抗干擾潛望式紅外線外擴工具的研制

李超平

（廣東電網有限責任有限公司江門新會供電局，廣東江門 529000）

1 研究背景

電力營銷管理工作中集抄和用電檢查工作是經營管理效益體現的一個重要環節。采集數據的真實性、準確性、時效性直接關系到用電檢查和抄核收工作質量的好壞。在當前電能計量裝置管理過程中往往需要使用手持式終端通過紅外通信對電能表電量信息、電氣量（電流、電壓等）、事件記錄及內置時鐘等數據進行采集記錄，以現場采集的數據為依據，以便制定針對性的電能計量裝置維護策略，提高電能計量裝置維護效率，提升電力企業服務質量。

紅外通信具有直觀、操作簡便、可靠性高等優點，也是現場采集電能表數據中使用最為普遍的一種通信方式[1]（圖1）。但是，居民電能表大多數安裝于多位表箱中，布局相對緊湊，部分電能表安裝過高，表箱前空間狹小，難以操作，導致紅外信號相互干擾，嚴重妨礙紅外點對點通信，造成數據串位，從而影響工作效率。手動輸入電能表地址進行點對點通信工作效率低，不適用于開展大規模排查工作。

圖1 紅外通信原理

為解決紅外通信數據采集效率低的問題，發揮紅外通信在數據采集方面的優勢，開發一種在復雜嚴苛環境下提高紅外通信準確率的工具。

2 可行性分析

2.1 紅外線遵循光的反射特性

紅外原理就是利用可見紅光光譜之外的不可見光，因為紅外線也是光的一種，因此同樣具有光的特性——無法穿越不透光的物體。按照波長的大小，紅外波段可以分為3 個不同的區域：近紅外區（波長0.75～2.5 μm）、中紅外區（波長2.5～25 μm）和遠紅外區（波長25～1000 μm）。紅外通信則是利用950 nm 近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。

由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應用在需要短距離無線通信的場合，進行點對點的直線數據傳輸。紅外線技術指向性差、容易受干擾。但是紅外線反射時也遵循光的反射規律。根據這一特性，設計一個封閉的傳輸結構，管內壁使用紅外高反射低吸收材料，為其創造一個良好的反射條件，降低紅外信號衰減，增強數據接收的有效性。

2.2 潛望鏡結構原理

潛望鏡本是指從海面下伸出海面或從低洼坑道伸出地面，用以窺探海面或地面上活動的裝置。其構造與普通地上望遠鏡相同，潛望鏡的原理是利用兩個反射鏡使物光經兩次反射而折向眼中。潛望鏡之所以可以從下邊看到上面，而且十分清楚，是因為兩塊平面鏡互相平行，且都與水平方向成45°，景象通過平面鏡的兩次反射成像，從而從下邊可以看到上面的景象[2]。借助潛望鏡結構原理，根據光的反射特性，可以將其延伸應用到短距離紅外通信中。在復雜的數據采集現場，無論是電表安裝高度過高、角度刁鉆，還是操作空間狹小，都可以應用該結構調整角度適應采集現場，實現抄表終端與對應的采集電表實現準確對接，實現一對一準確紅外通信接收數據。

由于近紅外線波長較短、衍射能力差，在其有效傳輸距離內加裝非透明管狀通道，通過管狀工具屏蔽紅外線散射，為點對點紅外通信創造專屬的物理通信通道。在普通潛望鏡的基礎上進行優化設計，將班員日常相關工作中遇到的困境進行總結分析，以實際需求為出發點，將工具外形修整為潛望鏡結構，底部可以將手持終端固定，以便穩定的接收數據。工具小型化設計，可以采用軟管結構，也可以對其伸縮旋轉調整，以便在各種高差環境、狹窄環境下實現紅外通信。

3 效益分析

3.1 提高大規模排查效率

用電檢查等大規模篩查工作對于班員個體的工作效率是一項很大的考驗，傳統方式下需要攜帶簡易爬高工具才能完成，即費時費力又增加了危險性。

從實際工作需要出發，考慮到其使用條件多為單人使用，對此，工具的設計必須滿足單人操作的條件。該工具小型化設計，結構簡單且可伸縮折疊，方便攜帶。由于技術原理簡單無需培訓，可以實現單人操作，減少人員占用。在電能表批量檢查開蓋記錄、采集指定日期抄表數據等用電檢查和抄核收工作中完全消除了傳統的數據采集方式對同一個工作任務需多次采集才能完成的弊病，大幅提高了大規模排查的工作效率。

3.2 提高數據獲取的準確性

傳統數據采集方式中，人員需手持終端對準電表紅外通信接口，由于紅外線遇障礙物不能穿透，所以必須在短距離內傳輸，通常距離為0.2～1.0 m，造成了極大的接收不穩定性和數據差錯率。

在紅外線其傳輸路徑上增加了管狀導光通道，用于提高紅外線接收信號強度并抑制相鄰電表的干擾。該裝置主要是利用一個光學導光筒作為紅外線或其他可見光的反射面，利用光的多次反射向內匯集來自近方向的信號，以提高紅外線接收模塊接收信號強度，同時可利用該光學導光筒的長度及張角控制通信范圍。通過上述方式，可排除干擾、增強接收信號的強度和信號接收角度，達到數據采集準確的目的。

3.3 解決高差環境、狹小空間的紅外通信

由于城區多為住戶集中式表箱，電表之間相互距離較近，而且很多商戶、車房鋪和充電樁電表是單獨安裝在一個表箱里，這就導致現場環境存在很多電表高度過高、位置刁鉆和空間狹小等問題，由于紅外線發射角度一般不超過30°，所以可控性比較小，發送接收方的位置要求相對固定，移動性差，加之缺乏相應的輔助工具，在用手持終端直接采集的情況下會出現很多不便。

該工具小型化設計，加入可伸縮機構、旋轉機構，適合多情景應用；接頭可適配多種手持終端，適用面廣；關鍵部件采用3D打印技術一體成型，可采用軟管結構，勝任多種復雜的現場環境，更方便狹小空間下操作，可靠性高（圖2）。

圖2 裝置結構

裝置內壁采用一種可以反射紅外線的黑褐色顏料，將Fe2O3、Cr2O3、CoO、Al2O3和反應控制劑按一定質量百分比稱量后放入球磨機中混合研磨均勻，將研磨后的混合物在1000 ℃下煅燒6～8 h，冷卻后再放入球磨機中磨成粉體。該黑褐色顏料具有良好的紅外線反射性能，添加到涂料中制成隔熱涂料[3]。

3.4 高強度絕緣材料防觸電

“安全第一、預防為主”。安全，對于電力生產企業來說是一個永恒不變的生命線，是企業賴以生存和發展的基礎。當前作業現場有很多老城區舊金屬表箱的接地存在安全隱患以及安全通道和工作空間不足等情況，然而數據采集多是單人操作，有一定程度的觸電風險，工器具的絕緣性能則顯得尤為重要。因此，在設計這種外擴工具時首先把員工作業安全擺在第一位，工具采用高強度絕緣外殼，以防誤觸表箱內帶電部分和規避表箱漏電的危險。

4 結束語

對于電網企業，數據采集和用電檢查是一項力求準確、高效的大規模工作，其準確性和采集效率直接決定工作質量的好壞。在綜合考慮當前基層采集工作的不足之處，工作效率和準確率尚有很大的提升空間，從實際工作需要出發設計抗干擾潛望式紅外線輔助工具，因其操作簡便、無須復雜的電氣理論基礎及豐富的反竊電工作經驗也可開展，在試驗階段準確高效地完成了多種復雜苛刻環境下的數據采集工作，進一步完善后也使得城區反竊電普查工作變為可能。