CN105300320A - 一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法，属于设备状态检测技术领域，该检测方法在主轴的端面上分别设置位于同一直径两端的第一辅助标志物和第二辅助标志物，主轴与断路器的动触头刚性连接，在断路器开合闸过程中，用高清、高速相机进行辅助标志物序列图像的拍摄，利用视觉跟踪算法得到两个辅助标志物在每个图像上的位置，从而得到角位移时间曲线，最后计算得到断路器发生动作时的分合闸时间、分合闸速度、行程、超行程和过冲量等机械特性参数，该检测方法较之现有技术，安装快捷方便，并且辅助标志物会随主轴同步移动，消除了主轴抖动带来的检测误差，检测结果更加接近真实情况，检测精度高。

Description

一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法

技术领域

本发明属于设备状态检测技术领域，具体涉及一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法。

背景技术

在检测高压断路器动触头分、合闸过程中的运动特性时，通常采用位移传感器测量高压断路器行程-时间曲线。由于断路器内部结构紧凑、可用空间范围狭窄，传感器安装比较困难。另外，这些传感器在测量断路器机械特性参数时，需要与断路器本体之间建立电气等物理连接，而且由于断路器的尺寸各不相同，传感器的夹具也不一样，因此安装过程非常繁琐、工作效率很低，还需要考虑电气和高电位隔离等问题。

再者，这些传感器在断路器分、合闸过程中会由于断路器本身及传感器机械震动等原因而导致位移传感器测量出的行程-时间曲线产生抖动。此外，传感器安装接头的不牢靠也会对测量精度产生影响。

发明内容

本发明的技术方案克服了现有技术的缺点，提供了一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法，该方法无需安装位移传感器，而且不需要停机进行安装，在高压断路器工作时直接进行断路器动触头运动特性的检测，操作过程快捷、简便，检测工作周期短、效率高。

本发明的具体技术方案是：

一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法，该方法是借助由数据采集系统及数据处理系统形成的检测系统实现的，数据采集系统的输出端与数据处理系统的输入端连接，关键点是，所述的数据采集系统包括相机和辅助标志物，相机面向辅助标志物，辅助标志物包括第一辅助标志物和第二辅助标志物，并且分别固定于与断路器的动触头刚性连接的主轴端面同一条直径的两端，在此基础上，所述方法步骤中包括：

a、在与断路器动触头刚性连接的主轴端面同一直径两端分别进行第一辅助标志物和第二辅助标志物的标定；

b、用相机拍摄断路器分、合过程中第一辅助标志物和第二辅助标志物运动的序列图像；

c、将序列图像输入数据处理系统中，数据处理系统根据视觉跟踪算法得到第一辅助标志物和第二辅助标志物在每个图像中的位置，从而得到两个辅助标志物之间的连线随断路器动作时转动的角度，并得出角位移时间曲线。

d、根据角位移时间曲线计算得出高压断路器开合闸过程中动触头的机械特性参数。

所述的步骤a中，第一辅助标志物和第二辅助标志物为具有不同颜色、形状或灰度特征的贴片，并且均与主轴颜色相区分。

所述的步骤b中，相机是高清、高速相机，分辨率不小于1696x1710，采集帧频不小于523fps，帧率不小于5000帧/s。

所述步骤b中，相机在进行图像拍摄时进行补光。

本发明的有益效果是：本发明通过在与动触头刚性连接的主轴上固定辅助标志物进行动态检测，断路器动作过程中主轴因震动而产生的平动不会对辅助标志物连线的转动角度产生影响，另外，由于断路器动触头与主轴之间是刚性连接，因此，辅助标志物之间连线的转动也就间接反映了断路器动作过程中动触头的运动特性，检测结果更加接近真实情况，该方法同时也避免了现有技术中安装位移传感器时所遇到的空间、周期方面的障碍，安装较为快捷方便。

附图说明

图1是本发明中相机与断路器的位置关系示意图。

图2是本发明中主轴及两个辅助标志物的示意图。

图3是具体实施例中两个辅助标志物之间连线的角位移时间曲线。

附图中，1、相机，2、第一辅助标志物，3、第二辅助标志物，4、主轴。

具体实施方式

本发明涉及一种基于视觉跟踪的高压断路器角位移特性检测方法，该方法是借助由数据采集系统及数据处理系统形成的检测系统实现的，数据采集系统的输出端与数据处理系统的输入端连接，所述的数据处理系统为带有高速网络接口的工控计算机，所述的数据采集系统包括相机1和辅助标志物，相机1面向辅助标志物，辅助标志物包括第一辅助标志物2和第二辅助标志物3，分别固定于与断路器的动触头刚性连接的主轴4端面同一条直径的两端，在此基础上进行断路器运动特性的检测。

具体实施例，如图1至图3所示，首先，利用高清、高速相机1拍摄两个辅助标志物随主轴4转动时的序列图像，然后，通过视觉跟踪算法对其运动进行跟踪并获取这两个辅助标志物在每个图像上的位置及其运动轨迹，在此基础上根据每帧中两个辅助标志物之间连线与其初始位置之间夹角的变化来获取断路器操动机构的角位移时间曲线，最后根据生成的角位移时间曲线计算断路器动作过程中的分(合)闸时间、分(合)闸速度、行程、超行程和过冲量等机械特性参数，具体步骤如下：

a、在与断路器动触头刚性连接的主轴4端面同一直径两端分别进行第一辅助标志物2和第二辅助标志物3的标定，两个辅助标志物具有与主轴4不同的颜色，从视觉算法上很容易将其与主轴4及断路器箱体等其他部件分开，两个辅助标志物为具有不同颜色、形状或灰度特征的贴片；

b、用相机1拍摄断路器开、合过程中第一辅助标志物2和第二辅助标志物3运动的序列图像，相机1采用高清、高速相机，分辨率不小于1696x1710，采集帧频不小于523fps，帧率不小于5000帧/s，高速摄像时，每幅图像的曝光时间很短，拍摄时需要进行补光，开启补光灯，调整相机1的位置和视野，使其对准主轴4及其上辅助标志物所在的观察窗，断路器动作时，这两个辅助标志物会随着主轴4的转动而转动，因此，这两个辅助标志物之间连线的转动就反映了主轴4的转动过程；

c、将序列图像输入数据处理系统中，从高速、高清相机1拍摄的序列图像的第一帧开始，分别以两个辅助标志物所在区域为模板，采用视觉跟踪算法获取它们在每帧图像中的位置，并生成其运动轨迹，根据跟踪到的运动轨迹，计算各帧图像中两个辅助标志物之间连线在断路器动作过程中转动的角度并据此生成断路器动作的角位移时间曲线，其中，根据辅助标志物的运动轨迹计算断路器主轴转动角度的过程如下：

设动作前两个辅助标志物中心之间的连线为l₁，动作后，两辅助标志点中心间的连线为l₂，则l₁到l₂的夹角θ即为断路器主轴转动的角位移(即l₁沿逆时针方向旋转到第一次与l₂重合时所转的角度)，其中，θ∈[0,π)，其计算公式为：

$tg\mathrm{\θ}=\frac{k_2-k_1}{1+k_2\×k_1}$

其中，k₁、k₂为直线l₁、l₂的斜率。

使用上式计算角位移的前提是l₁和l₂的斜率都存在，若都不存在，则l₁和l₂平行，角位移θ为0；当有且只有一个斜率不存在时，有以下四种情况：

a)l₂的斜率不存在，且l₁与横轴的夹角α₁＜π/2：θ＝π/2-α₁；

b)l₂的斜率不存在，且l₁与横轴的夹角α₁＞π/2：θ＝π/2+(π-α₁)；

c)l₁的斜率不存在，且l₂与横轴的夹角α₂＜π/2：θ＝α₂+π/2

d)l₁的斜率不存在，且l₂与横轴的夹角α₂＞π/2：θ＝α₂-π/2

数据处理系统根据视觉跟踪算法得到第一辅助标志物2和第二辅助标志物3之间的连线随断路器动作时转动的角度，并据此生成断路器动作时的角位移时间曲线。

d、根据角位移时间曲线计算得出高压断路器开合闸过程中动触头的机械特性参数，在断路器合闸时，动触头会迅速移动并接触静触头，使断路器导通并接入负载，但由于动触头存在惯性，同样，主轴在转动过程中也会随着动触头的运动产生振荡，在角位移时间曲线中表现为曲线会运动到最高点，然后返回到平衡点，形成一个振荡过程。因此，通过基于双辅助标志点视觉跟踪的高压断路器角位移特性检测方法生成的断路器的行程曲线中会也会存在一个超调过程。根据角位移时间曲线，可以计算断路器的分(合)闸时间、分(合)闸速度、行程、超行程和过冲量等机械特性参数，图3给出了基于断路器角位移时间曲线来定义和计算断路器机械特性参数的示意图，具体计算方法如下：

触头开距：在合闸开始时，动、静触头之间的距离为S₃；

超行程：动、静触头开始接触起至合闸结束之间的距离S₂-S₃；

刚合速度：动触头在合闸过程中与静触头刚接触时的速度为S₃/t₁；

合闸速度：动触头在合闸过程中的平均速度为S₂/t₂；

合闸时间：合闸过程中，动、静触头相接触瞬间的时间t₁；

弹跳时间：合闸过程中，动、静触头接触后由于弹力经反复弹跳后最终达到稳定的时间t₂-t₁；

过冲量：合闸过程中，动触头的最大位移与动触头稳定后运动位移之间的差S₁-S₂

过冲时间：合闸过程中，动触头运动位移超过行程的运动时间。

本发明在主轴上设置辅助标志物，辅助标志物随主轴的转动而转动，主轴与动触头刚性连接，因此辅助标志物的运动特性即可反应动触头的运动特性，而且本方法通过辅助标志物在主轴端面角度的变化反应运动特性，无论主轴怎样抖动，都不会对转动角度产生影响，能够避免现有技术中断路器及相关部件振动带来的测量误差。此外，根据视觉跟踪算法获取断路器动作时的角位移特性曲线非常快捷、方便，整个断路器动触头的运动特性的检测效果更加真实和可视化，可参考性更高。

Claims (4)

1.一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法，该方法是借助由数据采集系统及数据处理系统形成的检测系统实现的，数据采集系统的输出端与数据处理系统的输入端连接，其特征在于，所述的数据采集系统包括相机(1)和辅助标志物，相机(1)面向辅助标志物，辅助标志物包括第一辅助标志物(2)和第二辅助标志物(3)，并且分别固定于与断路器的动触头刚性连接的主轴(4)端面同一条直径的两端，在此基础上，所述方法步骤中包括：

a、在与断路器动触头刚性连接的主轴(4)端面同一直径两端分别进行第一辅助标志物(2)和第二辅助标志物(3)的标定；

b、用相机(1)拍摄断路器分、合过程中第一辅助标志物(2)和第二辅助标志物(3)运动的序列图像；

c、将序列图像输入数据处理系统中，数据处理系统根据视觉跟踪算法得到第一辅助标志物(2)和第二辅助标志物(3)在每个图像中的位置，从而得到两个辅助标志物之间的连线随断路器动作时转动的角度，并得出角位移时间曲线。

d、根据角位移时间曲线计算得出高压断路器分合闸过程中动触头的机械特性参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法，其特征在于：所述的步骤a中，第一辅助标志物(2)和第二辅助标志物(3)为具有不同颜色、形状或灰度特征的贴片，并且均与主轴(4)颜色相区分。

3.根据权利要求1所述的一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法，其特征在于：所述的步骤b中，相机(1)是高清、高速相机，分辨率不小于1696x1710，采集帧频不小于523fps，帧率不小于5000帧/s。

4.根据权利要求1所述的一种基于双辅助标志物的断路器角位移特性检测方法，其特征在于：所述步骤b中，相机(1)在进行图像拍摄时进行补光。