架空输电线路激光驱鸟装置及驱鸟方法.pdf

架空输电线路激光驱鸟装置及驱鸟方法，涉及输电线路驱鸟技术领域，由工作主体和电源提供组成，工作主体包括激光管阵列单元、激光管驱动电源组和测控单元；激光管阵列单元发出空心圆环状光束，由环形基座以及置于环形基座内部呈环形阵列布置的若干个激光管构成；激光管驱动电源组提供激光管点亮电源；测控单元发送指令控制激光管驱动电源组启动。本发明采用小功率单管激光管，以环形阵列的方式安装，形成空心的光柱，使得鸟类在飞行或停留过程中，可非常明显的看到一个光棒向其袭击，扫描的光柱使得鸟类避开需要保护的区域。而低功率的激光无需扩束到很大的光柱直径，组合安装后能达到需要的光柱直径，可以实现高功率激光形成光柱的效果。

权利要求书
1.  一种架空输电线路激光驱鸟装置，由工作主体(6)和电源提供(1)组成，其特 征在于：所述工作主体(6)包括激光管阵列单元(3)、激光管驱动电源组(4)和测控 单元(5)；
所述激光管阵列单元(3)发出空心圆环状光束(30)，由环形基座(11)以及置于 环形基座(11)内部呈环形阵列布置的若干个激光管(12)构成；
所述激光管驱动电源组(4)提供激光管(12)点亮电源；
所述测控单元(5)发送指令控制激光管驱动电源组(4)启动。

2.  根据权利要求1所述的架空输电线路激光驱鸟装置，其特征在于：所述激光管阵 列单元(3)还包括置于激光管(12)的激光出射方向端的若干个准直镜组(40)，所述 准直镜组(40)与激光管(12)呈一一对应布置。

3.  根据权利要求1所述的架空输电线路激光驱鸟装置，其特征在于：所述工作主体 (6)还包括扫描镜单元(2)，所述扫描镜单元(2)包括镀有高反膜的反射镜(20)以 及旋转机构，所述反射镜(20)通过旋转机构控制实现空心圆环状光束(30)的光路指 向，所述旋转机构通过测控单元(5)控制。

4.  根据权利要求1所述的架空输电线路激光驱鸟装置，其特征在于：所述工作主体 (6)还包括控制调节激光管(12)工作温度的激光热控单元(7)，所述激光热控单元(7) 由风扇散热机构和半导体电热控制机构组成。

5.  根据权利要求1所述的架空输电线路激光驱鸟装置，其特征在于：所述电源提供 (1)设为太阳能风力二合一电源单元。

6.  根据权利要求1～5任一项所述的架空输电线路激光驱鸟装置，其特征在于：所 述激光管(12)的波长为520nm，功率为30mW。

7.  利用如权利要求1～6任一项所述架空输电线路激光驱鸟装置进行驱鸟的方法， 其特征在于：测控单元(5)发送指令到激光管驱动电源组(4)，使其点亮激光管阵列单 元(3)的激光管(12)，通过准直镜组(40)实现光束的扩张和发散角的控制，形成空 心圆环状光束(30)，再通过扫描镜单元(2)将空心圆环状光束(30)沿输电线路反射， 对处于输电线路上的鸟类的眼睛形成刺激，以达到驱除输电线路上鸟类的目的。

说明书架空输电线路激光驱鸟装置及驱鸟方法
技术领域
本发明涉及输电线路驱鸟技术领域，具体是涉及一种架空输电线路激光驱鸟装置及驱鸟 方法。
背景技术
鸟类是人类的朋友，然而人们的生产生活也直接影响了鸟类的栖息活动场所。因此，鸟 类也会制造一些麻烦，如，清洁问题、机场安全问题、输电线路及变电场送电安全问题。
野外架空输电线路和杆塔常常成为鸟类停留，栖息的场地，鸟类的筑巢行为、粪便以及 较大体型鸟类的活动等会造成线路跳闸，带来巨大的损失。从鸟害事故分析看，一般有鸟巢 短接绝缘子造成跳闸，因鸟在靠横担与绝缘子连接部位筑巢，由叼来的铁丝和长的青树枝短 接瓷瓶，在雨天或雾天常引起线路跳闸；另外，也有鸟类造成闪络跳闸，一种是鸟类在排泄 粪便时，粪便流柱造成闪络，另一种是粪便污染了瓷瓶，造成绝缘强度下降，在雷电或潮湿 气候条件下造成闪络跳闸。尤其在黎明和黄昏时是鸟类外出觅食和归巢嬉戏的时刻，此时， 电线尤其是杆塔是其重要的活动范围，其大量行为均在此刻发生，因此将其从输电线路和杆 塔周围驱离，不让鸟类在此区域停留，则可避免鸟类的筑巢、嬉戏、栖息等行为，也就可保 障线路等电力设施的安全。
人们开始研究驱鸟的方法，尽管已经使用了声、电、闪光、化学等方法驱鸟，但在短时 不适后，鸟类很快适应并恢复原先活动，这些驱鸟措施常常在初装时会起到作用，时间稍常 则没有效果。因此，需要设计新的驱鸟方法及装置。
由于鸟类的眼睛对光非常敏感且无适应性，所以在光驱鸟的方法上开展了较多的研究。 主要有闪光灯法和激光驱鸟法。闪光灯法以一定的闪光频率使鸟受到惊吓，但存在两个问题， 一是鸟在停止休息时，光闪只能使其闭眼；另一方面闪光灯的闪光作用距离很短，对输电线 路来说不合适。
目前激光驱鸟法是最为有效的方法，国内外均开展过类似工作，如法国罗德公司在2006 年开始了激光驱鸟试验，形成产品TOM500驱鸟激光系统。可以昼夜不间断工作，且鸟对其没 有适应性。而国内也有公司开展类似的实验工作。其实现原理一般是采用高功率激光，扩束 为一根光束，为达到一定的光束直径，必须对光束进行直径扩展即扩束处理，使得光束通过 主镜后完全均匀充满镜面，这一过程明显会降低光的单位功率密度，尤其需要具备一定的口 径时，如从激光口的不足1毫米的直径扩为100毫米的光斑，这将需要激光有较大的功率才 可保证远距离的效果。由于采取了大功率的激光器作为光源，同时为保证仪器的稳定性和提 升室外环境的适应性，系统比较庞大(一般重达100千克)且造价高(市场价格在80万以上)， 因此限制了其应用，尤其在输电线路上鲜有使用。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种架空输电线路激光驱鸟装置，其具有低成本、高效、连 续运行不伤害鸟类且无不适应性等特点。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种架空输电线路激光驱鸟装置，由工作主体和电源提供组成，所述工作主体包括激光 管阵列单元、激光管驱动电源组和测控单元；
所述激光管阵列单元发出空心圆环状光束，由环形基座以及置于环形基座内部呈环形阵 列布置的若干个激光管构成；
所述激光管驱动电源组提供激光管点亮电源；
所述测控单元发送指令控制激光管驱动电源组启动。
优选的，所述激光管阵列单元还包括置于激光管的激光出射方向端的若干个准直镜组， 所述准直镜组与激光管呈一一对应布置。
优选的，所述工作主体还包括扫描镜单元，所述扫描镜单元包括镀有高反膜的反射镜以 及旋转机构，所述反射镜通过旋转机构控制实现空心圆环状光束的光路指向，所述旋转机构 通过测控单元控制。
优选的，所述工作主体还包括控制调节激光管工作温度的激光热控单元，所述激光热控 单元由风扇散热机构和半导体电热控制机构组成。
优选的，所述电源提供设为太阳能风力二合一电源单元。
优选的，所述激光管的波长为520nm，功率为30mW。
本发明的目的之二在于提供一种架空输电线路激光驱鸟装置的驱鸟方法，其具有高效、 实用、低成本等特点。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
测控单元发送指令到激光管驱动电源组，使其点亮激光管阵列单元的激光管，通过准直 镜组实现光束的扩张和发散角的控制，形成空心圆环状光束，再通过扫描镜单元将空心圆环 状光束沿输电线路反射，对处于输电线路上的鸟类的眼睛形成刺激，以达到驱除输电线路上 鸟类的目的。
研究表明，鸟类的眼睛对于激光非常敏感，尤其是激光形成光柱后，像一根大棒，鸟会 因为本能躲避光棒和闭眼而躲避激光，并且对于激光，鸟不会有适应性。依据这个特点需要 研究采用激光驱鸟的方法，实现低成本，高效，连续运行不伤害鸟类且无不适应性的驱鸟方 法。需要解决光源，激光系统结构和运行方式，最终实现高效实用化低成本的线路激光驱鸟 装置。
本发明采取单激光管环形阵列构成空心光柱的激光驱鸟装置及方法。即采用小功率单管 激光管，以环形阵列的方式安装，形成空心的光柱，使得鸟类在飞行或停留过程中，可非常 明显的看到一个光棒向其袭击，扫描的光柱使得鸟类避开需要保护的区域。而低功率的激光 无需扩束到很大的光柱直径，组合安装后能达到需要的光柱直径，可以实现高功率激光形成 光柱的效果。这样的目的是在减小体积、功耗的同时不仅保证使用效果，也大幅降低造价， 适合于输电线路的广泛使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1)、采用阵列激光管的方式，空心光柱驱鸟。
2)、光柱直径可以不受激光限制，增大或缩减，在驱逐不同体型的鸟类时可任意调整。
3)、在需要作用距离需要增大的条件下，可直接增大单管功率，甚至连准直镜组都不用 更换，直接调整为准直光即可。
4)、实现输电线路上使用的低成本、低功耗、小体积激光驱鸟方法。
5)、鸟类对光没有适应性，且激光的单位功率密度足够使鸟类惊吓但不会使其受伤，可 以反复长期使用。
附图说明
图1为本发明的架空输电线路激光驱鸟装置的功能示意框图。
图2为扫描镜单元的结构示意图。
图3为激光管阵列单元的结构示意图。
图4为激光管与准直镜组之间的安装配合关系示意图。
图5为空心圆环状光束的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
请参阅图1，架空输电线路激光驱鸟装置，由工作主体6和电源提供1组成，工作主体6 由激光管阵列单元3、激光管驱动电源组4、测控单元5、激光热控单元7和扫描镜单元2构 成。为方便架设，电源提供1采用太阳能风力发电一体化的储电方式。
请参阅图3，激光管阵列单元3由环形基座11以及置于环形基座11内部呈环形阵列布 置的若干个激光管12构成。激光是驱鸟装置的主要工作介质，其发散角，波长，功率等参数 与最佳的驱鸟效果直接相关，基座11按照需要的尺寸设计，而激光管12个数则由基座11尺 寸和单激光管尺寸决定，基座的外径一般设计为100mm。
单个激光管由于其发散角较大，在大气中会很快发散而无法实现远距离(1～2千米量级) 的传输，因此，为达到在1～2千米还是相同效果的状况，将单管(单个激光管)通过准直镜 组40实现光束的扩张和发散角的控制，光束由单管出光直径小于2毫米扩张为20毫米，同 时实现发散角到几十微弧度，接近平行光束(如图4所示)。单个激光管与准直镜组是唯一匹 配的，准直镜组各镜片是可调的，这可确保每一个单管都能达到准直平行光，且更换维修时 只需将总体换下即可。
按照基座的位置，将每个单管放入固定，最终光环效果如图5所示，为一空心圆环状光 束30，从侧面看仍然是一个光棒，这对鸟类来说，仍然是一个可以看得见的大棒，使其惊吓。
根据鸟类的眼睛对光谱的敏感性和目前市场成熟的单管激光管，波长选择为520nm，功 率为30mW。该种激光管价格较低，寿命长，电路总体功耗小，适于野外长期使用。
请参阅图2，扫描镜单元2包括反射镜20以及旋转机构，反射镜20通过旋转机构控制 实现空心圆环状光束30的光路指向，旋转机构通过测控单元5控制。光束在扫描时，只有该 反射镜转动，其它部件不跟随反射镜转动。主要目的是减轻旋转机构的负载，减少电功耗。 扫描机构转子与反射镜固定在一起，反射镜采用光学镜片，镀对应波长高反膜。而扫描机构 的转子与环形光阵列所在机构固定，确保光路的稳定性，系统在安装时，按照需要扫描的区 域可水平扫也可垂直扫描，也即系统安装时工作主体位置可安需求安装。
测控单元5发送指令控制激光管驱动电源组4启动，并实现如下功能：
1)、可以设置开关系统时间，尤其是凌晨和黄昏时分。夜间可以停止工作。
2)、控制扫描速度，白天、黑夜不同的扫描速度功能。
3)、按照系统工作需要，启动或关闭热控。
4)、有系统自检和工作状态记录单元，可实现扫描监控、光斑监控等。
5)、带有数据传输功能，可通过通讯设备将仪器工作状态发送到总监控室。
激光管的散热较多，虽然选用较小功耗的激光管，但，在工作一段时间尤其是不长时间 工作后，需要帮助散射，以延长使用寿命。本发明通过设计激光热控单元7调节激光管12的 工作温度，其为两道热控系统，一个是纯散射的风扇散射；另一是半导体电热控制，可以在 温度过高时直接电制冷，也可以在使用环境温度过低时加热系统，确保能正常工作。
实际工作中，测控单元5发送指令到激光管驱动电源组4，使其点亮激光管阵列单元3 的激光管12，通过准直镜组40实现光束的扩张和发散角的控制，形成空心圆环状光束30， 再通过扫描镜单元2将空心圆环状光束30沿输电线路反射，对处于输电线路上的鸟类的眼睛 形成刺激，以达到驱除输电线路上鸟类的目的。
本发明的架空输电线路激光驱鸟装置，其系统主要参数为：
激光波长 520nm(半导体泵浦YAG倍频连续激光器) 激光功率 ～30mW 16只，共480mW 光束直径 Φ100mm 覆盖范围 直径1～2Km 扫射速度 10m/s～100m/s(可设置) 工作环境温度 -40℃～70℃ 环境湿度 10％～95％ 工作方式 全天候扫描，可连续运行 总体电功耗 所有设备均启动<30W