CN107144768A - 一种电气设备缺陷检测用紫外双光谱检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了紫外双光谱检测仪使用的紫外传感器和可见光传感器设计技术、紫外/可见光双光谱探测光学子系统设计技术、基于FPGA和DSP的图像双光谱图像检测硬件平台的设计技术、基于小波变换的适合双光谱图像检测系统的图像融合技术。技术的创新点主要是：紫外传感器(紫外透镜、日盲滤光片、日盲ICCD探测器等)设计制造方法及工艺、可见光传感器设计制造方法及工艺、紫外/可见光双光谱探测光学子系统设计制造方法及工艺、基于FPGA和DSP的图像双光谱图像检测硬件平台、基于小波变换的适合双光谱图像检测系统的图像融合方法。项目开发的紫外电晕检测相关技术、设备产品，可以及时准确地检测电晕放电的位置和强弱。
Description
技术领域：
本发明涉及一种电气设备缺陷检测用紫外双光谱检测仪，属于电子设备技术领域。
背景技术：
电气设备在设计、制造、安装、运行、维护中，任何一个环节出现问题都可形成电晕放电现象。高压导体粗糙的表面、终端锐角区域、绝缘层表面污秽区、高压套管及导体终端绝缘处理不良处，和高压导线断股、导线压接不良、残缺的绝缘体、破损的瓷瓶及绝缘子等有绝缘缺陷的电气设备在高电压下运行时，就会因高电场强度而发生电晕放电，电晕放电时气体分子会持续获得并释放能量，释放能量同时产生光波及声波。
空气在电晕的作用下发射的光谱(λ＝280～400nm)主要落在紫外光波段。紫外检测就是利用这一特点检测电气设备的绝缘状况，再通过分析判断电气设备外绝缘的真实状况。
太阳作为自然界最大的紫外源，其紫外辐射在大气底层存在盲区。利用这一特点，选择该盲区作为探测目标，可以开发出在白天也能稳定工作的紫外探测装置。电磁波谱的划分如图1所示，其中10nm～400nm波长范围被划为紫外辐射区。近20年，紫外探测技术在军事领域的应用日益深入，同时也衍生出一些民用产品，其已成为继红外与激光技术之后发展起来的又一军民两用的光电子技术。紫外探测技术的主要研究内容包括紫外辐射源、探测目标与背景的紫外光谱特性、紫外辐射的大气传输特性、紫外辐射的探测与应用等。
发明内容：
紫外传感器(紫外透镜、日盲滤光片、日盲ICCD探测器等)设计技术、可见光传感器设计技术、紫外/可见光双光谱探测光学子系统设计技术、基于FPGA和DSP的图像双光谱图像检测硬件平台的设计技术、基于小波变换的适合双光谱图像检测系统的图像融合技术。
技术的创新点主要是：
紫外传感器(紫外透镜、日盲滤光片、日盲ICCD探测器等)设计制造方法及工艺、可见光传感器设计制造方法及工艺、紫外/可见光双光谱探测光学子系统设计制造方法及工艺、基于FPGA和DSP的图像双光谱图像检测硬件平台、基于小波变换的适合双光谱图像检测系统的图像融合方法。
紫外检测技术作为一种灵活的设备状态在线检测技术，更能反映设备缺陷故障的早期状态，且检测不易受天气影响，具有很好的推广应用前景。
项目集成了国内外和自有的先进技术，开发紫外电晕检测相关技术、设备产品，从而及时准确地检测电晕放电的位置和强弱，对保电力设备的可靠运行、防止电力设备的损坏和减少人身伤害都有重要的意义。
附图说明：
图1双光谱电晕成像仪系统结构示意图
图2紫外通道成像原理
具体实施方式：
1.紫外/可见光双光谱探测光学子系统设计技术；
光子成像计数技术可以解决对极其微弱的光信号成像的问题。在强光信号激励下，光电阴极发射的光电子很多，这些光电子经倍增管和信号放大电路后产生的脉冲互相重叠，输出信号为这些脉冲信号的集合。当光信号较弱时，对应每个光子产生的输出脉冲互相独立，光信号可用脉冲计数法测量，即每秒脉冲数。当使用的探测器是二维成像器件时称为计数成像。日盲型紫外成像仪采用双光谱成像方式，其原理结构如图2所示。设备工作原理为：紫外成像系统由可见光成像通道和紫外成像通道所构成，进入镜头的图像包括背景的可见光信息和电晕放电的紫外光，成像仪内部的分束器将入射光信号分为两路，其中的一路直接进入紫外光通道，该通道有特殊的“日盲”滤光片，仅让窄带紫外光信号通过，由于高压设备表面电晕放电辐射出的日盲波段光信号强度为10-5～10-6数量级，非常微弱且属于不可见的辐射图像，为实现微弱光成像，紫外通道采用了像增强的方法实现成像：先利用紫外光电阴极将紫外辐射图像转换为电子图像，然后经MCP(微通道板)对电子图像增益放大，MCP输出的电子流高速轰击到其后部的荧光屏上，将电子图像又转换为可见光图像，然后经光锥耦合到CCD成像。另一路经可见光透镜后成像在CCD探测器上。如图1
2.紫外传感器(紫外透镜、日盲滤光片、日盲ICCD探测器等)设计技术；紫外通道仅对放电发光区域进行成像，看不到场景，为了能定位放电位置，采用了图像融合算法将紫外图像叠加到了可见光图像上，从而显示出放电位置。
紫外成像设备主要由紫外透镜、日盲滤光片、日盲ICCD探测器等部件所构成，其原理可表示如图2所示。
ICCD主要由入射窗、日盲光电阴极、微通道板(MCP)、荧光屏、耦合光纤、可见光CCD六个部分组成。ICCD基本工作原理为：从入射窗入射的光子照射到光电阴极上，按一定的量子转换效率转化为光电子，在加速电场的作用下光电子进入MCP进行倍增，然后聚焦到荧光屏激发出可见光，通过光纤光锥将图像耦合到可见光CCD上，最后由电子线路读出，完成从入射光到电子图像的转换。
Claims (1)
1.电气设备缺陷检测用紫外双光谱检测仪其权利特征如下：
1.紫外/可见光双光谱探测光学子系统设计技术；
光子成像计数技术可以解决对极其微弱的光信号成像的问题。在强光信号激励下，光电阴极发射的光电子很多，这些光电子经倍增管和信号放大电路后产生的脉冲互相重叠，输出信号为这些脉冲信号的集合。当光信号较弱时，对应每个光子产生的输出脉冲互相独立，光信号可用脉冲计数法测量，即每秒脉冲数。当使用的探测器是二维成像器件时称为计数成像。
2.紫外传感器(紫外透镜、日盲滤光片、日盲ICCD探测器等)设计技术；
紫外通道仅对放电发光区域进行成像，看不到场景，为了能定位放电位置，采用了图像融合算法将紫外图像叠加到了可见光图像上，从而显示出放电位置。
3.基于FPGA和DSP的图像双光谱图像检测硬件平台的设计技术；
CCD驱动时序可以采用直接数字电路、单片机、EPREOM、微处理器或数字信号处理器(DSP)和可编程器件产生。FPGA是第4代可编程器件，它将定制ASIC的高集成度、高性能的优点与可编程器件灵活性优点结合在一起，从而避免了定制ASIC的高成本、高风险、长设计周期和可编程器件密度低的缺点。
4.基于小波变换的适合双光谱图像检测系统的图像融合技术；
图像融合是采用某种算法对两幅或多幅不同的图像进行综合与处理，最终形成一幅新的图像。根据融合处理所处的不同阶段，图像融合的处理通常可在以下三个不同层次上进行：像素级融合、特征级融合和判决级融合。
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