一種具有近電預警功能的新型無人機的研制

張 威 納 森 孟 賀

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東江門529000）

0 引言

當前，消費級無人機市場已經有采用雙目測距法、具備自動避障功能的無人機，但其在電力系統(tǒng)內應用時，經過多次試驗發(fā)現(xiàn)，搭載自動避障功能的無人機不能完全有效避開電線、電桿、鐵塔等電力設備，以致電力系統(tǒng)的無人機操控人員因對帶電體距離判斷失誤或誤操作而誤碰帶電體的事件時有發(fā)生。

為有效避免無人機誤碰帶電體，保障電力線路設備安全穩(wěn)定運行，使無人機更安全可靠地應用在電力設備各類巡視中，本文提出通過在無人機上搭載近電預警專業(yè)集成電路，達到當無人機與帶電部位距離過近時向地面飛手發(fā)送預警信號，以使其及時調整無人機飛行姿態(tài)及位置的目的。該新型無人機不僅能有效避免無人機誤碰帶電體，同時可利用其非接觸驗電電子模塊作為飛行驗電器。

1 項目技術方案與實施

項目的具體技術方案如下：如圖1所示，一種具有近電預警功能的新型無人機，包括無人機本體1、近電預警模塊2、近電預警模塊的探測天線3、傳輸天線5、報警音傳輸模塊6、云臺相機7、報警音接收模塊以及信號接收裝置，還有圖中沒有標明的無人機模塊整體外殼4。

圖1 新型無人機連接關系圖

具有近電預警功能的新型無人機實物模型如圖2所示。無人機本體1用于搭載近電預警模塊。近電預警模塊2、報警音傳輸模塊6設于無人機本體1上。近電預警模塊2包括探測天線3、報警發(fā)生器，探測天線3與報警發(fā)生器電氣連接。近電預警模塊2用于收集環(huán)境中由高壓輸電線產生的電磁波信號，并發(fā)出報警信號。該模塊耗電量極小，因此使用內置紐扣電池的方式供電，減少外部供電使用的線材，使模塊整體更加簡潔美觀。報警音傳輸模塊6用于采集近電預警模塊2發(fā)出的報警信號，將報警信號轉換為無線信號傳輸給報警音接收模塊。報警音接收模塊設于信號接收裝置上，用于接收報警音傳輸模塊6發(fā)出的無線信號。

圖2 新型無人機整體結構圖

探測天線3包括信號采集模塊和濾波器，信號采集模塊與濾波器電氣連接，濾波器與報警發(fā)生器電氣連接。采集到的電磁波信號經過濾波器后，僅保留50 Hz的工頻信號，可防止其他信號干擾測量結果，降低誤報率。

報警音傳輸模塊6包括預警采集模塊、信號轉換模塊，預警采集模塊用于采集報警發(fā)生器發(fā)出的報警信號，將報警信號傳輸給信號轉換模塊。信號轉換模塊用于將報警信號轉換為無線傳輸信號，并發(fā)送給報警音接收模塊。報警音傳輸模塊6工作在433 MHz頻段，避免了無人機的信號干擾以及高壓線產生的信號干擾。報警音傳輸模塊6上還設有傳輸天線5，該天線為50 Ω的433 MHz無線傳輸天線，報警音無線傳輸模塊的無線傳輸信號通過天線發(fā)送出去。無線傳輸天線5與報警音傳輸模塊6的工作頻率相同，可以有效避免信號傳輸過程中高壓線產生的信號干擾，提高傳輸效率。

信號接收裝置上設有警示燈和蜂鳴器，警示燈、蜂鳴器分別與報警音接收模塊電氣連接。當報警音接收模塊接收到報警信號后，將信號再傳遞給警示燈和蜂鳴器，報警燈亮，蜂鳴器發(fā)出警報聲，操作人員看到警示燈或聽到警報聲便能知道無人機靠近輸電設備，可調整無人機運行線路，及時避開。信號接收裝置上還設有顯示屏。信號接收裝置接收到報警信號后，報警信號可在顯示屏上顯示。無人機上還設有云臺相機7，云臺相機7通過無線網絡與信號接收裝置連接。云臺相機7用于提供實時畫面給地面操作人員，地面操作人員可通過信號接收裝置的顯示屏觀看無人機飛行畫面，方便操控無人機。

在一些實施例中，還包括外殼4，其通過螺絲將近電預警模塊以及無線傳輸模塊包裹成一個整體，實現(xiàn)密封連接。近電預警模塊2、報警音傳輸模塊6設于外殼4內，外殼4固定于無人機本體1上。將近電預警模塊2、報警音傳輸模塊6設于外殼4內，可避免外部影響，提高近電預警模塊2與報警音傳輸模塊6之間的信號傳輸效率。其中，外殼4上設有透氣孔。加強了外殼4內的空氣流通，可有效防止裝置在工作過程中過熱導致報警失效。

在一些實施例中，還包括電源，近電預警模塊2、報警音傳輸模塊6分別與電源連接，電源設于外殼4內。電源采用充電鋰電池或普通電池；電池可內置于近電預警模塊2、報警傳輸模塊6內，減少無人機外部線路，使得無人機內部線路更為簡潔。

2 項目應用與效果分析

2.1 項目具體應用

操作人員操作無人機飛行，當靠近輸電線路時，傳輸天線5和探測天線3上的信號采集模塊便能及時采集到電磁波信號，將電磁波信號傳遞給濾波器，濾波器僅保留電磁波信號50 Hz工頻信號，防止其他信號干擾測量結果；同時報警發(fā)生器發(fā)出報警信號；報警音傳輸模塊6上設置的預警采集模塊采集報警信號，經信號轉換器將報警信號轉換為無線信號，通過傳輸天線5將無線信號發(fā)射給信號接收裝置；信號接收裝置內設有報警音接收模塊，可及時接收報警音傳輸模塊6發(fā)出的無線報警信號；同時通過警示燈、蜂鳴器提醒操作人員，并將報警信號在顯示屏上顯示；操作人員接收到報警信號后，可通過顯示屏觀看無人機上的云臺相機7實時傳輸的無人機周圍的畫面，調整無人機飛行線路，及時避開輸電線路等電力設備，避免無人機撞擊輸電線路等電力設備，提高無人機工作效率。

2.2 項目應用效果

該新型無人機最關鍵的技術在于：（1）將近電預警裝置與無人機相結合，通過在合理的位置安放天線，實現(xiàn)精準檢測高壓輸電線感生電磁場的功能。近電預警電子模塊2通過檢測環(huán)境中高壓輸電線路的感生磁場實現(xiàn)近電預警的功能，且可通過不同電壓等級設定不同距離觸發(fā)報警信號。（2）該新型無人機根據不同電壓等級，設定不同的距離觸發(fā)值，需不斷優(yōu)化集成電路，克服各類干擾信號，通過反復試驗，使無人機在同一電壓等級臨近帶電體時觸發(fā)預警信號的距離值保持穩(wěn)定。通過無線傳輸模塊采集報警音并傳輸至地面端，實時通知地面操作人員，有效保護無人機飛行安全。（3）外殼的下部設有透氣孔，可有效防止裝置在工作過程中過熱導致報警失效。（4）近電預警裝置通過內置電池的方式減少外部連線，使得無人機內部線路更為簡潔。（5）外殼兩部分采用斜分斷面的形式，保證電流互感器固定在外殼后其開口還能夠完全打開，有利于安裝。

3 結語

該新型無人機將近電預警裝置與無人機相結合，通過在合理的位置安放天線，實現(xiàn)精準檢測高壓輸電線感生電磁場的功能；同時，通過無線傳輸模塊采集報警音并傳輸至地面端，實時通知地面操作人員，有效保護無人機飛行安全。