无人机光电探测技术范文第1篇

关键词：ZigBee；传感器；数据采集；数据传输；井下探测

中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）11-0261-03

Abstract： Coal is a very important resource in our country， among which the safety production of coal has been the concern of people. At present， most of the underground detection tools used in the mine are simple in structure and single in the sensor， which can’t meet the requirements of the complex environment of the underground working face. In this paper， we has designed a based on ZigBee technology and integrated the temperature and humidity， ultrasonic， carbon monoxide， light intensity and infrared detection of a total of 5 kinds of sensors detect small underground detection assistant. The detection of small assistant for underground environment data acquisition， data transmission stability， has a certain application value.

Key words： ZigBee； sensor； data collection； data transmission； Downhole probe

我国在改革开放以后，科学技术得到迅速发展，人们对于生活的要求越来越高，其中对于能源的消耗也越来越多。煤炭是工业生产的主要能源，其需求量增长迅速。我国作为世界上主要的产煤国之一，其煤产量约占世界煤产量的40%，地下开采是主要的开采形式[1]。但矿井下环境复杂多变，容易发生各种事故。其中火灾和洪水等自然灾害、开采条件的不完善、作业环境较差等因素造成了事故的频繁发生，给国家带来了严重的经济损失以及人口死亡率的提高。根据统计的相关资料显示，仅2011一年全国煤矿事故就发生了1201起，造成了1973人伤亡。虽然近年来我国煤炭事故安全系数得到了很大的提高，但是相对其他国家如美国来说安全管理和安全生产水平仍然存在很大的差距[2]。煤矿开采的安全性和可靠性跟井下的地质环境、开采的技术设备、矿工的技能等因素息息相关。井下各种窒息性气体是伴随着煤的形成而产生的，它对于人体进行井下作业带来了很大的安全隐患，因此对于井下相关气体浓度的探测和控制是十分有必要的，也是矿井行业安全监测的重中之重。当然，这只是矿井行业需要考虑的一方面而已。另外，对于井下环境湿度、温度、光照强度等参数的实时探测也是必不可少的。

1 井下探测相关研究现状

煤矿井下环境探测可以利用机器人来代替人进入人不能进入或者不适宜进入的危险环境中。人类通过无线传感网络来操作机器进行井下环境的探测，机器将传感器所采集到的数据通过无线传输到井上的操作人员，从而给矿井作业提供有用的参考。

煤矿机器人是一种非结构化环境下的特种机器人，目前在这方面所进行的研究有很多。通过查阅相关文献，可以得知在我国进行井下探测方面的研究成果主要有如下这些。

针对硬件相关方面的成果有：魏毅龙在学术论文中首先结合煤矿事故分析了机器人的使用策略和作用，并针对机器人所面对的井下地形环境和气体环境提取出了相应的参数。其次，设计了相应的机器人模型并进行了性能评估。最后，对设计出的机器人模型工进行了实验仿真，再次验证了设计的合理性[3]。胡晗提出了一种带机械手臂的煤矿井下探测机器人，并从运动学动力学分析、结构造型、正向越障角度规划和样机仿真等相关方面展开了研究。毛杨明在其论文中对煤矿井下探测机器人的动力模块和电源模块展开了相关研究，并最终设计了一种可应用于井下探测的机器人电机和配套电源。并且通过对电机进行了防爆检验和电源的安全技术测试，表明了设计的正确性[4]。徐刚根据井下环境探测机器人的相关研究现状，最终提出了一种设计方案，该方案设计提出将摆臂驱动减速机构集成到了摆臂单元中，实现了一种新型的8自由度煤矿井下探测机器人[5]。

针对软件方面的成果有：孟庆志研究了移动机器人的相关体系结构和控制模式，建立了一种有效的人机交互控制体系结构模型。它融合了层次式的相关控制体系，能够将人的综合判断推理融入系统中，使得机器更加智能。另外，基于开放性和模块化的设计思想，设计了相关的系统分布式控制网络，使得机器人系统更加稳定可靠。最后，在人机交互控制构架下，提出了一个较为合理的探测机器人越障任务实现方法[6]。邓勇军以煤矿井下探测机器人作为研究对象，通过分析其监控系统的任务和要求，结合远程控制技术和视频监控技术，最终设计出了一套井下探测机器人远程监控系统[7]。周巍等人针对煤矿井下的复杂环境，设计出了一种新型的井下搜救探测机器人运动装置和相应的控制系统[8]。付志超研究了井下探测机器人的自主避障问题，并结合了信息融合技术来对机器人在井下复杂环境的导航进行了相关研究。最终在计算机上进行了仿真实验，验证了所用方法的可行性[9]。

上述研究成果在井下探测机器人方面做出了很大的贡献，但在针对井下复杂环境的探测方面略显单一。因此，本文设计的基于ZigBee技术并集成了多种传感器检测的井下探测小助手，在井下探测方面具有一定的应用价值。

本文重点介绍井下探测小助手的ZigBee无线传感技术以及多种传感器组合技术。本文接下来将详细论述井下探测小助手的方案设计。

2 小助手方案设计

为了达到对井下复杂环境的探测需求，本文设计了一种基于ZigBee技术并集成了温湿度、超声波、一氧化碳、光照强度和红外线检测总共5种传感器检测的井下探测小助手。接下来是对小助手的具体方案设计。

2.1 ZigBee技术

ZigBee是一种新兴的双向无线网络通信技术，它具有短距离、低数据传输速率、低功耗以及低成本的特点。它主要在近距离进行无线连接，尤其适合自动控制和远程控制等领域，目前在嵌入式中应用较多。基于自身的无线电标准，ZigBee可以在几千个很小的传感器之间进行协调通信。传感器之间的数据传输只需要消耗很少的能量就可以通过无线电波而实现。

ZigBee具有以下优点：

1）使用成本低。ZigBee可以免费应用在ISM2.4GHZ的频段上，其相关协议免收专利费。并且在单个的ZigBee节点上只需花费几百元就可以完成。

2）功耗低。由于其发射功率只有1毫瓦，因此只需要两节5号的电池就可以让ZigBee节点设备运行6个多月。

3） 网络容量大且组网方式灵活。通常在一个ZigBee网络中最多可容纳255个结点，但是通过网络协调器，其容纳节点数可达65536个之多。

4）运行可靠。ZigBee通过采取碰撞避免策略，很好地避开了数据发送的冲突和竞争。

2.2 相关传感器

本文所设计的井下探测小助手集成了温湿度、超声波、一氧化碳、光照强度和红外线检测总共5种传感器，很好地为井上工作人员提供了有效的参考。

1）温湿度传感器

本文所设计的井下探测小助手采用的是DHT11数字温湿度传感器。该传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，使得设计出的机器具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。该传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。它具有超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，另外它使用4针单排引脚封装。连接方便。图1为DHT11数字温湿度传感器的部分截图。

2）超声波传感器

超声波传感器主要对井下探测小助手的运动进行辅助，通过发出超声波来进行定位操作，测量出与障碍物之间的距离，从而进行避障处理。当超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s，即：s=340t/2。本文所采用的是超声波传感器为图2所示。

3）一氧化碳传感器

井下环境错综复杂，工作人员在不了解井下空气状况的情况下贸然下井是十分危险的。在通常状况下，一氧化碳是无色、无臭、无味、有毒的气体，具有可燃性，还原性和毒性。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而排挤血红蛋白与氧气的结合，从而出现缺氧，导致人体中毒。本文所采用的一氧化碳传感器为图3所示。

4）光敏传感器

光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。本文所采用的光敏传感器为图4所示。

5）红外测距传感器

本文设计的井下探测小助手携带红外测距传感器，测距范围5～80cm，输出模拟电压，电压与距离成曲线关系，可通过电压换算出机器人距离障碍物的准确距离。由于超声波传感器通过输出脉冲信号进行测距，测距范围10～400cm，因此加上精确测距的红外线传感器，机器人可以实现自主漫游，自动避障。本文所采用的红外测距传感器为图5所示。

2.3 小助手结构

文中所设计的井下探测机器人安装有ZigBee无线通讯模块，工作人员可以使用PC连接ZigBee协调器对它进行远程控制。另外，在小助手中通过上述阐述的温湿度、超声波、一氧化碳、光照强度和红外线检测5种传感器来采集井下环境的数据。图6为井下探测小助手整体平面图。

另外，小助手包含无线履带，在其内部可以看到模块化的机器人控制电路，包含：机器人控制器、电源电路、驱动器、通信模块等。工作人员通过ZigBee无线传输模块可以在PC上接收到小助手反馈回来的相关传感器数据，并且可以对其进行远程控制。在PC上，通过点击前进、后退、左转、右转和停止等选择项可以控制小助手在井下运动。图7为PC上小助手控制台界面。

` 结语

本文通过对井下探测相关机器人进行研究，最终设计出了一种基于ZigBee技术并集成了温湿度、超声波、一氧化碳、光照强度和红外线检测总共5种传感器检测的井下探测小助手。该探测小手对于井下环境数据采集良好，数据传输稳定，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1] 刘鹏. ZigBee无线传感器网络在煤矿安全环境监测中的研究与实现[D]. 辽宁工程技术大学， 2008.

[2] 尹红敏. 基于ZigBee的矿井安全监测系统设计[D]. 中北大学， 2013.

[3] 魏毅龙. 煤矿井下探测与搜救机器人机械系统设计与研究[D]. 中国矿业大学， 2014.

[4] 胡晗. 煤矿井下探测机器人机构与特性分析[D]. 太原理工大学， 2014.

[5] 徐刚. 轮履复合式煤矿井下环境探测机器人设计与分析[D]. 太原理工大学， 2011.

[6] 孟庆志. 煤矿井下探测机器人人机交互控制系统[D]. 山东大学， 2011.

[7] 邓勇军. 煤矿井下探测机器人的远程监视与控制[D]. 太原理工大学， 2010.

无人机光电探测技术范文第2篇

【关键词】红外技术 原理 安防领域 应用

中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号：

红外技术是研究红外辐射的产出、传输、转换探测及应用的一种高新技术，其在军事装备中得到了广泛的应用。近些年，由于红外技术的独特功能，军用红外技术已逐步实现了向民用部门的转化，这也使红外技术得到了广泛的应用。与此同时，红外技术的应用也给人们的生活带来了便利。

红外技术

红外技术是研究红外辐射的产出、传输、转换探测及应用的一种高新技术。任何物体的红外辐射包含介于可见光与微波之间的电磁波段。通常人们又把红外辐射称为红外光。红外线波段是波长约在0.75微米到1000微米的电磁波。通常人们将其划分为近、中、远红外三部分。近红外指波长为0.75到3.0微米；中红外波长为3.0到20微米；远红外则指波长为20到1000微米。在光谱学中，波段的划分方法并不统一，也有人将0.75到3.0微米，3.0到40 微米和40到1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的“窗口”区，即1到3微米、3到5微米和8到13微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分为将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。8到13 微米还称为热波段。

红外技术在安防领域中的应用

在安防电视监控系统中，随着人们安全防范意识的提高，对重要场所需要24小时连续监控，这就是要用到夜视技术设备。在夜视监视系统中，常规的办法是利用可见光照明，但这种方式存在不能隐蔽、容易暴露监控目标等缺点，因此使用较少。目前隐蔽、科学的夜视监控是采用红外摄像技术，红外摄像技术分为被动式和主动式。

1、被动式红外摄像技术

被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(一273℃)以上都有红外线辐射，物体的温度越高，辐射出的红外线越多。利用此原理制成的摄像机最典型的就是红外热像仪。自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3—5微米和8～14微米的红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的恶劣环境，能够清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，红外热成像技术可用在安全，红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中。

红外热成像仪是采用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，红外热成像仪可应用于夜间及恶劣气候条件下目标的监控。夜晚，由于众所周知的原因，可见光器材已经不能正常工作。如果采用人工照明的手段，则容易暴露目标。红外热成像仪是被动接受目标自身的红外热辐射，无论白天黑夜均可以正常工作．并且也不会暴露自己。同样在雨、雾等恶劣的气候条件下，由于红外线的波长较长。特别是工作在8～14um的热成像仪，穿透雨、雾的能力较高，因此仍可以正常观测目标。在夜间以及恶劣气候条件。采用红外热成像监控设备可以对各种目标，如人员、车辆等进行监控。

2、主动式红外摄像技术

红外热成像设备造价昂贵，因此仅限于特殊场合使用，当前安防领域应用较多的是主动红外摄像机。主动红外摄像技术是采用红外灯辐射“照明”(主要是红外光线)。应用普通低照度黑白摄像机、彩色转黑白摄像机或红外低照度彩色摄像机．感受周围景物和环境反射回来的红外光实现夜视监控。主动红外摄像技术成熟、稳定，成为夜视监控的主流。目前应用较广泛的是红外—体化摄像机。它是将摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元等综合成为—体的摄像设备。它实现夜视的基本原理是利用普通CCD黑白摄像机可以感受红外光的光谱特性(即可以感受可见光，也可以感受红外光)，配合红外灯作为“照明源”来夜视成像。红外灯的功率和角度，摄像机的配置，一定焦距的感红外镜头，以及是否有良好的供电散热处理是判断红外—体化摄像机性的重要参数。对于红外—体化摄像机，目前已经是走过了第一阶段，开始向第二阶段迈进。首先是价格已经有了优势，其次技术方面也在一步步提高。目前。市场上也有许多产品是摄像机与红外线投射器分开的，这需要用户对红外灯和摄像机的性能有足够的了解。能够根据红外灯的角度、摄像机镜头参数等作合理的搭配。

3、红外探测报警技术

红外探测报警器原理--人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10µm左右的红外线，被动红外探测器就是靠探测人体发射的10µm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10µm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 世界上任何物体都存在红外线，只不过红外线的频段是用人眼看不到的，被动式红外探测器就是通过采用对人体体温辐射的红外线频段敏感的元件为核心，在感应到立体空间内的热源时产生报警。 最普通的就是一个红外线发射器，发射出红外线，如果有物体遮挡住线束的路径，那么接收器接受不到线束，然后就像控制器发出信号，后连接报警装置，发出报警信号。另外还有一种是热释电红外的红外线传感器件对特定波长的红外线有极强的感应能力，如果有人靠近的话呢，它会接收下来并进行放大，然后驱动发声无件给予响

红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。

红外技术在防火中的应用

1、火灾探测

在各种火灾探测器中，利用目标红外辐射特性进行火灾探测的有红外光束探测器和红外火焰探测器，分别适合于探测有阴燃阶段和无阴燃阶段的火灾。此外，( 红外) 图像型火灾探测器能够对大空间场所的火灾进行有效的监控。

2、红外光束探测器

红外光束探测器，是利用烟雾粒子吸收和散射红外光束的原理来探测火灾的。在正常情况下，发射器发出的红外光束能顺利地被接收器所接收；当发生火灾时，烟雾扩散到红外光束通过的空间，吸收和散射红外辐射，使到达接收器的辐射减弱，当辐射强度减弱到一定程度，就会输出火灾报警信号。这种探测器的优点是监视范围广，保护面积大，适用于大型仓库、生产厂房等场所。

3、在灭火抢险中的应用

红外热成像仪能够把目标的红外辐射转变咸肉眼可见的视频信号，这对消防队的灭火救援非常有用。以前消防员在火场中常常因烟熏火烤、视线不清，难以有效地灭火、救人；红外热成像仪能帮助消防员克服在烟雾中的视力障碍，迅速找到着火点或被困人员，从而实施有效的灭火救助行动。不仅如此，红外热成像仪还能够使消防员分辨出烟幕或水幕后面的火源，提高火情侦察的准确性。有的红外热成像仪还能够通过无线信号把火场图像传输到火场调度台，便于指挥员准确、及时地下达作战命令。在消防部队实施抢险救援中，红外热成像仪也能发挥非常重要的作用。利用红外热成像仪，消防员可以穿过气雾找到气体(液化气)泄漏点、搜寻遇险者所处的准确位置，还可以在气雾或烟雾笼罩无法接近目标时估测出与目标的距离，划定警戒区。红外技术的使用，解决了消防部队在浓烟条件下照明、火情侦查与救援等方面的难题。

总结

近些年，由于红外技术的独特功能，使红外技术在安防领域中得到了广泛的应用。红外技术在安防领域中的应用给人们的生活带来了便利，也给人们的生命财产的安全带来了保障。

参考文献

[1] 吕立波。 红外探测技术的发展及应用[J]. 中国公共安全(市场版). 2007(06)

[2] 王熙宏。 夜视监控技术发展的探讨[J]. 中国公共安全(市场版). 2007(11)

[3] 吕立波。 红外热成像技术及其在安防领域中的应用[J]. 中国公共安全(综合版). 2008(07)

[4] 张尊续。 红外技术的普及对我国煤炭行业的深层次改革及其影响[J]. 硅谷. 2010(12)

无人机光电探测技术范文第3篇

【关键词】输电线路；防外破；激光探测

0 前言

随着城市扩建、小区开发建设不断扩大，线路保护区附近建筑施工塔吊、吊车碰触导线引发线路跳闸成为影响线路安全运行的主要因素。输电线路防外力破坏一直是电力线路安全的一个亟待解决的难题[1]，电力系统目前普遍采取的人防措施已不能确保线路外部安全隐患的可控、在控。

国内外相关的研究主要致力于三个方向：（1）雷达微波监控[2]：该方法技术原理可行，但因造价过高，无法普及应用。（2）视频监控[3-4]：人工24小时实时监测，然而从发现隐患到现场告警提示经历环节多，时间长，现在有研究方向拟采用图像识别技术实现物体入侵报警，但也是受限于识别准确度和预警的误报率两个问题而没有有效成熟的方案。（3）红外或普通激光对射布防方式，此方法有很大的局限性，也因误报率过高的缺点没有推广应用[5]。

基于激光探测技术的实时远程线路安全监控报警系统使用先进的激光探测技术，针对当前我国高压电力线路受外力破坏十分严重的现象，在世界上首次研制成功将可能要发生的外力破坏事件，提前预报警并在现场通过扬声器对讲警示阻止外破行为，避免外破事件发生。

1 基于激光探测的输电线路在线监测预警技术

激光探测技术利用光学和电学原理，充分利用激光探测距离远范围大，可以实时测距和感应电场强变化的技术原理，首次开发激光防外力入侵探测器。

目前用于激光测距的方法主要有：飞行时间测量法、相位差测量法和三角原理测量法三种方法[6]。基于激光探测技术的实时远程线路安全监控报警系统融合集成了当今最先进的激光探测技术、人工智能与无线通讯技术。系统工作流程如图1所示：

图1中，在需要预警的输电线路相应位置安装基于激光探测的输电线路在线监测预警系统硬件，探测进入危险区域的物体，一旦有物体进入探测区域，启动可见光等相应监控设备，智能识别进入区域物体，确认危险级别，采用GSM通讯方式，向管理手机发送报警短信，启动现场扬声器，播放警告声。

2 基于激光探测的输电线路在线监测预警系统设计

基于激光探测的输电线路在线监测预警系统能自动计算外物体接近高压线的位置距离，根据不同高压级别线路设定的安全距离参数来确定其危险程度，实现分档报警。产品同时具有铁塔倾斜报警、撞击报警等功能。采用GSM通讯方式，太阳能供电，可远距离实现对高压线路长期点位和临时点位的监控，并提供与视频监控联动接口，可以将激光探测与视频监控两者结合使用，在激光探测到超高物体时迅速启动视频监控，提高监控效能。

2.1 功能概述

系统利用激光检测高压线磁场强度的变化值和激光往返目标传输所需时间来确定外物体与高压线的位置距离，按照预先设定的几级安全距离参数值进行预报警，超越基本警戒值或其它预设值时自动通过现场高声响喇叭警报提示、远程报警、远程警示喊话，直接在现场阻止超高物体对高压线的破坏，或由调度监控中心进行后台操作处置；根据相对位置距离计算分析，对高压线下的树木生长状态进行长期监控，实现超高报警；根据传感器探测实现铁塔倾斜报警、撞击报警。

2.2 系统的硬件设计

系统由激光检测系统，探头、GSM激光报警控制主机（激光测距模块、分析模块、GSM通讯模块）、高声响喇叭、警示灯、太阳能板、摄像头（选装）等部件组成，硬件设计如图2所示：

系统能探测800米距离内物体和精度±0.5米的上下位置移动变化，在物体越过初始警戒值报警后，能继续探测出物体再向高压线移动的危险距离，以便采取下一步的预防措施。在需要监控的高压线路一端铁塔上安装固定好激光探头、激光报警控制主机和其它辅助设备。激光探头的激光射线基本水平对准两塔之间输电线弧垂下5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）位置。

2.3 系统的软件设计

系统后台由管理人员控制手机或计算机组成。当管理人员或监控室通过手机或计算机向激光报警控制主机“布防”指令后系统进入工作状态，一旦发生物体接近高压线5米（110kV）、6米（220kV）、8.5米（500kV）警戒距离值时触发报警（用户可以根据现场实际情况自行设定初始值或其它档位值），现场高音喇叭发出声响警报“高压危险，注意安全”的语音提示，主机同时将报警信息（包括塔名、位置、危险距离值）通过 GSM 无线网络发送给相关管理人员，如图3所示。

管理人员可以直接进行远程喊话提示，或与电力110实现联网处置。对与视频监控联动的，自动触发图像、视频采集，通过无线3G/GPRS/WCDMA无线网络向监控中心在线传输现场实时图像、视频。系统同时设定物体越过初始警戒值后进一步靠近高压线时的多档报警值，便于管理人员评估外物体高危动作风险，采取紧急操作措施。

3 系统实施

系统2012年年中投入运行，产品应用激光光电学融合原理来实现对外力破坏物体入侵的预警，首先产品的设计思路原理先进，摆脱了常规周界入侵防范触发阻断等落后的预警机制，设防范围不局限于某一个方向，实现立体空间设防，实现对各方向入侵物的触发报警，并且融合常规的线路视频监控单元，便于实现报警信息确认，常规线路周界环境巡视等，整套系统在滁州供电公司各相关专业人员的配合下，结合高压线路安全监测的实际需求，系统研制符合高压线路的实际特点，化现场巡察为状态巡察，优化了线路安全监管的方式方法，节省了对应的人力物力投放，有较高的创新性和实用性，具备很好的推广价值。

4 结语

随着新建输电线路设计标准越来越高，输电线路本体的安全得到了相应保证，影响输电线路安全运行的问题突出表现在外部安全隐患上，尤其是输电线路附近的建筑施工。基于激光探测的输电线路在线监测预警系统项目的实施，可以对有潜在外力破坏危险的高压输电线路附近施工隐患点进行实时监测，通过激光感应高压线路场强的变化幅度和激光测距的原理来实现外力破坏物体靠近高压线路时的告警，通过现场声光报警和远程喊话的方式来提醒入侵物体停止行动，避免对线路的破坏，避免重大设备故障、停电事件的产生，提高供电的可靠性。系统试运行情况良好，友好的界面、方便的操作得到了使用人员的好评，希望在实践中经过检验更加稳健和成熟，为企业带来切实的社会效益和经济效益。

【参考文献】

[1]徐云峰，李士强，徐静静，訾红亮，张胜.输电线路运行班组防外破工作分析[J].宿州学院学报，2013（28），7：93-93.

[2]许家玉.输电线路三维激光雷达测量技术的应用研究[J].科技视界，2013（25），10：265-265.

[3]何思远，刘刚，王玲，唐延东.基于无人机的输电线路设备识别方法研究[J].红外与激光工程，2013（42），7：1940-1944.

[4]杨永平，段学云，段德磊，徐春，陈鸿兴.无人机航测技术在输电线路中的应用实践[J].城市勘测，2013，1：29-32.

无人机光电探测技术范文第4篇

【关键词】光电信息 海军 光电通信

随着世界范围内高密度、超高速的集成电路和计算机技术等各种高新技术的迅速发展，各种高精度、远射程的新型武器也随之而生。其中一种新型武器是通过将高新光电技术运用在传统的海军武器和弹药上，对传统海军武器和弹药进行改进，从而使其性能得到质的提高，我们称之为海军光电信息技术。为了提高各种海军通信和火炮的精确打击能力，世界上很多国家都选择了研制发展光电信息武器。

一、海军光电信息技术的发展趋势

（一）海军光电信息分类

海军光电技术是光电技术在海军上的一个重要应用。根据功能和用途差异分五大类：光电侦察告警、光电防御、光电进攻、光通信和光导航。五大类的技术指标不同又有新的分类，目前光电探测的主要形式有激光探测、红外探测、光电火控关瞄已经雷达探测等等。用途也比较广泛，在现代海军配置中，侦查和告警主要采用红外搜索跟踪的形式来完成，这种光电探测效率高、信息传递快，在特殊作战环境下能够很好的打击目标和敌人。

（二）海军光电信息发展

据专家分析，我国的的光电技术起步比较早。最早出现在1549年（明朝嘉靖二十八年），用的是一种被称做“水地雷”的光电来抵御外国海盗的侵扰。美国使用光电起步比较晚，是在1778年美独立战争中用小桶装药制成的早期的“漂雷”，来打击英国的舰船。俄罗斯在1853年至1856年的克里木战争中大量的使用光电，并取得了辉煌的战绩。在整个战争中，俄共布放600枚光电，击沉敌大小船只13艘。在第一次世界大战期间，布设光电31万枚，共炸毁敌舰60于艘。由此可以看出，在战争的发展史上光电的使用越来越频繁，取得的战绩也是非常可观的。

二、光电信息的应用

（一）光电探测

我国的光电探测是从二十世纪的50年代开始发展的，最初是通过仿制前苏联的各种光电探测，从而为我国的步兵部队提供有效火力支持，这些光电探测在我国边境的自卫反击战中多次发挥了十分重要的作用。而根据使用光电探测的经验，我国也开始了自主研发国产光电探测，从而形成了多种口径系列的国产光电探测，如60、81.82以及120等口径光电探测。到本世纪初期，我国的光电探测研制水平已在各方面，尤其是射程等指标方面有了很大的进步，研制出的数十个型号的三代光电探测作战技术指标已接近世界领先水平。而为了提升我国国产光电探测对付机动目标能力，我国也开始研制精确制导的光电探测弹，如我国在120mm传统光电探测弹的基础上应用毫米波半主动的激光制导等高新技术，研制出了120mm的半主动激光制导末制导炮弹，命中精度可以达到3米，与传统的光电探测弹相比，精度有了大幅度的提高。总体来说，我国的120mm INS/GPS末制导的光电探测达到了国外先进精确制导光电探测弹的性能水平，但是它用的是美国的GPS系统，而我国对于高精度的P码GPS信号无法接收，而只能使用低精度的C/A码的信号，这在一定程度上限制了我国末制导光电探测的精度性能。虽然如此，成功研制出120mm的INS/GPS末制导光电探测也将使得我国步兵分队的携行能力获得大大提高。使用传统的光电探测可能需要十发甚至几十发才可能击毁一个敌方目标，而用末制导光电探测弹却仅仅需要一枚就可以达到同样的目的，因此末制导光电探测弹的研制成功大大提高了我国步兵分队打击能力。

（二）舰船光电防御

螺旋桨噪声的产生是由海水与旋转着的螺旋桨相互作用而产生的，它由螺旋桨空化噪声、唱音和螺旋桨叶片速率谱噪声组成，它们产生的机理也不相同，特性也各有差别。水动力噪声信号实际上就是水浪作用于舰船壳体表面而产生的噪声信号，是舰船和海水相互作用的结果。水动力噪声产生的机理可概括为以下几点：1.海水作用在舰船壳体上时，舰船壳体和舰船上的某些部件会产生震动，从而产生辐射噪声。2.流噪声也是水流动力噪声的一种，它是由湍流附面层产生的噪声。这是黏性流体的特性，即使是在无凹穴或者光顺的物体上也会产生噪声。3.舰船在航行时，船艏、舰尾海水拍打声音、舰船上的水循环系统的进出水口处，产生的噪声也是水动力噪声的一种。通常情况下，舰船所受到的水动力噪声比较微弱。这种微弱的噪声在强度上往往被机械噪声和螺旋桨噪声所掩盖。

（三）光电地震波的探测

水雷是海战中的重要兵器之一，在第一次世界大战和第二次世界大战中，都曾得到了广泛的使用。水雷用于毁伤舰船或阻碍其行动，也可以用来破坏桥梁和水工建筑等，通常由水面舰艇、潜艇和飞机布放。水雷具有破坏威力大、位置隐蔽袭击突然、长期对敌威胁、易布难扫等特点。引信时水雷的核心部分，它被称为水雷的“雷脑”。它的作用不仅是要引爆水雷，而且是有效地击毁舰船的重要保证。按照波的传播规律和介质质点运动的特点，地震波主要有瑞雷面波、纵波（P波）和横波（S波）。瑞雷面波是瑞雷在1887年发现的，他证明了无限介质和弹性半空间之间的基本差别。它是非均匀的纵波和非均匀的横波干涉叠加而成的，是地震波中的一种重要的波类。瑞雷面波在地震记录中总是出现在纵波（P波）和横波（S波）之后，振幅很大，频率较低一般在20Hz以内。

（四）光电信息

光电在战争中的作用之所以越来越大，主要有以下几点原因：第一，光电武器的隐蔽性强，费效比高、具有很长的战斗服役期，极其强大的威慑作用、对敌舰船具有很大的破坏作用。第二，光电武器技术上具有很强的更新能力，能够不断地吸收相关领域内的最新科研成果、武装自我、提高自我。第三，随着水声学、声呐、声基阵、波束形成等技术的发展，光电信息的探测能力不断提高，特别是智能光电的发展，从根本上改变了光电武器传统的作战方式，使光电武器的应用开启了新的篇章。第四，随着水声设备发射和接收技术的不断提高，又出现了远程遥控光电。另外，磁膜、磁通阀接收器磁接收器的研制成功，使光电磁引信小型化、三轴磁引信、矢量磁引信使光电信息进入了磁定位阶段、从而保证了磁引信的区域性，为光电精确打击低速目标提供了保证；压电水压接收器的发明，使水压引信可以定量测量出舰船的水压场曲线，为水压引信的谱分析提供了可能，水压引信的抗波浪能力和抗扫能力相结合，把使得水压引信的性能提高到了新的高度。随着矢量声、水声通信技术的进步，新型的远程攻击性光电甚至是网络光电都将成为光电新品种和新的亮点。

总而言之，末制导光电探测弹是一种灵巧光电探测弹，它不但具有常规光电探测弹的优势，可以直接由火炮发射，灵活轻便易携带，而且还可以像精确制导导弹一样自动搜索捕获敌方目标，锁定并进行攻击，可有效攻击静止目标及运动的目标，在近几年赢得了各国的广泛关注，发展迅速。而随着作战环境的日益复杂化，对末制导光电探测弹的精度提出了更高的要求，改进制导系统是提高其命中精度的重要途径之一，本文通过对末制导光电探测弹控制系统和仿真技术综合运用，对光电探测中的控制系统进行研究探究和提出未来光电技术的仿真验证。

参考文献：

[1]田宏.光电对抗作战应用及其装备[J].光电技术应用，2005，20（1）：1-5

[2]王莹.激光致盲干扰系统及其应用[J].国际电子战，2005，（4）：42-45

[3]孙玮琢.水面舰艇隐身技术现状及发展趋势[J].现代防御技术，2005，33（2）：22-25

无人机光电探测技术范文第5篇

关键词：机器视觉技术；自动化制造业；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.216

0 引言

科学技术的日夜成熟有效提高了机械制造水平，在该行业中逐渐引用红外线成像技术和视屏技术已经形成了一定的规模，也为机器视觉技术的诞生和不断发展奠定了基础，使用该技术可以取缔人工对物象的识别工作，提高测量精密化程度，受环境影响显著的工作场所中对物象识别实现人工监控难度太高，而应用机器视觉技术进行物象识别非常便捷，也可以弥补人工监控的种种缺陷，有效的提高工作效率，降低劳动强度和节约人力资源，是目前机械制造行业中最前沿研究和探讨的新技术。

1 在工件检测中的应用

针对零部件表面的各类缺陷，可以采用机器视觉技术进行探测。在批量生产的机械行业，如机械加工、汽车制造等，用机器视觉技术代替人工会显著地降低检测误差，增强检测结果的准确率，有效提高产品质量。连杆结合面爆口检测作为很典型的示例，在其结合面任意方向上的线性破口长度要求小于等于2mm，结合面的破口面积要求小于等于2.5mm2。假定照射形状为方形，在工件破口区域运用机器视觉技术，该系统对其破口处进行LED漫反射照射，通过光电耦合元件CCD元件将反射图像的光信号转化为电信号，处理系统对LED漫反射照射所得的图像和转化而成的图像电信号进行综合分析计算，得出精确的测量结果。以标准工件为参照物，对其利用机械视觉技术进行检测，检测数据作为机械视觉系统的数据标准，对灰度二值化光源和阔值进行设定，然后开始待测工件检测。

2 在工件测量中的应用

（1）应用机器视觉技术对零部件进行精密检测，检测系统由计算机处理系统、CCD摄像头和光学系统组成，其工作原理是在待测量零部件表面用平行光束进行照射，反射光作为光源，用光学显微镜将零部件的轮廓进行放大，通过CCD摄像头成像，然后将成像数据输入计算机处理系统进行分析处理，完成对零部件轮廓的精确定位。针对位移量的获取，只要将检测零部件移动后，再重新进行测量，两次测量结果之差就是其位移量。被测零部件的两条轮廓线在测量过程中出现在相同的成像之中，则该位移量就是该轮廓线的实际尺寸。应用这个系统对形状简单、体积小、成批生产的零件进行检测具有显著的优越性。

（2）工件的预调测量中完全可以利用机器视觉技术进行测量。传统的工件预调测量是利用光学投影进行定位，测量数据通过光栅数显表显示，这种测量方法对人员的技术要求较高，同时需投入大量的人力，使得工作效率无法提高。新式预调测量仪是在传统的光栅测量技术基础上引进了自动控制技术、机器视觉技术及计算机处理技术，也就是该测量仪将机器视觉技术和以往的工件光栅测量技术进行了组合，打破了陈旧的工件预调测量模式，对操作流程进行了优化，对工作效率和测量精度的提高非常显著。

（3）逆向工程中的工件测量。快速轮廓视觉测量技术是指在逆向工程工件测量中使用机器视觉技术，以三角法为根基，应用线结构光对工件表面轮廓加以测量。将平面条纹结构光投射到工件的需测表面，产生不同形状的条纹，从而进行工件表面轮廓分析。然而，在工件表面条纹图像摄取时，CCD必须经过视频信号转化为模拟信号，然后将模拟信号转化为数字信号的过程之后才进行数据保存。同时在监视器中输出相关信息，通过计算机处理系统实现图像处理，最后得到工件模型图。

（4）对工件的磨损程度也能利用机器视觉技术进行测量。在测量工件磨损度的时候由于存在较多的限制因素而无法进行，比如测量高速旋转切削刀具的磨损度时必须取下刀具，那么在这种情况下测量难度增加。因此，利用机器视觉技术测量刀具的磨损度，避免了刀具的拆装工作，使测量过程简化便捷。

3 在焊接机器人中的应用

在机械人焊接作业中应用机器视觉技术，其原理是通过利用X光探伤仪、红外线摄像仪和CCD摄像机等先进技术让焊接设备设施拥有视觉功能，有助于提高焊接质量。视觉功能分为一维传感、二维传感及三维传感三种，一维传感为单光电体，即其检查组件由一个或多个光电接收单位；二维传感是利用电或机械扫描的手段获取平面成像；三维传感是通过对诸多的一维或二维传感信息数据进行综合处理所得。在焊接施工中存在诸多的作业无法由人工完成，在部分环境中也无法用人工进行施焊。比如存在核辐射的环境中，水下等环境中的施焊作业。在焊接领域利用机器视觉技术，避免了人工施焊过程中存在的各类问题，同时对焊缝熔池数据实现实时提取并进行分析，以获得焊缝图像。能够预先对焊接性能、结构和组织进行分析处理，保障焊接质量。

4 结语

结合上述概述，随着机械制造行业智能化和自动化的程度也来越高，对机器视觉技术的要求也越来越高，有效的促进了机器视觉技术的高速发展。对该项技术的研究探讨，已经引起了诸国的高度重视，投入了大量的人力、物力和资金。建立在如此发展形式之下，数据采集、分析、处理和对比已不再是该技术发展终点，机器视觉技术应该紧密结合自动化，同时在机械制造行业技术的发展和进步过程中，实现机械制造智能化的最终发展目标。

参考文献：

[1]郭联金，朱日龙，杨国卿.浅谈机器视觉技术在自动化制造业中的应用[J].机电一体化，2015（08）.

[2]王洪涛.浅析机器视觉技术在机械制造自动化中的应用[J].电子制作，2012（11）.