[發明專利]一種測距方法

在審

• 申請號: 201710835263.8
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107655413A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 申巖;張國慶;葛津銘;李洪波;劉勁松;韓月;劉芮彤;楊璐羽;楊瀅璇;范維
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B7/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 岳昕

技術領域

本發明涉及光學非接觸式微位移測量技術，屬于電力系統計量與保護領域。

背景技術

電流互感器是電力系統建設和運行的重要一次設備，為系統地控制和保護提供準確可靠的測量信息，其運行可靠性和測量準確性直接關系到電力系統的安全穩定運行。隨著輸電技術的快速發展，超特高壓輸電工程日益增多，電力系統的運行狀況需要被牢牢的掌控，這就需要更先進更符合要求的電流傳感器來完成這項任務。

隨著電力工業的發展，近年來科研人員把目光主要聚焦到了研究新型光學電流傳感器。按其所應用的材料來劃分，目前系統中應用且研究較多的光學電流傳感器主要分為三種。一種是以重火石玻璃為代表的傳感器，另一種是以光纖作為傳感材料的傳感器。這兩種材料都具有法拉第旋光特性，即將該材料置于由輸電線路所產生的磁場中，讓一束線偏振光通過該材料，由于法拉第旋光效應，在材料中的線偏振光角度將發生一定偏轉，偏轉的角度與磁場強度呈線性關系。因此可以通過探測出射光偏轉角度監測電流強度。第三種是由光纖布拉格光柵與GMM棒結合起來構成的光學電流傳感器。其機理是：將GMM與光纖布拉格光柵沿棒方向粘貼在一起從而同步兩種材料的應變，通過測量光柵的波長偏移量，反推其應變大小，從而獲得產生磁場的待測直流電流的大小。

然而這三種光學電流傳感器共同的不足之處有三點：一是測量精度的溫度漂移問題是光學電流傳感器的世界技術難題；二是整體結構較為復雜，除了光的雙折射對輸出結果有影響，光電設備本身也會對最后的數字信號結果產生影響；三是傳感器的輸出終端都是數字信號，只能通過數字信號對輸電線路進行監測，發生故障無法直接進行保護動作。

由于光學電流傳感器檢測精度低，從而導致相應的測距系統測距精度低。

發明內容

本發明是為了解決現有測距方法測量精度低的問題，本發明提供了一種測距方法。

一種測距方法，所述測距方法是基于測距系統實現的，該測距系統包括非接觸式磁場傳感單元、光學收發系統、光電傳感器件和信號處理單元；

非接觸式磁場傳感單元，用于感應被測輸電線路的磁場，并根據磁場的變化產生軸向的伸縮，從而使非接觸式磁場傳感單元的輸出棒移動；

光學收發系統發出的光入射到輸出棒的頂端，經輸出棒的頂端漫反射后，通過光學收發系統入射至光電傳感器件，光電傳感器件進行光電轉化后，輸出的電流通過信號處理單元進行處理，信號處理單元根據接收電流的變化，獲得光電傳感器件上的入射光點距離其光敏面中心間的距離x，進而獲取非接觸式磁場傳感單元感應被測輸電線路的磁場后輸出棒移動的距離；

所述光學收發系統包括激光器、準直透鏡、接收透鏡和光學玻璃；

激光器發出的光經光學玻璃透射后，垂直入射到輸出棒的頂端，經輸出棒的頂端漫反射后，依次經光學玻璃和接收透鏡透射后，入射至光電傳感器件；

光電傳感器件的光敏面中心與接收透鏡的中心和光學玻璃上的入射光點在一條直線上；

激光器軸線延長線、接收透鏡主平面所在的平面和光電傳感器件的光敏面所在的平面，三者交于一點，且滿足

a為光電傳感器件的光敏面中心到接收透鏡主平面之間的距離；

b為收透鏡主平面與光學玻璃上的入射光點間的距離；

f為接收透鏡的焦距；

該方法包括如下步驟：

步驟一：激光器發出的光經光學玻璃透射后，垂直入射到輸出棒的頂端，經輸出棒的頂端漫反射后，依次經光學玻璃和接收透鏡透射后，入射至光電傳感器件；

步驟二：光電傳感器件對接收的入射光進行光電轉化后，輸出電流I₁和I₂；

步驟三：信號處理單元對接收的電流I₁和I₂轉化為電壓V₁和V₂后，再進行解算處理，獲得光電傳感器件上的入射光點距離其光敏面中心間的距離x；

其中，

L為光電傳感器件的光敏面總長度，V₂為電流I₂轉換后的電壓，V₁為電流I₁轉換后的電壓；

步驟四：將距離x代入下述公式中，獲得輸出棒與光學玻璃間的距離y，

其中，

α為光電傳感器件的光敏面中心、接收透鏡的中心和光學玻璃上的入射光點三者所形成的直線與被測物面法線間的夾角；