[发明专利]一种紫外成像故障检测系统

说明书

本发明涉及紫外成像技术领域，且公开了一种紫外成像故障检测系统，包括依次设置的超表面透镜、探测器和信号发射系统，所述超表面透镜包括基片及其上的具有相同的高度、不同横截面尺寸的微纳结构形成的阵列，通过超表面透镜将故障点电晕放电发出的紫外光聚焦，并由探测器收集，而后传递给信号发射系统，利用厚度小、重量轻、平面构型的单片超表面透镜替代多个透镜组合，一方面能够实现紫外成像功能、并利用紫外成像检测电晕放电、进而判断潜在故障点，另一方面能够实现系统的小型化，从而有利于应用于无人机智能巡检等场景中，或搭载在电网设备或线路中。

技术领域

本发明涉及紫外成像技术领域，具体为一种紫外成像故障检测系统。

背景技术

故障及时检测是保证电网供电质量的有力手段。采用成像方法检测电网故障具有三大优势，一方面可以在不断电的情况实施检测，另一方面易于判断故障点，此外检测本身不会损伤电网设备或线路。故障形成早期的电晕放电，其发光谱段为紫外波段。通过紫外成像方法来检测电晕放电，可在故障形成早期发现潜在故障点。然而，传统的紫外成像探测系统中，其光学镜头包含多个透镜的组合，其体积和重量较大，不利于广泛应用于无人机智能巡检等场景中，也不利于搭载在电网设备或线路中，为此我们提出了一种紫外成像故障检测系统。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种紫外成像故障检测系统，解决了上述的问题。

(二)技术方案

为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种紫外成像故障检测系统，包括依次设置的超表面透镜、探测器和信号发射系统，所述超表面透镜包括基片及其上的具有相同的高度、不同横截面尺寸的微纳结构，多组所述微纳结构在基片的侧面形成阵列，所述探测器设置在超表面透镜对应阵列的一侧；

所述基片设置在信号发射系统背离超表面透镜的一侧，所述超表面透镜、探测器和信号发射系统的设计方法包括以下步骤：

S1：根据电晕放电发光波段确定工作波段，并相应选取探测范围涵盖该工作波段的探测器，确定超表面透镜的口径和焦距；

S2：根据紫外光经超表面透镜聚焦于探测器的焦平面处这一成像要求，及超表面透镜的工作波段、口径和焦距，给出超表面透镜需要实现的相位分布；

S3：基于电磁仿真手段，对微纳结构的横截面尺寸进行参数扫描，来建立微纳结构的相位参数空间，参数空间中包含了电磁波经过微纳结构后获得的相位改变量与微纳结构的横截面尺寸的对应关系；

S4：根据超表面透镜需要实现的相位分布和微纳结构的相位参数空间，确定超表面透镜上各微纳结构的横截面尺寸和分布，并沿光入射方向依次同轴设置所述超表面透镜和探测器，并在探测器后设置信号发射系统，其优势在于(实现小型化的本质在于)：超表面透镜由于光场调控能力强、灵活度高，仅用单片超表面透镜即可实现多个透镜组合的相同功能，此外，不同于传统的紫外成像探测系统中的透镜，超表面透镜是平面结构，具有厚度小、重量轻的显著优势。因此本发明的系统可在利用紫外成像实现潜在故障点检测的同时，兼顾系统的小型化，从而有利于应用于无人机智能巡检等场景中，或搭载在电网设备或线路中。

优选的，多组所述微纳结构的横截面尺寸根据需要的相位分布和电磁波经过各微纳结构后的相位参数空间来确定。

优选的，所述微纳结构相位分布根据成像要求来确定，成像要求是故障点电晕放电发出的紫外光经超表面透镜聚焦探测器的焦平面处，相位参数空间通过电磁仿真手段对横截面尺寸进行参数扫描来建立。

优选的，所述超表面透镜的材料可采用光学石英玻璃，是一种紫外高透过光学玻璃，主要成分为SiO₂，也可采用CaF₂或Al₂O₃等紫外高透过率材料。