CN102797727B - 一种基于ccd的风电机组液压系统漏油检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法及装置，主要包括：漏油检测模块，进行漏油检测，在检测时，利用图像处理的帧差法对空间图像进行处理，判断有无漏油的发生，所述空间图像的来源为：图像采集电路采集到的CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像；逻辑控制模块，根据漏油检测结果，实时向主控系统输出漏油故障状态。本发明通过CCD图像采集、漏油检测以及逻辑控制等，可实现风电机组液压系统漏油故障的自动检测和报警输出，消除风电机组相关的安全隐患。

Description

一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法及装置

技术领域

本发明涉及风电机组液压系统检测领域，具体地，涉及一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法及装置。

背景技术

近年来随着风力发电不断地发展，风电场装机容量逐年上升，风力发电所占的比例越来越大，已逐渐成为了一种常规能源。随着风电机组装机容量的不断提高，行业对风电机组的性能要求也越来越高。在风电机组中，液压系统是不可或缺的子系统，主要为偏航刹车和转子刹车提供压力。另外，对于有的风电机组，变桨子系统也采用液压系统提供动力。液压系统在风电机组中的广泛采用，主要是由于液压系统具有传动平稳、功率质量比大、易于实现过载保护等优点。然而，液压系统存在的漏油现象也是一个难以解决的问题。风电机组机舱中的液压泵站漏油问题，不仅对机舱环境造成一定的污染，严重的情况下还影响液压泵站油箱油量，从而影响液压系统的正常运行，致使偏航和转子的刹车系统失去压力而无法正常工作，存在严重的安全隐患。

准确有效的检测液压系统漏油故障，将有助于改善风电机组运行性能，消除相关的安全隐患。在目前的风电机组液压系统漏油检测中，自动化程度较低的方法，是在定期检修或巡查中由人工查看判断，显然这种方法并不能真正起到实时检测的作用，并不能完全消除液压系统的工作隐患；而自动化程度较高的方法，是采用压力传感器检测液压系统重要管路的压力差，根据经验设定阈值进行故障报警，这种方法从某种程度上起到了自动检测的作用，但是对于漏油缓慢的故障却难以检测出来。

针对上述问题，需要设计一种适合风电机组液压系统漏油检测的方法和装置，能够更加准确有效的对漏油进行检测并报警，以便提高风电机组运行性能，消除相关的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法和装置，可准确有效地对风电机组液压系统的漏油故障进行自动检测和故障报警，可消除风电机组运行的安全隐患。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法，包括：

步骤A，进行漏油检测，在检测时，利用图像处理的帧差法对空间图像进行处理，判断有无漏油的发生，所述空间图像的来源为：图像采集电路采集到的CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像；

步骤B，根据漏油检测结果，实时向主控系统输出漏油故障状态。

进一步地，在步骤A中，所述空间图像为HSV图像，所述HSV图像的来源为：图像采集电路采集到的CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时RGB空间图像，进行HSV变化，得到HSV图像。

进一步地，在进行HSV变化前，先对RGB空间图像进行预处理，主要是根据先验知识，确定图像中的漏油敏感区域，将其余区域删除，得到预处理之后的空间图像，在进行所述的HSV变化。

进一步地，所述步骤B中还包括：根据光敏采集开关所反馈的光照强度，控制辅助光源开通和关闭工作，为CCD传感器提供辅助光源；当辅助光源开通和关闭的时刻，屏蔽此时刻的漏油故障输出，进入下一时刻的漏油检测。

进一步地，所述步骤A中，图像采集电路采集CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像并进行滤波和数字化处理获得所述的空间图像；所述漏油检测为按照一定的时间周期进行的漏油检测；所述图像处理的帧差法为相邻帧做差法。

一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测装置，包括：

漏油检测模块，进行漏油检测，在检测时，利用图像处理的帧差法对空间图像进行处理，判断有无漏油的发生，所述空间图像的来源为：图像采集电路采集到的CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像；

逻辑控制模块，根据漏油检测结果，实时向主控系统输出漏油故障状态。

进一步地，还包括图像HSV处理模块，对图像采集电路采集到的CCD传感器拍摄风电机组液压系统区域的实时RGB空间图像，进行HSV变化，得到HSV空间图像，用于作为漏油检测模块处理的空间图像来源。

进一步地，还包括图像预处理模块，在进行HSV变化前，先对RGB空间图像进行预处理，主要是根据先验知识，确定图像中的漏油敏感区域，将其余区域删除，得到预处理之后的空间图像，在进行所述的HSV变化。

进一步地，所述逻辑控制模块，可设置漏油检测的时间周期，还可根据光敏采集开关所反馈的光照强度，控制辅助光源开通和关闭工作，为CCD传感器提供辅助光源；当辅助光源开通和关闭的时刻，屏蔽此时刻的漏油故障输出，进入下一时刻的漏油检测。

一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测装置，包括：置于风电机组液压系统附近的CCD传感器，及与所述CCD传感器连接的图像采集电路，还包括：含有图像非漏油敏感区删除预处理模块、图像HSV处理模块、帧差法漏油检测模块以及逻辑控制模块的单片机；所述单片机与图像采集电路连接。

进一步地，还包括与所述单片机的逻辑控制模块连接的辅助光源及光敏采集开关。

进一步地，所述辅助光源为LED辅助光源。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用CCD图像采集的非接触方式，无需对原系统进行任何改造，CCD传感器实时拍摄液压系统区域，通过对所拍摄图像进行实时处理，从而实现风电机组液压系统的漏油自动检测和故障报警，解决了风电机组液压系统漏油自动检测的问题，适用于漏油缓慢的故障情况，可消除风电机组运行的安全隐患。

（2）采用HSV图像模型对图像进行处理，避免光照强度变化而无法检测故障的问题。

（3）根据先验知识，对图像中的漏油敏感区进行划分，删除非漏油敏感区的图像，减小了系统运算量，同时避免了非漏油敏感区的误报概率。

（4）LED辅助光源的自动补偿，解决了晚上光照强度较弱时的检测问题，同时对LED开关时刻的故障逻辑进行相应的处理，使得检测结果更精确。

（5）本发明实现较为容易，且成本较低，利于推广。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为基于CCD的风电机组液压系统漏油检测装置框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明的一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法，主要流程如下：

（1）图像预处理：

（a）其图像来源为RGB空间图像：图像采集电路采集通过CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像，然后对图像进行滤波处理，最后将图像模拟信号进行数字化处理，得到RGB空间图像S_A。

(b)具体方法为：对图像采集电路输出的数字化的RGB空间图像S_A进行预处理，主要是根据先验知识，确定图像中的漏油敏感区域S_A1，S_A2...S_AN，将其余区域删除，得到预处理之后的RGB空间图像S_D。

（2）图像HSV处理：

将图像预处理之后的RGB空间图像S_D进行HSV变化，得到图像S_H，同时，漏油敏感区对应于变换之后的S_H1,S_H2…S_HN。其中，RGB空间的S_D变换到HSV空间的S_H转换关系为：

S＝(M-N)/M(2)

V＝M(3)

式中，R，G，B为颜色分量的值，M=max(R,G,B)，N=min(R,G,B)，Δ=M-N。最后还需将H转换到0°-360°范围内，所以H=H*60，如果H<0，则H=H+360。

（3）漏油检测：

根据逻辑控制模块设置的时间周期进行漏油检测。在检测时，采用图像处理的帧差法对HSV图像进行处理，即采用第i帧图像减去第i-1帧图像，其算法为：

S_(i，i-1)(x，y)=|S_H(i)(x，y)-S_H(i-1)(x，y)|(4)

当漏油敏感区没有漏油发生时，对于每个漏油敏感区的图像特征都不会发生变化，则前后两帧图像相减作差时，所得的结果S_(i，i-1)(x,y)几乎为零，由此可以判断没有漏油故障发生。而当某个漏油敏感区有液压油漏出时，该区域的图像特征会发生明显变化，特征变化的图像与之前没有漏油的图像进行图像相减作差时，会得出明显的漏油痕迹，即S_(i，i-1)(x,y)在漏油区域有明显的数值，由此可以判断该区域有漏油故障发生。

（4）逻辑控制及故障状态输出：

首先根据系统实际运行情况，通过逻辑控制模块设定系统处理的时间周期T。然后根据光敏采集开关所反馈的光照强度，控制LED辅助光源工作，为CCD传感器提供辅助光源。当LED辅助光源开通和关闭的时刻，漏油检测可能会因为光照突然变化而产生故障误报，所以逻辑控制单元此时因屏蔽此时刻的漏油故障输出，进入下一时刻的漏油检测；最后根据逻辑控制模块接收到的漏油检测结果，实时向主控系统输出漏油故障状态，实现风电机组的液压系统漏油故障的自动检测和报警输出。

实施例2

如图1所示，本发明的一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测装置，主要部分为DSP处理系统，按功能模块的形式，主要包括：

图像预处理模块：

其图像来源为RGB空间图像：图像采集电路采集通过CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像，然后对图像进行滤波处理，最后将图像模拟信号进行数字化处理，得到RGB空间图像：其作用是对图像采集电路输出的数字化RGB空间图像进行预处理，主要是根据先验知识，确定图像中的漏油敏感区域，将其余区域删除。通过图像预处理环节，一方面可以极大的减小后续图像处理的运算量，另一方面也排除了非漏油敏感区域所造成的故障误报，提高了可靠性。

图像HSV处理模块：

对预处理之后的图像进行RGB空间到HSV空间的转换，从而避免光照强度对CCD所拍摄图像特征的影响。传统的RGB图像模型是一种图像的直观描述，其中R（红）、G（绿）、B（蓝）的数值越高，表示其原色色彩越鲜明，但是其数值与色彩的属性并没有直接的关系。所以在风电机组的机舱中对液压泵站进行实施图像采集，由于一天中光照强度的变化，会使得CCD所拍摄的图像存在巨大的差别，从而不利于后续处理。HSV图像模型是面向用户的色彩属性描述方法，其中H（色彩）、S（饱和度）、V（亮度）分别表示了图像色彩的属性。对于本发明中所拍摄的图像，重点关注其色彩和饱和度信息即可，从而避免了由于光照强度对图像特征的影响。

漏油检测模块：

根据逻辑控制模块设置的时间周期进行漏油检测。在检测时，采用图像处理的帧差法对HSV图像进行处理。当漏油敏感区没有漏油发生时，对于每个漏油敏感区的图像特征都不会发生变化，则前后两帧图像相减作差时，所得的结果几乎为零，由此可以判断没有漏油故障发生。而当某个漏油敏感区有液压油漏出时，该区域的图像特征会发生明显变化，特征变化的图像与之前没有漏油的图像进行图像相减作差时，会得出明显的漏油痕迹，由此可以判断该区域有漏油故障发生。

逻辑控制模块：

对系统进行逻辑控制。为了减小系统的运算量，同时考虑到风电机组中的液压系统漏油是一个缓慢的过程，因此可以通过逻辑控制模块设定系统处理的时间周期。另外，考虑到晚上的漏油故障检测的问题，系统配备了LED辅助光源。逻辑控制模块根据光敏采集开关判断机舱环境的光照情况，需要进行辅助光照时驱动LED辅助光源工作，为CCD传感器提供辅助光源。由于LED辅助光源开通和关闭的时刻，对CCD所采集的图形可能存在影响，因此逻辑控制模块还需要向漏油检测模块反馈此信息，即在LED辅助光源开通和关闭的时刻不进行漏油检测的图像帧差运算，避免故障误报。最后，根据逻辑控制模块接收到的漏油检测结果，实时向主控系统输出漏油故障状态。

实施例3

如图1所示，本发明的一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测装置，按实体的形式，主要包括：

置于风电机组液压系统附近的CCD传感器，及与CCD传感器连接的图像采集电路，还包括：含有图像非漏油敏感区删除预处理模块、图像HSV处理模块、帧差法漏油检测模块以及逻辑控制模块的单片机；其中单片机与图像采集电路连接；还包括与单片机的逻辑控制模块连接的辅助光源及光敏采集开关，其中的辅助光源为LED辅助光源。

本发明采用上述方法和装置，通过CCD图像采集、预处理、HSV变换、漏油检测以及逻辑控制运算等，即可实现风电机组的液压系统漏油故障的自动检测和报警输出，消除风电机组相关的安全隐患，成本较低，易于实现和推广。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法，其特征在于，包括：

步骤A，进行漏油检测，在检测时，利用图像处理的帧差法对空间图像进行处理，判断有无漏油的发生，所述空间图像的来源为：图像采集电路采集到的CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像；

所述利用图像处理的帧差法对该空间图像的处理方法为：对所述实时图像进行滤波和数字化处理，得到RGB空间图像S_A；将RGB空间图像S_A进行HSV变化，得到HSV图像S_H，其中，RGB空间图像S_A变换到HSV空间图像S_H的转换关系为：

S＝(M-N)/M(2)

V＝M(3)

式中，R，G，B为颜色分量的值，M＝max(R,G,B)，N＝min(R,G,B)，Δ＝M-N，最后还需将H转换到0°-360°范围内，所以H＝H*60，如果H<0，则H＝H+360；再根据一定的时间周期进行漏油检测，在检测时，采用第i帧图像减去第i-1帧图像的图像处理帧差法对HSV空间图像S_H进行处理，其算法为：S_(i,i-1)(x,y)＝|S_H(i)(x,y)-S_H(i-1)(x,y)|(4)

当前后两帧图像相减作差所得的结果S_(i,i-1)(x,y)几乎为零，判断没有漏油故障发生，当前后两帧图像相减作差所得的结果S_(i,i-1)(x,y)为明显的数值，判断相对应区域有漏油故障发生；

步骤B，根据漏油检测结果，实时向主控系统输出漏油故障状态。

2.根据权利要求1所述的基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法，其特征在于，在进行HSV变化前，先对RGB空间图像进行预处理，主要是根据先验知识，确定图像中的漏油敏感区域，将其余区域删除，得到预处理之后的空间图像，在进行所述的HSV变化。

3.根据权利要求1所述的基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法，其特征在于，所述步骤B中还包括：根据光敏采集开关所反馈的光照强度，控制辅助光源开通和关闭工作，为CCD传感器提供辅助光源；当辅助光源开通和关闭的时刻，屏蔽此时刻的漏油故障输出，进入下一时刻的漏油检测。

4.一种应用如权利要求1-3任一项所述的基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法的检测装置，其特征在于，包括：

漏油检测模块，进行漏油检测，在检测时，利用图像处理的帧差法对空间图像进行处理，判断有无漏油的发生，所述空间图像的来源为：图像采集电路采集到的CCD传感器所拍摄的风电机组液压系统区域的实时图像；

逻辑控制模块，根据漏油检测结果，实时向主控系统输出漏油故障状态。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，还包括图像HSV处理模块，对图像采集电路采集到的CCD传感器拍摄风电机组液压系统区域的实时RGB空间图像，进行HSV变化，得到HSV空间图像，用于作为漏油检测模块处理的空间图像来源。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，还包括图像预处理模块，在进行HSV变化前，先对RGB空间图像进行预处理，主要是根据先验知识，确定图像中的漏油敏感区域，将其余区域删除，得到预处理之后的空间图像，在进行所述的HSV变化。

7.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述逻辑控制模块，可设置漏油检测的时间周期，还可根据光敏采集开关所反馈的光照强度，控制辅助光源开通和关闭工作，为CCD传感器提供辅助光源；当辅助光源开通和关闭的时刻，屏蔽此时刻的漏油故障输出，进入下一时刻的漏油检测。

8.一种应用如权利要求1-3任一项所述的基于CCD的风电机组液压系统漏油检测方法的检测装置，其特征在于，包括：

置于风电机组液压系统附近的CCD传感器，及与所述CCD传感器连接的图像采集电路，还包括：含有图像非漏油敏感区删除预处理模块、图像HSV处理模块、帧差法漏油检测模块以及逻辑控制模块的单片机；

所述单片机与图像采集电路连接。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，还包括与所述单片机的逻辑控制模块连接的辅助光源及光敏采集开关。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述辅助光源为LED辅助光源。