CN114527420B - 基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置及方法，包括多向光路切换装置以及位于壳体内部的多向光路切换轮，多向光路切换轮设计均匀等分的多个光路，包含分光镜、若干衰减片、直通光路以及保留光路；电机与多向光路切换轮中心轴固定连接，多向光路切换轮由电机带动转动，将所需光路旋转至正对入光口的位置；当紫外光经多向光路切换轮光路后从直光出光口射出时，通过直光连接管连接紫外成像仪；当紫外光经多向光路切换轮光路后从分光出光口射出时，通过分光连接管进入平行光管，再进入紫外成像仪；紫外成像仪拍照存储，导出对应的图片给上位机进行图片分析。

Description

基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置及方法

技术领域

本发明涉及紫外成像仪校验技术，尤其涉及一种基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置及方法。

背景技术

紫外成像仪局部放电检测是发现高压电力设备潜在绝缘缺陷的一种高灵敏度、高有效性检测技术。随着我国电力系统状态检修工作开展的日益深入，紫外成像仪局部放电检测技术在高压电气设备（开关柜、电缆和电力变压器等）上的应用越来越广泛。特别是对于变压器而言，该技术已经成为最主要的一项在线检测手段，现阶段在全国范围内进入大规模推广应用阶段，并制定紫外成像仪局部放电检测相关技术标准规范。

紫外成像仪产品主要由光学模块、采集模块、处理模块、显示模块、存储模块、电源模块、接口、外壳等组成。光学模块由一系列光学镜片组成，可见光与紫外线光谱经此模块传输至采集模块。采集模块收集光学模块传输过来的光谱信号，并将该信号转换成电信号。处理模块处理可见光与紫外线信号，进行信号增强/过滤/图像叠加。显示模块显示处理完成的信号画面及各种状态信息。存储模块存储采集到的静态图像或者动态视频。电源模块经交流电源或电池供电电源。

为检验紫外成像仪专项性能是否满足标准的要求，纷纷开展研发校验系统，用于各种类型紫外成像仪的各项性能要求。紫外成像仪的性能具体要求包括紫外/可见光叠加精确度、紫外光检测灵敏度、分辨率、带外抑制等等。为完成相关测试内容，满足技术规范，需要设计不同的校验组成部分，并进行手动更换试验装置，进行不同性能的校验，时间慢试验成本高，导致校验准确度降低。

因此，亟需一个完善的紫外成像仪校验装置，能完成紫外成像仪所需的所有性能校验。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置及方法。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，包括多向光路切换装置，电机，平行光管，分光连接管，直光连接管，上位机；

多向光路切换装置包括壳体、入光口、分光出光口、直光出光口，以及位于壳体内部的多向光路切换轮；

多向光路切换轮设计均匀等分的多个光路，包含分光镜、若干衰减片、直通光路以及保留光路；

电机与多向光路切换轮中心轴固定连接，多向光路切换轮由电机带动转动，将所需光路旋转至正对入光口的位置；

当紫外光经多向光路切换轮光路后从直光出光口射出时，通过直光连接管连接紫外成像仪；

当紫外光经多向光路切换轮光路后从分光出光口射出时，通过分光连接管进入平行光管，再进入紫外成像仪；紫外成像仪拍照存储，导出对应的图片给上位机进行图片分析。

进一步地，电机通过上位机控制，随着电机的转动角度带动多向光路切换轮转动相同的角度，进而控制光路切换。

进一步地，电机通过支架固定于工作平台上，位于多向光路切换装置壳体后方，与入光口在一侧。

进一步地，直光连接管的长度可调节；直光连接管一端设置喇叭状连接头，用于连接不同直径大小的紫外成像仪的采集镜头。

进一步地，当紫外光经多向光路切换轮的衰减片或直通光路后从直光出光口射出。

进一步地，当紫外光经多向光路切换轮的分光镜后从分光出光口射出。

进一步地，平行光管包括次反射镜和离轴抛物镜，次反射镜设置在离轴抛物镜的焦点位置；紫外光进入平行光管，首先入射到次反射镜上，反射后射向离轴抛物镜，经离轴抛物镜反射后变成平行光从平行光管的光路出口射出，射向被测品紫外光成像仪。

进一步地，分光连接管包括内套管和外套管，内外套管活动连接，用以调节分光连接管的长度；外套管的中间位置设置金属靶标。

进一步地，内套管与外套管连接的一端设置凸起，对应的，外套管的内壁设置一定距离长度的滑轨，凸起在滑轨上自由滑动，以调节分光连接管的长度。

一种基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验方法，包括步骤：

（1）将试验所需多向光路切换装置，电机，平行光管，分光连接管，直光连接管安装到位；

（2）根据需要校验的紫外成像仪的性能，选择对应的多向光路切换轮的光路，并通过上位机控制电机旋转至对应角度；

（3）若将多向光路切换轮旋转至分光镜光路，此时将被测品紫外成像仪放置在平行光管的光路出口，模拟紫外光经分光镜，分光连接管，平行光管进入紫外成像仪的采集镜头，分光连接管上的金属靶标将在紫外成像仪中成像，并存储导出图片给上位机进行分析；

（4）若将多向光路切换轮旋转至直通光路或不同衰减程度的衰减片，此时将被测品紫外成像仪放置在直光连接管的喇叭状连接头处，模拟紫外光经直光连接管进入紫外成像仪的采集镜头，紫外成像仪拍照存储并导出图片给上位机进行图片分析。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明多向光路切换轮的设计，可以实现自动切换光路，得到试验所需的部件进行紫外成像仪不同性能的测试，可以实现在一套试验装置上完成所有的性能校验，降低了试验复杂度提高了试验速度与精度。

本发明设计长度可调节的分光连接管，可以简单方便的调节用于测试分辨率的金属靶标与平行光管焦平面的距离，且分光连接管设计为内外套管活动连接，内套管一端设置凸起，对应的外套管的内壁设置一定距离长度的滑轨，凸起可以在滑轨上自由滑动，调节分光连接管的长度的同时可以保持光源不泄露。

本发明设计的直光连接管长度可调节，可通过调节直光连接管长度来适应紫外成像仪的放置位置；同时，直光连接管一端设置喇叭状连接头，可以适应不同直径大小的镜头。喇叭状连接头采用橡胶材质，可以很好的保护镜头。

附图说明

图1是本发明所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置示意图；

图2是本发明所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置内部示意图；

图3是多向光路切换轮的分光镜工作状态示意图；

图4是多向光路切换轮的衰减片工作状态示意图；

图5是多向光路切换轮的直通光路工作状态示意图；

图6是多向光路切换轮的正面示意图；

图7是多向光路切换轮的立体示意图；

图8是直光连接管示意图；

图9是分光连接管示意图；

图10是分光连接管剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1和2所示，本发明所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，包括多向光路切换装置1，电机2，平行光管3，分光连接管4，直光连接管5，上位机。

多向光路切换装置1包括壳体1-1、实验室模拟紫外光入光口1-2、分光出光口1-3、直光出光口1-4，以及位于壳体内部的多向光路切换轮1-5。

电机2与多向光路切换轮1-5中心轴1-9固定连接，可通过螺栓结构连接，随着电机2的转动角度带动多向光路切换轮1-5转动相同的角度，电机2通过上位机控制，进而控制光路切换，提高设备的自动化程度。电机2通过支架固定于工作平台上，位于多向光路切换装置壳体1-1后方，与实验室模拟紫外光入光口1-2在一侧。

如图3所示，实验室模拟紫外光经入光口1-2进入多向光路切换轮1-5，此时正对入光口1-2的为多向光路切换轮1-5的分光镜1-6，实验室模拟紫外光经分光镜1-6反射后，垂直进入左侧分光出光口1-3，从而进入分光连接管4和平行光管3。

如图4所示，实验室模拟紫外光经紫外光入光口1-2进入多向光路切换轮1-5，此时正对紫外光入光口1-2的为多向光路切换轮1-5的衰减片1-7，实验室模拟紫外光经入光口1-2进入衰减片1-7，衰减后射向直光出光口1-4，从而进入直光连接管5。

如图5所示，实验室模拟紫外光经紫外光入光口1-2进入多向光路切换轮1-5，此时正对紫外光入光口1-2的为多向光路切换轮1-5的直通光路1-8，实验室模拟紫外光经入光口1-2进入后直接射向直光出光口1-4，从而原始实验室模拟紫外光进入直光连接管5。

如图6和7所示，多向光路切换轮1-5具有一定厚度，设计成均匀等分的多个光路，本实施例中划分为8个光路，由360度均匀等分，每个光路旋转45度之后到达下一个光路。例如，一路光路设置分光镜1-6，分光镜1-6与多向光路切换轮1-5直径方向呈45度角放置，分光镜1-6镜面朝向多向光路切换轮外侧。一路为直通光路1-8，其上不放置任何镜片或滤光片。一路光路设置衰减片1-7，可以进行紫外光的衰减，其余光路还设置有不同衰减程度的衰减片，或留有保留光路设置进行其他实验需要的镜片或滤光片。

如图6所示，多向光路切换轮1-5中心轴1-9固定连接电机2的旋转轴，多向光路切换轮1-5由电机带动转动，将所需光路旋转至正对紫外光入光口1-2的位置。

如图8所示，当紫外光经直光出光口1-4射出时，通过直光连接管5连接紫外成像仪的采集镜头，被测品紫外成像仪放置于校验装置的前方，直光连接管5长度可调节，可通过调节直光连接管5长度来适应紫外成像仪的放置位置。同时，直光连接管5一端设置喇叭状连接头5-1，用于连接采集镜头，可以适应不同直径大小的镜头。喇叭状连接头5-1采用橡胶材质，可以很好的保护镜头。

实验室模拟紫外光经入光口1-2进入后直接进入直光连接管5，或经衰减后进入直光连接管5，被紫外成像仪的镜头采集，紫外成像仪拍照存储图片。紫外模式下的拍照存储需要多次以达到最佳效果。将紫外成像仪的TF卡或SD卡从设备中取出，插入连接USB-C多功能转换器，导出每次拍照存储的图片，选择最佳状态下的对应的图片给上位机进行图片分析。

如图2和9所示，当紫外光经分光出光口1-3射出时，通过分光连接管4进入平行光管3。平行光管3包括壳体，其内部主要由次反射镜3-1、离轴抛物镜3-2构成。次反射镜3-1设置在离轴抛物镜3-2的焦点位置，其距离为离轴抛物镜3-2的焦距l。紫外光进入平行光管3，首先入射到次反射镜3-1上，反射后射向离轴抛物镜3-2，经离轴抛物镜3-2反射后变成平行光从平行光管3的光路出口射出，射向被测品紫外光成像仪。

如图10所示，分光连接管4包括内套管4-1和外套管4-2，外套管4-2为中空结构，其 内径与内套管4-1外径大小一致，内外套管活动连接，用以调节分光连接管4的长度。外套管 4-2的中间位置设置插片，该插片为金属靶标4-3，金属靶标4-3为金属镂空靶，试验时金属 靶标4-3距离平行光管3的次反射镜3-1的距离x设定为焦距l，可在焦距l的一定误差范围

之内。内套管4-1与外套管4-2连接的一端设置凸起4-5，对应的，外套管4-2的内壁设置 一定距离长度的滑轨4-4，凸起4-5可以在滑轨4-4上自由滑动，以调节分光连接管4的长度， 进而调节金属靶标4-3距离平行光管3的次反射镜3-1的距离

，其中，l 为焦距，

为紫外成像仪可接受的距离x与焦距l的误差范围。

本发明所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置可以校验紫外成像仪的的性能具体要求包括紫外/可见光叠加精确度、紫外光检测灵敏度、分辨率、带外抑制等等。

本发明的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验方法，具体包括步骤：

（1）将试验所需多向光路切换装置1，电机2，平行光管3，分光连接管4，直光连接管5等装置按照图1所示安装放置到位；

（2）根据需要校验的紫外成像仪的性能，选择对应的多向光路切换轮1-5的光路，并通过上位机控制电机2旋转至对应角度，使得，模拟紫外光射入多向光路切换轮1-5后进入对应光路；多向光路切换装置1壳体上设置有观察窗口，可以人工确认是否旋转准确；

（3）若需要校验紫外/可见光叠加精确度、分辨率，则多向光路切换轮1-5旋转至分光镜1-6光路，此时将被测品紫外成像仪放置在平行光管3的光路出口，模拟紫外光经分光镜1-6，分光连接管4，平行光管3进入紫外成像仪的采集镜头，分光连接管4上的金属靶标4-3将在紫外成像仪中成像，并存储于紫外成像仪的TF卡或SD卡中，可以导出图片给上位机进行图片分析；

（4）若需要校验紫外光检测灵敏度、带外抑制等，则多向光路切换轮1-5旋转至直通光路1-8，或不同衰减程度的衰减片，此时将被测品紫外成像仪放置在直光连接管5的喇叭状连接头5-1处，模拟紫外光经直光连接管进入紫外成像仪的采集镜头，紫外成像仪拍照存储图片于TF卡或SD卡中，导出图片给上位机进行图片分析。

进行紫外/可见光叠加精确度测试时，固定紫外成像仪，对准平行光管3的光路出口，多向光路切换轮1-5旋转至分光镜1-6光路，多向光路切换装置1的入光口1-2获取实验室紫外光源，分光连接管4上的金属靶标4-3处替换为本次试验所需的十字线分划板，调节紫外成像仪增益和对焦，使得紫外光源聚焦，十字刻线成像清晰，拍摄记录紫外光通道图像；然后将试验光源替换为可见光，拍摄记录可见光通道图像；将拍摄的紫外和可见光图像上传上位机，采用分析软件计算拍摄图像，得出分划板图像紫外通道中心点坐标（X_UV，Y_UV）与可见光中心点坐标（X_VIS，Y_VIS），二者相减得到坐标差值（dx，dy）；W、H、θ _W 、θ _H 为紫外成像仪仪器参数，W为横向像素数；H 为纵向像素数；θ _W 水平方向视场角度；θ _H 竖直方向视场角度。依据以下公式计算紫外/可见光叠加角度偏差dθ：

紫外/可见光叠加精确度以多次测量（最小次数为10次）最小值为准，单位用毫弧度mrad表示。

进行紫外分辨率测试时，固定紫外成像仪，对准平行光管3的光路出口，多向光路 切换轮1-5旋转至分光镜1-6光路，多向光路切换装置1的入光口1-2获取实验室紫外光源， 调节分光连接管4的长度，进而调节用于测试分辨率的金属靶标4-3与平行光管3焦平面的 距离

，使得分辨率金属靶标4-3成像距紫外成像仪d米处，并记录焦距l。紫外成像仪对平行光管的出射光成像，调节紫外成像仪的增益和对焦至合适档位，记录 可清晰分辨的金属靶标紫外光通道图像，上传上位机，采用分析软件计算拍摄图像。

如图10所示，分辨率金属靶标4-3上为等间距的镂空线条，实验室可采用不同规格的分辨率金属靶标，即不同线条宽度的分辨率金属靶标，包括0.4mm、0.8mm、1.6mm、2.4mm、3.2mm、4mm、4.8mm、5.6mm等等。

进行紫外光检测灵敏度时，固定紫外成像仪，对准直光连接管5的喇叭状连接头5-1处，多向光路切换轮1-5旋转至不同衰减程度的衰减片，多向光路切换装置1的入光口1-2获取实验室紫外光源，模拟紫外光经直光连接管进入紫外成像仪的采集镜头，紫外成像仪拍照存储图片于TF卡或SD卡中，导出图片给上位机进行图片分析。通过分析不同衰减程度的紫外光，验证紫外光检测灵敏度。

带外抑制表征紫外成像仪在白天检测时克服日光干扰的能力。将紫外成像仪正对日盲紫外单色光源，即，多向光路切换轮1-5旋转至直通光路1-8；调节日盲紫外单色光源输出波长λ 与光功率W，记录紫外成像仪对不同波长的响应光斑点数N。计算输出光功率和紫外成像仪光子数计算成像仪的透过率；连续改变日盲紫外单色光源输出波长，得到紫外成像仪透过率曲线，将透过率曲线与地表阳光光强理论值曲线相乘积分，参照得到紫外成像仪带外抑制性能（SIL）参数，实验室测试方法带外抑制参数单位用光子数/秒表示。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，包括多向光路切换装置（1），电机（2），平行光管（3），分光连接管（4），直光连接管（5），上位机；

多向光路切换装置（1）包括壳体（1-1）、入光口（1-2）、分光出光口（1-3）、直光出光口（1-4），以及位于壳体内部的多向光路切换轮（1-5）；

多向光路切换轮（1-5）设计均匀等分的多个光路，包含分光镜（1-6）、若干衰减片（1-7）、直通光路（1-8）以及保留光路；

电机（2）与多向光路切换轮（1-5）中心轴（1-9）固定连接，多向光路切换轮（1-5）由电机带动转动，将所需光路旋转至正对入光口（1-2）的位置；

当紫外光经多向光路切换轮（1-5）光路后从直光出光口（1-4）射出时，通过直光连接管（5）连接紫外成像仪；

当紫外光经多向光路切换轮（1-5）光路后从分光出光口（1-3）射出时，通过分光连接管（4）进入平行光管（3），再进入紫外成像仪；紫外成像仪拍照存储，导出对应的图片给上位机进行图片分析。

2.根据权利要求1所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，电机（2）通过上位机控制，随着电机（2）的转动角度带动多向光路切换轮（1-5）转动相同的角度，进而控制光路切换。

3.根据权利要求1所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，电机（2）通过支架固定于工作平台上，位于多向光路切换装置壳体（1-1）后方，与入光口（1-2）在一侧。

4.根据权利要求1所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，直光连接管（5）的长度可调节；直光连接管（5）一端设置喇叭状连接头（5-1），用于连接不同直径大小的紫外成像仪的采集镜头。

5.根据权利要求1所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，当紫外光经多向光路切换轮（1-5）的衰减片（1-7）或直通光路（1-8）后从直光出光口（1-4）射出。

6.根据权利要求1所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，当紫外光经多向光路切换轮（1-5）的分光镜（1-6）后从分光出光口（1-3）射出。

7.根据权利要求1所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，平行光管（3）包括次反射镜（3-1）和离轴抛物镜（3-2），次反射镜（3-1）设置在离轴抛物镜（3-2）的焦点位置；紫外光进入平行光管（3），首先入射到次反射镜（3-1）上，反射后射向离轴抛物镜（3-2），经离轴抛物镜（3-2）反射后变成平行光从平行光管（3）的光路出口射出，射向被测品紫外光成像仪。

8.根据权利要求1所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，分光连接管（4）包括内套管（4-1）和外套管（4-2），内外套管活动连接，用以调节分光连接管（4）的长度；外套管（4-2）的中间位置设置金属靶标（4-3）。

9.根据权利要求8所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，内套管（4-1）与外套管（4-2）连接的一端设置凸起（4-5），对应的外套管（4-2）的内壁设置一定距离长度的滑轨（4-4），凸起（4-5）在滑轨（4-4）上自由滑动，以调节分光连接管（4）的长度。

10.一种基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验方法，基于权利要求1-9任一所述的基于多向光路切换轮的紫外成像仪校验装置，其特征在于，包括步骤：

（1）将试验所需多向光路切换装置，电机，平行光管，分光连接管，直光连接管安装到位；

（2）根据需要校验的紫外成像仪的性能，选择对应的多向光路切换轮的光路，并通过上位机控制电机旋转至对应角度；

（3）若将多向光路切换轮旋转至分光镜光路，此时将被测品紫外成像仪放置在平行光管的光路出口，模拟紫外光经分光镜，分光连接管，平行光管进入紫外成像仪的采集镜头，分光连接管上的金属靶标将在紫外成像仪中成像，并存储导出图片给上位机进行分析；

（4）若将多向光路切换轮旋转至直通光路或不同衰减程度的衰减片，此时将被测品紫外成像仪放置在直光连接管的喇叭状连接头处，模拟紫外光经直光连接管进入紫外成像仪的采集镜头，紫外成像仪拍照存储并导出图片给上位机进行图片分析。

Images