一种远程激光清除异物系统光学头技术方案

本实用新型专利技术涉及一种远程激光清除异物系统光学头，包括带同轴指示激光的能量激光、固定镜组、调节透镜、45

An optical head for long-distance laser removal system

【技术实现步骤摘要】
一种远程激光清除异物系统光学头


[0001]本技术涉及到激光清除异物
，特别涉及到一种远程激光清除异物系统光学头。

技术介绍

[0002]激光清除技术已经用于户外输电线路上远程异物的清除。根据实际条件的不同，激光清除装置距离输电线路上待清除的异物的距离也会有所不同，比如河流中间，实际的激光作用距离会比较长，而陆地一些区域，激光远程清除装置可以移动到相对较短的距离，另外输电线上的异物除了风筝等布料或者纸质类薄的常规类物品，也可能有树枝、塑料板等一类块状物品。激光清除不同的物品需要能够有不同的光能密度，也就是光束的直径能够进行调节变化，另外，不同距离的同类物品，则要求是在一定长的距离内，激光束的直径要做近似不变或者数值为一定的范围，这样就能针对不同距离、不同类型的物品进行针对性的清除，又不损伤传输电线，符合实际异物清除的要求。采用激光针对户外输电线路上异物进行清除，需要一定功率的激光，由于远程异物的距离较长，比如从100米到200米甚至更远距离300米，如果不对激光束的发散角进行压缩变换，则远距离传输的激光的光斑会非常大，功率密度很低。清除异物的远程激光除了需要一定的激光功率外，还需要适当的功率密度。太大的激光功率密度会增加伤害传输线路的风险，太小的激光功率密度则导致激光清除异物的效率低下。

技术实现思路

[0003]本技术针对
技术介绍
中远程激光清除异物的技术问题，设计一种远程激光清除异物系统光学头，通过改变固定镜组和运动镜组之间的距离，使所述光学头具有两种工作模式，一种是近似无焦工作模式，一种是变焦工作模式。
[0004]工作中，调整固定镜组和运动镜组之间的距离，使系统在无焦工作模式和变焦工作模式之间进行选择。
[0005]在近似无焦工作模式下，该系统在100m至300m距离内，激光光斑的直径在一个范围内变化，针对普通的纸质类异物进行清除，激光光斑直径在50mm至70mm之间，在较长距离范围内维持激光光斑变化不大，即在一定长距离范围内的激光光斑能量密度变化不大，进行普通纸质异物的有效清除。
[0006]调节光学头的调节透镜与固定镜组之间的距离，光学头工作在变焦模式，在变焦模式下，激光光斑的直径在一个具体的位置，激光光斑直径在18mm至40mm，调节透镜和固定镜组之间的距离与能量激光的焦点位置呈对应关系，适当调整激光焦点使之位于那些较难处理的异物的位置，从而在较高的激光能量密度条件下，针对那些比较难处理的块状异物，进行快速清除。
[0007]两种工作模式下，激光能量均不对传输线路造成损伤。
[0008]光学头的消色差设计，使指示激光（波长650nm）和能量激光（波长为1070nm）的光
斑大小近似一致，从而小角度可调焦摄像头能够通过指示激光光斑的尺寸来判断清除激光的光斑大小。在45
°
合束镜位置，小角度可调焦摄像头的成像光轴与能量激光以及指示激光同轴，通过小角度可调焦摄像头观察传输线路上的远程异物，再发射指示激光进行位置定点，指示激光先对异物进行指示，系统确定光学头的工作模式，进而调整激光焦点光斑的位置以及扫描模式，进行异物灼烧清除。
[0009]所述的45
°
合束镜的反射面的镀膜要求是能量激光波长高反射，指示光沿45
°
合束镜部分反射，其余可见光高透射，45
°
合束镜的另外一面的镀膜要求是能量激光45
°
入射高反射，指示光45
°
入射高透射，其余可见光高透射；所述的45
°
反射镜的反射面的镀膜要求是能量激光波长高反射，指示光波长高反射。
[0010]工作中，能量激光为四类激光，且功率高，其光学系统的设计和激光器的操作均需要考虑人身安全和设备安全。系统中的45
°
反射镜和45
°
合束镜，均对能量激光进行几乎全反射。
[0011]指示激光随着能量激光同轴发射，照射到远程异物上，会有部分光逆向反射，返回后经过45
°
合束镜，该45
°
合束镜要求能够部分反射指示激光的能量，又要求能够透射从远程异物上逆向反射的指示激光。
[0012]所述衰减片为透过率可调的中性密度片。
[0013]工作中，衰减片用于控制从远程异物逆向反射回来入射到小角度可调焦摄像头的激光强度，保证设备安全。
[0014]优选的，所述的能量激光为光纤激光器发射的激光，其出射光斑直径为8mm，能量激光的M2因子=1.2
‑
1.5。
[0015]优选的，所述双凹透镜B与调节透镜之间的中心点之间的间隔距离进行调节时，分别在100m、200m、250m、300m位置达到小的光束直径。
[0016]本技术的有点和有益效果是：
[0017]（1）光学头消色差设计使同轴指示激光能够指示能量激光光斑的位置和大小，便于直接观察。
[0018]（2）光学头变焦设计使系统能够工作在两种模式，即近似无焦模式和变焦模式，无焦模式下，系统在长的工作距离范围如100m至300m内，激光光斑大小维持在一定数值，从而对普通的纸质片状异物材料进行清除，效率高。
[0019]（3）光学头变焦设计使系统能够工作在变焦模式，运动镜组和固定镜组之间的距离与激光的焦点位置成一一对应关系，适度改变调节透镜和固定镜组的间隔距离，通过指示光观察能量激光的光斑变化，来确定运动镜组和固定镜组间隔的位置，在100m至300m范围内，将能量激光的聚焦光斑直径变为20mm至30mm，适当提高激光聚焦光斑的功率密度，清除树枝等木质类或块状异物，适用性强。
[0020]（4）可调节中性密度镜用于减小逆向反射的激光的强度，防止损伤小角度可调焦摄像头内部成像传感器，有利于设备的安全。
附图说明
[0021]图1为一种远程异物激光清除系统光学头结构图；
[0022]图2为固定镜组结构图。
[0023]其中：1为能量激光；2为固定镜组；201为双凹透镜A；202为胶合透镜组；203为双凹透镜B；3为调节透镜；4为45
°
反射镜；5为45
°
合束镜；6为衰减片；7为小角度可调焦摄像头。
具体实施方式
[0024]根据图1、图2，本技术涉及一种远程异物激光清除系统光学头，包括带同轴指示激光的能量激光（1）、固定镜组（2）、调节透镜（3）、45
°
反射镜（4）、45
°
合束镜（5）、衰减片（6）、小角度可调焦摄像头（7）。能量激光为1070nm的光纤激光，M2因子为1.5，出射激光光束直径8mm，激光出射功率0
‑
1500W可调，所述的双凹透镜A（201）的材料是K9，曲率半径都是29.8，中心厚度2.0mm；所述胶合胶合透镜组（202）的材料组合是ZF7/K9，ZF7透镜的曲率半径是R1=800，R2=224.9，d=8；K9透镜的曲率半径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远程激光清除异物系统光学头，包括带同轴指示激光的能量激光（1）、固定镜组（2）、调节透镜（3）、45
°
反射镜（4）、45
°
合束镜（5），衰减片（6），小角度可调焦摄像头（7），其特征是：所述固定镜组（2）包含一个双凹透镜A（201）、一个胶合透镜组（202）、一个双凹透镜B（203）；固定镜组（2）与调节透镜（3）光路同轴，含同轴指示激光的能量激光（1）经过固定镜组（2）、调节透镜（3）、45
°
反射镜（4），再经过45
°
合束镜（5）出射；在45
°
合束镜（5）位置，小角度可调焦摄像头（7）的成像光轴与能量激光（1）的出射光束同轴，同轴指示激光定点远程异物的位置，系统经过衰减片（6）沿着指示能量的光路逆向经由小角度可调焦摄像头（7）观察，系统根据观测到的远程异物的形状和特点确定光学头的工作模式，系统再发射能量激光（1）进行异物灼烧清除，改变调节透镜（3）与双凹透镜B（203）中心顶点间的空气间隔距离，系统有两种工作模式，一种是近似无焦模式，一种是变焦模式。2.根据权利要求1所述的一种远程激光清除异物系统光学头，其特征是：所述的双凹透镜A（201）的材料是K9，曲率半径都是29.8mm，中心厚度2.0mm；所述的胶合透镜组（202）的材料组合是ZF7/K9，曲率半径分别是R1/R2/R3=801.2mm/224.1mm/
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1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许靓，徐珺，韩奥宇，
申请(专利权)人：武汉光涵科技有限公司，
类型：新型
国别省市：