CN112098498B - 绝缘材料表面缺陷检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绝缘材料表面缺陷检测方法及装置，根据检测到的待测量件的设定检测区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数；根据设定检测区域的各个位置的坐标、与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得设定检测区域电荷积聚图；将设定检测区域电荷积聚图与绝缘材料表面缺陷特征样本库中相对应的缺陷区域的缺陷区域电荷积聚图进行比对，进而确定待测量件在设定检测区域内是否存在缺陷。本发明将绝缘材料的缺陷表征为界面电荷分布，通过将检测到的待测量绝缘材料的界面电荷分布与样本库中的界面电荷分布进行比对，即可实现绝缘材料的缺陷检测，整个过程简单易行，便于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘材料表面缺陷检测方法及装置，属于绝缘材料表面缺陷检测技术领域。
背景技术
绝缘材料气固界面特性关系到绝缘子在GIS、GIL等气体绝缘设备中的绝缘可靠性，发生在绝缘材料表面的闪络现象是GIS、GIL等设备中的主要绝缘故障，其中“气固界面”是指绝缘材料表面与其所处气体氛围中的气体接触所形成的界面。根据目前的研究结果可知，绝缘材料表面闪络通常是由于材料表面微观缺陷如裂纹、坑洞、近表面的气泡孔、异物附着等现象造成的。因此，对绝缘材料表面的缺陷进行检测，对判断绝缘材料是否满足应用工况，以及提高高压电器设备绝缘可靠性具有重要意义。
目前，针对绝缘材料气固表面缺陷的检测，主要存在两种方案，即红外检测和局部放电检测。其中，红外检测的原理是绝缘材料表面缺陷会引起缺陷处局部放电，进而导致缺陷处进一步劣化，随着绝缘材料逐步劣化，往往会产生异常发热的现象，通过对绝缘材料的异常发热情况进行检测，来确定绝缘材料是否存在缺陷。局部放电检测的原理是当绝缘材料的表面存在毛刺、尖角等缺陷时，就容易在该缺陷处引发电晕放电现象，通过对绝缘材料局部发生的电晕放电现象进行检测，来确定绝缘材料是否存在绝缘故障。
但是，无论是异常发热还是局部放电，往往都是绝缘材料的缺陷恶化到一定程度才会产生的现象，并非是绝缘材料一旦存在某种缺陷，就会出现异常发热或局部放电的现象。所以，红外检测和局部放电检测均存在缺陷检测滞后的特点，无法快速、及时地确定绝缘材料是否存在缺陷情况。
因此，通过对现有绝缘材料缺陷检测方法的分析可知，急需找到一种用于表征绝缘材料缺陷的中间变量，在绝缘材料一旦存在缺陷的情况下，就能够导致该中间变量发生变化。这样，通过对该中间变量进行测量，就可以快速、及时地确定绝缘材料是否存在缺陷。
发明内容
本发明提供了一种绝缘材料表面缺陷检测方法及装置，用以解决现有的绝缘材料表面缺陷检测方法无法快速、及时地确定绝缘材料是否存在缺陷的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：
本发明提供了一种绝缘材料表面缺陷检测方法，步骤如下：
(1)检测待测量件的设定检测区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数；所述待测量件与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的材质、形状相同，所述设定检测区域与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的缺陷区域相对应；
(2)根据所述设定检测区域的各个位置的坐标、与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得设定检测区域电荷积聚图；
(3)将所述设定检测区域电荷积聚图与绝缘材料表面缺陷特征样本库中相对应的缺陷区域的缺陷区域电荷积聚图进行比对，若设定检测区域电荷积聚图与缺陷区域电荷积聚图一致，则判定待测量件在设定检测区域内存在缺陷，并将特征库中的缺陷区域电荷积聚图所对应的缺陷类型作为待测量件在设定检测区域内的所存在缺陷的缺陷类型；否则判定待测量件在设定检测区域内不存在缺陷。
上述技术方案的有益效果为：在绝缘材料表面缺陷特征样本库的基础上，在确定某一绝缘材料待测量件是否存在缺陷时，只需要对该绝缘材料待测量件的界面电荷分布进行检测，进而获得该待测量件对应的电荷积聚图，并将每个区域内对应的界面电荷分布与库中对应区域内存在缺陷时的界面电荷分布进行比对，进而可以确定绝缘材料的每个区域内是否存在缺陷以及存在缺陷的类型。本发明通过用绝缘材料的界面电荷分布来表征绝缘材料存在的缺陷，当绝缘材料存在不同的缺陷时，就会反映到其界面电荷分布的变化上，这样通过对绝缘材料的界面电荷分布进行检测，就可以快速、及时地判断出绝缘材料表面是否存在缺陷以及存在缺陷时的类型，整个实现过程简单易行，便于实现。
进一步的，为了获取绝缘材料表面缺陷特征样本库，所述绝缘材料表面缺陷特征样本库的构建过程包括：
1)制作具有表面缺陷的绝缘材料样本：根据绝缘材料样本的结构特征对界面电荷分布的影响，将绝缘材料样本的表面划分成多个待制造缺陷的缺陷区域，制作在设定缺陷区域内包含设定缺陷类型的绝缘材料样本；所述缺陷区域的划分规则为：通过区域划分后，当属于同一个区域的不同位置出现同一类缺陷时，该缺陷对不同位置处的界面电荷分布的影响结果是大致相同的；
2)在设定环境影响因素下，检测绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数；所述环境影响因素包括作用于绝缘材料样本的电场的电场强度；
3)根据绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置的坐标、与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得缺陷区域电荷积聚图；
4)将步骤3)获得的缺陷区域电荷积聚图与步骤1)中预先设定的绝缘材料样本的缺陷区域、缺陷类型以及步骤2)中的环境影响因素进行对应，得到绝缘材料表面缺陷特征样本库。
进一步的，为了获取缺陷区域电荷积聚图，所述的反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数为绝缘材料样本的缺陷区域的界面电位的电位值；所述步骤3)中获得缺陷区域电荷积聚图的过程包括：将绝缘材料样本表面的缺陷区域上每个点的位置坐标映射到三维坐标系的xoy坐标面上，将每个点对应的电位值映射到三维坐标系的z轴上。
进一步的，为了检测绝缘材料样本在真实环境影响下的界面电荷分布，提高检测的准确性，所述环境影响因素还包括以下至少一种：绝缘材料样本所在气体氛围的气体类型、绝缘材料样本所在气体氛围的气体气压、绝缘材料样本所在气体氛围的气体湿度。
本发明还提供了一种绝缘材料表面缺陷检测装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令，以实现如下方法：
(1)根据检测到的待测量件的设定检测区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数；所述待测量件与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的材质、形状相同，所述设定检测区域与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的缺陷区域相对应；
(2)根据所述设定检测区域的各个位置的坐标、与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得设定检测区域电荷积聚图；
(3)将所述设定检测区域电荷积聚图与绝缘材料表面缺陷特征样本库中相对应的缺陷区域的缺陷区域电荷积聚图进行比对，若设定检测区域电荷积聚图与缺陷区域电荷积聚图一致，则判定待测量件在设定检测区域内存在缺陷，并将特征库中的缺陷区域电荷积聚图所对应的缺陷类型作为待测量件在设定检测区域内的所存在缺陷的缺陷类型；否则判定待测量件在设定检测区域内不存在缺陷。
上述技术方案的有益效果为：在绝缘材料表面缺陷特征样本库的基础上，在确定某一绝缘材料待测量件是否存在缺陷时，只需要根据该绝缘材料待测量件的界面电荷分布的检测值，进而获得该待测量件对应的电荷积聚图，并将每个区域内对应的界面电荷分布与库中对应区域内存在缺陷时的界面电荷分布进行比对，进而可以确定绝缘材料的每个区域内是否存在缺陷以及存在缺陷的类型。本发明通过用绝缘材料的界面电荷分布来表征绝缘材料存在的缺陷，当绝缘材料存在不同的缺陷时，就会反映到其界面电荷分布的变化上，这样通过对绝缘材料的界面电荷分布进行检测，就可以快速、及时地判断出绝缘材料表面是否存在缺陷以及存在缺陷时的类型，整个实现过程简单易行，便于实现。
进一步的，为了获取绝缘材料表面缺陷特征样本库，所述绝缘材料表面缺陷特征样本库的构建过程包括：
1)根据在设定环境影响因素下，检测得到的绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数；所述环境影响因素包括作用于绝缘材料样本的电场的电场强度；
2)根据绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置的坐标、与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得缺陷区域电荷积聚图；
3)将步骤2)获得的缺陷区域电荷积聚图与预先设定的绝缘材料样本的缺陷区域、缺陷类型以及步骤1)中的环境影响因素进行对应，得到绝缘材料表面缺陷特征样本库。
进一步的，为了获取缺陷区域电荷积聚图，所述的反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数为绝缘材料样本的缺陷区域的界面电位的电位值；所述步骤2)中获得缺陷区域电荷积聚图的过程包括：将绝缘材料样本表面的缺陷区域上每个点的位置坐标映射到三维坐标系的xoy坐标面上，将每个点对应的电位值映射到三维坐标系的z轴上。
进一步的，为了检测绝缘材料样本在真实环境影响下的界面电荷分布，提高检测的准确性，所述环境影响因素还包括以下至少一种：绝缘材料样本所在气体氛围的气体类型、绝缘材料样本所在气体氛围的气体气压、绝缘材料样本所在气体氛围的气体湿度。
附图说明
图1是本发明的绝缘材料表面缺陷检测方法的流程图；
图2是本发明的柱状的绝缘子的三维结构图；
图3是本发明的柱状的绝缘子在均匀电场强度下的示意图；
图4(a)是本发明的实现在均匀电场强度下绝缘子圆周面上的界面电荷测量的试验装置在带电状态下的结构示意图；
图4(b)是本发明的实现在均匀电场强度下绝缘子圆周面上的界面电荷测量的试验装置在测量状态下的结构示意图；
图5是本发明的位于区域1内的缺陷A的绝缘子样本在电场强度a下的电荷积聚图；
图6是本发明的柱状的绝缘子的顶面的区域划分示意图；
图7是本发明的柱状的绝缘子的圆周面的区域划分示意图；
图8是本发明的柱状的绝缘子样本存在的缺陷属于种类1)时的示意图；
图9是本发明的柱状的绝缘子样本存在的缺陷属于种类2)时的示意图；
图10是本发明的柱状的绝缘子样本存在的缺陷属于种类3)时的示意图；
图11(a)是本发明的实现在均匀电场强度下绝缘子端面上的界面电荷测量的试验装置在带电状态下的结构示意图；
图11(b)是本发明的实现在均匀电场强度下绝缘子端面上的界面电荷测量的试验装置在测量状态下的结构示意图；
图12(a)是本发明的实现在非均匀电场作用下绝缘子界面电荷测量的试验装置在带电状态下的结构示意图；
图12(b)是本发明的实现在非均匀电场作用下绝缘子界面电荷测量的试验装置在测量状态下的结构示意图；
图13是本发明的微粒缺陷特征所对应的电荷积聚图的二维截面；
图14是本发明的裂缝缺陷特征所对应的电荷积聚图的二维截面；
图15是本发明的气泡缺陷特征所对应的电荷积聚图的二维截面；
其中：1为高压金属极板；2为绝缘材料；3为接地金属极板；4为压力容器；5为气体域；6为压力表；7为电位测量探头，8为针板电极，11为顶面，12为底面，13为圆周面，14为电场线，11-1为顶面11划分的第一个区域，11-2为顶面11划分的第二个区域，13-1为圆周面13划分的第一个区域，13-2为圆周面13划分的第二个区域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
绝缘材料表面缺陷检测方法实施例：
为了对柱状的绝缘子的表面缺陷类型进行检测，本实施例提供了一种绝缘材料表面缺陷检测方法，该方法采用绝缘子的界面电荷分布作为表征绝缘子表面缺陷的中间变量，在绝缘子表面存在缺陷时，就会反映到界面电荷分布的变化上。通过对绝缘子的界面电荷分布进行检测分析，就可以确定绝缘材料是否存在缺陷以及存在缺陷时的缺陷类型。
该绝缘材料表面缺陷检测方法主要包括：构建绝缘子表面缺陷特征样本库；根据构建的绝缘子表面缺陷特征样本库，判断待测量绝缘子是否有表面缺陷，有缺陷的可以进一步判断其缺陷类型。具体的，如图1所示，该绝缘材料表面缺陷检测方法包括以下步骤：
(1)构建绝缘子表面缺陷特征样本库，具体步骤如下：
(1.1)将绝缘子表面存在的各种缺陷类型进行分类，根据分类制作对应的绝缘子样本。
其中，这里的缺陷类型是指绝缘子表面的典型缺陷，即对绝缘子的绝缘特性影响较大且比较常见的缺陷。在本实施例中，柱状的绝缘子分类后的缺陷类型包括：裂纹、坑洞、气泡、异物四种，分别用A、B、C、D表示。
由绝缘子自身的结构特征所决定，当绝缘子存在的缺陷在绝缘子表面上所处的位置不同时，可能会导致绝缘子的界面电荷分布变化不相同，即缺陷位置的不同，会导致对界面电荷分布的影响不同。因此，为了便于后续准确地确定绝缘子上是否存在缺陷以及存在缺陷的类型，需要根据绝缘子的结构特征对界面电荷分布的影响，将绝缘子的表面划分成多个“缺陷区域”。而“缺陷区域”的划分规则是：通过区域划分后，对于同一类缺陷，当缺陷处于同一个区域的不同位置时，该缺陷对不同位置处的界面电荷分布的影响结果是大致相同的。按照该区域划分规则，通过实验就可以将绝缘子表面划分和归类，建立出多个区域，当然区域划分的越细致，后续对是否存在缺陷以及存在缺陷的类型的判断就越准确。以下所称的区域，若无其他解释，均理解为缺陷所在的区域，即“缺陷区域”。
本实施例是对柱状的绝缘子的表面缺陷进行检测，如图2所示，柱状的绝缘子表面包括顶面11、底面12和圆周面13，现将顶面11和底面12统称为端面。并且，在本实施例中，该柱状的绝缘子在使用时的环境影响因素为均匀电场强度。如图3所示，当柱状的绝缘子位于该均匀电场强度中时，顶面11、底面12与均匀电场线14的方向垂直，缘子圆周面与均匀电场线14的方向平行。由于端面(顶面11和底面12)与均匀电场线14垂直，而圆周面13与均匀电场线14平行，此时由于端面上的点与圆周面13上的点受到电场强度的影响是明显不同的，因此本实施例将整个柱状的绝缘子的界面划分为两个区域，即端面和圆周面，分别表示为区域1和区域2。
根据柱状的绝缘子的表面缺陷类型以及绝缘子缺陷区域的划分，即根据A、B、C、D四种缺陷类型，以及区域1和区域2，制作对应的绝缘子样本。在本实施例中，所制作的绝缘子样本共包括八种，包括：在区域1内分别存在A、B、C、D四种缺陷的四种绝缘子样本；在区域2内分别存在A、B、C、D四种缺陷的四种绝缘子样本。
(1.2)获取绝缘子使用时的环境影响因素。
其中，这里的环境影响因素是指在绝缘子实际使用过程中，对其绝缘特性会产生影响的因素。在本实施例中，所考虑的柱状的绝缘子的环境影响因素是作用于绝缘子的电场的电场强度，且该电场强度为均匀电场强度，电场线的方向与绝缘子圆周面平行、与绝缘子端面垂直，如图3所示。
(1.3)检测每一种缺陷类型的绝缘子样本在不同环境影响因素下的界面电荷分布。
其中，为了检测在不同环境影响因素下，包含不同缺陷类型的绝缘子样本的界面电荷分布情况，需要根据绝缘子实际的使用环境来确定各个环境影响因素的取值范围。在本实施例中所考虑的柱状的绝缘子的环境影响因素是作用于绝缘子的电场的电场强度，且柱状的绝缘子实际工作过程中，对绝缘子施加电场的电场强度为1kV/mm～4kV/mm，此时可设置电场强度的多个不同取值为1kV/mm、2kV/mm、3kV/mm、4kV/mm，分别用a、b、c、d表示。
在确定环境影响因素的不同取值后，在不同取值的环境影响因素下，对应检测不同缺陷类型的绝缘子样本的界面电荷分布情况，从而得到每一种含有缺陷的绝缘子样本在不同环境影响因素下的界面电荷分布。在本实施例中，需要检测步骤(1.1)中所获得的八种不同的绝缘子样本各自分别在1kV/mm、2kV/mm、3kV/mm、4kV/mm四种不同电场强度下的界面电荷分布。
为了便于统计每一种绝缘子样本在不同环境影响因素下的界面电荷分布，可以建立绝缘子表面缺陷类型、缺陷区域与环境影响因素的特征矩阵，即对应不同的绝缘子表面缺陷类型、缺陷区域和环境影响因素，对应相应的界面电荷分布。
在本实施例中，针对A、B、C、D四种缺陷特征、区域1和区域2以及a、b、c、d四种电场强度，所构建的特征矩阵如表1所示。在表1中，针对每一种缺陷特征、缺陷区域和电场强度，对应相应的界面电荷分布。例如，aA1表示的是在区域1内包含缺陷A的绝缘子样本在电场强度a下的界面电荷分布。
表1
为了获取各个柱状的绝缘子样本在不同均匀电场强度即a、b、c、d四个电场强度下的界面电荷分布，在本实施例中，采用图4(a)和图4(b)中的试验装置进行绝缘子圆周面上的界面电荷测量。其中，图4(a)是在带电状态下的试验装置结构图，图4(b)是在测量状态下的试验装置结构图，为了便于说明，这里将4(a)和图4(b)统称为图4。该试验装置的结构及其工作原理如下：
如图4(a)所示，该试验装置包括高压金属极板1、接地金属极板3、压力容器4、压力表6、电位测量探头7，电位测量探头7设置在测量杆的一端，并沿着测量杆轴向方向设置，高压金属极板1用于连接高压电源，用于给放置在接地金属极板3上的绝缘子2施加电压；接地金属极板3和压力容器4接地，接地金属极板3连接有一套动力装置(图4(a)中未画出)，可以使接地金属极板3上下移动和旋转运动，上下移动可以控制放置在接地金属极板3上的绝缘子2与高压金属极板1之间的距离，旋转运动可以使电位测量探头7测量绝缘子2侧面的电位分布；电位测量探头7通过测量杆连接有另一套动力装置(图4(a)中未画出)，可以控制电位测量探头7随测量杆轴向运动和旋转运动，轴向运动可动态测量绝缘子2高低压电极间的电位分布规律，旋转运动可将探头退出测量或进行更换检修；压力表6用于对压力容器4内的压力进行测量，可以实现不同压力下的绝缘子界面电荷分布测量。
在测量时，将待检测的绝缘子2竖向放置在接地金属极板3上，此时绝缘子2位于高压金属极板1和接地金属极板3之间，绝缘子2的圆周面与电场线的方向一致，绝缘子2的端面与电场线的方向垂直。将高压金属极板1连接高压电源，根据设定的环境影响因素，获得的设定电场强度的电场环境，高压金属极板1和绝缘子2之间压紧或分离一段距离，绝缘子2和高压金属极板1之间的压紧力或分离距离由接地金属极板3下端连接的动力装置控制实现。
如图4(b)所示，当施加电压完毕后，接地金属极板3和绝缘子2可下移至测量状态，此时在侧板上安装的电位测量探头7深入至绝缘子2附近进行材料界面电位测量，获取其界面特性。为了获取绝缘子2圆周面的电位分布，绝缘子2可以随接地金属极板3一起旋转运动和上下移动，地金属极板3的旋转运动和上下移动由接地金属极板3下端连接的动力装置控制实现。另外，由于电位测量探头7在电压施加接地时处在场强较低区域，不影响绝缘子2附近的电场分布。
(1.4)根据各个缺陷类型的绝缘子样本对应的界面电荷分布，生成电荷积聚图，进而得到绝缘子表面缺陷特征样本库。
其中，根据步骤(1.3)中获取的不同缺陷类型的绝缘子样本的界面电荷分布，可以获得绝缘子样本界面上的各区域的每个点(位置)的电位值。为了表示出绝缘子样本界面上的各区域的每个点所对应的界面电荷分布情况，可以将绝缘子样本表面的缺陷区域上的每个点的位置在xyz三维坐标系的xoy平面上展开，从而缺陷区域上每个点的位置坐标就可以映射到三维坐标系的xoy坐标面上，将该点所对应的电位值映射到三维坐标系的z轴上，就可以生成一个三维的电荷积聚图。例如，某个绝缘子样本的区域2即圆周面内包含裂缝缺陷和微粒附着缺陷时，测量该绝缘子样本在电场强度a下的界面电荷分布，将区域2进行平面展开，以该绝缘子的轴向方向为x坐标，以绝缘子圆周面在电位测试过程中旋转角度为y轴，然后以圆周面上每个点所对应的电位值映射到三维坐标系的z轴上，所得到的三维电荷积聚图如图5所示。
这样，对应每一个绝缘子样本，均可以获得多张对应不同环境影响因素下的电荷积聚图。将每一个绝缘子样本的信息存储到数据库中，绝缘子样本的信息包括存在缺陷的区域、缺陷区域对应的缺陷类型，环境影响因素以及该绝缘子对应的电荷积聚图，从而得到绝缘子表面缺陷特征样本库。
需要说明的，上述步骤(1)中所制作的绝缘子样本的结构应当与下面步骤(2)中待测量绝缘子的结构相同，这样才能够实现待测量绝缘子的表面缺陷检测。并且，为了满足不同检测目标的需求，可根据绝缘子出现缺陷的情况以及使用环境的变化，按照上述的步骤(1)，不断丰富完善库中不同缺陷类型的绝缘子在不同环境影响因素下的电荷积聚图，从而增加绝缘子缺陷检测的可靠性。
(2)检测待测量绝缘子在不同环境影响因素下的界面电荷分布，并生成电荷积聚图。
其中，将待测量绝缘子设置于步骤(1)中检测每一种绝缘子样本的界面电荷分布所对应的不同环境影响因素的检测环境中，检测该待测量绝缘子在不同环境影响因素下所对应的界面电荷分布。由于该对待测量绝缘子的界面电荷分布检测过程与步骤(1)对绝缘子样本的界面电荷分布检测过程相同，此处不再赘述。
根据待测量绝缘子在不同环境影响因素下的界面电荷分布，参考步骤(1.4)，生成多张对应不同环境影响因素下的电荷积聚图。
(3)根据待测量绝缘子的电荷积聚图以及绝缘子表面缺陷特征样本库，确定待测量绝缘子是否存在缺陷以及存在缺陷时的缺陷类型。
其中，为了实现待测量绝缘子的缺陷检测，将在某一环境影响因素下的待测量绝缘子的电荷积聚图与库中在相同环境影响因素下对应的所有绝缘子样本的电荷积聚图进行比对。在比对时，根据绝缘子样本所划分的缺陷区域，将待测量绝缘子表面各区域的电荷积聚图分别与相对应的绝缘子样本的缺陷区域的电荷积聚图进行对比，若待测量绝缘子在某区域的电荷积聚图与绝缘子样本缺陷区域的电荷积聚图一致，则说明待测量绝缘子在该区域内存在缺陷，且缺陷的类型与该绝缘子样本在该缺陷区域内的缺陷类型相同。这里的电荷积聚图一致是指，两个电荷积聚图在某个区域的界面电荷变化趋势相同或者接近。
例如，当绝缘子样本分别包含微粒附着、裂缝缺陷和气泡缺陷三种缺陷时，那么在缺陷位置处对应所获得的电荷积聚图的二维截面分别如图13、14、15所示。当待测量绝缘子对应的电荷积聚图的二维截面与库中绝缘子样本对应的电荷积聚图的二维截面形状相同或者接近时，那么就说明该待测量绝缘子存在缺陷。
在步骤(3)中，待测量绝缘子的电荷积聚图与库中绝缘子样本的电荷积聚图的比对过程可采用计算机视觉系统，通过人工智能算法来实现，由于该实现过程属于现有技术，此处不再赘述。
需要说明的是，在上述的绝缘材料表面缺陷检测方法中，步骤(1.1)的目的是对绝缘子表面存在的各种缺陷类型进行分类，对绝缘子的表面区域进行划分，并根据绝缘子的缺陷分类以及区域划分情况，制作各种包含不同缺陷类型的绝缘子样本。
本实施例是以A、B、C、D四种类型的典型缺陷为例进行说明的，但是并不仅限于这四种缺陷类型。作为其他的实施方式，所确定的缺陷分类还可以包含其他种类的典型缺陷、对绝缘特性影响相对较小的非典型缺陷等。当然，在条件允许的情况下，最好是制作出包含目前所有可能出现的缺陷类型的绝缘子样本，并且，随着新的缺陷类型的发现，不断增加新发现缺陷类型的绝缘子类型。
本实施例是以将柱状绝缘子的表面划分成端面和圆周面两个大区域为例进行说明的，但是并不局限于这一种区域划分方式。作为其他的实施方式，还可以将端面和圆周面划分成更小的区域。例如，可以对于图2中的顶面11进行更细致的区域划分，如图6所示，将顶面11划分成区域11-1和区域11-2；对于图2中的圆周面13进行更细致的区域划分，如图7所示，将圆周面13划分成区域13-1和区域13-2。另外，当对其他类型的绝缘子(非柱状的绝缘子)表面缺陷进行检测时，则需要根据该类型绝缘子的结构特征及其对应的环境影响因素，来对应确定该类型绝缘子的区域划分情况。
当然，在忽略缺陷位置对界面电荷分布的影响的情况下，也可以不对绝缘子的表面进行区域划分，此时可以认为是将整个绝缘子的表面划分成一个区域。
本实施例是以绝缘子只有一个区域内存在缺陷，且该区域内的缺陷类型只有一种为例来制作绝缘子样本的，作为其他的实施方式，根据整个绝缘子表面上存在缺陷的情况以及绝缘子区域的划分，制作的绝缘子样本还可以包括以下中的至少一种：1)绝缘子只有一个区域内存在缺陷，且该区域内的缺陷类型至少两种；2)绝缘子至少两个区域内存在缺陷，且每个区域内的缺陷类型只有一种；3)绝缘子至少两个区域内存在缺陷，且存在某一区域内的缺陷类型至少两种。下面对上述三种绝缘子样本存在缺陷情况进行说明：
如图8所示，在区域1(顶面11)上存在缺陷A和B，而在区域2(圆周面13)上不存在缺陷，这种属于种类1)的绝缘子样本。
如图9所示，在区域1(顶面11)上存在缺陷A，在区域2(圆周面13)上存在缺陷B，这种属于种类2)的绝缘子样本。
如图10所示，在区域1(顶面11)上存在缺陷A和B，在区域2(圆周面13)上存在缺陷B，这种属于种类3)的绝缘子样本。
另外，本实施例在根据绝缘子划分的区域，制作每个区域内包含不同缺陷类型的绝缘子样本时，是以每个区域内均包括所有不同分类的缺陷类型为例进行那说明的，即区域1包括A、B、C、D四种缺陷类型，区域2也包括A、B、C、D四种缺陷类型。但是，并非每个区域都会出现所有类型的缺陷，例如，可能会出现，区域1包括A、B、C、D四种缺陷类型，区域2仅包括A、B、C三种缺陷类型。因此，需要根据实际考察统计的情况，来具体确定每个区域所包含的缺陷类型。所以，每个区域内所包含的缺陷的种类可以相同，也可以不同。
在上述的绝缘材料表面缺陷检测方法中，步骤(1.2)的目的是根据绝缘子的实际使用环境，来具体确定对应的环境影响因素。本实施例是以环境影响因素为作用于绝缘子的电场的电场强度为例进行说明的，作为其他的实施方式，可以根据绝缘子的实际使用环境，来具体确定对应的环境影响因。例如，环境影响因素还可以包括绝缘子所在气体氛围的气体类型、气压大小、气体湿度等。
在上述的绝缘材料表面缺陷检测方法中，步骤(1.3)的目的是检测每一个绝缘子样本在不同环境影响因素下的界面电荷分布情况。本实施例是以检测每一个柱状的绝缘子样本在不同均匀电场强度下的界面电荷分布为例进行说明的，且给出了一种可以实现绝缘子的圆周面的电荷分布检测的具体试验装置。作为其他的实施方式，当需要检测每一个柱状的绝缘子样本的端面在不同均匀电场强度下的界面电荷分布情况，或者当绝缘子实际使用时处于非均匀电场强度下，需要检测每一个柱状的绝缘子样本在不同非均匀电场强度下的界面电荷分布情况时，此时则需要采用相应的试验装置来实现相应的界面电荷分布检测。
为了检测绝缘子样本的端面在不同均匀电场强度下的界面电荷分布情况，如图11(a)和图11(b)所示，本发明提供了另一种试验装置，其针对厚度较薄的饼状的绝缘子样本。采用图11中的试验装置进行绝缘子界面电荷测量，可以获取该绝缘子样本的端面在不同均匀电场强度下的界面电荷分布情况。其中，图11(a)是在带电状态下的试验装置结构图，图11(b)是在测量状态下的试验装置结构图，为了便于说明，将图11(a)和图11(b)统称为图11。
图11中的试验装置与图4中的试验装置的区别仅在于，电位测量探头7设置在测量杆的一端时，是沿着垂直于测量杆轴向方向设置的。这样，当采用图11中的试验装置对绝缘子的端面电荷分布情况进行测量时，待检测的绝缘子2放置在接地金属极板3上，此时绝缘子2位于高压金属极板1和接地金属极板3之间，绝缘子2的圆周面与电场线的方向平行，绝缘子2的端面与电场线的方向垂直，同时绝缘子2的圆周面与电位测量探头7的设置方向垂直。
由于图11中的试验装置与图4中的试验装置的其他结构以及工作原理完全相同，此处不再赘述。
如图12(a)和图12(b)所示，本发明还提供了第三种试验装置，是为了获取绝缘子样本在不同非均匀电场强度下的界面电荷分布情况。其中，图12(a)是在带电状态下的试验装置结构图，图12(b)是在测量状态下的试验装置结构图，为了便于说明，将图12(a)和图12(b)统称为图12。
图12中的试验装置与图11中的试验装置的区别仅在于，将高压金属极板1替换为了针板电极8。这样，当采用图12中的试验装置对绝缘子的界面电荷分布情况进行测量时，待检测的绝缘子2放置在接地金属极板3上，此时绝缘子2位于针板电极8和接地金属极板3之间，绝缘子2的表面位于非均匀电场中。
由于图12中的试验装置与图11中的试验装置的其他结构以及工作原理完全相同，此处不再赘述。
另外，作为其他的实施方式，当绝缘子使用时的环境影响因素还包括绝缘子所在气体氛围的气体类型、气压大小、气体湿度等其他影响因素时，则还需要根据绝缘子实际使用时的环境情况，来分别确定具体的气体类型、气压大小的取值以及气体湿度的取值。在确定各个环境影响因素的具体类型或者取值后，在不同的环境影响因素下，即至少有一种环境影响因素的取值或种类不同，对应检测不同缺陷类型的绝缘子样本的界面电荷分布，从而得到每一种缺陷类型的绝缘子样本在不同环境影响因素下的界面电荷分布。
在上述的绝缘材料表面缺陷检测方法中，步骤(2)的目的是检测待测量绝缘子在不同环境影响因素下的界面电荷分布，进而得到对应的电荷积聚图。本实施例是以检测待测量绝缘子在步骤(1)中所有不同环境影响因素下的界面电荷分布为例进行说明的，作为其他的实施方式，也可以仅检测待测量绝缘子在步骤(1)中部分不同环境影响因素下的界面电荷分布。例如，在步骤(1)中所有不同环境因素包括1kV/mm、2kV/mm、3kV/mm、4kV/mm四种不同的电场强度，作为其他的实施方式，步骤(2)中可以仅检测待测量绝缘子在1kV/mm、4kV/mm两种不同的电场强度下的界面电荷分布，进而得到对应的电荷积聚图。
在上述的绝缘材料表面缺陷检测方法中，步骤(3)的目的是将待测量绝缘子的电荷积聚图与库中包含各种缺陷类型的绝缘子样本对应的电荷积聚图进行比对，从而确定待测量绝缘子是否存在缺陷以及存在缺陷时的缺陷类型。比对时，本实施例是以在相同环境影响因素下，将待测量绝缘子各个区域的电荷积聚图与库中对应的所有绝缘子样本相同区域的电荷积聚图进行比对为例进行说明的，作为其他的实施方式，为了提高待测量绝缘子缺陷检测的速度，在将待测量绝缘子的电荷积聚图与库中绝缘子样本的电荷积聚图进行比对时，在同一环境影响因素下，只需将待测量绝缘子在每个区域的电荷积聚图仅与库中存在缺陷的相同区域内的电荷积聚图进行比对，当二者的电荷积聚图一致时，则说明待测量绝缘子在该区域内存在缺陷，且缺陷的类型与该绝缘子样本在该区域内的缺陷类型相同。例如，绝缘子样本1的界面划分为区域1和区域2，且在区域1内存在缺陷A；绝缘子样本2的界面划分为区域1和区域2，且在区域2内存在缺陷B；那么在判断待测量绝缘子是否存在缺陷时，在同一环境影响因素下，仅需要将待测量绝缘子的区域1的电荷积聚图与绝缘子样本1的区域1的电荷积聚图进行比较，将待测量绝缘子的区域2的电荷积聚图与绝缘子样本2的区域2的电荷积聚图进行比较，而无需将待测量绝缘子的区域1的电荷积聚图与绝缘子样本2的区域1的电荷积聚图进行比较，也无需将待测量绝缘子的区域2的电荷积聚图与绝缘子样本1的区域2的电荷积聚图进行比较。
上述的绝缘材料表面缺陷检测方法通过预先制作包含不同缺陷类型的绝缘材料样本，通过对绝缘材料样本的界面电荷分布进行测量，从而生成电荷积聚图。在进行绝缘材料新品检测或绝缘故障分析时，将待测量绝缘材料的电荷积聚图与绝缘材料样本的电荷积聚图进行比对，就可以判断出该绝缘材料是否满足产品设计要求或分析造成绝缘故障的原因。
最后，需要知晓的是，上述的绝缘材料表面缺陷检测方法是以对柱状的绝缘子的缺陷检测为例进行说明的，但是该检测方法并不局限于柱状的绝缘子的缺陷检测，也不局限于不同类型绝缘子的缺陷检测，而是可以应用到电气以及其他领域的绝缘材料缺陷检测中。
绝缘材料表面缺陷检测装置实施例：
本实施例提供了一种绝缘材料表面缺陷检测装置，包括处理器和存储器，该处理器用于处理存储在存储器中的指令，以实现一种绝缘材料表面缺陷检测方法，由于该方法已经在上述的绝缘材料表面缺陷检测方法实施例中进行了详细介绍，此处不再赘述。
Claims (6)
1.一种绝缘材料表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤如下：
(1)检测待测量件的设定检测区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数，所述反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数为绝缘材料样本的缺陷区域的界面电位的电位值；所述待测量件与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的材质和形状相同，所述设定检测区域与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的缺陷区域相对应；
(2)根据所述设定检测区域的各个位置的坐标和与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得设定检测区域电荷积聚图；
(3)将所述设定检测区域电荷积聚图与绝缘材料表面缺陷特征样本库中相对应的缺陷区域的缺陷区域电荷积聚图进行比对，若设定检测区域电荷积聚图与缺陷区域电荷积聚图一致，则判定待测量件在设定检测区域内存在缺陷，并将特征库中的缺陷区域电荷积聚图所对应的缺陷类型作为待测量件在设定检测区域内的所存在缺陷的缺陷类型；否则判定待测量件在设定检测区域内不存在缺陷；
所述绝缘材料表面缺陷特征样本库的构建过程包括：
1)制作具有表面缺陷的绝缘材料样本：根据绝缘材料样本的结构特征对界面电荷分布的影响，将绝缘材料样本的表面划分成多个待制造缺陷的缺陷区域，制作在设定缺陷区域内包含设定缺陷类型的绝缘材料样本；所述缺陷区域的划分规则为：通过区域划分后，当属于同一个区域的不同位置出现同一类缺陷时，该缺陷对不同位置处的界面电荷分布的影响结果是相同的；
2)在设定环境影响因素下，检测绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数；所述环境影响因素包括作用于绝缘材料样本的电场的电场强度；
3)根据绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置的坐标和与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得缺陷区域电荷积聚图；
4)将步骤3)获得的缺陷区域电荷积聚图与步骤1)中预先设定的绝缘材料样本的缺陷区域和缺陷类型以及步骤2)中的环境影响因素进行对应，得到绝缘材料表面缺陷特征样本库。
2.根据权利要求1所述的绝缘材料表面缺陷检测方法，其特征在于，所述的反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数为绝缘材料样本的缺陷区域的界面电位的电位值；所述步骤3)中获得缺陷区域电荷积聚图的过程包括：将绝缘材料样本表面的缺陷区域上每个点的位置坐标映射到三维坐标系的xoy坐标面上，将每个点对应的电位值映射到三维坐标系的z轴上。
3.根据权利要求1所述的绝缘材料表面缺陷检测方法，其特征在于，所述环境影响因素还包括以下至少一种：绝缘材料样本所在气体氛围的气体类型、绝缘材料样本所在气体氛围的气体气压、绝缘材料样本所在气体氛围的气体湿度。
4.一种绝缘材料表面缺陷检测装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令，以实现如下方法：
(1)根据检测到的待测量件的设定检测区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数，所述反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数为绝缘材料样本的缺陷区域的界面电位的电位值；所述待测量件与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的材质和形状相同，所述设定检测区域与绝缘材料表面缺陷特征样本库中的绝缘材料样本的缺陷区域相对应；
(2)根据所述设定检测区域的各个位置的坐标和与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得设定检测区域电荷积聚图；
(3)将所述设定检测区域电荷积聚图与绝缘材料表面缺陷特征样本库中相对应的缺陷区域的缺陷区域电荷积聚图进行比对，若设定检测区域电荷积聚图与缺陷区域电荷积聚图一致，则判定待测量件在设定检测区域内存在缺陷，并将特征库中的缺陷区域电荷积聚图所对应的缺陷类型作为待测量件在设定检测区域内的所存在缺陷的缺陷类型；否则判定待测量件在设定检测区域内不存在缺陷；
所述绝缘材料表面缺陷特征样本库的构建过程包括：
1)制作具有表面缺陷的绝缘材料样本：根据绝缘材料样本的结构特征对界面电荷分布的影响，将绝缘材料样本的表面划分成多个待制造缺陷的缺陷区域，制作在设定缺陷区域内包含设定缺陷类型的绝缘材料样本；所述缺陷区域的划分规则为：通过区域划分后，当属于同一个区域的不同位置出现同一类缺陷时，该缺陷对不同位置处的界面电荷分布的影响结果是相同的；
2)在设定环境影响因素下，检测绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置处的界面电荷分布，获得反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数；所述环境影响因素包括作用于绝缘材料样本的电场的电场强度；
3)根据绝缘材料样本的缺陷区域的各个位置的坐标和与各个位置对应的反映界面电荷集聚量的参数，获得缺陷区域电荷积聚图；
4)将步骤3)获得的缺陷区域电荷积聚图与步骤1)中预先设定的绝缘材料样本的缺陷区域和缺陷类型以及步骤2)中的环境影响因素进行对应，得到绝缘材料表面缺陷特征样本库。
5.根据权利要求4所述的绝缘材料表面缺陷检测装置，其特征在于，所述的反映各个位置对应的界面电荷集聚量的参数为绝缘材料样本的缺陷区域的界面电位的电位值；所述步骤2)中获得缺陷区域电荷积聚图的过程包括：将绝缘材料样本表面的缺陷区域上每个点的位置坐标映射到三维坐标系的xoy坐标面上，将每个点对应的电位值映射到三维坐标系的z轴上。
6.根据权利要求4所述的绝缘材料表面缺陷检测装置，其特征在于，所述环境影响因素还包括以下至少一种：绝缘材料样本所在气体氛围的气体类型、绝缘材料样本所在气体氛围的气体气压、绝缘材料样本所在气体氛围的气体湿度。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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