基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统，基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统，通过高清红外摄像装置、激光测距仪辅助远红外CO2激光器发射10.6μm激光聚焦于坠挂物绳索，进行远距离非接触式烧蚀，将绳索烧断，坠挂物借助重力掉落。采用计算机控制发明专利技术装置的各个子系统，实现半自动工作，工作人员只需通过监视影像操作仪器即可完成高压电线坠挂物去除工作。本发明专利技术特点在于能够实现远程、非接触、高效、安全地去除高压电线坠挂物的功能，对保护高压线以及输电线路安全具有重要的意义和广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光技术应用领域，尤其涉及一种基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统。
技术介绍
20世纪60年代第一台激光器专利技术以来，经过半个多世纪的发展，激光在人类生产、生活各个角落都发挥着重要的作用。激光因其单色性、相干性、平行性三大特点特别适用于材料加工。目前，国内外已开展30多种激光加工技术包络激光快速成形、焊接、打标、去重平衡、蚀刻、微调、存储、划线、清洗、热处理以及切割技术。激光遥感技术发展也异常迅猛，远距离激光聚焦烧蚀、致盲等技术也得到相应的发展。激光在清除高压输电线上垃圾(塑料袋、鸟窝、风筝等)的技术尚未得到开发和研究。随着经济的发展，城市中电力线路变得越来越多、越来越复杂，高压电力线随处可见，尤其一些广场等空旷地方，这些架空电线就更显突出。阳春三月，人们喜欢外出游玩，越来越多的人选择了放风筝，断线的风筝和供电线路亲密接触的意外时有发生。挂在高压电线上的风筝犹如一个悬浮炸弹，如不及时处理，触碰到另一相导线，一旦下起雨，极易造成高压线路短路和大面积停电，会造成不可估量的经济损失。每年春秋季节都会发生因风筝挂上电线而引发停电事故。因此除了劝导人们远离高压线放风筝之外，还有必要快速、安全、有效的将搭落在高压线上的风筝去掉。风筝挂落在高压电线的事故发生太过频繁，国家和地方政府也出台了一系列关于保护电力设施的法律、法规，其中都有关于放风筝的相关规定。《电力设施保护条例》第十四条规定：任何单位和个人不得在架空电力线路导线两侧各300米区域内放风筝，违反规定的，在依法划定的电力设施保护区内进行放风筝危及电力设施安全的，由电力管理部门责令停止作业、恢复原状并赔偿损失，拒不改正的处1万元以下的罚款。目前，去除高压线的坠落的风筝，基本采用人工摘取的方法。电业局管护的工作人员要取下高压电线上风筝难度很大。因为在取风筝过程中为了保证人们的生产生活正常进行，必须带电操作，危险系数极大。一般情况下，工作人员爬到电线杆上后，用特殊
工具将风筝拉到可以拿到的地方再取下。一些不好取的风筝，还要利用登高车才能取下，或利用起重机将人送到靠近风筝处采用火烧的方式去除。一般情况三四名电业管护人员一天只能取下五个左右的风筝，效率极低。一些非专业人员采用竹竿等方式捣鼓高压线上的风筝，发生被电死的事故时有发生。总体来看，采用人工摘取风筝线的方法主要缺点集中在以下几点：(1)容易触电危险性大，为了不影响人民的正常生活和生产，摘取风筝时需要带电操作，这就给人工摘取风筝带来了极大的触电危险。(2)摘取不方便，高压线距离地面较高，如遇到地面无法处理的风筝，需要采用登高车。条件不允许的地段，工作人员则需要攀爬到高压线塔，沿着电线坐滑轮车将风筝取下。(3)费时费力，人才摘取的方法需要工作人员亲手去除，带电加高空作业(高压线最低不下于10米)增加了摘取的时间，一般顽固性风筝摘取需要几个工作人员耗费四五个小时才能完成。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统，具有远程、非接触、安全、高效等工作特性，结构紧凑、系统灵活、稳定性强等优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统，包括：CO2激光器、激光发射聚焦物镜、高精度可调反射目镜、电动水平旋转可调装置、电动俯仰可调装置、高精度激光测距仪、高精度红外摄像监测系统、计算控制系统、监视显示系统以及高精密电动平移台；其中：所述CO2激光器架设在所述电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置上，所述高精度可调反射目镜放置在高精密电动平移台上，所述高精度激光测距仪与高精度红外摄像监测系统依次设置在所述CO2激光器上方，所述激光发射聚焦物镜与高精度激光测距仪的光轴平行；所述CO2激光器、电动水平旋转可调装置、电动俯仰可调装置、高精度激光测距仪、高精度红外摄像监测系统以及监视显示系统均与计算控制系统相连；通过计算控制系统控制高精度红外摄像监测系统对高压输电线上坠挂物垃圾进行视频数据采集并通过监视系统显示，利用所述计算控制系统控制根据垃圾的位置调节电动
水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置，并控制高精度激光测距仪获得坠挂物垃圾与系统之间的距离，经过校准换算之后获得激光发射聚焦物镜聚焦激光与坠挂物垃圾绳索的物距值R；所述计算控制系统根据物距值R调节高精密电动平移台，从而改变激光发射聚焦物镜与高精度可调反射目镜的间距，实现目标物的聚焦；之后，所述计算控制系统控制CO2激光器发射激光，并根据监视显示系统显示的视频数据实时微调电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置使得激光焦点完全作用于坠挂物垃圾的绳索上，且加大激光能量，一段时间之后，激光烧蚀绳索，坠挂物垃圾失去绳索之后利用重力掉落，实现了高压输电线坠挂物垃圾的清除。进一步的，由计算控制系统通过ZEMAX光学软件来计算出激光发射聚焦物镜与高精度可调反射目镜的间距与物距值R之间的对应关系，通过调节高精密电动平移台来改变激光发射聚焦物镜与高精度可调反射目镜的间距ΔL，从而使激光聚焦到目标物。进一步的，所述CO2激光器作用波长为10.6μm，采用脉冲或者连续工作方式。进一步的，所述激光发射聚焦物镜镀有10.6μm高反射膜。进一步的，所述高精度可调反射目镜镀有高能量阈值的10.6μm高反射膜。进一步的，所述高精密电动平移台的移动分辨率为0.001mm。进一步的，所述电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置的可调角度精度为0.002度，具有快调与微调的两种工作方式。进一步的，所述高精度激光测距仪的测量精度为1mm。进一步的，所述高精度红外摄像监测系统具有可调焦、远程放大监视、远红外可监视功能。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，针对当前高压线上存在风筝等各种垃圾的情况，在通电、安全、非接触、远程等状态下，利用激光装置将其快速、高效去除。本专利技术与现有技术对比，优点在于：(1)本专利技术是一种非接触式远程激光烧蚀装置与以往人工用手亲自清除高压线垃圾方式相比具有很强的安全性。(2)本专利技术采用远红外激光作为工作光源，非金属材料对其具有90％以上的吸收率，而作为高压线的金属材料对其吸收率低至1％，在去除坠挂物垃圾过程中很好的保护了高压电线的安全。(3)本专利技术装置采用全自动调节方式，工作人员只需借助高清摄像影像利用计算机控制程序即可完成工作，具有很强的灵活性。(4)激光远程聚焦烧蚀作用时间短，相对于人工去除而言具有很高的工作效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的不同金属材料对不同波长激光的吸收图；图2为本专利技术实施例提供的金属和非金属材料对不同波长激光的吸收图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统的示意图；图4为本专利技术实施例提供的计算控制系统的控制流程图；图5为本专利技术实施例提供的激光发射聚焦物镜、高精度可调反射目镜以及高精密电动平移台的结构示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统，其特征在于，包括：CO2激光器、激光发射聚焦物镜、高精度可调反射目镜、电动水平旋转可调装置、电动俯仰可调装置、高精度激光测距仪、高精度红外摄像监测系统、计算控制系统、监视显示系统以及高精密电动平移台；其中：所述CO2激光器架设在所述电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置上，所述高精度可调反射目镜放置在高精密电动平移台上，所述高精度激光测距仪与高精度红外摄像监测系统依次设置在所述CO2激光器上方，所述激光发射聚焦物镜与高精度激光测距仪的光轴平行；所述CO2激光器、电动水平旋转可调装置、电动俯仰可调装置、高精度激光测距仪、高精度红外摄像监测系统以及监视显示系统均与计算控制系统相连；通过计算控制系统控制高精度红外摄像监测系统对高压输电线上坠挂物垃圾进行视频数据采集并通过监视系统显示，利用所述计算控制系统控制根据垃圾的位置调节电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置，并控制高精度激光测距仪获得坠挂物垃圾与系统之间的距离，经过校准换算之后获得激光发射聚焦物镜聚焦激光与坠挂物垃圾绳索的物距值R；所述计算控制系统根据物距值R调节高精密电动平移台，从而改变激光发射聚焦物镜与高精度可调反射目镜的间距，实现目标物的聚焦；之后，所述计算控制系统控制CO2激光器发射激光，并根据监视显示系统显示的视频数据实时微调电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置使得激光焦点完全作用于坠挂物垃圾的绳索上，且加大激光能量，一段时间之后，激光烧蚀绳索，坠挂物垃圾失去绳索之后利用重力掉落，实现了高压输电线坠挂物垃圾的清除。...

【技术特征摘要】
1.一种基于10.6μm激光变焦望远镜高压输电线垃圾清除系统，其特征在于，包括：CO2激光器、激光发射聚焦物镜、高精度可调反射目镜、电动水平旋转可调装置、电动俯仰可调装置、高精度激光测距仪、高精度红外摄像监测系统、计算控制系统、监视显示系统以及高精密电动平移台；其中：所述CO2激光器架设在所述电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置上，所述高精度可调反射目镜放置在高精密电动平移台上，所述高精度激光测距仪与高精度红外摄像监测系统依次设置在所述CO2激光器上方，所述激光发射聚焦物镜与高精度激光测距仪的光轴平行；所述CO2激光器、电动水平旋转可调装置、电动俯仰可调装置、高精度激光测距仪、高精度红外摄像监测系统以及监视显示系统均与计算控制系统相连；通过计算控制系统控制高精度红外摄像监测系统对高压输电线上坠挂物垃圾进行视频数据采集并通过监视系统显示，利用所述计算控制系统控制根据垃圾的位置调节电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置，并控制高精度激光测距仪获得坠挂物垃圾与系统之间的距离，经过校准换算之后获得激光发射聚焦物镜聚焦激光与坠挂物垃圾绳索的物距值R；所述计算控制系统根据物距值R调节高精密电动平移台，从而改变激光发射聚焦物镜与高精度可调反射目镜的间距，实现目标物的聚焦；之后，所述计算控制系统控制CO2激光器发射激光，并根据监视显示系统显示的视频数据实时微调电动水平旋转可调装置与电动俯仰可调装置使得激光焦点完全作用于坠挂物垃圾的绳索上，且加大激光能量，一段时间之后，激光烧蚀绳索，坠挂物垃圾失去绳索之后利用重力掉落，实现了高压输电线坠挂物垃圾的清除。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒志峰，窦贤康，夏海云，薛向辉，谷升阳，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34