CN107941828A - 一种基于x射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统及方法，该检测系统包括探测系统、检测平台及支架系统，探测系统与检测平台连接，探测系统包括X射线源与探测器盒，探测器盒与X射线源连接，该检测方法的步骤是先完成电缆及接头内部结构图像的接收、拼接和融合，再对电缆及接头整体图像进行灰度处理，然后利用边缘检测技术获取显著边缘点，接着将边缘检测后的电缆及接头内部结构图像分层着色，最后联合数据库中存储的标准电缆及接头内部结构图像进行差分计算，依据图像区别结果作出检测判断。本发明可实现电缆及接头内部结构的可视化实时诊断，依据电缆及接头内部结构快速准确地判断其运行状态，有效减少由电缆及接头内部缺陷产生的故障事故，保证电缆及接头的安全可靠运行。

Description

一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系 统及方法

技术领域：

本发明涉及输变电设备无损检测领域，特别是涉及一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统及方法。

背景技术：

随着城市电网电缆化的程度不断提高，电缆供电可靠性的要求也不断提高。准确掌握电缆的内部状态，制定正确的检修对策，避免因电缆质量问题导致突发性事故的发生，十分重要。电缆及接头受工艺、工况、材料等影响，易发生故障：若故障发生在变电站与架空输电线路间，会导致跳闸且重合闸失败；若电缆通道内电缆及接头发生故障，极易引发火灾，电缆通道环境相对封闭难以巡检，火灾发生后会因蔓延而影响到同沟其他电缆，扩大事故影响。

电缆量大面广且工作环境封闭，囿于检测的人力和物力，很难做到全面巡检。电缆及接头目前使用的温度检测不能提前预警，事故发生后只能通过解体才能回溯原因。其他对运行电缆进行带电检测的方法多以超声波、高频局放检测为主，该类方法受现场干扰影响较大。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，提供一种可实现电缆及接头内部结构的可视化实时诊断，依据电缆及接头内部结构快速准确地判断其运行状态，有效减少由电缆及接头内部缺陷产生的故障事故，保证电缆及接头的安全可靠运行的基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统及方法。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，该检测系统包括探测系统、检测平台以及支架系统，所述支架系统支撑探测系统完成对电缆及接头的探测，所述探测系统通过无线通信网络与检测平台连接，所述探测系统包括X射线源与探测器盒，所述探测器盒与X射线源连接。

优选的，根据本发明所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其中，探测器盒可包括图像增强器、CCD图像传感器、A/D转换模块、CPU模块、通信模块以及电源模块，所述小焦点X射线源与CPU模块通过航插控制线缆连接，所述图像增强器与CCD图像传感器连接，所述CCD图像传感器与A/D转换模块连接，所述CPU模块连接在A/D转换模块与通信模块之间，所述电源模块与CPU模块连接，所述通信模块通过无线通信网络与检测平台连接。

优选的，根据本发明所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其中，CCD图像传感器可选用1024×1280像素的1/2″面阵CCD，所述CPU模块以MC9S08DZ60芯片为核心，所述A/D转换模块以ADS1110芯片为核心。

优选的，根据本发明所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其中，检测平台可包括上位机、显示屏以及输入设备，所述上位机通过无线通信网络与探测系统连接，所述显示屏和输入设备均与上位机连接。

优选的，根据本发明所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其中，支架系统包括支撑杆、U形架、横轴、拐臂以及底座，所述支撑杆分为上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆之间采用螺纹连接，下支撑杆与底座连接，上支撑杆通过横轴与拐臂连接，所述横轴可随上支撑杆沿下支撑杆上下移动和旋转，所述拐臂通过轴套可沿横轴表面水平移动，所述U形架装设于拐臂末端，且通过螺纹结构可绕拐臂旋转，所述U形架两端分别装设小焦点X射线源与探测器盒。

本发明另一个技术解决方案是，提供一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测方法，该检测方法包括以下步骤：

步骤1.图像获取：利用小焦点X射线源，采用双壁单影透射法、双壁双影椭圆成像平移法或双壁双影椭圆成像角度法照射待检测的电缆及接头，通过调整对比度、焦距等参数，得到电缆及接头内部结构图像，数据经无线网络传输，由上位机接收；

步骤2.预处理：将探测系统分段拍摄的原始电缆及接头内部各层结构图像拼接融合后，再对合成后的底片图像数据进行灰度处理，得到灰度化图像数据；

步骤3.边缘检测：对灰度处理后的完整电缆及接头内部结构图像数据，进行数据检查、滤波、增强操作后，通过对阈值大小的调整，获取显著边缘点；

步骤4.分层着色：依据边界分布与物质属性对结构图像着色，气泡内部区域保持空白；

步骤5.图像差分：将着色后的电缆及接头内部结构图像，与数据库中存储的标准电缆及接头内部结构图像进行差分处理，得到突出显示部分图像；

步骤6.结果分析：对突出显示部分图像进行分析，若各层结构间差异满足相应标准要求并无气泡，则认为该电缆及接头检测结果为正常；反之，则认为该电缆及接头检测结果为异常，输出图像交由工作人员处理。

本发明的有益效果是：X光检测是一种可实时成像的新型检测技术，可实现电缆及接头内部结构的可视化实时诊断，依据电缆及接头内部结构快速准确地判断其运行状态。

以X射线实时成像技术为无损检测工具，获取电力电缆及接头内部多层结构信息，结合计算机图像分析技术，与预先建立的电力电缆及接头内部结构标准库进行比对，判别接头内部的气泡以及各层结构相对安装位置，可实现对电缆及接头内部的状态检测，有效减少由电缆及接头内部缺陷产生的故障事故，保证电缆及接头的安全可靠运行。

附图说明：

图1为本发明一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统的结构示意图；

图2为本发明中探测系统与检测平台内部原理框图；

图3为本发明中支架系统的结构示意图；

图4为本发明一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测方法的算法流程图。

具体实施例：

下面结合附图和具体实施例对本发明一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统及方法作进一步说明：

如图1所示，本发明一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统包括探测系统1、检测平台2以及支架系统3，所述支架系统3支撑探测系统1完成对电缆及接头的探测，所述探测系统1通过无线通信网络与检测平台2连接，所述探测系统1包括小焦点X射线源4与探测器盒5，所述探测器盒5通过航插控制线缆与小焦点X射线源4连接。

本发明无损检测系统中的探测系统1会将X射线透射图像转化成数字图像，通过TCP/IP协议发送到检测平台2上。检测平台2对数字图像进行分析、识别与处理，得到检测结果。检测平台2发出的图像采集或停止指令，通过TCP/IP协议发送到探测系统1上，经由航插控制线缆完成对小焦点X射线源4开关的操作。

如图2所示，本发明中的探测器盒5包括图像增强器6、CCD图像传感器7、A/D转换模块8、CPU模块9、通信模块10以及电源模块11。小焦点X射线源4与CPU模块9通过航插控制线缆连接，所述图像增强器6与CCD图像传感器7连接，CCD图像传感器7与A/D转换模块8连接，所述CPU模块9连接在A/D转换模块8与通信模块10之间，所述电源模块11与CPU模块9连接，所述通信模块10通过无线通信网络与检测平台2连接。选用小焦点X射线源一方面可以提高系统清晰度，改善图像质量；另一方面，减小焦点尺寸能检出更小的缺陷，有利于提高检测的可靠性。

本发明中的图像增强器6将不可见的X射线图像转化为可见光图像，并增强图像亮度，再由CCD图像传感器7将光学信号转换为模拟电流信号。模拟电流信号经过A/D转换模块8转换成数字信号，由CPU模块9和通信模块10完成对图像数字信号的压缩与传输。利用TCP/IP协议把数据传输给检测平台2，借助上位机12的处理手段，完成对电缆及接头内部结构的无损检测。

优选地，本发明中的探测系统1中的CCD图像传感器7选用1024×1280像素的1/2″面阵CCD，CPU模块9以MC9S08DZ60芯片为核心，A/D转换模块8以ADS1110芯片为核心。

如图2所示，本发明中的检测平台2包括上位机12、显示屏13和输入设备14，所述上位机12与探测系统1连接，所述显示屏13和输入设备14均与上位机12连接。

本发明中的上位机12接收TCP/IP协议传输过来的探测系统1图像数据，并应用下述的无损检测方法对图像数据进行分析判别，根据分析结果判断电缆及接头是否存在缺陷，确定缺陷位置。显示屏13显示接收的电缆及接头内部结构图像、预先存储的电缆及接头标准件内部结构图像、算法处理后的图像以及检测结果。输入设备14供工作人员操作显示屏13，控制检测算法过程中的参数设置以及输入图像采集或停止指令。

如图3所示，本发明中的支架系统3包括支撑杆15、U形架16、横轴17、拐臂18以及底座19，所述支撑杆15分为上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆之间采用螺纹连接，下支撑杆与底座19连接，上支撑杆通过横轴17与拐臂18连接，所述横轴17可随上支撑杆沿下支撑杆上下移动和旋转，所述拐臂18通过轴套可沿横轴17表面水平移动，所述U形架16装设于拐臂18末端，且通过螺纹结构可绕拐臂18旋转，所述U形架16两端分别装设小焦点X射线源4与探测器盒5。U形架16固定X射线源4和探测器盒5的相对位置。支架系统3内部装设微特电机提供动力，实现对电缆及接头多角度、全方位的探测。

支架系统3实现支撑杆15到U形架16之间多个自由度的运动。支撑杆15通过横轴17与拐臂18连接，横轴17可沿支撑杆15上下移动，拐臂18可沿横轴17水平移动。U形架16装设于拐臂18末端，可绕拐臂18旋转，U形架16两端分别装设小焦点X射线源4与探测器盒5，实现对电缆及接头多角度、全方位的检测。

如图4所示，本发明一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测方法包括图像获取、预处理、边缘检测、分层着色、图像差分和结果分析六个过程，其具体步骤如下阐述：

1)图像获取

利用前述的电力电缆及接头无损检测系统中的小焦点X射线4，采用双壁单影透射法照射待检测的电缆及接头，通过适当地调整对比度、焦距，得到清晰的电缆及接头内部结构图像。在检测的电缆及接头直径不同的情况下，双壁单影透射法可以更换为双壁双影椭圆成像平移法、双壁双影椭圆成像角度法等。对外径D0>89mm的电缆及接头，可采用双壁单影透射法；当外径48mm<D0<89mm时，应采用双壁双影椭圆成像平移法；当外径D0<48mm时，可采用双壁双影椭圆成像角度法。选用合适的透射法，可以防止发生图像重叠，保证检测图像的质量。

2)预处理

将探测系统分段1拍摄的原始电缆及接头内部结构各层结构图像拼接融合，上位机12对采集到的电缆及接头内部各层结构的间隙图像数据进行灰度处理，为后续的图像分析和图像处理等上层操作做准备。

3)边缘检测

边缘检测包括数据检查、滤波及增强三个过程，首先对灰度处理后的电缆及接头内部结构图像数据进行检查，数据损坏或异常需重新采集与灰度处理。电缆及接头工作环境复杂，同时采集到的图像数据需要与标准图像数据相匹配，因此实际使用时要注意对采集到的数据进行检查，数据不完整或数据损坏，应做舍弃处理，重新采集完整对应数据；获得的正常数据受装置工况以及人员操作的影响，不可避免地夹杂一定的噪声。此外，边缘检测主要是基于图像强度的一阶和二阶导数，而导数的计算对噪声敏感，噪声的存在会使边缘变宽或在某些点处发生间断。因此需要对获得的正常数据进行滤波处理，来提高与噪声有关的边缘检测器的性能；一般来说，图像的能量主要集中在低频部分，噪音所在的频段主要在高频段，同时图像的边缘信息也主要集中在高频部分。这将导致图像再经滤波处理后，图像边缘和图像轮廓模糊的情况出现。为了减少这类不利效果影响，引入增强边缘算法将图像灰度点邻域强度值有显著变化的点凸显出来，应用阈值化的方法获得边缘检测结果。总之，滤波器在降低噪声的同时会引起边缘强度的损失，增强图像边缘可以弥补损失，因此应注意阈值大小的选择需要注意同时满足增强边缘和降低噪声的要求。

通过边缘检测可以标识出电缆及接头内部结构图像中亮度变化明显的点，而这些图像属性中的显著变化通常反映了电缆及接头内部结构中物质属性的变化和不连续，最终得到更为清晰的电缆及接头内部的气泡以及各层结构相对安装位置。

4)分层着色

依据边缘检测获得的边界分布与已知电缆及接头各层物质种类，对完整的电缆及接头内部结构图像分层着色，保证各层与相邻层之间颜色差异较大。气泡区域内部保持空白。

5)图像差分

将边缘检测后的电缆及接头内部结构图像，与数据库中存储的标准电缆及接头内部结构图像进行差分处理。将两幅图像对应的像素值相减，消弱图像之间的相似部分，突出显示图像之间的变化部分。

6)结果分析：对突出显示部分图像进行分析，若各层结构间差异满足相应标准要求并无气泡，则认为该电缆及接头检测结果为正常；反之，则认为该电缆及接头检测结果为异常，输出高亮显示问题区域的图像，发出警告信息交由工作人员处理。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其特征在于：该检测系统包括探测系统、检测平台以及支架系统，所述支架系统支撑探测系统完成对电缆及接头的探测，所述探测系统通过无线通信网络与检测平台连接，所述探测系统包括X射线源与探测器盒，所述探测器盒与X射线源连接。

2.据权利要求1所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其特征在于：所述探测器盒包括图像增强器、CCD图像传感器、A/D转换模块、CPU模块、通信模块以及电源模块，所述X射线源与CPU模块通过航插控制线缆连接，所述图像增强器与CCD图像传感器连接，所述CCD图像传感器与A/D转换模块连接，所述CPU模块连接在A/D转换模块与通信模块之间，所述电源模块与CPU模块连接，所述通信模块通过无线通信网络与检测平台连接。

3.据权利要求2所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其特征在于：所述CCD图像传感器选用1024×1280像素的1/2″面阵CCD，所述CPU模块以MC9S08DZ60芯片为核心，所述A/D转换模块以ADS1110芯片为核心。

4.据权利要求1所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其特征在于：所述检测平台包括上位机、显示屏以及输入设备，所述上位机通过无线通信网络与探测系统连接，所述显示屏和输入设备均与上位机连接。

5.据权利要求1所述的一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测系统，其特征在于：所述支架系统包括支撑杆、U形架、横轴、拐臂以及底座，所述支撑杆分为上支撑杆和下支撑杆，上支撑杆和下支撑杆之间采用螺纹连接，下支撑杆与底座连接，上支撑杆通过横轴与拐臂连接，所述横轴可随上支撑杆沿下支撑杆上下移动和旋转，所述拐臂通过轴套可沿横轴表面水平移动，所述U形架装设于拐臂末端，且通过螺纹结构可绕拐臂旋转，所述U形架两端分别装设小焦点X射线源与探测器盒。

6.一种基于X射线实时成像技术的电力电缆及接头无损检测方法，其特征在于：该无损检测方法包括以下步骤：

步骤1.图像获取：利用小焦点X射线源，采用双壁单影透射法、双壁双影椭圆成像平移法或双壁双影椭圆成像角度法照射待检测的电缆及接头，通过调整对比度、焦距等参数，得到电缆及接头内部结构图像，数据经无线网络传输，由上位机接收；

步骤2.预处理：将探测系统分段拍摄的原始电缆及接头内部各层结构图像拼接融合后，再对合成后的底片图像数据进行灰度处理，得到灰度化图像数据；

步骤3.边缘检测：对灰度处理后的完整电缆及接头内部结构图像数据，进行数据检查、滤波、增强操作后，通过对阈值大小的调整，获取显著边缘点；

步骤4.分层着色：依据边界分布与物质属性对结构图像着色，气泡内部区域保持空白；

步骤5.图像差分：将着色后的电缆及接头内部结构图像，与数据库中存储的标准电缆及接头内部结构图像进行差分处理，得到突出显示部分图像；

步骤6.结果分析：对突出显示部分图像进行分析，若各层结构间差异满足相应标准要求并无气泡，则认为该电缆及接头检测结果为正常；反之，则认为该电缆及接头检测结果为异常，输出图像交由工作人员处理。