CN110596142A - 基于太赫兹成像的缺陷检测方法及系统 - Google Patents

基于太赫兹成像的缺陷检测方法及系统 Download PDF

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何运华
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虞鸿江
焦宗寒
李宗红
许宏伟
宋玉峰
陈国坤
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Abstract

本申请公开了一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法及系统，该方法包括：将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，得到若干扫查点对应的时域透射脉冲幅值；根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干扫查点对应的灰度值，得到被检测样品的灰度图；根据灰度图中的明暗对比，定位被检测样品中的缺陷部位。本申请中基于太赫兹成像技术，对被检测样品进行成像，能够根据被检测样品提取出时域光谱数据，最终生成相应的灰度图，通过得到的灰度图能够使得待检测样品各种内部缺陷的形态可视化，从而准确的对待检测样品进行缺陷检测。

Description

基于太赫兹成像的缺陷检测方法及系统
技术领域
本申请涉及太赫兹无损检测技术领域，尤其涉及一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法及系统。
背景技术
在电力系统中，带电作业工具及电力绝缘体的质量和可靠性，直接影响到电力系统电网的安全经济运行和带电作业人员的生命安全。在实际使用过程中，绝缘操作杆会随着使用年限的增长发生材质劣化、绝缘受潮或者纤维断裂等现象。因此，对于带电作业工具及电力绝缘体的缺陷检测是必不可少的。
目前，对于带电作业工具及电力绝缘体的缺陷检测方法为进行工频和操作波耐压试验。试验过程如下：将被测样品连接于设备，接通电源，开始进行升压试验。在升压过程中，实时监视高压回路，并监听被测样品是否有何异常的响声。当升至试验电压后，开始计时，且达到一定时间之后，进行降压并切断电源。若是上述试验过程中无破坏性放电发生，则认为通过耐压试验。
带电作业工具及电力绝缘体在使用之前，通常采用上述方法进行试验，但上述试验方法仅能检测出带电作业工具及电力绝缘体的表面缺陷，却无法有效检测出带电作业工具及电力绝缘体内部的气孔、分层、脱粘、纤维断裂等缺陷，进而无法确保带电作业工具及电力绝缘体的可靠性。
发明内容
本申请提供了一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法及系统，以解决现有技术中无法检测带电作业工具及电力绝缘体内部缺陷的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例公开了一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法，所述方法包括：
将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；
对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，得到若干所述扫查点对应的时域透射脉冲幅值；
根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，得到所述被检测样品的灰度图；
根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位。
可选地，在上述基于太赫兹成像的缺陷检测方法中，所述利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，包括：
利用信噪比为1000dB，谱分辨率超过40GHz的太赫兹成像系统，对所述扫查点以0.1mm/次-1mm/次的步进进行扫查。
可选地，在上述基于太赫兹成像的缺陷检测方法中，所述根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，包括：
比较全部所述时域透射脉冲幅值，获得时域透射脉冲幅值的最大值和最小值；
将所述最大值对应的灰度值记为255，将所述最小值对应的灰度值记为0；
任一所述扫查点对应的灰度值为：
式中，Ii为任一扫查点对应的时域透射脉冲幅值，Imin为时域透射脉冲幅值的最小值，Imax为时域透射脉冲幅值的最大值。
可选地，在上述基于太赫兹成像的缺陷检测方法中，所述根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位，包括：
将任一所述扫查点对应的灰度值与预设阈值进行比较，筛选全部所述扫查点中的缺陷点，其中，灰度值小于所述预设阈值的所述扫查点为缺陷点；
通过所述缺陷点对应所述灰度图中的位置，得出所述被检测样品的缺陷部位。
第二方面，本申请实施例公开了一种基于太赫兹成像的缺陷检测系统，所述系统包括：
扫查模块，用于将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；
分析模块，用于对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，得到若干所述扫查点对应的时域透射脉冲幅值；
灰度值计算模块，用于根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，得到所述被检测样品的灰度图；
缺陷定位模块，用于根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位。
可选地，在上述基于太赫兹成像的缺陷检测系统中，所述灰度值计算模块包括：
比较单元，用于比较全部所述时域透射脉冲幅值，获得时域透射脉冲幅值的最大值和最小值；
赋值单元，用于将所述最大值对应的灰度值记为255，将所述最小值对应的灰度值记为0；
计算单元，用于计算任一所述扫查点对应的灰度值，计算公式如下：
式中，Ii为任一扫查点对应的时域透射脉冲幅值，Imin为时域透射脉冲幅值的最小值，Imax为时域透射脉冲幅值的最大值。
可选地，在上述基于太赫兹成像的缺陷检测系统中，所述缺陷定位模块包括：
筛选单元，用于将任一所述扫查点对应的灰度值与预设阈值进行比较，其中，灰度值小于所述预设阈值的所述扫查点为缺陷点，筛选全部所述扫查点中的缺陷点；
定外单元，用于通过所述缺陷点对应所述灰度图中的位置，得出所述被检测样品的缺陷部位。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供了一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法及系统，通过将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；再对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，分别得到若干所述扫查点对应的时域透射脉冲幅值；然后根据所述时域透射脉冲幅值，一一计算出若干所述扫查点对应的灰度值，得到所述被检测样品的灰度图；根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位。本申请中基于太赫兹成像技术，对被检测样品进行成像，能够根据被检测样品提取出时域光谱数据，最终生成相应的灰度图，通过得到的灰度图能够使得待检测样品各种内部缺陷的形态可视化，从而准确的对待检测样品进行缺陷检测。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于太赫兹成像的缺陷检测系统的基本结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参见图1，为本发明实施例提供的一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法的流程示意图。结合图1，本申请中的缺陷检测方法包括以下步骤：
步骤S110：将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；
本申请中待检测样品可以为带电作业工具、电力绝缘体或者跌落式熔断器等等。将待检测样品划分为若干扫查点，对若干扫查点依次进行扫查，直至扫查完待检测样品的整体。太赫兹是介于微波和红外线之间的电磁波，太赫兹具有很强的穿透力，利用太赫兹成像可以获得更高的分辨率。如果待检测样品内部或表面存在缺陷，如杂质、位错、微裂纹、纤维分层、纤维与基体界面开裂、纤维卷曲、富胶或贫胶、孔洞、脱胶以及氧化等，太赫兹波在缺陷部位将会发生散射，能量将会大量损耗，因此在成像时，将会与材料连续、均匀部分的成像结果产生明显的差别。通过对整个待检测样品进行扫描成像，经图像处理，待检测样品的缺陷情况将会较为清晰地反映在成像结果上。
本申请利用信噪比为1000dB，谱分辨率超过40GHz的太赫兹成像系统发射太赫兹波，将待检测样品放置于太赫兹成像系统中太赫兹波发射头和接收头之间的焦平面处，对全部扫查点以0.1mm/次-1mm/次的步进进行扫查。
步骤S120：对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，得到若干所述扫查点对应的时域透射脉冲幅值；
步骤S130：根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，得到所述被检测样品的灰度图；
先将全部所述时域透射脉冲幅值Ii进行比较，获得时域透射脉冲幅值的最大值Imax和最小值Imin。其中，Imax＝max(I1,I2,I3……IN)，Imin＝min(I1,I2,I3……IN)，N为自然数。
将所述最大值Imax对应的灰度值记为255，将所述最小值Imin对应的灰度值记为0，则任一所述扫查点对应的灰度值为：
式中，Ii为任一扫查点对应的时域透射脉冲幅值，Imin为时域透射脉冲幅值的最小值，Imax为时域透射脉冲幅值的最大值。
步骤S140：根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位。
将任一所述扫查点对应的灰度值与预设阈值进行比较，筛选全部所述扫查点中的缺陷点，其中，灰度值小于所述预设阈值的所述扫查点即为缺陷点。预设阈值的大小可以由工作人员根据待检测样品的类型进行设定。最后，通过所述缺陷点对应所述灰度图中的位置，得出所述被检测样品的缺陷部位。
本申请中基于太赫兹成像技术，对被检测样品进行成像，能够根据被检测样品提取出时域光谱数据，最终生成相应的灰度图，通过得到的灰度图能够使得待检测样品各种内部缺陷的形态可视化，从而准确的对待检测样品进行缺陷检测。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种基于太赫兹成像的缺陷检测系统，参见图2，为本发明实施例提供的一种基于太赫兹成像的缺陷检测系统的基本结构示意图。如图2所示，该系统包括：
扫查模块21，用于将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；
分析模块22，用于对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，得到若干所述扫查点对应的时域透射脉冲幅值；
灰度值计算模块23，用于根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，得到所述被检测样品的灰度图；
缺陷定位模块24，用于根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位。
进一步，所述灰度值计算模块23包括：
比较单元，用于比较全部所述时域透射脉冲幅值，获得时域透射脉冲幅值的最大值和最小值；
赋值单元，用于将所述最大值对应的灰度值记为255，将所述最小值对应的灰度值记为0；
计算单元，用于计算任一所述扫查点对应的灰度值，计算公式如下：
式中，Ii为任一扫查点对应的时域透射脉冲幅值，Imin为时域透射脉冲幅值的最小值，Imax为时域透射脉冲幅值的最大值。
进一步，所述缺陷定位模块24包括：
筛选单元，用于将任一所述扫查点对应的灰度值与预设阈值进行比较，其中，灰度值小于所述预设阈值的所述扫查点为缺陷点，筛选全部所述扫查点中的缺陷点；
定外单元，用于通过所述缺陷点对应所述灰度图中的位置，得出所述被检测样品的缺陷部位。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。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申请的一般性原理并包括本申请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，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种基于太赫兹成像的缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括：
将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；
对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，得到若干所述扫查点对应的时域透射脉冲幅值；
根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，得到所述被检测样品的灰度图；
根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位。
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹成像的缺陷检测方法，其特征在于，所述利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，包括：
利用信噪比为1000dB，谱分辨率超过40GHz的太赫兹成像系统，对所述扫查点以0.1mm/次-1mm/次的步进进行扫查。
3.根据权利要求1所述的基于太赫兹成像的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，包括：
比较全部所述时域透射脉冲幅值，获得时域透射脉冲幅值的最大值和最小值；
将所述最大值对应的灰度值记为255，将所述最小值对应的灰度值记为0；
任一所述扫查点对应的灰度值为：
式中，Ii为任一扫查点对应的时域透射脉冲幅值，Imin为时域透射脉冲幅值的最小值，Imax为时域透射脉冲幅值的最大值。
4.根据权利要求1所述的基于太赫兹成像的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位，包括：
将任一所述扫查点对应的灰度值与预设阈值进行比较，筛选全部所述扫查点中的缺陷点，其中，灰度值小于所述预设阈值的所述扫查点为缺陷点；
通过所述缺陷点对应所述灰度图中的位置，得出所述被检测样品的缺陷部位。
5.一种基于太赫兹成像的缺陷检测系统，其特征在于，所述系统包括：
扫查模块，用于将被检测样品划分为若干扫查点，利用太赫兹波对若干所述扫查点进行步进扫查，得到若干所述扫查点分别对应的太赫兹时域透射脉冲；
分析模块，用于对若干所述太赫兹时域透射脉冲进行分析，得到若干所述扫查点对应的时域透射脉冲幅值；
灰度值计算模块，用于根据所述时域透射脉冲幅值，计算若干所述扫查点对应的灰度值，得到所述被检测样品的灰度图；
缺陷定位模块，用于根据所述灰度图中的明暗对比，定位所述被检测样品中的缺陷部位。
6.根据权利要求5所述的基于太赫兹成像的缺陷检测系统，其特征在于，所述灰度值计算模块包括：
比较单元，用于比较全部所述时域透射脉冲幅值，获得时域透射脉冲幅值的最大值和最小值；
赋值单元，用于将所述最大值对应的灰度值记为255，将所述最小值对应的灰度值记为0；
计算单元，用于计算任一所述扫查点对应的灰度值，计算公式如下：
式中，Ii为任一扫查点对应的时域透射脉冲幅值，Imin为时域透射脉冲幅值的最小值，Imaz为时域透射脉冲幅值的最大值。
7.根据权利要求5所述的基于太赫兹成像的缺陷检测系统，其特征在于，所述缺陷定位模块包括：
筛选单元，用于将任一所述扫查点对应的灰度值与预设阈值进行比较，其中，灰度值小于所述预设阈值的所述扫查点为缺陷点，筛选全部所述扫查点中的缺陷点；
定外单元，用于通过所述缺陷点对应所述灰度图中的位置，得出所述被检测样品的缺陷部位。
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