CN108680602A - 一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置、方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置、方法及系统，利用光脉冲热激励加载装置向被待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励作用，利用红外热像采集装置采集待测瓷绝缘子表面的红外热图序列，并由数据处理器将采集到的红外热图序列经拟合、压缩、重建等预处理，并根据预处理得到的原始红外热图序列提供的缺陷信息，与特征数据库中的数据进行分析比对，得到瓷绝缘子的缺陷类别及定量计算结果。本申请通过光脉冲热激励作用在瓷绝缘子的表面，利用被测瓷绝缘子表面动态温度场的变化来判断缺陷类型及对缺陷信息进行分析，具有测量快速、单次测量面积大、测量结果直观、非接触等特点，并可对瓷绝缘子内部缺陷相关信息进行准确、全面且深入的处理和分析。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电力设备检测技术领域，特别涉及一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置、方法及系统。
背景技术
瓷绝缘子是输变电系统重要的设备部件，被广泛地用于高压输电线路、变电站等电网系统中，对输电导线起着机械支撑和电力绝缘的作用。由于陶瓷本身工艺和配方的问题，瓷绝缘子在制造过程中容易形成气孔、夹杂、微裂纹等缺陷，造成局部应力集中现象。在长期运行过程中受到机电负荷、恶劣环境变化等的影响，绝缘子缺陷将进一步发展，甚至发生断裂或击穿故障，严重影响电网的安全运行。因此，加强对瓷绝缘子的检测和质量评价，对确保电网的安全运行十分重要。
目前采用红外线，紫外线，超声波等方法对瓷绝缘子进行检测，但是都存在比较严重的局限，应用效果不佳。缺陷绝缘子的发热功率与绝缘电阻有关，当绝缘电阻下降到5-10兆欧区间时，其温升与正常绝缘子相差很小，从红外检测的热场分布上很难区分，存在检测盲区。紫外线成像方法利用绝缘子在缺陷处局部放电发出的紫外线实现对缺陷的检测，但由于绝缘子串电场分布不均，处于低电场密度区域的缺陷处会因为放电量小而难以识别。而超声波检测法基于超声波在交界面的反射、折射和模式变换来实现缺陷的检测，属于接触式检测方法，检测过程中需要涂抹耦合剂，检测效率低。
近年来，主动红外热像检测技术由于在侦测火灾、检查故障等领域的应用逐渐受到各行业的广泛关注，其运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，并将该信号装换成可供人类视觉分辨的图像和图形信息，具有检测速度快、检测精度高、非接触测量、结果直观、便于分析等特点。但是截至目前，针对瓷绝缘子内部缺陷进行主动红外热像检测处理分析手段尚不成熟，其原因主要在于：瓷绝缘子运行现场工作环境复杂，图像背景干扰、现场红外噪声、瓷绝缘子本身发热等因素对测试结果造成一定影响，影响测试精度；另一方面，现有技术也无法解决如何对庞大的红外热图序列进行规范管理及处理的问题，导致无法全面的检测出缺陷信息。
发明内容
本申请提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置、方法及系统，已解决现有技术中其它检测方法检测效率低、缺陷难以识别、存在检测盲区等问题，并且本申请提供的无损检测装置具有测量快速、单次测量面积大、测量结果直观、非接触等特点，并可对瓷绝缘子内部缺陷相关信息进行准确、全面且深入的处理和分析，提升瓷绝缘子检测工作水平。
本申请提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，所述检测装置包括数据处理器，红外热像采集装置和光脉冲热激励加载装置，其中，
所述数据处理器的输出端电连接至所述红外热像采集装置；
所述红外热像采集装置包括互相电连接的红外热成像仪和数据采集卡；所述红外热成像仪位于待测瓷绝缘子的一侧；
所述光脉冲热激励加载装置包括脉冲发射装置和电源箱；所述脉冲发射装置位于所述红外热成像仪和待测瓷绝缘子之间；所述电源箱通过导线与所述脉冲发射装置连接；
所述脉冲发射装置包括遮光罩及位于所述遮光罩内部的高能脉冲闪光灯阵列；所述遮光罩的中心设有红外热成像仪镜头通孔。
可选的，所述电源箱包括脉冲触发电路，能量调节电路和供电电源；所述供电电源分别电连接至所述脉冲触发电路和所述能量调节电路；所述脉冲触发电路和所述能量调节电路的输出端分别与所述高能脉冲闪光灯阵列电连接。
可选的，所述遮光罩由位于所述高能脉冲闪光灯阵列一侧的反光罩及位于所述高能脉冲闪光灯阵列另一侧的透明玻璃围成；所述反光罩位于所述红外热成像仪与所述高能脉冲闪光灯阵列之间；所述透明玻璃位于所述待测瓷绝缘子与所述高能脉冲闪光灯阵列之间。
可选的，所述高能脉冲闪光灯阵列由12支闪光灯组成，12支所述闪光灯按3×4阵列均匀排布。
可选的，所述闪光灯发射脉冲的脉冲宽度在500μs-1000μs之间，脉冲能量大于或等于800J。
本申请还提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
调节红外热成像仪的位置及焦距，使数据处理器的显示屏上清晰显示被检测区域的红外热成像图；
由数据处理器设置红外热像采集装置的图像采集时长和采集频率；
由数据处理器设置光脉冲热激励加载装置输出光脉冲激励的能量与脉宽；
通过光脉冲热激励加载装置向待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励；
由红外热像采集装置采集待测区域的动态温度分布信息，并将动态温度分布信息发送至数据处理器；
数据处理器对采集到的动态温度分布信息进行拟合、压缩、重建等预处理，输出瓷绝缘子原始红外热图序列；
数据处理器将瓷绝缘子原始红外热图序列进行分析处理，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果。
可选的，所述通过光脉冲热激励加载装置向待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励包括：
通过供电电源输出低压直流或低压交流；
脉冲触发电路将所述低压直流或低压交流变换为交流高电压，再经半波整流变换为脉动直流对电容进行充电；
当电压达到一定数值，电容放电触发闪光灯发出光脉冲；
通过能量调节电路调节高能脉冲闪光灯阵列的光辐射频率，调节待测表面受热程度。
可选的，所述数据处理器将瓷绝缘子原始红外热图序列进行分析处理，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果包括：
逐帧播放重建后的原始红外热图序列，搜索热图序列上不连续的热斑，对瓷绝缘子缺陷进行初步识别；
对每一个像元的温度-时间曲线做微分处理，得到温度-时间微分曲线；
对温度-时间微分曲线进行插值并重建图像，得到瓷绝缘子表面温度的微分热图序列；
数据处理器将得到的微分热图序列与特征数据库中的数据进行分析比对，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果。
本申请还提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统，所述检测系统包括控制模块，数据采集模块，数据拟合与重建模块，增强处理模块，信息分离模块，缺陷特征提取与定量识别模块，缺陷对比判定及故障评估模块，数据传输模块及特征数据库，其中，
所述控制模块，用于控制光脉冲热激励加载装置对待测瓷绝缘子施加热激励，并对热激励的各项参数进行调节；
所述数据采集模块，用于采集待测瓷绝缘子表面的红外热图序列；
所述数据拟合与重建模块，用于将采集到的原始动态温度信息进行数据拟合，压缩与重建；
所述增强处理模块，用于对红外热图序列中的噪声进行滤波处理，同时对红外热图序列进行增强处理；
所述信息分离模块，用于从背景数据中分离出需要进一步判别的疑似缺陷区域；
所述缺陷特征提取与定量识别模块，用于提取疑似缺陷区域中的特征信息，判定缺陷区域形状并计算缺陷的尺寸大小，深度，导热率等参数；
所述缺陷对比判定及故障评估模块，用于将特征信息和定量计算出的缺陷参数与所述特征数据库中的数据进行对比，分析缺陷类型，缺陷形成原因及缺陷可能导致的故障类型；
所述数据传输模块，用于提供各模块之间的信息传输；
所述特征数据库，用于对瓷绝缘子特征数据进行数据存储，数据管理，数据查询等操作；
所述控制模块分别与所述数据采集模块和所述数据拟合与重建模块相连接；所述拟合与重建模块，增强处理模块，信息分离模块，缺陷特征提取与定量识别模块和缺陷对比判定及故障评估模块顺次连接；所述拟合与重建模块，增强处理模块，信息分离模块，缺陷特征提取与定量识别模块和缺陷对比判定及故障评估模块均与所述数据传输模块相连接；所述特征数据库与所述缺陷对比判定及故障评估模块连接。
可选的，所述特征数据库包括权限管理模块，数据存储模块，数据查询和导出模块及数据库维护模块；
所述权限管理模块，用于管理用户登录特征数据库的访问权限；
所述数据存储模块，用于提供数据库存储功能；
所述数据查询和导出模块，用于根据瓷绝缘子检测信息查询相应的故障信息，并以多种形式导出数据结果；
所述数据库维护模块，用于对特征数据库中的数据进行修改、添加或删除操作；
所述权限管理模块分别与所述数据存储模块及数据查询和导出模块连接；
所述数据存储模块及数据查询和导出模块分别与所述数据库维护模块连接。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置、方法及系统，利用光脉冲热激励加载装置向被待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励作用，利用红外热像采集装置采集待测瓷绝缘子表面的红外热图序列，并由数据处理器将采集到的红外热图序列经拟合、压缩、重建等预处理，并根据预处理得到的原始红外热图序列提供的缺陷信息，与特征数据库中的数据进行分析比对，得到瓷绝缘子的缺陷类别及定量计算结果。本申请通过光脉冲热激励作用在瓷绝缘子的表面，利用被测瓷绝缘子表面动态温度场的变化来判断缺陷类型及对缺陷信息进行分析，具有测量快速、单次测量面积大、测量结果直观、非接触等特点，并可对瓷绝缘子内部缺陷相关信息进行准确、全面且深入的处理和分析，提升瓷绝缘子检测工作水平。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置的结构示意图；
图2为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置中脉冲发射装置的局部结构示意图；
图3为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置中遮光罩的剖面图；
图4为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法的检测流程图；
图5为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法中步骤S40的分解流程图；
图6为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法中步骤S70的分解流程图；
图7为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统的工作流程图；
图8为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统中特征数据库的工作流程图；
其中，1-数据处理器，2-数据采集卡，3-红外热成像仪，4-脉冲发射装置，41-高能脉冲闪光灯阵列，42-红外热成像仪镜头通孔，43-遮光罩，431-反光罩，432-透明玻璃，5-电源箱，51-脉冲触发电路，52-能量调节电路，53-供电电源，100-待测瓷绝缘子。
具体实施方式
参见图1，为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置的结构示意图；
参见图2，为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置中脉冲发射装置的局部结构示意图；
由图1和图2可知，本申请实施例提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，所述检测装置包括数据处理器1，红外热像采集装置和光脉冲热激励加载装置，其中，
所述数据处理器1的输出端电连接至所述红外热像采集装置；
所述红外热像采集装置包括互相电连接的红外热成像仪3和数据采集卡2；所述红外热成像仪3位于待测瓷绝缘子100的一侧；
所述光脉冲热激励加载装置包括脉冲发射装置4和电源箱5；所述脉冲发射装置4位于所述红外热成像仪3和待测瓷绝缘子100之间；所述电源箱5通过导线与所述脉冲发射装置4连接；
所述脉冲发射装置4包括遮光罩43及位于所述遮光罩43内部的高能脉冲闪光灯阵列41；所述遮光罩43的中心设有红外热成像仪镜头通孔42。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，下面对本实施例提供的检测装置中各部件的功能作用进行说明：
数据处理器1：用于输出控制指令及数据分析处理，包括控制脉冲发射装置4对待测瓷绝缘子100施加光脉冲热激励作用，控制红外热像采集装置对待测瓷绝缘子100表面温度变化信息进行采集、存储，并能实时显示采集到的红外热图序列；对采集到的温度数据进行处理分析以实现缺陷识别，并对原始红外热图序列进行相关图像处理运算的功能。
数据采集卡2：可将红外热成像仪3采集到的温度数据发送至数据处理器1输出实时图像序列。
红外热成像仪3：用于接收待测瓷绝缘子100表面温度变化信号，并将测得信号发送至数据采集卡2。本实施例中，所采用的红外热成像仪3优选制冷性长波量子阱高精度红外光电探测器，其具有高热灵敏度、宽动态范围、高速数据采集功能。
脉冲发射装置4：内设有高能脉冲闪光灯阵列41，产生光脉冲照射待测瓷绝缘子表面。在本实施例中，并不对脉冲发射装置4的形状进行限定，其可以为盆型、半球形或椭球形等形状，以使光脉冲形成聚光效果，收集更多的光能，防止扩散。
电源箱5：用于提供脉冲发射装置4产生光脉冲的电能，并调节高能脉冲闪光灯阵列41发射光脉冲的功率，进而调节待测瓷绝缘子表面的受热量；在本实施例中，电源箱5的电源选取选用蓄电池或220V市电。
由以上技术方案可知，本实施例提供的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置的工作过程为：
一、开启所述红外热像采集装置及所述数据处理器1，使所述数据处理器1的显示器上清晰显示待测瓷绝缘子表面的红外图像；
二、通过所述数据处理器1设置红外热像采集装置的图像采集时长和采集频率；
三、开启所述电源箱5的供应电源，使所述脉冲发射装置4产生光脉冲至所述待测瓷绝缘子100的表面；
四、通过所述红外热像采集装置记录热量从所述待测瓷绝缘子100表面传播到内部过程中的红外图像变化，并将动态温度分布信息发送至所述数据处理器1；
五、所述数据处理器1对采集到的动态温度信息进行预处理、缺陷识别及计算缺陷的各项参数，并将计算检测结果通过显示器显示。
可选的，所述电源箱5包括脉冲触发电路51，能量调节电路52和供电电源53；所述供电电源53分别电连接至所述脉冲触发电路51和所述能量调节电路52；所述脉冲触发电路51和所述能量调节电路52的输出端分别与所述高能脉冲闪光灯阵列41电连接。
进一步的，所述脉冲触发电路51用于将所述供电电源53的低压直流或低压交流变换为交流高电压，再经半波整流变为脉动直流对电容进行充电，当电压达到一定数值后电容将会放电，触发闪光灯发出光脉冲；所述能量调节电路52用于调节所述高能脉冲闪光灯阵列41的光辐射功率，以使待测瓷绝缘子100表面受热程度可调。
更进一步的，所述脉冲触发电路51和所述能量调节电路52为两条各自独立的电流回路，彼此之间不受影响，所述电源箱5可分别对两条电路进行供电。
图3为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置中遮光罩的剖面图；
可选的，所述遮光罩43由位于所述高能脉冲闪光灯阵列41一侧的反光罩431及位于所述高能脉冲闪光灯阵列41另一侧的透明玻璃432围成；所述反光罩431位于所述红外热成像仪3与所述高能脉冲闪光灯阵列41之间；所述透明玻璃432位于所述待测瓷绝缘子100与所述高能脉冲闪光灯阵列41之间。
进一步的，在所述高能脉冲闪光灯阵列41后部安装所述反光罩431，一方面加强了聚光效果，收集更多的光能，防止扩散及其它形式的能源浪费；另一方面，所述反光罩431使所述遮光罩43内部形成均匀的光线分布，即光脉冲照射后在待测瓷绝缘子表面能较好地形成平面热波源，这样不仅可以高效地加热待测瓷绝缘子的表面，还可以保护人的眼睛不被强光直接照射。
同时，本实施例中，位于所述遮光罩43内表面的所述透明玻璃432采用对可见光透明而对红外热像仪工作波段内红外线不透明的材质制成，可有效排除脉冲发射装置对红外热像采集装置采集数据的干扰，提高了检测精度。
可选的，所述高能脉冲闪光灯阵列由12支闪光灯组成，12支所述闪光灯按3×4阵列均匀排布。优选3×4阵列排布的闪光灯可最大化减小辐射空间温度场的温度梯度，使待测瓷绝缘子的被测区域受热尽可能达到均匀。
可选的，所述闪光灯发射脉冲的脉冲宽度在500μs-1000μs之间，脉冲能量大于或等于800J。为了使检测结果更加直观，将光脉冲的脉冲宽度调至500μs-1000μs之间，将脉冲能量调至800J以上可获得更清晰的温度变化信息，有利于迅速找出缺陷位置及对缺陷类型进行比对。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，所述检测装置包括数据处理器，红外热像采集装置和光脉冲热激励加载装置，其中，所述数据处理器的输出端电连接至所述红外热像采集装置；所述红外热像采集装置包括互相电连接的红外热成像仪和数据采集卡；所述红外热成像仪位于待测瓷绝缘子的一侧；所述光脉冲热激励加载装置包括脉冲发射装置和电源箱；所述脉冲发射装置位于所述红外热成像仪和待测瓷绝缘子之间；所述电源箱通过导线与所述脉冲发射装置连接；所述脉冲发射装置包括遮光罩及位于所述遮光罩内部的高能脉冲闪光灯阵列；所述遮光罩的中心设有红外热成像仪镜头通孔。本申请通过光脉冲热激励作用在瓷绝缘子的表面，利用被测瓷绝缘子表面动态温度场的变化来判断缺陷类型及对缺陷信息进行分析，具有测量快速、单次测量面积大、测量结果直观、非接触等特点，并可对瓷绝缘子内部缺陷相关信息进行准确、全面且深入的处理和分析，提升瓷绝缘子检测工作水平。
本申请还提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法。
参见图4，为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法的检测流程图；
由图4可知，所述检测方法包括以下步骤：
S10：调节红外热成像仪的位置及焦距，使数据处理器的显示屏上清晰显示被检测区域的红外热成像图；
S20：由数据处理器设置红外热像采集装置的图像采集时长和采集频率；
S30：由数据处理器设置光脉冲热激励加载装置输出光脉冲激励的能量与脉宽；
S40：通过光脉冲热激励加载装置向待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励；
参见图5，为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法中步骤S40的分解流程图；
进一步的，所述通过光脉冲热激励加载装置向待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励包括：
S41：通过供电电源输出低压直流或低压交流；
S42：脉冲触发电路将所述低压直流或低压交流变换为交流高电压，再经半波整流变换为脉动直流对电容进行充电；
S43：当电压达到一定数值，电容放电触发闪光灯发出光脉冲；
S44：通过能量调节电路调节高能脉冲闪光灯阵列的光辐射频率，调节待测表面受热程度。
S50：由红外热像采集装置采集待测区域的动态温度分布信息，并将动态温度分布信息发送至数据处理器；
S60：数据处理器对采集到的动态温度分布信息进行拟合、压缩、重建等预处理，输出瓷绝缘子原始红外热图序列；为降低帧间时域噪声、减小加热不均匀的影响，同时压缩存储空间、提高检测精度与检测速度，本实施例对获取的瓷绝缘子表面温度信息进行拟合，即提取每一帧红外热图中对应同一像元的温度信息得到该像元的离散温度-时间序列，在此基础上进行拟合即得到该像元的温度-时间曲线；对热图中的每一个像元重复上述过程即可得到瓷绝缘子表面任意点的温度-时间曲线，以此作为后续处理的基础。
进一步的，由于得到的动态温度场数据通常十分庞大，数据量视红外热像采集装置的分辨率、采集时长、采集频率而定，将原始动态温度场数据进行拟合、压缩、重建等预处理，使数据存储、后续的数据处理分析及缺陷识别更加方便，本实施例中将数据进行拟合的过程说明如下：
瓷绝缘子表面的温度动态分布可由下面的对数方程表示：
其中，T(t)为瓷绝缘子表面一点的温度，T0为该点被施加热激励前(采集过程起始时刻)的温度，q0为光辐射激励热流密度，ρ为瓷绝缘子密度，c为瓷绝缘子比热容，λ为瓷绝缘子热导率。
瓷绝缘子表面一点的温度数据为一组离散数据，可通过多项式函数进行拟合，即对一组数据(xi,yi)(i＝0,1,…,m)，须找到一个多项式函数满足
为求函数I＝I(a0,a1,…,an)的最小值需满足下列条件
即须求解矩阵方程
由此方程系数为对称正定矩阵，因此存在唯一解ak(k＝0,1,…,n)，因此瓷绝缘子表面一点的温度变化可由下述方程表示
相比于拟合前随红外热图分辨率、采集频率、采集时长增大而增长的红外热图序列数据量，拟合处理后只需存储相应的多项式函数系数即可，存储数据量被大大压缩。同时，不同于拟合前的离散时间序列数据，拟合重建后的多项式函数连续可微，是后续数据处理的基础。
S70：数据处理器将瓷绝缘子原始红外热图序列进行分析处理，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果。
参见图6，为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法中步骤S70的分解流程图；
进一步的，所述数据处理器将瓷绝缘子原始红外热图序列进行分析处理，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果包括：
S71：逐帧播放重建后的原始红外热图序列，搜索热图序列上不连续的热斑，对瓷绝缘子缺陷进行初步识别；
S72：对每一个像元的温度-时间曲线做微分处理，得到温度-时间微分曲线；
S73：对温度-时间微分曲线进行插值并重建图像，得到瓷绝缘子表面温度的微分热图序列；
S74：数据处理器将得到的微分热图序列与特征数据库中的数据进行分析比对，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果。
本实施例中采用的微分处理算法，经微分处理的红外热图中的缺陷区域与无缺陷区域对比度明显增大，检测效果显著增强，并且对于一些加法性噪声，微分处理能够有效地去除。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法，所述方法包括调节红外热成像仪的位置及焦距，使数据处理器的显示屏上清晰显示被检测区域的红外热成像图；由数据处理器设置红外热像采集装置的图像采集时长和采集频率；由数据处理器设置光脉冲热激励加载装置输出光脉冲激励的能量与脉宽；通过光脉冲热激励加载装置向待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励；由红外热像采集装置采集待测区域的动态温度分布信息，并将动态温度分布信息发送至数据处理器；数据处理器对采集到的动态温度分布信息进行拟合、压缩、重建等预处理，输出瓷绝缘子原始红外热图序列；数据处理器将瓷绝缘子原始红外热图序列进行分析处理，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果。本申请提供的检测方法通过光脉冲热激励作用在瓷绝缘子的表面，利用被测瓷绝缘子表面动态温度场的变化来判断缺陷类型及对缺陷信息进行分析，具有测量快速、单次测量面积大、测量结果直观、非接触等特点，并可对瓷绝缘子内部缺陷相关信息进行准确、全面且深入的处理和分析，提升瓷绝缘子检测工作水平。
本申请还提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统。
参见图7，为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统的工作流程图；
由图7可知，本申请实施例提供的检测系统包括控制模块101，数据采集模块102，数据拟合与重建模块103，增强处理模块104，信息分离模块105，缺陷特征提取与定量识别模块106，缺陷对比判定及故障评估模块107，数据传输模块108及特征数据库109，其中，
所述控制模块101，用于控制光脉冲热激励加载装置对待测瓷绝缘子100施加热激励，并对热激励的各项参数进行调节；
所述数据采集模块102，用于采集待测瓷绝缘子100表面的红外热图序列；其可对采集时长和采集频率进行调节，动态温度场数据采集结果以红外热图序列的形式进行传输和存储。
所述数据拟合与重建模块103，用于将采集到的原始动态温度信息进行数据拟合，压缩与重建；在检测过程中，红外热像采集装置高频率采集热激励前后的表面温度变化信息，将获得十分庞大的检测数据，且存储的数据量随着采集频率及采集时长的增加而线性增长，后续需要处理的数据量将大大增加，为降低帧间时域噪声、减小加热不均匀的影响，同时压缩存储空间、提高检测速度，该模块对采集到的原始动态温度信息进行数据拟合、压缩和重建，根据数据特点和拟合优度需求选取合适的拟合算法对原始动态温度数据进行拟合，模块包含的针对动态温度数据的拟合算法包括但不限于多种算法，如多项式拟合、非线性Levenberg-Marquardt拟合、基于遗传算法拟合、基于差分进化算法拟合等。拟合后的动态温度数据只需要存储有限的拟合参数即可，且存储数据量不随采集频率和采集时长的增长而增加，在减噪的前提下提高了检测效率。
所述增强处理模块104，用于对红外热图序列中的噪声进行滤波处理，同时对红外热图序列进行增强处理；此处采取微分处理运算对红外热图序列进行增强处理，对每一个像元的温度-时间曲线做微分处理，得到温度-时间微分曲线后再进行插值并重建图像即得到瓷绝缘子表面温度的微分热图序列。
所述信息分离模块105，用于从背景数据中分离出需要进一步判别的疑似缺陷区域；本实施例中，所述信息分离模块105在时间轴和二维图像两个尺度上进行对比搜索，锁定图像序列中与背景数据存在差异的像素点及这些差异在时间轴上的变化情况，即可从背景数据中分离出需要进一步判别的疑似缺陷区域及其随时间变化的特征，此过程还可以提出单帧图像上疑似缺陷的噪声点。
所述缺陷特征提取与定量识别模块106，用于提取疑似缺陷区域中的特征信息，判定缺陷区域形状并计算缺陷的尺寸大小，深度，导热率等参数；此处利用基于形态学的边缘检测方法对红外热图进行缺陷大小测定，首先对图像做灰度调整，然后对图像做二值化处理，再对二值化后的图像做闭运算操作以去除离散噪声后，对其进行边缘检测，填充缺陷以得到缺陷大小。缺陷大小用边缘内的像素数来表示。缺陷实际面积大小可以根据热图的像素尺寸和试件的实际尺寸的比例得到，比例关系如下：
其中，Length、Width分别为试件的实际长度、宽度，Maxrow、Maxcol则是其对应在红外图像中所占的行、列最大像素数，SIZE为缺陷的实际大小，PIX为缺陷的像素大小。
此处基于对数温度-对数时间二阶微分峰值法计算缺陷的深度，对数温度-对数时间二阶微分峰值特征时间与缺陷深度的平方存在线性关系，即
因此根据不同缺陷的二阶微分峰值时间可以计算出缺陷深度的比值，在已知瓷绝缘子热物理性质或使用标定法的条件下可以根据二阶微分峰值时间对缺陷深度进行定量计算。
所述缺陷对比判定及故障评估模块107，用于将特征信息和定量计算出的缺陷参数与所述特征数据库109中的数据进行对比，分析缺陷类型，缺陷形成原因及缺陷可能导致的故障类型；
所述数据传输模块108，用于提供各模块之间的信息传输；其中包括将提取的瓷绝缘子缺陷红外热图序列特征和定量计算出的缺陷参数以及对缺陷特征的判定结论等信息输入到所述特征数据库109；同时可以作为接口将所述特征数据库109中的指定数据导入到所述缺陷对比判定及故障评估模块107进行数据对比。
所述特征数据库109，用于对瓷绝缘子特征数据进行数据存储，数据管理，数据查询等操作；
所述控制模块101分别与所述数据采集模块102和所述数据拟合与重建模块103相连接；所述拟合与重建模块103，增强处理模块104，信息分离模块105，缺陷特征提取与定量识别模块106和缺陷对比判定及故障评估模块107顺次连接；所述拟合与重建模块103，增强处理模块104，信息分离模块105，缺陷特征提取与定量识别模块106和缺陷对比判定及故障评估模块107均与所述数据传输模块108相连接；所述特征数据库109与所述缺陷对比判定及故障评估模块107连接。
参见图8，为本申请一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统中特征数据库的工作流程图；
由图8可知，所述特征数据库109包括权限管理模块1091，数据存储模块1092，数据查询和导出模块1093及数据库维护模块1094；
所述权限管理模块1091，用于管理用户登录特征数据库的访问权限；
所述数据存储模块1092，用于提供数据库存储功能；
所述数据查询和导出模块1093，用于根据瓷绝缘子检测信息查询相应的故障信息，并以多种形式导出数据结果；
所述数据库维护模块1094，用于对特征数据库109中的数据进行修改、添加或删除操作；
所述权限管理模块1091分别与所述数据存储模块1092及数据查询和导出模块1093连接；
所述数据存储模块1092及数据查询和导出模块1093分别与所述数据库维护模块1094连接。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供了一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统，包括所述检测系统包括控制模块，数据采集模块，数据拟合与重建模块，增强处理模块，信息分离模块，缺陷特征提取与定量识别模块，缺陷对比判定及故障评估模块，数据传输模块及特征数据库；本申请提供的检测系统通过光脉冲热激励作用在瓷绝缘子的表面，利用被测瓷绝缘子表面动态温度场的变化来判断缺陷类型及对缺陷信息进行分析，具有测量快速、单次测量面积大、测量结果直观、非接触等特点，并可对瓷绝缘子内部缺陷相关信息进行准确、全面且深入的处理和分析，提升瓷绝缘子检测工作水平。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括数据处理器，红外热像采集装置和光脉冲热激励加载装置，其中，
所述数据处理器的输出端电连接至所述红外热像采集装置；
所述红外热像采集装置包括互相电连接的红外热成像仪和数据采集卡；所述红外热成像仪位于待测瓷绝缘子的一侧；
所述光脉冲热激励加载装置包括脉冲发射装置和电源箱；所述脉冲发射装置位于所述红外热成像仪和待测瓷绝缘子之间；所述电源箱通过导线与所述脉冲发射装置连接；
所述脉冲发射装置包括遮光罩及位于所述遮光罩内部的高能脉冲闪光灯阵列；所述遮光罩的中心设有红外热成像仪镜头通孔。
2.根据权利要求1所述的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述电源箱包括脉冲触发电路，能量调节电路和供电电源；所述供电电源分别电连接至所述脉冲触发电路和所述能量调节电路；所述脉冲触发电路和所述能量调节电路的输出端分别与所述高能脉冲闪光灯阵列电连接。
3.根据权利要求1所述的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述遮光罩由位于所述高能脉冲闪光灯阵列一侧的反光罩及位于所述高能脉冲闪光灯阵列另一侧的透明玻璃围成；所述反光罩位于所述红外热成像仪与所述高能脉冲闪光灯阵列之间；所述透明玻璃位于所述待测瓷绝缘子与所述高能脉冲闪光灯阵列之间。
4.根据权利要求1所述的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述高能脉冲闪光灯阵列由12支闪光灯组成，12支所述闪光灯按3×4阵列均匀排布。
5.根据权利要求4所述的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测装置，其特征在于，所述闪光灯发射脉冲的脉冲宽度在500μs-1000μs之间，脉冲能量大于或等于800J。
6.一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
调节红外热成像仪的位置及焦距，使数据处理器的显示屏上清晰显示被检测区域的红外热成像图；
由数据处理器设置红外热像采集装置的图像采集时长和采集频率；
由数据处理器设置光脉冲热激励加载装置输出光脉冲激励的能量与脉宽；
通过光脉冲热激励加载装置向待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励；
由红外热像采集装置采集待测区域的动态温度分布信息，并将动态温度分布信息发送至数据处理器；
数据处理器对采集到的动态温度分布信息进行拟合、压缩、重建等预处理，输出瓷绝缘子原始红外热图序列；
数据处理器将瓷绝缘子原始红外热图序列进行分析处理，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果。
7.根据权利要求6所述的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法，其特征在于，所述通过光脉冲热激励加载装置向待测瓷绝缘子施加光脉冲热激励包括：
通过供电电源输出低压直流或低压交流；
脉冲触发电路将所述低压直流或低压交流变换为交流高电压，再经半波整流变换为脉动直流对电容进行充电；
当电压达到一定数值，电容放电触发闪光灯发出光脉冲；
通过能量调节电路调节高能脉冲闪光灯阵列的光辐射频率，调节待测表面受热程度。
8.根据权利要求6所述的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测方法，其特征在于，所述数据处理器将瓷绝缘子原始红外热图序列进行分析处理，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果包括：
逐帧播放重建后的原始红外热图序列，搜索热图序列上不连续的热斑，对瓷绝缘子缺陷进行初步识别；
对每一个像元的温度-时间曲线做微分处理，得到温度-时间微分曲线；
对温度-时间微分曲线进行插值并重建图像，得到瓷绝缘子表面温度的微分热图序列；
数据处理器将得到的微分热图序列与特征数据库中的数据进行分析比对，得到瓷绝缘子缺陷类别和定量计算结果。
9.一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括控制模块，数据采集模块，数据拟合与重建模块，增强处理模块，信息分离模块，缺陷特征提取与定量识别模块，缺陷对比判定及故障评估模块，数据传输模块及特征数据库，其中，
所述控制模块，用于控制光脉冲热激励加载装置对待测瓷绝缘子施加热激励，并对热激励的各项参数进行调节；
所述数据采集模块，用于采集待测瓷绝缘子表面的红外热图序列；
所述数据拟合与重建模块，用于将采集到的原始动态温度信息进行数据拟合，压缩与重建；
所述增强处理模块，用于对红外热图序列中的噪声进行滤波处理，同时对红外热图序列进行增强处理；
所述信息分离模块，用于从背景数据中分离出需要进一步判别的疑似缺陷区域；
所述缺陷特征提取与定量识别模块，用于提取疑似缺陷区域中的特征信息，判定缺陷区域形状并计算缺陷的尺寸大小，深度，导热率等参数；
所述缺陷对比判定及故障评估模块，用于将特征信息和定量计算出的缺陷参数与所述特征数据库中的数据进行对比，分析缺陷类型，缺陷形成原因及缺陷可能导致的故障类型；
所述数据传输模块，用于提供各模块之间的信息传输；
所述特征数据库，用于对瓷绝缘子特征数据进行数据存储，数据管理，数据查询等操作；
所述控制模块分别与所述数据采集模块和所述数据拟合与重建模块相连接；所述拟合与重建模块，增强处理模块，信息分离模块，缺陷特征提取与定量识别模块和缺陷对比判定及故障评估模块顺次连接；所述拟合与重建模块，增强处理模块，信息分离模块，缺陷特征提取与定量识别模块和缺陷对比判定及故障评估模块均与所述数据传输模块相连接；所述特征数据库与所述缺陷对比判定及故障评估模块连接。
10.根据权利要求9所述的一种瓷绝缘子内部缺陷的检测系统，其特征在于，所述特征数据库包括权限管理模块，数据存储模块，数据查询和导出模块及数据库维护模块；
所述权限管理模块，用于管理用户登录特征数据库的访问权限；
所述数据存储模块，用于提供数据库存储功能；
所述数据查询和导出模块，用于根据瓷绝缘子检测信息查询相应的故障信息，并以多种形式导出数据结果；
所述数据库维护模块，用于对特征数据库中的数据进行修改、添加或删除操作；
所述权限管理模块分别与所述数据存储模块及数据查询和导出模块连接；
所述数据存储模块及数据查询和导出模块分别与所述数据库维护模块连接。
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