CN113029539A - 一种高压刀闸行程和速度检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高压刀闸行程和速度检测系统及方法，包括：圆台形标示盘、相机、计算机，将圆台形标示盘连接在刀闸的转轴上，当刀闸转动时，通过相机连续拍摄多张标示盘中的标示符区域的图像以及拍摄时间，基于图像识别算法，根据多张图像和拍摄时间计算出刀闸的转动角度，接着根据转动角度和拍摄时间计算出刀闸的转动速度，最后根据刀闸的连杆长度和转动角度计算出刀闸的行程，本申请提出的系统结构简单、操作方便，且无需与高压设备连接便能够准确检测出刀闸的转动速度和行程，从而解决了现有技术对刀闸行程和速度检测的工作量较大且成本较高的技术问题。

Description

一种高压刀闸行程和速度检测系统及方法

技术领域

本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种高压刀闸行程和速度检测系统及方法。

背景技术

高压隔离开关(简称刀闸)是重要的变电站高压设备，起到隔离或切除小容量高压设备的作用，在110kV及以上设备，每个断路器间隔、母线联络、母线间隔均有配置。随着自动化的水平提升，目前大部分刀闸均安装有电动操作机构，而电动操作机构在进行刀闸分合闸过程中，需要检测刀闸的合闸行程和速度，当行程和速度达不到要求时，就可以判断刀闸操作机构存在缺陷。

目前，主要采用专用的角度传感器对刀闸行程和速度进行检测，由于角度传感器必需与高压设备连接；并且对不同类型的刀闸进行检测时需要更换不同的传感器，导致对刀闸行程和速度检测的工作量较大且成本较高。

发明内容

本申请实施例提供了一种高压刀闸行程和速度检测系统及方法，用于解决现有技术对刀闸行程和速度检测的工作量较大且成本较高的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种高压刀闸行程和速度检测系统，所述系统包括：

圆台形标示盘、相机、计算机；其中，所述圆台形标示盘的上底面的内侧印有三角形的标示符；

所述圆台形标示盘连接在刀闸的转轴上，且圆台形标示盘的轴线与所述转轴的轴线相同；所述相机固定设置于所述圆台形标示盘的正下方，且所述相机的拍摄方向为由所述圆台形标示盘的下底面到上底面；所述计算机与所述相机连接；

所述相机用于：当所述刀闸转动时，按照预置的间隔时间连续拍摄多张所述标示符区域的图像，以及记录每张所述图像对应的拍摄时间，直至所述刀闸停止转动；

所述计算机用于：接收每张所述图像，基于图像识别算法，根据每张所述图像的标示符在同一坐标上的位置关系计算出所述刀闸的转动角度；根据所述转动角度和拍摄时间计算出所述刀闸的转动速度；以及根据所述刀闸的连杆长度和所述转动角度计算出所述刀闸的行程。

可选地，所述计算机还用于：根据所述刀闸的行程和转动速度，判断所述刀闸是否符合要求。

可选地，所述接收每张所述图像，之后还包括：

对每张所述图像分别依次进行灰度化、特征提取、中值二值化、去干扰、轮廓检测和增强、顶点检测的预处理操作。

可选地，还包括：补光灯；

所述补光灯通过万向节安装于所述相机的支架上，用于往所述相机的拍摄方向进行补光。

可选地，所述相机为高速工业相机。

可选地，所述标示符为黑色，且除所述标示符外所述圆台形标示盘的内侧其他区域为白色。

可选地，所述预置的间隔时间为：50ms。

本申请第二方面提供一种高压刀闸行程和速度检测方法，应用于第一方面所述的一种高压刀闸行程和速度检测系统，所述方法包括：

当所述刀闸转动时，相机按照预置的间隔时间连续拍摄多张标示符区域的图像，以及每张所述图像对应的拍摄时间，直至刀闸停止转动；

计算机接收每张所述图像，基于图像识别算法，根据每张所述图像的标示符在同一坐标上的位置关系计算出所述刀闸的转动角度；根据所述转动角度和拍摄时间计算出所述刀闸的转动速度；以及记录根据所述刀闸的连杆长度和所述转动角度计算出所述刀闸的行程。

可选地，所述计算机接收每张所述图像，之后还包括：

对每张所述图像分别依次进行灰度化、特征提取、中值二值化、去干扰、轮廓检测和增强、顶点检测的预处理操作。

可选地，所述根据所述刀闸的连杆长度和所述转动角度计算出所述刀闸的行程，之后还包括：根据所述刀闸的行程和转动速度，判断所述刀闸是否符合要求。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中的一种高压刀闸行程和速度检测系统，包括：圆台形标示盘、相机、计算机，将圆台形标示盘连接在刀闸的转轴上，当刀闸转动时，通过相机连续拍摄多张标示盘中的标示符区域的图像以及拍摄时间，基于图像识别算法，根据多张图像和拍摄时间计算出刀闸的转动角度，接着根据转动角度和拍摄时间计算出刀闸的转动速度，最后根据刀闸的连杆长度和转动角度计算出刀闸的行程，本申请提出的系统结构简单、操作方便，且无需与高压设备连接便能够准确检测出刀闸的转动速度和行程，从而解决了现有技术对刀闸行程和速度检测的工作量较大且成本较高的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中的一种高压刀闸行程和速度检测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中的一种高压刀闸行程和速度检测方法的流程示意图；

图3a和图3b为通过本申请的检测系统对刀闸的转速和行程进行两次刀闸分闸测试的实验数据图；

图4a和图4b为通过本申请的检测系统对刀闸的转速和行程进行两次刀闸合闸测试的实验数据图。

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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例一提供了一种高压刀闸行程和速度检测系统，包括：

圆台形标示盘、相机、计算机；其中，圆台形标示盘的上底面的内侧印有三角形的标示符。

需要说明的是，本申请实施例将三角形的标示符设置于圆台形标示盘的上底面的中心上，标示符用于标示刀闸转轴转动的角度，除了将标示符设置为三角形，本领域技术人员还可以将标示符设置为其他形状，在此不做限定。

圆台形标示盘连接在刀闸的转轴上，且圆台形标示盘的轴线与转轴的轴线相同；相机固定设置于圆台形标示盘的正下方，且相机的拍摄方向为由圆台形标示盘的下底面到上底面；计算机与相机连接。

需要说明的是，刀闸通过连杆与转轴连接，并通过转轴固定于支架上，标示盘固定连接在刀闸的转轴的下端，本领域可以通过粘胶将标示盘的上底面外侧粘贴于转轴的下端，使得标示盘的的轴线与刀闸的转轴的轴线在一条直线上；可以理解的是，相机固定设置于圆台形标示盘的正下方，不随标示盘的转动而转动，圆台形的标示盘的下底面为非封闭面，摄像机镜头从圆台形标示盘的下底面到上底面拍摄标示符；计算机与相机的连接可以是有线连接或者无线连接。

相机用于：当刀闸转动时，按照预置的间隔时间连续拍摄多张标示符区域的图像，以及记录每张图像对应的拍摄时间，直至刀闸停止转动。

需要说明的是，本申请实施例将设置的时间间隔设置为50ms，本领域技术人员也可以根据实际需求将采样的时间间隔设置为100ms或其他时间间隔，在此不做限定。可以理解的是，刀闸的转动包括合闸转动和分闸转动，当刀闸转动是，其通过连杆连接的轴也随之转动，此时，相机按照设定的预置时间间隔连续拍摄多张标示符区域的图像并记录每张图像对应的拍摄时间，直至刀闸停止转动。

计算机用于：接收每张图像，基于图像识别算法，根据每张图像的标示符在同一坐标上的位置关系计算出刀闸的转动角度；根据转动角度和拍摄时间计算出刀闸的转动速度；以及根据刀闸的连杆长度和转动角度计算出刀闸的行程。

需要说明的是，连杆的长度为刀闸的一端到转轴连接端的长度。

可以理解的是，每张图像中的三角形区域在同一坐标上，其位置都不相同，其代表着刀闸转动的角度，因此，本申请基于图像识别算法根据不同时刻的图像中的三角形区域在同一坐标上的位置便可以知道刀闸转动的角度，并且根据转动角度与对应的拍摄时间可以知道刀闸的转速；最后，可以理解的是，根据连杆的长度与其转动的角度就可以知道其合成，也是知道了刀闸的行程。

本申请实施例中的一种高压刀闸行程和速度检测系统，包括：圆台形标示盘、相机、计算机，将圆台形标示盘连接在刀闸的转轴上，当刀闸转动时，通过相机连续拍摄多张标示盘中的标示符区域的图像以及拍摄时间，基于图像识别算法，根据多张图像和拍摄时间计算出刀闸的转动角度，接着根据转动角度和拍摄时间计算出刀闸的转动速度，最后根据刀闸的连杆长度和转动角度计算出刀闸的行程，本申请提出的系统结构简单、操作方便，且无需与高压设备连接便能够准确检测出刀闸的转动速度和行程，从而解决了现有技术对刀闸行程和速度检测的工作量较大且成本较高的技术问题。

进一步地，在上述实施例一的基础上，计算机还用于：根据刀闸的行程和转动速度，判断刀闸是否符合要求。

请参阅图3a和图3b，以及图4a和图4b，可以知道，本申请的检测系统能够展示出刀闸转动的速度和行程，并且多次检测结果都相近，证明了其可靠性和准确性，本领域技术人员可以通过该实验图与厂家提供的刀闸分合闸的相关技术参数进行对比，判断刀闸是否满足设计要求。

进一步地，在上述实施例一的基础上，接收每张图像，之后还包括：对每张图像分别依次进行灰度化、特征提取、中值二值化、去干扰、轮廓检测和增强、顶点检测的预处理操作。

可以理解的是，在图像识别处理过程中，为了提高识别的准确性，本申请实施例还采用OpenCVsharp图像处理工具，将接收到的每张图像均分别依次进行灰度化、特征提取、中值二值化、去干扰、轮廓检测和增强、顶点检测的预处理操作。

进一步地，在上述实施例一的基础上，还包括：补光灯；

补光灯通过万向节安装于相机的支架上，用于往相机的拍摄方向进行补光。

可以理解的是，由于检测环境的灯光条件不能满足相机拍摄要求，本申请还设置有补光灯，采用直流无频闪40W、20度的补光灯对相机拍摄的方向进行补光。

进一步地，在上述实施例一的基础上，相机为高速工业相机。

可以理解的是，本领域可以根据实际对检测精度的需求，将相机设置为高速工业相机或其他相机，在此不做限定。

进一步地，在上述实施例一的基础上，标示符为黑色，且除标示符外圆台形标示盘的内侧其他区域为白色。

需要说明的是，圆台形标示盘内侧的标示符为黑色，内侧的其他区域可以通过白纸粘帖遮光面，以保证在图像分析时更容易产生黑白二值图。

以上为本申请实施例中提供的一种高压刀闸行程和速度检测系统的实施例，以下为本申请实施例中提供的一种高压刀闸行程和速度检测方法的实施例。

请参阅图2，本申请实施例中提供的一种高压刀闸行程和速度检测方法的实施例，包括：

步骤301、当刀闸转动时，相机按照预置的间隔时间连续拍摄多张标示符区域的图像，以及每张图像对应的拍摄时间，直至刀闸停止转动。

步骤302、计算机接收每张图像之后，对每张图像分别依次进行灰度化、特征提取、中值二值化、去干扰、轮廓检测和增强、顶点检测的预处理操作。

步骤303、基于图像识别算法，根据每张图像的标示符在同一坐标上的位置关系计算出刀闸的转动角度；根据转动角度和拍摄时间计算出刀闸的转动速度；以及根据刀闸的连杆长度和转动角度计算出刀闸的行程。

步骤304、根据刀闸的行程和转动速度，判断刀闸是否符合要求。

本申请实施例中的一种高压刀闸行程和速度检测方法，当刀闸转动时，通过相机连续拍摄多张标示盘中的标示符区域的图像以及拍摄时间，基于图像识别算法，根据多张图像和拍摄时间计算出刀闸的转动角度，接着根据转动角度和拍摄时间计算出刀闸的转动速度，最后根据刀闸的连杆长度和转动角度计算出刀闸的行程，本申请提出的系统结构简单、操作方便，且无需与高压设备连接便能够准确检测出刀闸的转动速度和行程，从而解决了现有技术对刀闸行程和速度检测的工作量较大且成本较高的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高压刀闸行程和速度检测系统，其特征在于，包括：圆台形标示盘、相机、计算机；其中，所述圆台形标示盘的上底面的内侧印有三角形的标示符；

所述圆台形标示盘连接在刀闸的转轴上，且圆台形标示盘的轴线与所述转轴的轴线相同；所述相机固定设置于所述圆台形标示盘的正下方，且所述相机的拍摄方向为由所述圆台形标示盘的下底面到上底面；所述计算机与所述相机连接；

所述相机用于：当所述刀闸转动时，按照预置的间隔时间连续拍摄多张所述标示符区域的图像，以及记录每张所述图像对应的拍摄时间，直至所述刀闸停止转动；

所述计算机用于：接收每张所述图像，基于图像识别算法，根据每张所述图像的标示符在同一坐标上的位置关系计算出所述刀闸的转动角度；根据所述转动角度和拍摄时间计算出所述刀闸的转动速度；以及根据所述刀闸的连杆长度和所述转动角度计算出所述刀闸的行程。

2.根据权利要求1所述的高压刀闸行程和速度检测系统，其特征在于，所述计算机还用于：根据所述刀闸的行程和转动速度，判断所述刀闸是否符合要求。

3.根据权利要求1所述的高压刀闸行程和速度检测系统，其特征在于，所述接收每张所述图像，之后还包括：

对每张所述图像分别依次进行灰度化、特征提取、中值二值化、去干扰、轮廓检测和增强、顶点检测的预处理操作。

4.根据权利要求1所述的高压刀闸行程和速度检测系统，其特征在于，还包括：补光灯；

所述补光灯通过万向节安装于所述相机的支架上，用于往所述相机的拍摄方向进行补光。

5.根据权利要求1所述的高压刀闸行程和速度检测系统，其特征在于，所述相机为高速工业相机。

6.根据权利要求1所述的高压刀闸行程和速度检测系统，其特征在于，所述标示符为黑色，且除所述标示符外所述圆台形标示盘的内侧其他区域为白色。

7.根据权利要求1所述的高压刀闸行程和速度检测系统，其特征在于，所述预置的间隔时间为：50ms。

8.一种高压刀闸行程和速度检测方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-7中的任意一种高压刀闸行程和速度检测系统，包括：

当所述刀闸转动时，相机按照预置的间隔时间连续拍摄多张标示符区域的图像，以及记录每张所述图像对应的拍摄时间，直至刀闸停止转动；

计算机接收每张所述图像，基于图像识别算法，根据每张所述图像的标示符在同一坐标上的位置关系计算出所述刀闸的转动角度；根据所述转动角度和拍摄时间计算出所述刀闸的转动速度；以及根据所述刀闸的连杆长度和所述转动角度计算出所述刀闸的行程。

9.根据权利要求8所述的高压刀闸行程和速度检测方法，其特征在于，所述计算机接收每张所述图像，之后还包括：

对每张所述图像分别依次进行灰度化、特征提取、中值二值化、去干扰、轮廓检测和增强、顶点检测的预处理操作。

10.根据权利要求8所述的高压刀闸行程和速度检测方法，其特征在于，所述根据所述刀闸的连杆长度和所述转动角度计算出所述刀闸的行程，之后还包括：根据所述刀闸的行程和转动速度，判断所述刀闸是否符合要求。

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