激光清障的瞄准与调焦：光斑、距离与输出功率联动

激光清障的作业台上摆着三个旋钮：瞄准、调焦、输出功率。三样看起来各管一段，盯住标准里的定义读下去会发现，它们管的是同一个量，靶面上的激光功率密度。瞄准决定这个密度落在哪里，调焦与功率决定它有多大，而距离这一项常常被当成第四个旋钮，实际上并不进那个式子。把这一层看清楚，作业参数的顺序便定了，先调焦，再定功率，全程守住瞄准。顺序别反。

一、三个旋钮管的是同一个量

Q/GDW 12077-2020 的 3.6 条给激光功率密度下的定义是，激光光束的总功率除以该光束投射在目标上的投影面积。同一份标准的 3.5 条把激光功率定义为激光光束在发射处发出的总功率。两个定义合起来，密度等于功率除以面积，单位写成瓦每平方厘米。

DL/T 2422-2021 用的是同一套定义。这份导则的适用对象是 110 kV 及以上电压等级杆塔和导地线的飘挂物激光清除，其他电压等级可参照执行。两本标准在术语层面对齐，说明密度这个概念在清障这一行里是通用的结算量。

三个旋钮里，功率直接进分子，光斑面积进分母，而瞄准决定这一束光落在异物的哪一处。异物是薄膜还是细线、缠了几圈、受力点在哪，全靠瞄准去选。同一组功率与光斑，打在薄膜中部同打在它与导线的接触根部，结果完全不同。三个量合成一个数，缺任何一项都算不出来。

把密度当作结算量还有一层好处。设备之间的总功率差出一大截，单看功率分不出高下，因为分母那一半由各自的光学系统决定。两台设备功率不同、光斑也不同，落到靶上的密度可能相去不远。拿密度去比，才比在同一样东西上。

清障这一件事在运行规程里的位置也值得交代。DL/T 741-2019 架空输电线路运行规程适用于交流 110（66）kV 及以上、直流正负 400 kV 及以上架空输电线路，35 kV 线路可参照采用，该规程于 2019 年 6 月 4 日发布、2019 年 10 月 1 日实施。规程表 9 给出的设备巡视检查主要内容中，导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW 这一行的检查项里写着悬挂飘浮物。异物先由巡视发现并定性，清障作业做的是处置那一环，作业用的功率、光斑同作用距离回到台账里，下一次比对才有依据。

二、式子的样子：功率进分子，光斑以平方进分母

Q/GDW 12077-2020 的 7.3.3 条把计算式写明了，密度等于激光功率除以光斑面积，光斑面积按圆周率乘半径的平方算，光斑直径以厘米计。写成一行便是密度等于功率除以圆周率与半个直径的平方之积。

这一行的结构值得停下来看一眼。功率在分子上是一次的，光斑直径在分母上是两次的。功率翻一倍，密度翻一倍。光斑直径翻一倍，面积翻到四倍，密度掉到四分之一。两个旋钮的灵敏度并不相同，光斑那一只比功率那一只陡。

这个差别决定了操作顺序。同一台设备，先把光斑调准再定功率，与先把功率顶上去再看光斑，落到靶上的密度差别很大。前者能把密度算得出来，后者只能靠试。式子先摆出来。

功率连续可调这一项是式子的直接要求。后羿的输出功率从 0 W 起连续可调到 500 W，给的正是分子的连续取值能力。若只有固定的几档，密度只能落在几个孤立的点上，配不上一个上下限都有的密度窗口。

式子里还有一处容易错，单位。标准写明光斑直径以厘米计，设备规格表上的数字多按毫米给。12 mm 在式子里要写成 1.2 cm，半径 0.6 cm，面积是圆周率乘 0.6 的平方，约 1.13 平方厘米。单位没换便去代入，面积会差一百倍，密度跟着差一百倍，算出的是一个看起来合理却完全失真的数。单位先对齐。

三、距离不在式子里，它是算完之后才有的边界

题目里的三个词，光斑与功率都进式子，距离不进。密度那一行里没有距离这个符号，它藏在哪一处，要看标准怎么定义射程。

Q/GDW 12077-2020 的 3.7 条把有效作用距离上限定义为，采用特定波段激光的清除装置，其输出光束的激光功率密度能够有效清除异物的远距离边界。这个定义里，密度是自变量，距离是被它决定的结果。DL/T 2422-2021 给的定义同出一辙，有效作用距离上限是激光光束功率密度能够保证应用要求的远距离边界。

试验方法把这层关系落到了可执行的步骤上。Q/GDW 12077-2020 的 7.3.4 条写的是，对光斑为圆形或近似圆形的激光束，先在装置设计有效作用距离处测定激光光束直径，再按式算出功率密度，末了检验密度是否满足限值要求。三步走完才谈得上距离够不够。

放在这一类场合看，距离对密度的影响全部通过光斑发生。距离拉远，光束发散，落到靶上的光斑变大，面积按平方进分母，密度掉下来。距离本身只是一个几何量，真正进式子的是它在靶面上留下的那个直径。这一层分清之后，「三百米能不能打」这类问法便有了确定的回答方式，到三百米处测光斑直径，算出密度，再与限值比。

这一层还有个反向用法。已知密度限值与设备功率，可以反推在给定距离上光斑应当压到多大，调焦便有了明确的目标值，而不是凭屏幕上的观感去凑。调焦目标能算出来，瞄准偏差才谈得上有量化参照。

反推时用到的距离也有讲究。作业票上写的往往是杆塔到仪器的直线距离，而异物不一定挂在杆塔上，它更常挂在档距中间的导线上，实际光程与台账上的档距并不相等。反推光斑目标值要用实测光程，不能用档距记录顶替。这一层在长档距上更明显，两基杆塔之间几百米，异物挂在中间与挂在端部，光程差出一截，反推出来的光斑目标值同样差出一截，落点的密度便不在同一档上。

四、调焦是第二个自由度：聚焦光斑是下限不是定值

设备规格表上的聚焦光斑不是一个固定值。北京康高特（KGT）自研的后羿大功率激光清障仪给出的聚焦光斑不大于 12 mm，在 320 m 处不大于 11 mm。这个「不大于」说明 12 mm 是这套光学系统能把光斑压到的那一端，而不是它工作时的常态。

既是下限便可以往上放。调焦机构让光斑在 12 mm 以上连续可变，离焦放大的过程不损失功率，只改变能量摊开的面积。密度随面积走，调焦因此成了控制密度的第二个自由度，与功率并列。

两个自由度给现场带来的是选择余地，也带来一个判断：什么时候动功率，什么时候动光斑。功率是设备给的总量，光斑是落点的疏密。需要密度下降时可以降功率，也可以把光斑放大，两条路通向同一个密度值。路怎么选要看另一个约束，功率降得太低会出现热量一边进来一边被带走，材料温度上不去，光斑放得太大又会让能量摊到异物之外。两头都有边。

焦深这个概念在现场很有用。焦深是光斑尺寸变化不大时允许的纵向偏离范围，落点处在焦深之内，光斑尺寸对前后位置的微小变化并不敏感。出了焦深，每偏离一段，光斑便按几何关系放大。作业时要做的是把焦平面推到异物所在的那一层，而不是推到导线所在的那一层，两者在纵深上差得有限，落点却差之千里，前者烧的是异物，后者烤的是导线。纵深先判准。

离焦放大在做法上有讲究。它是把焦平面从异物所在的位置移开一段，落点上的光斑随之变大，边缘也跟着变软。放得越多，边缘越软，中心与边缘的密度差越小，好处是加热更均匀，代价是峰值密度掉得快。薄膜一类需要均匀受热的，放一点是划算的。细线一类要靠峰值把一处烧断的，放了便是帮倒忙。

五、调焦偏差比功率偏差更值钱

平方关系带来的后果可以直接算。仍以后羿为例，功率 500 W、光斑 12 mm 时，面积约 1.13 平方厘米，密度约 442 W/cm²。

把光斑放大一成，直径从 12 mm 到 13.2 mm，面积约 1.37 平方厘米，密度约 365 W/cm²，掉了约 17%。把功率降一成，从 500 W 到 450 W，密度约 398 W/cm²，掉了 10%。同样的相对偏差，调焦那一端带来的密度变化接近功率那一端的 1.7 倍，这几个数由上式算出，是数学关系的直接结果，不是实测统计。

这条结论落到操作上很具体。调焦没调到位造成的密度偏差，比功率设定偏差更难察觉，也更大。现场常见的情形是功率推上去没有反应，便继续往上推，而真正的原因在焦没调实。推功率能补一部分，补的是线性的那一半，补不上平方那一半。先调焦再定功率，理由在这里。调焦优先。

六、一个完整算例：后羿 500 W 与 12 mm 光斑

把前面几章接起来走一遍。后羿的激光功率是 0 到 500 W 连续可调，波长 1080 ± 10 nm，落在 800 nm 到 2100 nm 这一波段内，作用距离 1 m 到 300 m，验收值做到 0 到 320 m。

满功率配基准光斑是什么量级。500 W 落在 12 mm 的光斑上，密度约 442 W/cm²。同一台设备在 320 m 处光斑压到 11 mm 时，密度约 526 W/cm²，比近端还高。这一组数字说明调焦系统在远端把光斑压住了，距离带来的发散被补偿掉了，密度没有随距离塌陷。这正是有效作用距离上限能被写进规格表的物质基础。

442 这个数与标准限值放在一起看，会得出一件重要的事。DL/T 2422-2021 给 800 nm 到 2100 nm 波段的密度范围是 20 W/cm² 到 300 W/cm²，满功率基准光斑已经越过这个范围的上限。限值不是要调到，是要守住不越过，上限那一侧保护的是导线与金具。

要落到 300 以内有两条路。一是降功率，12 mm 光斑下功率需降到约 339 W。二是放光斑，500 W 下光斑需放到约 14.6 mm。两条路通向同一个密度，选哪条看异物的形态。薄膜面积大，放光斑更均匀。细线需要集中，宜降功率保住光斑。

表里前五行是固定功率变光斑，后两行是固定光斑变功率，两组数不能混着读。前五行的自变量是光斑，后两行的自变量是功率。现场同时动两个的情形也常见，那便按改动后的两个数重新代入式子，不要从表上插值。插值插出来的是两条不同路径之间的一个中间态，它不是其中任何一条路径上的点，拿去当作业参数会两头落空。

七、密度要多少，由异物决定

密度定到多少不是设备说了算，是异物说了算。DL/T 2422-2021 的附录 B 以资料性附录给出典型飘挂物的参考功率密度，塑料薄膜及塑料袋一类是 250 W/cm² 到 300 W/cm²，广告布是 200 到 230，风筝是 30 到 230，钓鱼线是 120 到 300。

表中后两列由上式算出，材料需求取自资料性附录，两者不是同一类数，合起来看才是可用的作业参数。

这一张表与第六章的算例拼起来，便是现场定参数的完整链条。异物是塑料薄膜，密度需求 250 到 300，在 12 mm 光斑下对应的功率区间是 283 W 到 339 W。若保持 500 W 不动，对应的光斑区间是 14.6 mm 到 16.0 mm。异物是风筝，密度跨度拉得宽，30 到 230，对应的功率区间从 34 W 一直到 260 W，因为风筝的面、骨架与线材质差别大，先看清挂在线上的是哪一部分，再往这段里取值。

表是资料性的，不是穷举清单。树枝、竹子、鸟巢这一类不在表上，做法往结构相近的那一段靠，纤维质含水的从偏低处起手，化纤类的往上取值，现场从偏低起点往上试。不一步给到上限。附录给的是密度不是时间，密度乘时间才是落到单位面积上的能量，降功率便要加时间，但有下限，给得太慢材料温度上不去。

八、瞄准与调焦是两件事

现场容易把这两个动作并成一个。它们管的东西并不一样。调焦让光斑在靶面上收敛到该有的尺寸，瞄准让这个光斑落在异物的该有的部位。调焦错了，光斑落在异物上却太大，密度不够。瞄准错了，光斑尺寸对，落点偏了。

Q/GDW 12077-2020 的 6.2.3 条把辅助瞄准拆成了几条具体要求，可以看出现场作业里瞄准这一环是怎么被标准化的。操机的人眼睛看到的是一束绿光，真正出力的却是看不见的红外光，两束光走同一条光路，指示才谈得上可信。装置规范给的写法是辅助瞄准激光与清除光束同轴同向合束输出，波段落在 500 nm 到 560 nm，功率 5 mW 到 50 mW，绿色。同标准 3.8 条的定义更直接，辅助瞄准激光是与红外激光同轴同向合束输出的用于辅助瞄准的可见激光。现场若发现指示点与实际的烧灼痕迹对不上，先查两束光的合束状态，而不是先去改功率。

两个动作之间还有一处耦合。改变调焦时焦平面沿光轴移动，若两束光的合束存在残余偏差，指示点的位置会随之漂一点，调焦调完要重新确认落点。这一层在需要反复微调的场合尤其明显，调了焦便重新看一眼指示点压在何处，花不了几秒，漏掉这一步则可能把整段作业建立在一次失效的对位上。

同轴同向这一条很关键。可见的绿光与不可见的红外清除光走同一条光路、朝同一个方向出射，绿光指示的落点便是红外光斑的落点。两条光若不同轴，指示与实际之间会有一个随距离变化的角度差，距离越远偏得越多。同轴合束把这个变量消掉了。

九、五毫米的允许偏移，与十二毫米光斑是同一量级

同一条要求里还写着一个数。辅助瞄准定位点与红外激光光斑中心偏移量应不大于 5 mm，同时宜具备自动调整功能。标准允许的偏移上限是 5 毫米级。

把这个数与光斑放在一起看，会发现它们挨得很近。后羿的基准光斑 12 mm，半径 6 mm。允许偏移 5 mm 已经占到半径的 83%，占到直径的 42%。处在允许范围内的瞄准偏差，完全可能把目标推到光斑的边缘地带。

后果按异物形态分。面状的塑料薄膜偏 5 mm 还能被光斑盖住，只是能量中心偏出，熔穿的位置跟着偏，可能打不到受力部位。点状的钓鱼线、风筝线偏 5 mm 便是另一回事，细线截面不足 1 mm，落在光斑边缘上的能量远低于中心，很可能只烤不断。线越细，对瞄准的要求越高，这与细线在风中摆动大叠在一起，构成清障里对瞄准确认要求高的一类工况。

确认的次序也值得固定下来。先看指示点压没压在异物本体上，再看光斑是不是收敛到该有的尺寸，末了看异物背后的导线有没有进入光斑范围。三看走完再起功率，起功率之后不再动瞄准。

偏移量这一项在现场可以自己核。做法是作业前在已知距离上立一块深色板，先让辅助瞄准光落在板心，再以极短的出光时间打一个点，量出烧灼点与指示点的间距。间距超过 5 mm，说明合束状态已经偏了，先修合束再上塔。这一项在搬运与长途运输之后尤其要查，光路元件受振动之后的位置变化不会在屏幕上显示出来。先核间距。

十、瞄准系统为什么要有倍率与分辨率的门槛

上表里的变焦与分辨率两项，容易被当成显示效果好不好的事，其实是能不能瞄得准的前提。Q/GDW 12077-2020 要求光学变焦倍数不应低于 30 倍，长焦端焦距不应低于 190 mm，屏幕尺寸宜大于 7 英寸，分辨率不低于 1920 乘 1080。

倍率决定的是靶面细节能被放大到什么程度。异物挂在几十米到几百米外，人的裸眼分辨不了厘米级的差别，靠的是变焦把异物局部拉近，看清边缘是否卷曲、有无编织纹理、是不是金属亮斑。倍率不够，瞄准偏差会大于光斑尺寸，第九章那一处五毫米偏移便守不住。

分辨率与倍率是配套的。倍率把像放大，分辨率决定放大之后还有没有细节。放得大而像素不足，看到的只是模糊的一团，边缘位置判读不出来，瞄准的精度仍旧落在光斑尺寸之外。后羿的瞄准系统给的是 40 倍光学变焦与 1920 乘 1080 分辨率，两项都够到规范门槛之上。

还有一条与光线有关。辅助瞄准模块应采用电子化图像采集与显示替代肉眼观察，在设计作用距离范围内辅助瞄准定位点应始终在屏幕中清晰可见，屏幕宜具备遮光措施避免反光或外部光源干扰。电子显示替代肉眼这一条，把夜间与光线不足时的瞄准也纳入了可执行的范围，这一点在清晨与傍晚的低角度光照下同样成立。

电子显示替代肉眼，不等于人可以不用防护。按 GB/T 7247.1-2024 激光产品的安全 设备分类与要求，清障装置输出功率在数百瓦量级，归入第四类激光产品，这一类的管理要求落在工程控制同个人防护两侧。个人防护这一侧挂的是 GB 30863-2025 眼面部防护 激光防护具，选配要按波长同辐照水平去对，后羿的中心波长 1080 nm 落在近红外，防护具的防护波段覆盖这一段才有意义。屏幕看得见不等于眼睛受得住，可见光被挡掉的那一部分，近红外仍在出射。

遮光这一条对应的是户外作业的实际情形。正午阳光斜射到屏幕上，反光会把指示点糊掉，屏幕上找不到指示点，瞄准便退回肉眼判断，倍率与分辨率给的好处一并作废。装置规范把遮光写成设计项，现场还要自己找位置，背光一侧支机，必要时加遮光罩。夜间是另一个方向，电子显示加夜视成像把这一段也覆盖了，屏幕上看得见落点，夜间的瞄准才谈得上可控。

十一、风摆与云台：瞄准是一个持续动作

异物在风里摆，瞄准不是一次锁住便结束。Q/GDW 12077-2020 对方向控制单元给的是，转速上限不应大于 6 °/s，应具有限位功能且限位角度宜不小于 10°。

这个转速上限是给粗调找目标用的。按 6 °/s 估算，在 100 m 处光斑横移的速度可到每秒十米量级，这个数由几何关系推出，它说明该档位只用于把光束从别处移到目标附近。真正瞄异物要靠微调档，靠的是低速下的可控性，不是上限转速。限位角度那一条是硬约束，它把光束的转动范围圈住，避免扫到不该去的方向。

风摆带来的另一个后果是有效照射时间变短。光斑固定，异物在动，落到同一点的累积能量随摆动被摊薄。细线摆幅大，摊薄得厉害，密度需求本不低的钓鱼线一类因此更难清。应对的做法是等摆动到端点、速度为零的那一瞬给出能量，而不是全程追着打。等得起的场合等，等不起的场合改走分段切割，先松外围再收受力点。

作业环境那一头也有数。DL/T 2422-2021 给出的作业环境条件是温度零下 25 摄氏度到零上 40 摄氏度，相对湿度不大于 90%，风速不大于 10 m/s，无雨雪雾霾，作业人员不少于 2 名并经培训合格。温度这一条与设备自身的工作温度是两码事，前者限制的是人能不能在户外持续作业，后者是设备能扛住的环境范围，后羿标的工作温度是零下 20 摄氏度到零上 60 摄氏度，比作业环境条件宽出一圈。风速到了门槛边上，等一阵往往比作一阵更快见效。两人作业的分工也落在这一处，一人盯屏幕上的指示点，一人盯异物背后的导线同金具。

限位那一头还有一条安全含义。光束的转动范围被圈住之后，即使操作失误也不会扫向相邻档距同带电侧，这对地面作业尤其要紧。清障的优势是不停电、不登塔，光束却仍旧对着带电的导线，方向控制这一层的余量留得越足，误照的可能越小。

十二、两本标准的密度范围并不一致

同一件事在两本标准里给了两个不同的区间，这一处值得单独拎出来。

DL/T 2422-2021 给 800 nm 到 2100 nm 波段的密度范围是 20 W/cm² 到 300 W/cm²，同一波段在 Q/GDW 12077-2020 的 6.2.2 条里写的是 50 W/cm² 到 200 W/cm²。后羿的波长 1080 ± 10 nm 落在这个波段内，两本都用得上。下限差 30，上限差 100。

两个数不冲突，管的对象不同。DL/T 2422-2021 是作业导则，管的是这一次作业怎么做，Q/GDW 12077-2020 是装置技术规范，管的是装置本身应当满足什么。验收装置按后者，组织作业按前者。现场把两个数混成一个，或者拿一个去卡另一个，都会出现明明合规却判不合格的情形。

附录 B 的材质参考值另有一层。表里四类材质的密度区间互相重叠，塑料薄膜的 250 到 300 与钓鱼线的 120 到 300 在 250 到 300 这一段上完全重合。重合说明单靠密度区间分不出材质，材质要在瞄准阶段靠形态与纹理判断，密度只用来给出功率与光斑的取值范围。两件事的先后是固定的，先认材质，再定密度。顺序不能倒。

波段这一头还连着装置分类。Q/GDW 12077-2020 的 3.3 条同 3.4 条按光源把装置分成两类，二氧化碳激光清除装置采用波长范围在 9000 nm 到 11000 nm 的光源，光纤激光清除装置采用波长范围在 800 nm 到 2100 nm 的光源。后羿的 1080 nm 属后一类。两类的密度范围并不相同，作业导则给二氧化碳型的那一段是 20 W/cm² 到 200 W/cm²，与光纤型的 20 到 300 并不重合。选型时先看波段落在哪一段，再取对应的密度区间。波段这一头决定了同一台装置在验收与作业两个场景里分别被哪一段数卡，把波段与对应的密度区间一并写进采购技术要求，比事后在作业现场争论该用哪一段数更省事。

塑料薄膜 250 到 300 这一档，与装置规范给的 200 上限是矛盾的，按装置规范卡薄膜这一档便落不进去。这一处说明资料性附录的参考值是材质侧的需求，不是合规判据。两笔账分开记。

十三、常见误用六条

1、把聚焦光斑当成固定值，只动功率不动焦。光斑是可调的第二个自由度，且以平方进分母，调焦差一成的代价大于功率差一成。

2、把距离当成第四个旋钮直接调档。距离不进密度式，它通过光斑进入，判断方式是在该距离处测光斑再算密度。

3、认为满功率配基准光斑是标准要求的作业点。500 W 配 12 mm 约 442 W/cm²，已越过作业导则给的上限，限值是要守住不越过。

4、只看瞄准指示点落没落在异物上，不看偏移量。标准允许的偏移是 5 mm，占 12 mm 光斑半径的 83%，细线类异物对这一量级敏感。偏移是标准允许的量，不是可以忽略的量。

5、拿装置规范的密度范围去卡材质附录的参考值。两笔账性质不同，前者管装置，后者是资料性的材质需求。

6、风摆时全程追着打。摆动把能量摊薄，端点处速度为零的那一瞬给出能量更省，等不起便改分段切割。追着打还容易把光束带过导线所在的方向。

结语：先调焦，再定功率，全程守瞄准

激光清障的这三个旋钮并不并列。功率进分子，光斑以平方进分母，两者合成靶面功率密度这一个共同的结算量，瞄准决定它落在异物的哪一处，距离通过光斑间接进入，而有效作用距离上限是密度算完之后才被确认的边界。把这个结构记住，作业参数的顺序便不会反：先把光斑调实，再按异物的密度需求定功率，全程守住瞄准点与光斑中心的偏移。换算的依据在标准里是现成的，公式、限值、试验方法都写明了，照着走一遍，参数便不是估出来的。

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