數，d0為光子數統一的標準觀測距離，gd0為檢測結果在標準距離d0下的等效光子數，利用公式將紫外成像儀獲取的光子數觀測結果等效到的標準觀測距離下。

本發明的有益效果是:

本發明解決了傳統電力設備檢測放電光子數在不同距離下不具備可比性的問題。利用超聲波測距模塊測量檢測點至測距模塊距離，該距離近似等于紫外成像儀到檢測點之間的距離，以此測量值通過控制系統將其校正在標準系統存儲的觀測距離下，可有效將不同測量距離下的光子數等效到統一參數下。基于超聲波的時效性和適應性，該組合裝置光子數補償精度高、實用性強。

附圖說明

圖1為本發明的基于超聲測距補償光子數的電暈放電檢測裝置系統框圖；

圖2為本發明的基于超聲測距補償光子數的電暈放電檢測裝置結構立體示意圖；

圖3為紫外成像裝置對放電設備進行放電檢測示意圖；

圖4為本發明的基于超聲測距補償光子數的電暈放電檢測裝置實施例立體結構圖；

圖5為本發明的基于超聲測距補償光子數的電暈放電檢測裝置具體工作流程圖；

圖6為紫外光源的紫外成像圖譜。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種基于超聲測距補償光子數的電暈放電檢測裝置系統，包括超聲波測距模塊1、紫外成像儀2、控制系統、水平控制電機、垂直控制電機、cpu、無線通信模塊、標準參數存儲模塊、上位機。

如圖2，4所示，云臺5上面分別裝有超聲波測距模塊1、紫外成像儀2、ccd相機3、散熱口4、固定底座6、垂直控制電機7、水平控制電機8。

如圖5所示，云臺5中的cpu接收上位機指令信號后，輸出控制信號給水平控制電機8、垂直控制電機7來驅動云臺5定位待測目標體，并將設置的標準觀測距離存儲于標準參數模塊中；標準參數存儲模塊、控制系統、超聲波測距模塊1分別與cpu連接，并根據超聲測距模塊1測得被測點到紫外成像儀2的距離值，對不同距離下紫外成像儀2檢測的光子數進行等效處理。

超聲波測距模塊1，可采用紫外成像儀定位設備局放的位置，然后采用超聲波測距裝置對準設備局放位置發射超聲波，利用超聲波接受模塊接受返回的超聲波信號，通過測量超聲波返回時間結合聲速公式得到探測距離。本發明選用模塊為單通道測距模塊，當收到主機的有效指令后會進入探測模式，在等待規定的響應時間后，再使用讀取函數即可獲得距離數據，即作為紫外成像儀到電暈放電處的距離，通過數據線輸出。

超聲波測距模塊1獲得的距離數據、紫外成像儀2檢測的光子數分別通過cpu發送至控制系統,結合標準參數存儲模塊的觀測距離，將光子數等效到統一觀測距離下，再通過無線通信模塊將結果上傳至上位機。

超聲波測距模塊1，選用型號ks109進行分析，采用單通道測距模塊sk109，當收到主機的有效指令后會進入探測模式，等待規定的響應時間后，再使用讀取函數讀寄存器的值，可獲得距離數據，即作為紫外成像儀到電暈放電處的距離，再通過數據線輸出。日全盲的紫外成像儀2，其型號為zf-s2型紫外成像儀，分辨率為600×480，視場(h×v)為5°×3.75°，最小紫外光靈敏度為3×10-18watt/cm2，可對存在電暈放電的電力設備進行光子數檢測。如圖2所示，超聲波測距模塊1與紫外成像儀2上下貼合固定在云臺5上，因兩者之間間距很小，并且超聲波采用收發一體模塊，所以超聲波測距模塊1測得放電處的距離近似等于紫外成像儀至放電處的距離。兩者分別將測量距離和光子數與標參存儲系統的觀測距離結合發送至控制系統代入距離等效公式，等效光子數再通過無線wifi發送至上位機。

在具體檢測時，為保證所測光子數的有效性，將本發明提出的基于超聲波測距補償的電暈放電紫外成像檢測光子數設備增益設置為15％，通過調整水平垂直電機控制云臺使得目標體在紫外成像儀和超聲波傳感器的視角范圍內。如圖4所示的檢測絕緣子表面電暈放電現象，由于超聲波測距模塊1、紫外成像儀2上下安裝且間距很小，從而保證放電處與測距模塊的距離d1與放電處到紫外成像儀的距離d2相同，并且距離參數通過測距軟件讀取函數從寄存器中獲取。

光子數通過紫外圖像與可見光圖像通過控制系統內相應軟件進行合成獲取，如圖6所示為紫外圖像與可見光圖像合成圖譜，可得在15％增益下采集的放電處光子數量為1500，控制系統中獲取的目標點與超聲測距模塊之間距離為d1＝3m(實際距離為2.93m)，標準存儲模塊的觀測距離設置為d0＝6m。

因在同一放電強度下，隨著距離的增加，紫外圖像光斑逐漸減小，相應的光子數也隨之減小，因此實際測量時，需要對光子數進行距離等效。本發明采用了冪函數修正方法(參考文獻：王勝輝，馮宏恩，律方成，電暈放電紫外成像檢測光子數的距離修正，高電壓技術，1(41):194-201，2015)，不同距離下的等效公式為：

gd0＝gd1(d1/d0)^1.222(1)

其中，d1為檢測距離，gd1為在距離d1下檢測到的光子數，d0為光子數統一的標準觀測距離，gd0為檢測結果在標準距離d0下的等效光子數。紫外成像儀在距離d1＝3m獲取的放電光子數gd1＝1500，利用公式(1)將紫外成像儀獲取的光子數觀測結果等效到6m的觀測距離下，標準距離下的等效光子數為643，此時等效后的結果具有可對比性，可滿足現場檢測需要。

本發明利用超聲波測距模塊補償紫外成像儀檢測電暈放電光子數，可有效將光子數等效到同一觀測距離下，使檢測結果具有可比性。同時該裝置結合超聲波測距技術和紫外放電檢測技術，利用局部放電產生的聲光現象，對實現在線測距及對非接觸、遠距離條件下的電暈放電強度評估大有裨益。