一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置，包括：測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理器；測試系統(tǒng)包括：標準測量設(shè)備和光補償設(shè)備；標準測量設(shè)備和光補償設(shè)備依次設(shè)于水平移動軌道上；數(shù)據(jù)處理器包括：數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù)據(jù)計算模塊和檢驗結(jié)果輸出模塊；數(shù)據(jù)處理器接收并處理測試系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)。本實用新型的檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，在保證試驗檢測要求情況下提高了測試效率。
【專利說明】
一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及輸電線路的狀態(tài)監(jiān)測，具體講涉及一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路在線監(jiān)測裝置已在電網(wǎng)的狀態(tài)管理、防災(zāi)減災(zāi)及智能電網(wǎng)的建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，但輸電線路在線監(jiān)測裝置發(fā)展時間比較短，目前裝置普遍存在質(zhì)量的可靠性等問題，嚴重制約了輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
[0003]為了保證裝置的入網(wǎng)質(zhì)量，國家電網(wǎng)公司已在中國電科院建立了輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)實驗室，部分省市也開始了輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，但在線監(jiān)測試驗研究起步較晚，檢測能力不足，同時在線監(jiān)測裝置的技術(shù)規(guī)范和檢驗規(guī)范也在不斷修訂和制定過程中，如:在2015年輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置檢驗規(guī)范制定時，提出弧垂監(jiān)測裝置的測量上限修改為500m;另外，在線監(jiān)測專家們認為:基于激光、微波等直接測距法的技術(shù)是弧垂監(jiān)測的最優(yōu)選擇。
[0004]目前，從開展的輸電線路導(dǎo)線弧垂監(jiān)測裝置的檢測工作來看，試驗條件滿足不了輸電線路導(dǎo)線弧垂監(jiān)測裝置的檢驗要求，而且檢測工作操作不便、效率較低。我國對于激光測距類的儀器檢驗，通常都在野外進行，但野外試驗場地受場地面積、天氣環(huán)境等諸多因素的影響導(dǎo)致檢測困難，測量結(jié)果容易受不可控因素影響。
[0005]隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，野外檢測作業(yè)的模式將被室內(nèi)檢測模式所替代，光路折疊測量技術(shù)可使基于激光測距的輸電線路導(dǎo)線弧垂監(jiān)測裝置室內(nèi)檢測成為可能。
[0006]針對上述現(xiàn)有的基于激光測距的輸電線路導(dǎo)線弧垂監(jiān)測裝置檢測困難、試驗條件限制等問題，提出本實用新型了一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型提出了一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置，包括:測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理器;測試系統(tǒng)包括:標準設(shè)備和光補償設(shè)備；
[0008]標準設(shè)備和光補償設(shè)備依次設(shè)于水平移動軌道上;數(shù)據(jù)處理器包括:數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù)據(jù)計算模塊和檢驗結(jié)果輸出模塊;數(shù)據(jù)處理器接收并處理測試系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)。
[0009]標準測量設(shè)備包括:標準測量儀和標準測量儀安裝平臺恒。
[0010]標準測量儀安裝平臺包括上平板、中平板、下平板和底座;上平板和中平板設(shè)有橫向滾輪和橫向驅(qū)動機構(gòu)；中平板和下平板設(shè)有縱向滾輪和縱向驅(qū)動機構(gòu)；下平板與底座間設(shè)有螺紋頂桿和高度調(diào)整機構(gòu)。
[0011]光補償設(shè)備包括:近端固定平臺、遠端移動平臺、近端反射單元、遠端反射單元、光反射板、光闌、激光信號調(diào)整單元、激光頻譜分析儀和激光功率計；
[0012]近端固定平臺和遠端移動平臺依次設(shè)于水平移動軌道上。近端固定平臺上設(shè)有被檢裝置安裝平臺、激光信號調(diào)整單元和第一光學(xué)調(diào)整架，第一光學(xué)調(diào)整架支撐近端反射單元;遠端移動平臺上設(shè)有激光功率計和第二光學(xué)調(diào)整架，第二光學(xué)調(diào)整架支撐遠端反射單
J L ο
[0013]被檢裝置安裝平臺包括平移臺、俯仰旋轉(zhuǎn)臺、升降臺和溫控制箱；
[0014]被檢裝置安裝在恒溫控制箱內(nèi)；恒溫控制箱固定在被檢裝置安裝平臺上;俯仰旋轉(zhuǎn)臺與升降臺間設(shè)有螺紋頂桿和高度調(diào)整機構(gòu)。
[0015]近端固定平臺和遠端移動平臺對應(yīng)設(shè)有光闌；近端固定平臺與遠端移動平臺間設(shè)有激光頻譜分析儀;光反射板在近端固定平臺與遠端移動平臺間移動。
[0016]第一光學(xué)調(diào)整架和第二光學(xué)調(diào)整架為共面調(diào)整機構(gòu)，俯仰轉(zhuǎn)軸和偏擺轉(zhuǎn)軸正交在中心位置。
[0017]近端反射單元和所述遠端反射單元包括17組的平面反射鏡;平面反射鏡與所述移動導(dǎo)軌成45° ;每組平面反射鏡包括夾角成90°的兩個反射鏡;反射鏡為納米鏡。
[0018]標準測量儀為全站儀;激光信號調(diào)整單元包括光電轉(zhuǎn)換器、放大電路和激光電源；激光頻譜分析儀為Bristol高精度激光頻譜分析儀;激光功率計為THORLABS PM100USB光功率計。
[0019]激光信號調(diào)整單元設(shè)定激光頻率、激光相位和激光補償量;激光信號調(diào)整單元的放大倍數(shù)程控可調(diào)。
[0020]數(shù)據(jù)分析處理器利用LabVIEW虛擬儀器工具創(chuàng)建數(shù)組和寫入表;數(shù)據(jù)輸入模塊基于Lab VIEW的條件結(jié)構(gòu)建立四層數(shù)據(jù)輸入:標準設(shè)備參數(shù)輸入、被檢裝置參數(shù)輸入、光補償數(shù)據(jù)輸入和測量數(shù)據(jù)輸入；
[0021]數(shù)據(jù)計算模塊基于LabVIEW的數(shù)值計算工具和讀文件工具讀取并計算數(shù)據(jù)輸入模塊存儲的四層輸入數(shù)據(jù);檢驗結(jié)果輸出模塊輸出檢測結(jié)果。
[0022]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型提供的技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0023]1、本實用新型利用光學(xué)反射原理實現(xiàn)長距離測量路徑，使試驗場地距離由500m縮減到25m;
[0024]2、本實用新型采用激光功率計和激光頻譜分析儀對標準激光信號強度、頻率和相位進行檢測，通過激光信號調(diào)整單元實現(xiàn)激光信號衰弱補償，保證了測量的準確性；
[0025]3、本實用新型采用納米鏡作為激光信號的反射鏡，單片反射率可達99%，降低了激光信號反射過程的能量損失，反射能量可達80%以上；。
[0026]4、本實用新型通過兩點確定一線原理實現(xiàn)光路平行調(diào)整，簡化調(diào)整難度，提高了測量的精度；
[0027]5、本實用新型采用Lab VIEW虛擬儀器技術(shù)，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)分析計算功能，簡化了測試結(jié)果處理流程，實現(xiàn)了檢測結(jié)果自動輸出。
[0028]6、本實用新型的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，在保證試驗檢測要求情況下提高了測試效率。
【附圖說明】
[0029]圖1為本實用新型測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0030]圖2為本實用新型測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0031]圖3為本實用新型的出射光水平調(diào)整圖；
[0032]圖4為本實用新型的數(shù)據(jù)處理器原理框圖；
[0033]圖中:1-標準測量儀、2-被檢裝置、3-近端固定平臺、4-近端反射單元、5-光反射板、6-光闌、7-遠端移動平臺、8-激光信號調(diào)整單元、9-恒溫控制箱、10-標準測量儀安裝平臺、11-遠端反射單元、12-移動導(dǎo)軌、13-激光頻譜分析儀、14-激光功率計、15-被檢裝置安裝平臺。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本實用新型的檢測裝置作進一步詳細的描述。
[0035]本實用新型針對基于激光測距的輸電線路導(dǎo)線弧垂監(jiān)測裝置特點及檢測要求，提出了一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置，采用光學(xué)反射原理實現(xiàn)長距離測量路徑，通過對激光信號強度、頻率和相位進行檢測，實現(xiàn)激光信號衰弱補償;通過對測量誤差分析，找到誤差來源，確定誤差值;通過虛擬儀器實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)處理，得出準確檢測結(jié)果。
[0036]如圖1所示的本實用新型測試系統(tǒng)包括:標準測量儀(全站儀)1、被檢裝置2、近端固定平臺3、近端反射單元4、光反射板5、光闌6、遠端移動平臺7、激光信號調(diào)整單元8、恒溫控制箱9、標準測量儀安裝平臺10、遠端反射單元11、移動導(dǎo)軌12、激光頻譜分析儀13、激光功率計14、被檢裝置安裝平臺15。
[0037]標準測量儀安裝在標準測量儀安裝平臺上;被檢裝置安裝和恒溫控制箱安裝在被檢裝置安裝平臺上;近端反射單元安裝在光學(xué)調(diào)整架上，和被檢裝置安裝平臺及激光信號調(diào)整單元一起安裝在近端固定平臺上;遠端反射單元安裝在光學(xué)調(diào)整架上，光學(xué)調(diào)整架安裝在遠端移動平臺上;近端固定平臺和遠端移動平臺共同安裝在移動導(dǎo)軌上;近端固定平臺和遠端移動平臺上安裝有光闌，當(dāng)光同時通過兩端的光闌，確定兩端平臺保持平行。
[0038]檢測時把標準測量儀和被檢裝置安裝在各個安裝臺上，移動遠端平臺在導(dǎo)軌上運動，激光的光程發(fā)生相應(yīng)改變，把測試系統(tǒng)移動到輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置檢驗規(guī)范中弧垂監(jiān)測裝置要求的各個測量點，調(diào)整近端和遠端平臺保持平行，然后用標準測量儀(全站儀)和被檢裝置分別測量此光程，完成一個測點的測量。
[0039]為了確定測距系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本實用新型的測試方法中需要對這些測量點進行多次測量，以全站儀的測量結(jié)果作為基準對測量結(jié)果進行分析，確定測量系統(tǒng)的不確定度。
[0040]恒溫控制箱檢測被檢裝置隨溫度變化的漂移特性，具有隔熱玻璃，恒溫控制箱的溫度調(diào)整范圍:-60 °C?130 °C，溫度偏差:± 2 %，波動/均勻度:< ± 0.5 °C/ ± 2 °C，溫度精度:±0.rc。
[0041]標準測量儀安裝平臺由上、中、下三塊平板和底座組成，上、中兩塊板下安裝橫向滾輪和橫向驅(qū)動機構(gòu)，使上、中平臺具有橫向平移功能；中、下兩塊板下安裝縱向滾輪和縱向驅(qū)動機構(gòu)，使中、下平臺具有縱向平移功能;下平板和底座安裝有螺紋頂桿和高度調(diào)整機構(gòu)，使平臺具有高度調(diào)整功能。
[0042]被檢裝置安裝平臺由平移臺、俯仰旋轉(zhuǎn)臺和升降臺組成，此平臺可以完成上下、橫向的移動，以及水平面轉(zhuǎn)動和偏擺。
[0043]光學(xué)調(diào)整架為共面調(diào)整機構(gòu)，俯仰轉(zhuǎn)軸和偏擺轉(zhuǎn)軸正交在光學(xué)元件的中心位置，確保光斑的中心位置同轉(zhuǎn)軸的中心位置重合。
[0044]近端、遠端反射單元共由17組平面反射鏡組成，平面反射鏡與導(dǎo)軌成45°夾角，每組平面鏡由兩個夾角成90°的反射鏡組成，反射鏡采用納米鏡，納米鏡為基于在高指數(shù)亞波長光柵中的分布式布拉格反射器，納米鏡的反射率為99%，厚度為0.3μπι。
[0045]激光信號調(diào)整單元由光電轉(zhuǎn)換器、放大電路、激光電源組成，激光信號調(diào)整單元具備放大倍數(shù)程控可調(diào)功能，最大放大倍數(shù)為50倍，調(diào)整精度:± 0.1 %。
[0046]標準測量儀選用全站儀，全站儀測量距離:1000m(無棱鏡)，精度/測量時間:(2mm+2ppm)/3s。
[0047]激光頻譜計，選用Bristol的高精度激光頻譜分析儀，波長范圍:350nm?1680nm，絕對精度:±0.2ppm，頻率分辨率:4GHz，用于測量激光頻率同時分析激光頻譜。
[0048]激光功率計，選用THORLABS PM100USB光功率計，探頭先用S120VC，功率范圍:50nW?50mW，最小分辨率:InW，測量誤差:± 3% (45卜100nm)，± 5 % (200_450nm，1001-11OOnm)。
[0049]如圖3所示的測試系統(tǒng)中被檢裝置和全站儀出射光水平調(diào)整的具體過程:利用移動平臺上的光闌調(diào)整被檢裝置的光路，先把移動平臺拉至最遠處調(diào)整出射光光點通過光闌(此時進行的是被檢裝置的旋轉(zhuǎn)調(diào)整)，再把移動平臺拉至最近處調(diào)整(此時進行的是被檢裝置的平移)，在不斷拉遠拉近的調(diào)整中，最終會把出射光的偏差角調(diào)整至最小。安裝好固定平臺上的光闌，使光線同時也能通過此光闌，然后把被檢裝置下放，開始調(diào)整全站儀的光路，把動板拉至最遠處，同時使全站儀的光同時通過這兩個光闌。
[0050]測試系統(tǒng)中光路平行調(diào)整具體過程是，把帶有小孔的移動條放在出射光線上，使光線通過兩端的孔徑，固定好移動條的間距，然后把移動條放置在遠端的光路處，調(diào)整鏡架的偏擺角，使光線同樣通過移動條上的兩個孔，完成光路平行的調(diào)整。
[0051]測試系統(tǒng)中激光信號強度補償?shù)倪^程:先用激光功率計和激光譜儀測量全站儀的出射光功率、波長和相位，再室外500m距離處測量接收到的激光光功率、波長和相位，計算出室外500m測量距離的激光功率衰減值X1;測量全站儀通過光路反射后500m處激光功率衰減值X2;計算激光功率補償量X3 = X1-X2;在激光信號調(diào)整單元設(shè)定激光的頻率、相位和補償量，通過調(diào)整單元進行補償。
[0052]測試系統(tǒng)經(jīng)過17組平面反射鏡反射，通過在25m導(dǎo)軌上移動實現(xiàn)O?500m距離的模擬。
[0053]測試系統(tǒng)在檢測時分為兩個量程:檢測距離在O?25m時，直接把標準反射板放置在移動平臺的光闌后面，不進行平面鏡組反射，直接使平臺在導(dǎo)軌上移動，對25m內(nèi)的測量點進行測量;檢測距離在25m?500m時，把反射板返回到固定平臺上的原始位置，通過平面反射再進行檢定。
[0054]如圖4所示的數(shù)據(jù)分析處理原理，數(shù)據(jù)分析處理器由數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù)據(jù)計算模塊、檢驗結(jié)果輸出模塊組成，數(shù)據(jù)分析處理器運用Lab VIEW虛擬儀器工具來創(chuàng)建數(shù)組和寫入表，運用Lab VIEW條件結(jié)構(gòu)建立四層數(shù)據(jù)輸入模塊:標準設(shè)備參數(shù)輸入、被檢裝置參數(shù)輸入、補償數(shù)據(jù)輸入和測量值輸入，當(dāng)通過上位機面板選擇某種測量方面時，處理器會運行相應(yīng)的層次;數(shù)據(jù)計算模塊應(yīng)用到Lab VIEW中的數(shù)值計算工具和讀文件工具把上一模塊所存儲的數(shù)據(jù)讀出來并采用加法、乘法、除法及平方根運算公式分別對存儲的四層數(shù)據(jù)進行運算，將運算結(jié)果傳輸?shù)綑z驗結(jié)果輸出模塊，輸出最終的檢測結(jié)果。
[0055]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本實用新型的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于激光弧垂監(jiān)測儀的檢測裝置，包括:測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理器;其特征在于， 所述測試系統(tǒng)包括:標準測量設(shè)備和光補償設(shè)備； 所述標準測量設(shè)備和所述光補償設(shè)備依次設(shè)于水平移動軌道上； 所述數(shù)據(jù)處理器包括:數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù)據(jù)計算模塊和檢驗結(jié)果輸出模塊； 所述數(shù)據(jù)處理器接收并處理所述測試系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于， 所述標準測量設(shè)備包括:標準測量儀和標準測量儀安裝平臺； 所述標準測量儀安裝平臺包括上平板、中平板、下平板和底座。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測裝置，其特征在于， 所述上平板和所述中平板設(shè)有橫向滾輪和橫向驅(qū)動機構(gòu);所述中平板和所述下平板設(shè)有縱向滾輪和縱向驅(qū)動機構(gòu);所述下平板與所述底座間設(shè)有螺紋頂桿和高度調(diào)整機構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測裝置，其特征在于， 所述光補償設(shè)備包括:近端固定平臺、遠端移動平臺、近端反射單元、遠端反射單元、光反射板、光闌、激光信號調(diào)整單元、激光頻譜分析儀和激光功率計； 所述標準測量儀安裝平臺、所述近端固定平臺和所述遠端移動平臺依次設(shè)于所述水平移動軌道上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測裝置，其特征在于， 所述近端固定平臺上設(shè)有被檢裝置安裝平臺、所述激光信號調(diào)整單元和第一光學(xué)調(diào)整架，所述第一光學(xué)調(diào)整架支撐所述近端反射單元； 所述遠端移動平臺上設(shè)有所述激光功率計和第二光學(xué)調(diào)整架，所述第二光學(xué)調(diào)整架支撐所述遠端反射單元。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測裝置，其特征在于， 所述被檢裝置安裝平臺包括平移臺、俯仰旋轉(zhuǎn)臺、升降臺和恒溫控制箱； 所述俯仰旋轉(zhuǎn)臺與所述升降臺間設(shè)有螺紋頂桿和高度調(diào)整機構(gòu)； 所述恒溫控制箱設(shè)于所述被檢裝置安裝平臺上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測裝置，其特征在于， 所述近端固定平臺和所述遠端移動平臺對應(yīng)設(shè)有所述光闌； 所述近端固定平臺與所述遠端移動平臺間設(shè)有激光頻譜分析儀； 所述光反射板在所述近端固定平臺與所述遠端移動平臺間移動。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測裝置，其特征在于， 所述第一光學(xué)調(diào)整架和所述第二光學(xué)調(diào)整架為共面調(diào)整機構(gòu)，俯仰轉(zhuǎn)軸和偏擺轉(zhuǎn)軸正交在中心位置。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測裝置，其特征在于， 所述近端反射單元和所述遠端反射單元包括17組的平面反射鏡； 所述平面反射鏡與所述水平移動軌道成45° ; 每組平面反射鏡包括夾角成90°的兩個反射鏡;所述反射鏡為納米鏡。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測裝置，其特征在于， 所述標準測量儀為全站儀； 所述激光信號調(diào)整單元包括光電轉(zhuǎn)換器、放大電路和激光電源； 所述激光頻譜分析儀為Bristol高精度激光頻譜分析儀； 所述激光功率計為THORLABS PM100USB光功率計。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的檢測裝置，其特征在于， 所述激光信號調(diào)整單元設(shè)定激光頻率、激光相位和激光補償量;所述激光信號調(diào)整單元的放大倍數(shù)程控可調(diào)。
【文檔編號】G01B11/02GK205537514SQ201521040884
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月15日
【發(fā)明人】楊吉, 夏開全, 李茂華, 任西春, 鄧元靖, 劉巖
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)浙江省電力公司