一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置及方法

1.本发明属于杆件防腐领域的无人机装置及方法，尤其是涉及了一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置及方法。

背景技术：

2.当前我国输电塔普遍采用性价比较高的钢结构，并且在防腐方面一般采用热镀锌的方式完成。而我国现有的输电铁塔往往在经过多年使用之后，虽然仍然可以保证基本的输电安全，但是其使用寿命却因为多种因素所导致的腐蚀问题而下降明显。输电杆塔腐蚀影响到接地电阻以及其结构的稳定性，可能会导致在恶劣天气情况下发生倒塔事故，破坏电网供电可靠性。
3.当前我国现场测量输电塔杆件的腐蚀的方法主要是磁感应测量法，即采用涂层测厚仪，将仪器的磁性触头置于铁塔表面，通过测量磁头与钢铁材质之间的间隙来测量构件的涂层厚度。该法可较为准确地测量磁性金属体上非磁性涂层的厚度，目前得到了较为广泛的应用。然而，由于实际工程中输电铁塔的腐蚀位置并不固定，对于电塔高处腐蚀的测量仍旧是一个难题，人工攀爬上去测量存在着不小的安全隐患，现有技术缺少一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置来解决此问题。

技术实现要素：

4.为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供在实际环境下一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置及方法，可直接获得输电塔高处不同位置的腐蚀厚度，进行实现对输电塔杆件腐蚀程度的测量，为输电塔的抗腐蚀设计提供依据。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一、一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置，包括无人机，无人机主要由无人机壳体、旋转臂、叶片、摄像头和固定块组成，四个叶片分别通过四个旋转臂连接在无人机壳体的外侧壁，摄像头固定连接在无人机壳体前端的底部，固定块固定连接在无人机壳体的下表面，装置还包括监测模块和固定板，监测模块和无人机的固定块之间通过固定板机械连接。
7.所述的监测模块包括测厚仪外壳、探头、译码器、信号单元、处理器、伸缩杆和连接部件；
8.译码器、信号单元和处理器均安装在测厚仪外壳的内部，译码器和信号单元均通过电线与处理器电连接，译码器和信号单元之间通过电线电连接，伸缩杆的一端伸进测厚仪外壳内部与处理器固定连接，伸缩杆的另一端通过连接部件与若干个探头连接，各个探头沿着垂直于伸缩杆长度方向等间距间隔布置；
9.四个固定板焊接在测厚仪外壳的上表面，各个固定板之间连接形成一体式的固定框，固定块内嵌在固定框的上部。
10.所述的连接部件包括两个连接块和转轴，转轴安装在两个连接块之间，靠近探头
的一个连接块与转轴固定连接，靠近伸缩杆的另一个连接块与转轴同轴可旋转地活动连接。
11.所述的信号单元外接可编程控制系统，每个探头均通过电线与处理器电连接。
12.所述的探头通过伸缩杆进行伸缩长度调节探头通过转轴进行角度调节。
13.二、应用于装置的一种监测方法，具体步骤如下：
14.步骤1：根据待测输电塔杆件的形状和倾斜角度，调节监测模块中探头的伸缩长度和旋转角度，同时将监测模块中的信号单元外接可编程控制系统；
15.将无人机分别与图像采集设备和遥控设备相连接，然后利用遥控设备控制无人机起飞并带动监测模块飞行至输电塔杆件附近；
16.步骤2：无人机飞行至输电塔杆件附近后，无人机中的摄像头将输电塔杆件的图像数据实时传送到图像采集设备中，利用摄像头定位出输电塔杆件上发生腐蚀的位置；
17.步骤3：定位出输电塔杆件上发生腐蚀的位置后，利用可编程控制系统控制监测模块，获取输电塔杆件上腐蚀位置处的腐蚀厚度，进而实现对输电塔杆件的腐蚀程度测量。
18.所述的步骤3具体为：
19.可编程控制系统将操作命令信号传输给信号单元，信号单元中的操作命令信号经译码器编译后传输给处理器进行处理，经处理器处理后的操作命令信号再控制探头获取输电塔杆件上发生腐蚀位置处的腐蚀厚度，根据腐蚀厚度判断输电塔杆件的腐蚀程度，进行实现对输电塔杆件腐蚀程度的测量。
20.本发明的有益效果为：
21.1、本发明可以测试输电塔高处杆件不同位置的腐蚀程度，实现实际环境下不同形式、不同来流风速下的输电塔整体杆件腐蚀程度的测量。
22.2、本发明中无人机自带的摄像头可以很清晰地观察到输电塔杆件腐蚀的位置，工作人员可以通过可编程控制器将操作命令传输给信号单元，再由译码器执行命令，从而实现远程遥控探头来测量输电塔杆件的腐蚀程度。
附图说明
23.图1是本发明的装置示意图；
24.图2是本发明的测厚仪外壳内部结构示意图；
25.图3是本发明图1中a处的结构放大示意图；
26.图4是本发明的固定块与固定板连接结构示意图。
27.图中：1、无人机壳体；2、旋转臂；3、叶片；4、摄像头；5、测厚仪外壳；6、探头；7、译码器；8、信号单元；9、电线；10、处理器；11、伸缩杆；12、连接块；13、转轴；14、固定块；15、固定板；16、螺栓。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
29.图1所示，装置包括无人机，无人机主要由无人机壳体1、旋转臂2、叶片3、摄像头4和固定块14组成，四个叶片3分别通过四个旋转臂2连接在无人机壳体1的外侧壁，摄像头4固定连接在无人机壳体1前端的底部，固定块14固定连接在无人机壳体1的下表面，装置还
包括监测模块和固定板15，监测模块和无人机的固定块14之间通过固定板15机械连接。
30.如图2所示，监测模块包括测厚仪外壳5、探头6、译码器7、信号单元8、处理器10、伸缩杆11和连接部件；
31.译码器7、信号单元8和处理器10均安装在测厚仪外壳5的内部，译码器7和信号单元8均通过电线9与处理器10电连接，译码器7和信号单元8之间通过电线9电连接，伸缩杆11的一端伸进测厚仪外壳5内部与处理器10固定连接，伸缩杆11的另一端通过连接部件与若干个探头6连接，各个探头6沿着垂直于伸缩杆11长度方向等间距间隔布置，探头6用于获得输电塔高处不同位置处的腐蚀数据，即腐蚀厚度；
32.如图3和图4所示，四个固定板15焊接在测厚仪外壳5的上表面，各个固定板15之间通过螺栓16连接形成一体式的固定框，固定块14内嵌在固定框的上部。
33.连接部件包括两个连接块12和转轴13，转轴13安装在两个连接块12之间，靠近探头6的一个连接块12与转轴13固定连接，靠近伸缩杆11的另一个连接块12与转轴13同轴可旋转地活动连接，转轴13可沿着测厚仪外壳5的周向转动，探头6通过连接块12与转轴13固定连接，因此转轴13能带动探头6沿着测厚仪外壳5的周向转动，以调控探头6的旋转角度。
34.伸缩杆11和转轴13分别用于调节探头6的伸缩长短和旋转角度，调节好探头6的伸缩长短和旋转角度之后，无人机因叶片3的旋转带动监测模块飞在空中，摄像头4可以精准地定位出输电塔杆件上发生腐蚀的位置，工作人员可以通过可编程控制系统将操作命令信号传输给信号单元8，信号单元8中的操作命令信号经译码器7编译后传输给处理器10进行处理，处理后的操作命令信号再控制探头6获取输电塔杆件上发生腐蚀位置处的腐蚀厚度，从而实现远程遥控探头6来测量输电塔杆件的腐蚀程度。
35.信号单元8外接可编程控制系统，每个探头6均通过电线9与处理器10电连接。
36.探头6通过伸缩杆11进行伸缩长度调节，从而方便操作，避免叶片3打到输电塔杆件，探头6通过转轴13进行角度调节，以适应不同斜率的输电塔杆件。
37.处理器10、译码器7和信号单元8共同构成了一个无线遥控模块，无线遥控模块用于获取输电塔杆件上发生腐蚀位置处的腐蚀厚度。
38.监测模块通过固定板15和螺栓16与无人机连接组成可拆卸结构，监测模块可以在无人机的底部进行拆卸，不影响无人机其他用途的使用。
39.探头6通过伸缩杆11与测厚仪外壳5内部的处理器10连接构成可伸缩结构，探头6通过连接块12与转轴13连接构成可旋转结构。
40.一种应用于无人机装置的监测方法，具体步骤如下：
41.步骤1：根据待测输电塔杆件的形状和倾斜角度，调节监测模块中探头6的伸缩长度和旋转角度，同时将监测模块中的信号单元8外接可编程控制系统；
42.将无人机分别与图像采集设备和遥控设备相连接，然后利用遥控设备控制无人机起飞并带动监测模块飞行至输电塔杆件附近；
43.步骤2：无人机飞行至输电塔杆件附近后，无人机中的摄像头4将输电塔杆件的图像数据实时传送到图像采集设备中，利用摄像头4定位出输电塔杆件上发生腐蚀的位置；
44.步骤3：定位出输电塔杆件上发生腐蚀的位置后，利用可编程控制系统控制监测模块，获取输电塔杆件上腐蚀位置处的腐蚀厚度，进而实现对输电塔杆件的腐蚀程度测量。
45.将不同位置的腐蚀厚度作为有限元模型的输入数据，通过有限元模型中的腐蚀厚
度来研究输电塔不同部位，不同腐蚀程度对输电塔倒塌模式及失效风速的影响，为输电塔的抗腐蚀设计提供依据。
46.步骤3具体为：
47.可编程控制系统将操作命令信号传输给信号单元8，信号单元8中的操作命令信号经译码器7编译后传输给处理器10进行处理，经处理器10处理后的操作命令信号再控制探头6获取输电塔杆件上发生腐蚀位置处的腐蚀厚度，根据腐蚀厚度判断输电塔杆件的腐蚀程度，腐蚀程度随着腐蚀厚度的增大而增大，进行实现对输电塔杆件腐蚀程度的测量。

技术特征：

1.一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置，包括无人机，无人机主要由无人机壳体(1)、旋转臂(2)、叶片(3)、摄像头(4)和固定块(14)组成，四个叶片(3)分别通过四个旋转臂(2)连接在无人机壳体(1)的外侧壁，摄像头(4)固定连接在无人机壳体(1)前端的底部，固定块(14)固定连接在无人机壳体(1)的下表面，其特征在于：还包括监测模块和固定板(15)，监测模块和无人机的固定块(14)之间通过固定板(15)机械连接。2.根据权利要求1所述的一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置，其特征在于：所述的监测模块包括测厚仪外壳(5)、探头(6)、译码器(7)、信号单元(8)、处理器(10)、伸缩杆(11)和连接部件；译码器(7)、信号单元(8)和处理器(10)均安装在测厚仪外壳(5)的内部，译码器(7)和信号单元(8)均通过电线(9)与处理器(10)电连接，译码器(7)和信号单元(8)之间通过电线(9)电连接，伸缩杆(11)的一端伸进测厚仪外壳(5)内部与处理器(10)固定连接，伸缩杆(11)的另一端通过连接部件与若干个探头(6)连接，各个探头(6)沿着垂直于伸缩杆(11)长度方向等间距间隔布置；四个固定板(15)焊接在测厚仪外壳(5)的上表面，各个固定板(15)之间连接形成一体式的固定框，固定块(14)内嵌在固定框的上部。3.根据权利要求2所述的一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置，其特征在于：所述的连接部件包括两个连接块(12)和转轴(13)，转轴(13)安装在两个连接块(12)之间，靠近探头(6)的一个连接块(12)与转轴(13)固定连接，靠近伸缩杆(11)的另一个连接块(12)与转轴(13)同轴可旋转地活动连接。4.根据权利要求2所述的一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置，其特征在于：所述的信号单元(8)外接可编程控制系统，每个探头(6)均通过电线(9)与处理器(10)电连接。5.根据权利要求2所述的一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置，其特征在于：所述的探头(6)通过伸缩杆(11)进行伸缩长度调节探头(6)通过转轴(13)进行角度调节。6.一种应用于权利要求1-5任一所述装置的监测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：根据待测输电塔杆件的形状和倾斜角度，调节监测模块中探头(6)的伸缩长度和旋转角度，同时将监测模块中的信号单元(8)外接可编程控制系统；将无人机分别与图像采集设备和遥控设备相连接，然后利用遥控设备控制无人机起飞并带动监测模块飞行至输电塔杆件附近；步骤2：无人机飞行至输电塔杆件附近后，无人机中的摄像头(4)将输电塔杆件的图像数据实时传送到图像采集设备中，利用摄像头(4)定位出输电塔杆件上发生腐蚀的位置；步骤3：定位出输电塔杆件上发生腐蚀的位置后，利用可编程控制系统控制监测模块，获取输电塔杆件上腐蚀位置处的腐蚀厚度，进而实现对输电塔杆件的腐蚀程度测量。
7.根据权利要求6所述装置的监测方法，其特征在于：所述的步骤3具体为：可编程控制系统将操作命令信号传输给信号单元(8)，信号单元(8)中的操作命令信号经译码器(7)编译后传输给处理器(10)进行处理，经处理器(10)处理后的操作命令信号再控制探头(6)获取输电塔杆件上发生腐蚀位置处的腐蚀厚度，根据腐蚀厚度判断输电塔杆件的腐蚀程度，进行实现对输电塔杆件腐蚀程度的测量。

技术总结

本发明公开了一种用于检测输电塔高处杆件腐蚀的无人机装置及方法。叶片通过旋转臂连接在无人机壳体的外侧壁，摄像头固定连接在无人机壳体的前端，固定块固定连接在无人机壳体的下表面，译码器和信号单元均通过电线与处理器电连接，译码器和信号单元之间通过电线连接，伸缩杆的一端与处理器固定连接，伸缩杆的另一端通过连接部件与探头连接，测厚仪外壳和固定块之间通过固定板机械连接，方法包括无人机起飞后带动监测模块飞行至输电塔杆件附近、定位输电塔杆件发生腐蚀的位置、获取输电塔杆件上腐蚀位置处的腐蚀厚度。本发明可以测试输电塔高处杆件不同位置的腐蚀程度，实现实际环境下不同形式、不同来流风速下的输电塔杆件腐蚀程度的测量。蚀程度的测量。蚀程度的测量。