Устройство для обнаружения и определения интенсивности коронного разряда и сопутствующего перегрева обследуемой области/предмета
APPARATUS FOR DETECTING AND DETERMINING INTENSITY OF CORONA DISCHARGE AND ACCOMPANYING OVERHEATING OF INVESTIGATED REGION/OBJECT

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к области приборов, предназначенных для обнаружения коронного или частичного разряда, открытого пламени, предназначенным для обнаружения и определения интенсивности коронного/частичного разряда, и может быть использовано для диагностики электрооборудования (воздушных линий, контактной сети железнодорожного транспорта, подстанций, обнаружения открытых очагов возгорания).
Известно (ЕР, патент 0651233, опубл. 03.05.2003) устройство для обнаружения коронного разряда. Устройство содержит оптическую систему, состоящую из объектива и спектрального фильтра, ультрафиолетовый приемник излучения и электронный блок обработки информации. Анод приемника излучения выполнен в виде матрицы 100×100 пикселей, размеры которой соответствуют размерам изображения пространства объектов на фотокатоде приемника. По координатам пикселя матрицы, на котором возникает сигнал от УФ источника излучения, находящегося в поле зрения устройства, однозначно определяются угловые координаты этого источника.
Недостатком устройства является его недостаточное удобство применения, обусловленное небольшим полем зрения (±4,5°).
Известен детектор коронного разряда (US, патент 5886344, опубл. 23.03.1999), который предназначен для дистанционной регистрации коронного разряда. Функционирование детектора заключается в том, что излучение от исследуемого объекта пропускают через оптическую систему, обеспечивающую прохождение ультрафиолетового излучения в заданном солнечно-слепом диапазоне и подавление излучения волн другой длины. Система линз, связанная с фильтром, обеспечивающим пропускание излучения исключительно УФ-диапазона, формирует изображение удаленного объекта.
Недостатком этого известного детектора является то, что с его помощью можно получить только изображение свечения коронного разряда. Получить какую-либо количественную информацию и сделать соответствующие выводы о состоянии изоляции элементов высоковольтных установок переменного тока невозможно.
Известен электронно-оптический дефектоскоп «Филин-6», (RU, патент 55480, опубл. 30.03.2006), который состоит из кварцевого длиннофокусного объектива с соответствующим полосовым или диспергирующим фильтром, электронно-оптического преобразователя, стробирующего устройства, аккумуляторного питания, источника опорного оптического сигнала для измерения амплитуды излучения, цифровой камеры с адаптером для присоединения к дефектоскопу.
Недостатком данного электронно-оптического дефектоскопа является необходимость проведения обследования электрооборудования (ЭО) на предмет наличия или отсутствия местных коронных разрядов только в темное время суток (освещенность до 100 люкс). Данный недостаток обуславливает повышенную опасность, стоимость и значительное неудобство проведения технической диагностики ЭО. Кроме того, данное устройство не позволяет в автоматическом режиме определять географические координаты и высоту над поверхностью земли мест коронных разрядов.
Известен (RU, патент 2612937, опубл. 13.03.2017) беспилотный авиационный комплекс для определения координат коронных разрядов, содержащий беспилотный летательный аппарат и наземный мобильный пункт контроля и управления, беспилотный летательный аппарат включает в себя несущий каркас, на котором в вершинах воображаемого многоугольника жестко зафиксированы по меньшей мере шесть электродвигателей с пропеллерами с контролируемой частотой вращения, причем диаметрально расположенные электродвигатели имеют встречное направление вращения, электродвигатели связаны с аккумулятором и компьютером, который связан с системой авиа наблюдения, приемником GPS/ГЛОНАСС, регулятором вращения электродвигателей, приемопередатчиком, акселерометром, компасом, альтиметром (высотомером), гироскопом, компьютер выполнен с возможностью управления частотой вращения электродвигателей, при этом обеспечивая горизонтальное положение летательного аппарата по сигналам акселерометра и гироскопа, обеспечивая изменение курса и высоты летательного аппарата по сигналам управления с наземного мобильного пункта контроля и управления, а также обеспечения контроля и управления летательным аппаратом на основании координат спутниковой навигационной системы по сигналам приемника GPS/ГЛОНАСС для выполнения в автоматическом режиме полетного задания с возвращением на взлетную площадку, причем система авиа наблюдения выполнена в виде ультрафиолетового пеленгатора на основе многоанодного фото умножителя.
Недостатком известного устройства следует признать невысокую точность определения характеристик коронного разряда. Известно (RU, патент 108151, опубл. 13.04.2011) устройство обнаружения и определения координат источников ультрафиолетового излучения, в том числе и коронного разряда, представляющее собой ультрафиолетовый пеленгатор, содержащее приемный объектив, спектральный фильтр, приемник излучения, ПЗС-матрицу, к выходу которой подключен электронный блок обработки сигнала, кроме того, в устройство введен проекционный объектив, установленный между приемником излучения и ПЗС-матрицей, при этом приемник излучения выполнен в виде электронно-оптического преобразователя с фотокатодом, чувствительным к ультрафиолетовому излучению.
Недостатком устройства является низкая производительность, невозможность определять в автоматическом режиме географические координаты и высоту над поверхностью земли мест коронных разрядов и невозможность регистрации амплитудно-временной характеристики коронного разряда.
Данный источник информации принят в качестве ближайшего аналога.
Техническая проблема, для решения которой предназначено разработанное устройство, состоит в расширении арсенала средств регистрации коронного разряда.
Технический результат, достигаемый в результате реализации разработанного устройства, состоит в обеспечении возможности обработки, в том числе в режиме полета (высота от 10 до 100 метров), данных от трех датчиков устройства (тепловизионный, визуальный, регистрации коронного разряда) на пульт управления с возможностью учета характеристик окружающей среды в местах, где проходит измерение.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство для обнаружения и определения интенсивности коронного разряда и сопутствующего перегрева обследуемой области/предмета, отличающееся тем, что оно содержит визуальный канал, выполненный в виде визуальной камеры с цифровым и оптическим увеличением, термо канал, представляющий собой матрицу чувствительностью температуры 0,5°С, принимающей сигнал в спектральном диапазоне 7,5…13 мкм и выполненный с возможностью преобразования указанного сигнала в цифровые данные, канал регистрации коронного разряда, включающий кварцевый блок, состоящий из кварцевой линзы, ионизационного датчика, установленного на моторизированной, снабженной электромотором для передвижения в горизонтальной плоскости, трубке-держателе, предназначенной для перемещения датчика, позволяя тем самым изменять угол приема УФ излучения путем отдалении/приближении ионизационного датчика к внутренней части линзы, систему управления, к входам которой подключены выходы каналов, выполненную с возможностью корректирования итоговых значений информационного сигнала, генерированного термоканалом, а также блок питания, выходы которого подключены к энергопотребляющим узлам устройства.
Устройство дополнительно может содержать датчик влажности и/или датчик температуры окружающей среды, выходы которых подключены к системе управления.
Блок-схема разработанного устройство в предпочтительном варианте реализации (носимый прибор, либо установлен на штативе) приведена на чертеже, при этом использованы следующие обозначения: 1 - УФ-модуль, 2 - модуль видеоканала, 3 - ИК-модуль, 4 - блок преобразования УФ-сигнала, 5 - приемник сигнала GPS, 6 - датчик температуры, 7 - датчик влажности, 8 - датчик атмосферного давления, 9 - процессор, 10 - модуль приемника GSM, 11 - Wi-Fi модуль, 12 - USB выход сопряжения с компьютером, 13 - модуль подключения SD-карты памяти, 14 - дисплей высокого разрешения, 15 - сенсорный экран, 16 - блок заряда аккумуляторной батареи, 17 - аккумулятор.
Разработанная камера способна выполнять обнаружение КР/дугового разряда/открытого племени (возгорания) (в случае необходимости с воздуха, устанавливаясь на БПЛА) находясь на расстоянии от 1 до 100 метров (максимальное расстояние может быть больше в зависимости от внешних факторов при проведении обследования). Для этого камеру перемещают вдоль обследуемой территории, фиксирует УФ детектором сигнал (коронный разряд) и его интенсивность (определяют качественную характеристику), в постоянном режиме происходит видеофиксация обследуемой области, проводят тепловизионное обследование. С использованием процессора и управляющего программного обеспечения обрабатывает все данные и в кодированной форме по радиоканалу на точку управления (оператору). Данные одновременно архивируются на носители камеры. Передача по радиосигналу может быть отключена. Передача данных может осуществлена на любое устройство, оснащенное радиоприемником и имеющее операционную систему Windows/Android/. Получаемые данные могут экспортироваться в файлы типа Exel, WordOffice. Питание камеры происходит от литий ионных аккумуляторов. Камера оснащена собственным управляющим ПО. Отображение видеоданных и скачивание архивной информации происходит посредством ПО устанавливаемого на пульте управления/рабочем месте оператора/сотрудника, использующего/обрабатывающего данные, зафиксированные модулем.
Полученные данные возможно интегрировать в административное программное обеспечение пользователя для формирования отчетов, статистических таблиц, архивирования, передачи в сопряженные отделы.
Разработанная камера обладает следующими функционалом.
- в состав входит три основных блока - УФ-канал, визуальный канал, термодетектор (термоканал);
- способна проводить видео и фотосъемку, в том числе фото высокого разрешения;
- измерять температуру окружающей среды, атмосферное давление и относительную влажность воздуха для учета этих пар метров при протоколировании результатов обследования непосредственно модулем;
- оснащена GPS и датчиком GLONASS, для определения точек координат участков, где обнаружена неисправность
- имеет влагозащищенный корпус;
- в модуль оснащен программным обеспечением способным отмечать на картографической основе (GoogleMaps) области обнаружения неисправностей при обследовании на протяженных участках;
- ПО обеспечение модуля позволяет сохранять качественные и количественные характеристики при обследовании; время обнаружения, данные GPS, Glonass, температуру, влажность, атмосферное давление, привязать к этим параметрам сделанные (оператором) фото;
- по умолчанию архивирует данные об обследовании;
- существует два режима работы уф датчика детектирования КР;
1 - Широкоугольный режим для инспекционного обследования;
2 - узко угольный для более детального обследования;
- возможность фиксации открытого пламени (не только КР и дуговые разряды) (например, очаги лесного пожара, несанкционированные бытовые/промышленные возгорания/костры;
- встроенный GSM модуль позволяет, при необходимости, передавать CMC-сообщения (например, при об открытом огне, критичном перегреве температурных значений при обследовании электрооборудования);
- существует разъем для интеграции (в случае необходимости) в ПО БВС;
- оснащена литий ионным/литий полимерным аккумулятором;
- модуль оснащен функцией Time-Line, т.е. сохраняемая видеодорожка имеет отметки на временной дорожке с местами обнаруженных в этот момент времени неисправностей;
Характеристики разработанного устройства:
- обладает тремя приемными каналами: визуальный канал, УФ канал, тепловизионный канал;
УФ-канал:
- уф детектор работает в режиме счета фотонов;
- модуль обладает солнечно слепым УФ-детектором, с возможностью изменения фокуса;
- область спектральной чувствительности УФ канала - 185-280 нм;
- расстояние до точки обнаружения сигнала УФ детектором 100 метров.
- моторизированной объектив;
- точечное обнаружение источника КР;
Визуальный канал:
- фото высокого разрешения (5 мега пикселей);
- видеосъемка;
- цифровой и оптический зум;
- автофокус;
Тепловизионный канал:
- определение теплового значения объекта обследования в диапазоне от -25 до + 60 градусов Цельсия;
- возможность использования без применения УФ и визуального канала;
- отображение данных в реальном времени.