專(zhuān)利名稱(chēng)：雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電暈探測(cè)技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，是一種適用于240nm 280nm紫外譜段及 460nm 610nm可見(jiàn)光譜段的大視場(chǎng)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)、電力設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)過(guò)程中已經(jīng)充分考慮了電場(chǎng)強(qiáng)度分 布，正常情況下，容許范圍內(nèi)的電暈不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。如果設(shè)備存在缺陷，比如接觸不 良、導(dǎo)線(xiàn)斷股、瓷瓶斷裂、接地不良、疲勞過(guò)載、絕緣子臟污等，將會(huì)引起局部電場(chǎng)強(qiáng)度畸變， 當(dāng)高壓元器件表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，高壓元器件表面就會(huì)產(chǎn)生電暈放 電。高壓電極發(fā)生電暈放電，能產(chǎn)生噪音和無(wú)線(xiàn)電干擾，給電力系統(tǒng)通訊和保護(hù)帶來(lái)嚴(yán)峻挑 戰(zhàn)；某些類(lèi)型元件上的電暈放電能產(chǎn)生元件的過(guò)早老化和失效，也容易引發(fā)電器設(shè)備故障、 損害；電暈放電的存在也能加重高壓電器元件的污染和電量的損耗。 紫外放電檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)電力設(shè)備電暈放電和表面局部放電特征，以及外絕緣 狀態(tài)和污穢程度，具有工作可靠、準(zhǔn)確方便，誤報(bào)率低等特點(diǎn)。目前，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家已普 遍應(yīng)用紫外成像技術(shù)檢測(cè)輸電線(xiàn)路設(shè)備的缺陷與故障。 紫外成像電暈探測(cè)技術(shù)利用了太陽(yáng)輻射的"日盲"特性。"日盲"紫外譜段的波長(zhǎng) 范圍是240nm 280nm，太陽(yáng)輻射在這一譜段被平流層中的臭氧層所強(qiáng)烈吸收，在近地大氣 中幾乎不存在，呈現(xiàn)所謂"日盲"現(xiàn)象。在"日盲"區(qū)，電暈放電的紫外輻射在微弱的輻射背 景噪聲下就容易顯現(xiàn)出來(lái)。電暈放電的紫外輻射處于230 405nm波段，紫外成像電暈探 測(cè)技術(shù)正是通過(guò)探測(cè)特定譜段的光譜，確定電暈的位置和強(qiáng)度。為了準(zhǔn)確測(cè)定故障的位置， 在檢測(cè)的紫外信號(hào)的同時(shí)，還須檢測(cè)可見(jiàn)光背景圖像。紫外成像電暈探測(cè)設(shè)備采用雙光譜 成像及圖像融合技術(shù)。確保在日光下獲得清晰的紫外光圖像。 目前，紫外成像電暈探測(cè)設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角很小，通常為8。 X5° ，探測(cè) 范圍有限。工作方式為手持式，檢測(cè)輸電線(xiàn)路設(shè)備故障過(guò)程需依靠人員移動(dòng)操作，無(wú)法脫離 人工參與，耗時(shí)、耗力、實(shí)時(shí)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服目前雙譜段電暈探測(cè)系統(tǒng)存在視場(chǎng)角小、探測(cè)范圍窄、檢 測(cè)過(guò)程耗時(shí)、耗力、實(shí)時(shí)性差的缺陷，提出一種雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)。該 系統(tǒng)具有大視場(chǎng)、大相對(duì)孔徑、高均勻性像面照度等特點(diǎn)。在240nm-290nm "日盲"紫外及 460nm 610nm可見(jiàn)光譜段下具有視場(chǎng)角等于或大于360° X (45° 90° )的優(yōu)異探測(cè) 性能。 本發(fā)明雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)，包括敷有反射紫外光分光膜的紫外 /可見(jiàn)光分束鏡、沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡的透射光路光軸設(shè)置的可見(jiàn)光中繼鏡和可見(jiàn)光探 測(cè)器，沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡的反射光路光軸設(shè)置的紫外中繼鏡和紫外探測(cè)器；在所述的 紫外/可見(jiàn)光分束鏡的前方還設(shè)置一由具有中心孔的凹面反射鏡和凸面反射鏡構(gòu)成的共軸反射鏡組；由離軸視場(chǎng)無(wú)遮攔地進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)入瞳的光束，首先入射到反射鏡組的凹面 反射鏡上，反射后入射到反射鏡組的凸面反射鏡上再次反射，反射光束穿過(guò)凹面反射鏡的 中心孔進(jìn)入所述的紫外/可見(jiàn)光分束鏡，被紫外/可見(jiàn)光分束鏡分光后的可見(jiàn)光分束經(jīng)所 述的可見(jiàn)光中繼鏡進(jìn)入可見(jiàn)光探測(cè)器，紫外光束經(jīng)所述的紫外中繼鏡進(jìn)入紫外探測(cè)器。
反射鏡組是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)角的關(guān)鍵，反射鏡的結(jié)構(gòu)，尺寸，面型決定著系統(tǒng)成像 特性及透視投影關(guān)系。本發(fā)明采用凹、凸面反射鏡配合獲得景物的虛像，并將視場(chǎng)角壓縮到 適當(dāng)?shù)慕嵌?。入射光首先入射到反射鏡組的凹面反射鏡上，反射后入射到反射鏡組的凸面 反射鏡上再次反射，反射光線(xiàn)穿過(guò)凹面反射鏡中心孔進(jìn)入分束鏡。 本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)使用俯仰角為45。 90°的離軸視場(chǎng)，像面為環(huán)形區(qū)域，利用 投影關(guān)系和相應(yīng)的數(shù)學(xué)映射公式可從像面獲取目標(biāo)的角度坐標(biāo)信息，結(jié)合可見(jiàn)光背景圖像 實(shí)現(xiàn)電暈定位。 該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.具有360° X(45° 90° )大視場(chǎng)，探測(cè)范圍廣，可提高探測(cè)效率。 2.可以選擇幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)固定安裝，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路設(shè)備故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)
問(wèn)題，提高電力系統(tǒng)安全系數(shù)。 3.脫離人工操作，減輕人員負(fù)擔(dān)。


圖1是本發(fā)明雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明與現(xiàn)有雙譜段電暈探測(cè)設(shè)備工作模式對(duì)比圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 參照?qǐng)Dl，一種雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)，包括敷有反射紫外光分光膜 的紫外/可見(jiàn)光分束鏡3、沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡3的透射光路光軸設(shè)置的可見(jiàn)光中繼鏡4 和可見(jiàn)光探測(cè)器5，沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡3的反射光路光軸設(shè)置的紫外中繼鏡6和紫外探 測(cè)器7，在所述的紫外/可見(jiàn)光分束鏡3的前方還設(shè)置一由具有中心孔的凹面反射鏡1和凸 面反射鏡2構(gòu)成的共軸反射鏡組；由離軸視場(chǎng)無(wú)遮攔地進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)入瞳的光束，首先入 射到反射鏡組的凹面反射鏡2上，反射后入射到反射鏡組的凸面反射鏡1上再次反射，反射 光束穿過(guò)凹面反射鏡2的中心孔進(jìn)入所述的紫外/可見(jiàn)光分束鏡3，被紫外/可見(jiàn)光分束鏡 3分光后的可見(jiàn)光分束經(jīng)所述的可見(jiàn)光中繼鏡4進(jìn)入可見(jiàn)光探測(cè)器5，紫外光束經(jīng)所述的紫 外中繼鏡6進(jìn)入紫外探測(cè)器7。
光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)確定
1)視場(chǎng) 雙譜段折反射全景電暈探測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)就在于其提供的大范圍凝視視場(chǎng)。水平放 置時(shí)輸電線(xiàn)路監(jiān)控區(qū)域在視場(chǎng)外圍而不在中央，雙譜段折反射全景光學(xué)系統(tǒng)選擇與這一區(qū) 域相符的視場(chǎng)角360° X(45° 90° )。
2)焦距 為改善像面照度，雙譜段折反射全景電暈探測(cè)系統(tǒng)采用f 投影關(guān)系。紫外探測(cè)
4器選用ICCD，光電陰極尺寸為①20mm，系統(tǒng)焦距為4mm :
<formula>formula see original document page 5</formula> 可見(jiàn)光探測(cè)器選用linch CCD，系統(tǒng)焦距為3mm。
3)相對(duì)孔徑 綜合成像質(zhì)量，外形尺寸等因素，"日盲"紫外折反射全景系統(tǒng)相對(duì)孔徑定為 1 : 2?？梢?jiàn)光折反射全景系統(tǒng)相對(duì)孔徑定為1 : 1.5。
4)分辨率 可購(gòu)置的紫外ICCD光電陰極分辨率為30iim。可購(gòu)置的彩色可見(jiàn)光CCD像元尺寸 為8X8 m2。根據(jù)探測(cè)器像元尺寸，紫外折反射全景系統(tǒng)各視場(chǎng)在陰極面上的彌散斑控制在 0 30 m內(nèi)比較理想?？梢?jiàn)光折反射全景系統(tǒng)各視場(chǎng)彌散斑控制在①8 m內(nèi)比較理想。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 1)兩個(gè)反射鏡是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)角的關(guān)鍵，反射鏡的結(jié)構(gòu)，尺寸，面型決定著系統(tǒng) 成像特性及透視投影關(guān)系。結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊及反射鏡鍍膜工藝要求，本例采用主鏡凹鏡， 次鏡凸鏡的配合形式獲得景物的虛像，并將視場(chǎng)角壓縮到±8° 。凹面反射鏡與凸面反射鏡 共軸，且關(guān)于光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)。 雙譜段電暈探測(cè)設(shè)備的紫外通道的作用是通過(guò)探測(cè)光譜輻射識(shí)別放電目標(biāo)，因 此"日盲"紫外全景系統(tǒng)是能量探測(cè)系統(tǒng)，屬于大像差系統(tǒng)，像差校正主要是像差高級(jí)量之 間的平衡，為減少各像差高級(jí)量，應(yīng)盡量控制初級(jí)像差。在反射鏡組中兩反射面引起的像 散，場(chǎng)曲是像差的主要因素。反射鏡組引入的場(chǎng)曲和垂軸色差由中繼鏡補(bǔ)償。為平衡場(chǎng)曲 并避免大像差補(bǔ)償，凹面反射鏡半徑應(yīng)于凸面反射鏡半徑相近。本例中凹面反射鏡半徑 為-36. 79mrn，凸面反射鏡半徑為_(kāi)34. 78mm。鏡間距為40. 5mm。 雙譜段電暈探測(cè)設(shè)備的可見(jiàn)光通道的作用是提供背景信息以便確定電暈位置。為 實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位應(yīng)盡量提高系統(tǒng)分辨率，反射鏡組是紫外及可見(jiàn)光通道的共路部分。反射鏡 組的F數(shù)是關(guān)鍵參數(shù)，它決定著全景系統(tǒng)反射鏡組及中繼鏡的光學(xué)參數(shù)分配，直接影響系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸及像差校正。兼顧反射鏡組結(jié)構(gòu)尺寸，像差校正要求及中繼鏡設(shè)計(jì)難度等因 素，反射鏡組F/ft反射(即f'反射鏡組/D入睦)取值宜在3. 2 3. 7之間。本例中反射鏡組F/ft反射 取值3. 5。 2)中繼鏡組結(jié)構(gòu)參數(shù) 透射式中繼鏡組的作用是將反射鏡組所成的虛像以適當(dāng)倍率成像到探測(cè)器上。透 射式中繼鏡組至少包括三片透鏡。設(shè)計(jì)中要保證中繼鏡入瞳與反射鏡組出瞳重合，并將光 學(xué)系統(tǒng)像差校正到一定狀態(tài)以便與反射鏡組像差相互平衡。中繼鏡為大相對(duì)孔徑，中等視 場(chǎng)紫外光學(xué)系統(tǒng)。中繼鏡放大倍率的選取依照探測(cè)器尺寸后工作距而定。紫外中繼鏡放大 倍率P紫外中繼鏡取值宜在-0.5 -0.65之間，本例中紫外中繼鏡放大倍率為-0.6，為使 濾光片獲得最佳效果，紫外中繼鏡半視場(chǎng)角應(yīng)小于IO。。紫外中繼鏡光學(xué)元件材料為融石 英或氟化鈣?？梢?jiàn)光中繼鏡放大倍率P可見(jiàn)光中繼鏡取值宜在-0.4 -l之間，本例中可 見(jiàn)光中繼鏡放大倍率為-0. 4。為降低太陽(yáng)輻射背景噪聲影響，紫外中繼鏡含有高帶外截止 深度的"日盲"紫外帶通濾光片。 雙譜段折反射全景電暈探測(cè)系統(tǒng)將為輸電線(xiàn)路檢測(cè)提供一種便利有效的新工作模式。附圖2(a)展示了現(xiàn)有紫外電暈探測(cè)設(shè)備的工作模式，由于其光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)角小，探 測(cè)線(xiàn)路長(zhǎng)度受限，需要通過(guò)不斷的移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離線(xiàn)路檢測(cè)。而附圖2(b)展示的本發(fā) 明折反射全景電暈探測(cè)系統(tǒng)的工作模式，由于其視場(chǎng)角大，探測(cè)范圍廣。 一臺(tái)折反射全景 電暈探測(cè)設(shè)備即可完成較長(zhǎng)距離的輸電線(xiàn)路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且能同時(shí)監(jiān)測(cè)公路兩側(cè)的輸電線(xiàn) 路。
權(quán)利要求
一種雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)，包括敷有反射紫外光分光膜的紫外/可見(jiàn)光分束鏡(3)、沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡(3)的透射光路光軸設(shè)置的可見(jiàn)光中繼鏡(4)和可見(jiàn)光探測(cè)器(5)，沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡(3)的反射光路光軸設(shè)置的紫外中繼鏡(6)和紫外探測(cè)器(7)，其特征在于在所述的紫外/可見(jiàn)光分束鏡(3)的前方設(shè)置一由具有中心孔的凹面反射鏡(1)和凸面反射鏡(2)構(gòu)成的共軸反射鏡組；由離軸視場(chǎng)無(wú)遮攔地進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)入瞳的光束，首先入射到反射鏡組的凹面反射鏡(2)上，反射后入射到反射鏡組的凸面反射鏡(1)上再次反射，反射光束穿過(guò)凹面反射鏡(2)的中心孔進(jìn)入所述的紫外/可見(jiàn)光分束鏡(3)，被紫外/可見(jiàn)光分束鏡(3)分光后的可見(jiàn)光分束經(jīng)所述的可見(jiàn)光中繼鏡(4)進(jìn)入可見(jiàn)光探測(cè)器(5)，紫外光束經(jīng)所述的紫外中繼鏡(6)進(jìn)入紫外探測(cè)器(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述反射 鏡組的凹面反射鏡(1)與凸面反射鏡(2)的半徑差值小于8XR^^，以減小系統(tǒng)場(chǎng)曲及像 散。
全文摘要
本發(fā)明涉及電暈探測(cè)技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)，是一種特別適用于240nm～280nm紫外譜段及460nm～610nm可見(jiàn)光譜段的雙譜段電暈探測(cè)折反射全景光學(xué)系統(tǒng)，包括敷有反射紫外光分光膜的紫外/可見(jiàn)光分束鏡、沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡的透射光路光軸設(shè)置的可見(jiàn)光中繼鏡和可見(jiàn)光探測(cè)器，沿紫外/可見(jiàn)光分束鏡的反射光路光軸設(shè)置的紫外中繼鏡和紫外探測(cè)器；在所述的紫外/可見(jiàn)光分束鏡的前方還設(shè)置一由具有中心孔的凹面反射鏡和凸面反射鏡構(gòu)成的共軸反射鏡組。該系統(tǒng)具有360°×(45°～90°)大視場(chǎng)、探測(cè)范圍廣、可提高探測(cè)效率的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路設(shè)備故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減輕人員操作負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)G02B5/10GK101710208SQ200910217900
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者王麗萍, 金春水 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所