CN112924478B - 基于双能量数字x射线成像的架空线缆检测系统 - Google Patents

基于双能量数字x射线成像的架空线缆检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，包括X射线发射单元；X射线探测单元；供电单元；其中，X射线发射单元包括高压单元和低压单元；所述高压单元和低压单元在每一组成像过程中进行高低压切换，据以得到高能量和低能量的两种图像，供X射线探测单元采集后对高能量数组和低能量数组进行加权计算，从而确保线缆成像具有合适的对比度分辨率。本发明旨在构建针对不同线径都有较高对比度的线缆图像，从而进一步提升检测线缆是否损坏的检测效果，有效解决线缆、线夹在其边缘和中心不能用一种X射线能量得到清晰的图像的问题。

Description

基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统
技术领域
本发明涉及架空线缆成像技术领域，特别是涉及基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统。
背景技术
架空高压传输线路的日常巡检是保障正常运行的重要手段。目前主要有人工目视巡检、无人机空中巡检、机器人在线用视频或红外方式巡检，但这些方式只能检测物体的外观，无法检测线缆或线夹内部的损伤。
对于线缆、线夹内部的损伤，已有应用X光和数字平板探测器的检查方法，但目前的解决方案都以固定的能量(即X射线球管的电压是固定的)工作，由于X射线的穿透特性，如果球管电压低(如120KV以下)，则无法穿透较粗(线径大于3厘米)的电缆的中间区域；如果球管电压高(如150KV以上)，则会完全穿透较细的电缆，而较粗的电缆外侧，由于射线经过的路径较短，也被完全穿透。这都造成线缆或线夹的图像不能得到合适的对比度分辨率，而对比度分辨率正是我们检测线缆或线夹有没有损坏的重要技术参数。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，用于解决线缆、线夹在其边缘和中心不能用一种X射线能量得到清晰图像的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，包括X射线发射单元，用以向架空线缆发射X射线；X射线探测单元，用以对所述架空线缆进行X射线成像；供电单元，用以对所述X射线发射单元供电；其中，所述X射线发射单元包括高压单元和低压单元；所述高压单元和低压单元在每一组成像过程中进行高低压切换，据以得到高能量和低能量的两种图像，供所述X射线探测单元采集后对高能量数组和低能量数组进行加权计算。
于本发明的一些实施方式中，所述加权计算的公式包括：
Figure BDA0002923814660000011
其中，y2＝r2-x2；x＝R·sin θ；R表示X射线发射单元的焦点到架空线缆中心的位置；r表示架空线缆的半径；θ表示某X射线和中心射线的夹角；x表示架空线缆中心到射线θ的距离；y表示射线θ穿过架空线缆的距离的一半；EH表示高能量X射线时检测到的信号；EL表示低能量X射线时检测到的信号；p1表示高能量X射线信号的权重；p2表示低能量X射线信号的权重；Ex表示两个能量的射线θ加权后的信号强度。.
于本发明的一些实施方式中，所述供电单元包括电池或从架空线缆直接取电的电磁感应线圈；所述电磁感应线圈套于架空线缆上，通过电磁感应从所述架空线缆取电后再向所述X射线发射单元供电。
于本发明的一些实施方式中，所述系统还包括：驱动单元，用以装载并驱动所述X射线发射单元、X射线探测单元及供电单元沿所述架空线缆的延展方向运动，以持续对所述架空线缆进行X射线成像。
于本发明的一些实施方式中，所述X射线发射单元包括X射线球管和电源模块。
于本发明的一些实施方式中，所述X射线探测单元包括X射线探测器；所述X射线探测器的类型包括气体探测器、闪烁探测器或者半导体探测器。
于本发明的一些实施方式中，所述驱动单元包括滚轮及马达驱动系统；所述滚轮设于所述架空线缆上；所述马达驱动系统用于驱动所述滚轮沿所述架空线缆的延展方向前行。
于本发明的一些实施方式中，所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统还包括通讯模块，供与外部设备建立通信连接，以将所述X射线探测单元的成像结果发送至外部设备。
于本发明的一些实施方式中，所述通讯模块包括WI-FI模块、NB-IOT模块、ZigBee模块、LoRA模块或蓝牙模块。
于本发明的一些实施方式中，所述架空线缆包括电缆、接线端子或线夹。
于本发明的一些实施方式中，所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统的安装方法，包括：利用小型上载装置将基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统上载至架空线缆上。
如上所述，本发明的一种基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，具有以下有益效果：本发明采用基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，每一组成像都包括高能量成像和低能量成像，并对两种成像结果进行加权计算，构建出针对不同线径都有较高对比度的线缆图像，从而进一步提升检测线缆是否损坏的检测效果，从而解决了线缆、线夹在其边缘和中心不能用一种X射线能量得到清晰图像的技术问题。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统的结构示意图。
图2显示为本发明一实施例中基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统的尺寸标注图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
由于现有技术都以固定能量(固定的X射线球管电压)工作，过低的球管电压(如120KV以下)无法穿透线径大于3厘米的较粗电缆的中间区域，过高的球管电压(如150KV以上)则会完全穿透较细的电缆，而较粗的电缆外侧，由于射线经过的路径较短，也被完全穿透。针对现有技术所造成的线缆或线夹的图像不能得到合适的对比度分辨率等技术问题，本发明提出了适用于架空高压线的双能量检测方案。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，通过下述实施例并结合附图，对本发明实施例中的技术方案的进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示，展示了本发明一实施例中基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统的结构示意图。本实施例的基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统包括X射线发射单元11、X射线探测单元12、供电单元13。所述X射线发射单元11用以向架空线缆15发射X射线；X射线探测单元12用以对所述架空线缆15进行X射线成像；供电单元13用以对所述X射线发射单元供电。
在一些示例中，所述供电单元13可采用电池向X射线发射单元供电；或者，也可采用能从架空线缆直接取电的电磁感应线圈，所述电磁感应线圈套于架空线缆上，通过电磁感应从所述架空线缆取电后再向所述X射线发射单元供电。
在一些示例中，本实施例中基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统还包括驱动单元14。所述驱动跟单员14用以装载并驱动所述X射线发射单元11、X射线探测单元12及供电单元13沿所述架空线缆15的延展方向运动，以持续对所述架空线缆15进行X射线成像。需说明的是，除了本实施例提到的架空线缆15外，实际上本发明还可应用于电缆、接线端子或者线夹等，应用对象并不做任何限定。
在本实施例中，针对不同粗细的线缆，或圆形线缆在X射线成像路径上的边缘和中央区域，采用高低电压切换曝光的方式，获得显著提高线缆的X射线图像的对比度。X射线发射单元11包括高压单元和低压单元，高压单元每一成像位置进行高低压切换，例如150KV和100KV之间进行切换，分别曝光至少一次，得到高低能量的两种图像，并经X射线探测单元12采集后对两组数据根据X射线路径的位置信息进行加权求和，从而重建针对不同线径都有较高对比度的线缆图像。其中，加权求和的公式如下：
Figure BDA0002923814660000041
其中，y2＝r2-x2；x＝R·sin θ。
为便于理解，下文将结合图2中的X射线球管21和线缆22来说明。R表示X射线球管的焦点到线缆中心的位置；r表示线缆半径；θ表示某X射线和中心射线的夹角；x表示线缆中心到射线θ的距离；y表示射线θ穿过线缆的距离的一半；EH表示高能量X射线时检测到的信号；EL表示低能量X射线时检测到的信号；p1表示高能量X射线信号的权重；p2表示低能量X射线信号的权重；Ex表示射线θ(两个能量)加权后的信号强度。
另需说明的是，由于在同一位置快速切换电压、两次曝光成像，但可使每次的曝光的时间更短(小于原来一次曝光的二分之一)，有助于实现架空线缆的快速检测。
在一些示例中，所述X射线发射单元11包括X射线球管和电源模块。电源模块向X射线球管供电；X射线球管是工作在高压下的真空二极管，包含两个电极，一个是用于发射电子的灯丝(作为阴极)，另一个是用于接受电子轰击的靶材(作为阳极)，两极均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。
在一些示例中，所述X射线探测单元12可以是X射线探测器，用于将肉眼不可见的X射线转换为最终能转变为图像的数字信号，其在接收到射线照射后产生与辐射强度成正比的电信号。X射线探测器可具体选用气体探测器、闪烁探测器、半导体探测器等，本实施例不作限定。
值得说明的是，现有技术中适用于电缆、接线端子或者线夹等待测的基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统的电池不仅体积大，而且由于用电量较大而导致电池更换频率非常高，须采用人工背上线塔或采用大型无人机吊上高压线，不仅极为不便且成本极高。而本发明由于利用了电磁感应线圈直接从线缆上取电，实现在线取电，不仅能大大减小电池体积还降低了电池更换频率，而且由于体积的有效减小，因此安装过程也不再依赖于大型吊机，而是通过无人机或集成式螺旋桨飞行装置即可上载到架空高压线上，从而解决大容量电池体积大、重量大、供电成像速度慢、一次充电使用时间短等问题。
在一些示例中，所述驱动单元包括滚轮及马达驱动系统，滚轮装设于所述架空线缆上，马达驱动系统用于驱动滚轮前行。在本实施例中，滚轮在马达驱动系统的驱动下，沿着架空高压线缆的延展方向前行，对架空线缆进行持续的X射线成像。
在一些示例中，所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统还包括通讯模块(未图示)，所述通讯模块用以与外部设备建立通信连接，如与云端服务器、计算机设备、工作后台等建立通信连接，从而将X射线探测单元的成像结果发送给外部设备。在外部设备中，可安装图像分析和缺陷检测等现现有软件，供进行图像分析，以检查架空线缆内部的损伤情况，实现架空线缆缺陷自动检测。可选的是，本实施例中的通讯模块包括但不限于如WI-FI模块、NB-IOT模块、ZigBee模块、LoRA模块或蓝牙模块等等。
在一些示例中，基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统的安装方法，包括：利用小型上载装置将所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统上载至架空线缆上。在本实施例中，所述小型上载装置包括无人机或集成式螺旋桨飞行装置。需说明的是，本实施例中基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统的安装方法，其实施方式与上文中的基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统类似，故不再赘述。
综上所述，本发明提供基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，旨在采用基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，每一组成像都包括高能量成像和低能量成像，并对两种成像结果进行加权计算，构建出针对不同线径都有较高对比度的线缆图像，从而进一步提升检测线缆是否损坏的检测效果。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，包括：
X射线发射单元，用以向架空线缆发射X射线；
X射线探测单元，用以对所述架空线缆进行X射线成像；
供电单元，用以对所述X射线发射单元供电；
其中，所述X射线发射单元包括高压单元和低压单元；所述高压单元和低压单元在每一组成像过程中进行高低压切换，据以得到高能量和低能量的两种图像，供所述X射线探测单元采集后对高能量数组和低能量数组进行加权计算；所述加权计算的公式包括：
Figure FDA0003883216610000011
其中，y2＝r2-x2；x＝R·sinθ；R表示X射线发射单元的焦点到架空线缆中心的位置；r表示架空线缆的半径；θ表示某X射线和中心射线的夹角；x表示架空线缆中心到射线θ的距离；y表示射线θ穿过架空线缆的距离的一半；EH表示高能量X射线时检测到的信号；EL表示低能量X射线时检测到的信号；p1表示高能量X射线信号的权重；p2表示低能量X射线信号的权重；Ex表示两个能量的射线θ加权后的信号强度。
2.根据权利要求1所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，所述供电单元包括电池或从架空线缆直接取电的电磁感应线圈；所述电磁感应线圈套于架空线缆上，通过电磁感应从所述架空线缆取电后再向所述X射线发射单元供电。
3.根据权利要求1所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，所述系统还包括：
驱动单元，用以装载并驱动所述X射线发射单元、X射线探测单元及供电单元沿所述架空线缆的延展方向运动，以持续对所述架空线缆进行X射线成像。
4.根据权利要求3所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，所述驱动单元包括滚轮及马达驱动系统；所述滚轮设于所述架空线缆上；所述马达驱动系统用于驱动所述滚轮沿所述架空线缆的延展方向前行。
5.根据权利要求1所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，所述X射线发射单元包括X射线球管和电源模块。
6.根据权利要求1所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，所述X射线探测单元包括X射线探测器；所述X射线探测器的类型包括气体探测器、闪烁探测器或者半导体探测器。
7.根据权利要求1所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统还包括通讯模块，供与外部设备建立通信连接，以将所述X射线探测单元的成像结果发送至外部设备。
8.根据权利要求7所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，所述通讯模块包括WI-FI模块、NB-IOT模块、ZigBee模块、LoRA模块或蓝牙模块。
9.根据权利要求1所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统，其特征在于，利用小型上载装置将所述基于双能量数字X射线成像的架空线缆检测系统上载至架空线缆上。
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