CN115931572A - 特种电缆性能在线安装检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及特种电缆安装检测技术领域，尤其是特种电缆性能在线安装检测方法，截取适当长度的特种电缆线作为样本电缆线；样本电缆线的两外端接入电缆测试设备；依次获取被拉直段的上述样本电缆线在不同拉力值施力结束时的样本CT三维图像，得到不同拉力值施力后的多组样本CT三维图像；利用CT三维重建技术对上述各组样本CT三维图像构建并获得电缆线三维数字模型；上述电缆线三维数字模型中的各个电缆截面图像依次进行特征提取与比对；获得不同拉力状态时的样本电缆线内部导体变形幅度及样本电缆线的电学性能的变化幅度。本发明中以数值的方式准确的对特种电缆的样本电缆线进行测量与计算，为后续特种电缆的施工提高指导。

Description

特种电缆性能在线安装检测方法

技术领域

本发明涉及特种电缆样本检测技术领域，尤其是特种电缆性能在线安装检测方法。

背景技术

特种电缆是指有特殊用途，可以在特定场合使用的有特定用途的电缆，其是一种可以耐高温、耐酸碱、防白蚁，以及在轮船飞机核电站等场合使用的电线电缆。由于特种电缆具有独特性能和特殊结构的产品，相对于量大面广的普通电线电缆而言，其具有较高技术含量、较严格使用条件、批量较小、较高附加值的特点。往往采用新材料、新结构、新工艺和新的设计计算。正因为特种电缆的性能的特殊性以及使用环境的特殊性使得其性能参数的合格性变得尤为重要。

另外,由于电线电缆的质量优劣直接影响着用电是否安全稳定，而目前在市场上接触到的电线电缆质量参差不齐，不能保证满足电力系统的运行需求。

同时，电线电缆已经成为国民经济、建设、生活等领域不可或缺的产品，其规模在电力产业中占据较大比例；其广泛性、必要性等特征要求电线电缆的检测必须严格、准确执行。最近几年，国家对于电线电缆的检测标准愈加重视，在电线电缆的生产过程中也设置多种标准。

准确检验并预测在特殊工况下使用的特种电缆的拉力强度以及不同拉力强度下对电缆电信号的影响，这对于电缆管道的施工具有重要的指导意义，可以使得施工方尽量避免过于保守的设计和施工，有效地控制施工成本。

目前在现有技术中主要是存在一些对电缆出厂前或安装前进行电缆质量性能检测的技术。

例如，在专利申请号为CN202220836674.5的专利文献中就公开了一种针对电缆加工用抗拉性能检测装置，其主要结构包括固定架，所述固定架的上侧对称设置有固定卡盘组件以及活动卡盘组件，所述固定卡盘组件以及活动卡盘组件结构相同，所述固定架的上表面固定有第一固定座和第二固定座，所述第一固定座的侧面固定有拉力传感器且通过拉力传感器与固定卡盘组件相连接，所述第二固定座的侧面固定有液压杆且液压杆的活塞杆端部与活动卡盘组件相连接，所述固定卡盘组件包括支撑盘，所述支撑盘的前后两侧开设有三个呈环形设置的导向槽，所述导向槽内穿设控制杆，所述支撑盘的一侧转动连接有转动盘，所述转动盘的内侧正对控制杆的位置开设有扇形槽，所述扇形槽的内侧与控制杆相贴合，所述控制杆远离扇形槽的一端固定连接有卡爪，所述卡爪的截面为扇形结构。

由上述结构公开的检测装置可以看出，上述的现有技术专利主要是通过液压杆控制活动卡盘组件向远离固定卡盘组件的方向移动，配合拉力传感器的使用，测量出电缆产品的抗拉性能。

但是，这种检测装置存在如下问题：其一是，只能针对电缆产品的单向抗拉力学性能进行检测，其余检测仍需要进行转移工位进行检测；其二是，现有的这种检测方式是作为单纯的试验检测仪器使用，检测的准确性存在一定的局限性，只能是通过外观来大体判断并获得检测结构；其三，其关于对抗拉力学性能的检测采用纯粹的物理拉力施力的方式，对电缆外套及内部导电体的检测精度也不高。

为此，本发明在此提出了一种能够针对特殊电缆线快速准确地检测其产品的拉力与电学性能的关系进行检测分析并为工程安装提供参考依据的新的检测方法，用以更好地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，所采用的技术方案是：特种电缆性能在线安装检测方法,截取适当长度的特种电缆线作为样本电缆线，样本电缆线上拉力机并使样本电缆线刚好处于被拉力机矫直的状态；

样本电缆线的两外端接入电缆测试设备，并由电缆测试设备实时监测并记录样本电缆线的电流信号、电压信号；

控制拉力机施加不同大小的拉力值，每个的拉力值持续的施力时间为5S，当样本电缆线拉伸出现屈服时停止拉伸操作；

依次获取被拉直段的上述样本电缆线在不同拉力值施力结束时的样本CT三维图像，得到不同拉力值施力后的多组样本CT三维图像；

根据各组样本CT三维图像获取的先后顺序依次按照自然数序列将其依次编号为：第1组样本CT三维图像、第2组样本CT三维图像、第3组样本CT三维图像、……、第N组样本CT三维图像；

利用CT三维重建技术对上述各组样本CT三维图像构建并获得电缆线三维数字模型，将获得的各电缆线三维数字模型依次编号为：第1组电缆线三维数字模型、第2组电缆线三维数字模型、第3组电缆线三维数字模型、……、第N组电缆线三维数字模型；

在每组电缆线三维数字模型中，沿其长度方向每间隔10cm截取断面处的1张电缆截面图像，并获得对应编号的N-1电缆截面图像、N-2电缆截面图像、N-3电缆截面图像、……、N-M电缆截面图像；

对上述各电缆线三维数字模型中的各个电缆截面图像依次进行特征提取与比对；

根据上述特征提取与特征比对的结果，获得不同拉力状态时的样本电缆线内部导体变形幅度及样本电缆线的电学性能的变化幅度。

在上述任一方案中优选的是，上述的样本电缆线在拉力机施加持续拉力时，对当前拉力值状态下的样本电缆线进行不同间隔取温点位的定点红外测温诊断并获得获取对应拉力值状态下样本电缆线上不同间隔取温点位的温度；将各取温点位依次编号为第1取温点、第2取温点、第3取温点、……、第K取温点；

其中，各取温点分别对应当前拉力值状态下的电缆线三维数字模型中各个电缆截面图像的断面位置；

分别将当前的电缆线三维数字模型中对应的各电缆截面图像与对应的各取温点位测得的电缆线温度值建立对应关系，即获得对应拉力值状态下的各电缆截面图像位置处的电缆截面位温度值。

在上述任一方案中优选的是，其中，N为大于等于3的自然数，M、K均为大于等于3的自然数。

在上述任一方案中优选的是，对上述各电缆线三维数字模型中的各个电缆截面图像依次进行特征提取与比对的具体步骤包括：

A、分别单独对各组电缆线三维数字模型中的各个电缆截面图像进行图像二值化处理，以凸显图像上的各目标图像的轮廓区域；

B、将上述各个电缆截面图像上的各个轮廓区域依次对应样本电缆线的实际断面结构标记为导体区域、非导体区域，其中，将导体区域作为有效观测区域；

C、采用拉普拉斯高斯算子进行各个导体区域的边缘提取；

D、Matlab构建bwarea函数，利用构建bwarea函数分别计算得到不同的电缆截面图像上的各个导体区域的导体区域面积值；

E、依次同一组电缆线三维数字模型中获得的各个导体区域面积分别与标准导体断面面积值取差值绝对值；

F、分别将上述各个差值绝对值与标准导体断面面积值取百分比，获得各同一拉力值状态下的样本电缆线的不同位置处的导体区域面积缩量百分比；

G、分别将同一拉力值状态下的电缆线三维数字模型内的各导体区域面积缩量百分比、电缆截面位温度值、对应的电流信号、对应的电压信号进行列表记录；

H、根据上述步骤G中列表记录的数值计算得到同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的电缆截面位温度值的变化幅度；

I、根据上述步骤G列表记录的数值，计算得到不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的电缆截面位温度值的变化幅度、不同拉力值状态下的样本电缆线的整体电流信号、电压信号的变化幅度；

J、根据步骤H、步骤I中的计算结果及数据分别绘制对应样本电缆线在相同和不同拉力值状态下的导体截面变化曲线图、电缆截面位温度值的变化曲线图、样本电缆线的电流信号、电压信号的变化曲线图。

在上述任一方案中优选的是，截取的样本电缆线的长度为2m,其中，拉力机的上钳口、下钳口之间的被张紧拉直段的长度为1m。

在上述任一方案中优选的是，上述的依次获取被拉直段的上述样本电缆线在拉力机施加不同拉力时的多组样本CT三维图像的步骤中，在获取样本CT三维图像时采用微型便携式无损断层工业CT扫描仪完成图像的采集。

在上述任一方案中优选的是，控制拉力机施加不同大小的拉力值时，各拉力值数值为升序增大，增加拉力值时采用增加砝码数量的方式实现。

在上述任一方案中优选的是，拉力机在对样本电缆线施加拉力时,控制拉伸速率为1-2mm/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明中能够以数值的方式准确的对特种电缆的样本电缆线进行测量与计算，有效地反应当前特种电缆线在拉力作用下的导体物理性能变化量及对整个电缆电学性能的影响量，有效地为后续的工程安装提供参考依据，避免后续电缆施工时出现电缆过度拉伸或过度保守造成的施工问题，有效地为后续特种电缆的施工提高指导方向。

本发明中在对电缆导体变化进行分析时采用获取CT三维图像、电缆线三维数字模型并配合各电缆截面图像的方式可以实现对电缆线对应部位的特征分析，同时利用有效地图像特征提取计算实现了有效地量化特征变化幅度，保证了对受拉状态下的电缆内部导体截面变化幅度的准确分析计量，保证了对不同位置处的温度的测量及不同拉力状态下的电缆的温度、电流信号、电压信号的获取及记录。

通过各组数据变量的获取及分组可以有效地绘制对应的变量曲线图，能够有效客观的反应导体截面积、导体电流、电压、发热量（其表现形式为测量所得电缆线温度值）。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的步骤流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的步骤流程示意图。

；

上述公式中，A是幅值，x_O、y_O是中心点坐标，σ_x σ_y是方差；

Matlab构建bwarea函数，利用构建bwarea函数分别计算得到不同的电缆截面图像上的各个导体区域的导体区域面积值；

bwarea函数配合上述经过拉普拉斯高斯算子、高斯光滑处理后的导体区域可以更加准确的确定区域的边沿，有效地得到相对准确的导体区域面积值。

E、依次同一组电缆线三维数字模型中获得的各个导体区域面积分别与标准导体断面面积值取差值绝对值；

F、分别将上述各个差值绝对值与标准导体断面面积值取百分比，获得各同一拉力值状态下的样本电缆线的不同位置处的导体区域面积缩量百分比；

先利用去差值绝对值，在进行作比求得变化幅度百分比的方式能够有效地将图像化的导体截面变化具体化成可以利用数据直观体现的变化的具体百分比，从而可以更加准确、精确的体现拉力状态下对导体的截面积的变化幅度影响，使得试验结果更具有数据支撑，便于进行后期曲线图的绘制。

分别将同一拉力值状态下的电缆线三维数字模型内的各导体区域面积缩量百分比、电缆截面位温度值、对应的电流信号、对应的电压信号进行列表记录；

各组数据可以通过检测和计算得到，同时可以根据需要对所得数据进行列表记录便于后续利用表格进行快速的对照、选取。

H、根据上述步骤G中列表记录的数值计算得到同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的电缆截面位温度值的变化幅度；

I、根据上述步骤G列表记录的数值，计算得到不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的电缆截面位温度值的变化幅度、不同拉力值状态下的样本电缆线的整体电流信号、电压信号的变化幅度；

根据上述的数据记录能够快速的选取不同组的数据进行计算、分析，从而可以快速的得到同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的电缆截面位温度值的变化幅度、不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的电缆截面位温度值的变化幅度、不同拉力值状态下的样本电缆线的整体电流信号、电压信号的变化幅度的具体变化数值，有效地将电缆线的各参数变化形成便于直观观察的数据表格。

根据步骤H、步骤I中的计算结果及数据分别绘制对应样本电缆线在相同和不同拉力值状态下的导体截面变化曲线图、电缆截面位温度值的变化曲线图、样本电缆线的电流信号、电压信号的变化曲线图。

利用所得的多组数据表格可以建立坐标轴并绘制相关的变化曲线图，通过曲线图可以更加直观的观察各个变量的变化趋势，便于记录电缆线在不同拉力、相同拉力状态下的变化规律，有效地为后续电缆的实际工程施工提供参考依据。

在上述任一方案中优选的是，截取的样本电缆线的长度为2m,其中，拉力机的上钳口、下钳口之间的被张紧拉直段的长度为1m。

选择合适长度的样本可以便于后续计算得出一定长度上的电缆线在拉力状态下的变化幅度。

本发明中能够以数值的方式准确的对特种电缆的样本电缆线进行测量与计算，有效地反应当前特种电缆线在拉力作用下的导体物理性能变化量及对整个电缆电学性能的影响量，有效地为后续的工程安装提供参考依据，避免后续电缆施工时出现电缆过度拉伸或过度保守造成的施工问题，有效地为后续特种电缆的施工提高指导方向；在对电缆导体变化进行分析时采用获取CT三维图像、电缆线三维数字模型并配合各电缆截面图像的方式可以实现对电缆线对应部位的特征分析，同时利用有效地图像特征提取计算实现了有效地量化特征变化幅度，保证了对受拉状态下的电缆内部导体截面变化幅度的准确分析计量，保证了对不同位置处的温度的测量及不同拉力状态下的电缆的温度、电流信号、电压信号的获取及记录；通过各组数据变量的获取及分组可以有效地绘制对应的变量曲线图，能够有效客观的反应导体截面积、导体电流、电压、发热量。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：

截取适当长度的特种电缆线作为样本电缆线，样本电缆线上拉力机并使样本电缆线刚好处于被拉力机矫直的状态；

样本电缆线的两外端接入电缆测试设备，并由电缆测试设备实时监测并记录样本电缆线的电流信号、电压信号；

控制拉力机施加不同大小的拉力值，每个的拉力值持续的施力时间为5S，当样本电缆线拉伸出现屈服时停止拉伸操作；

依次获取被拉直段的上述样本电缆线在不同拉力值施力结束时的样本CT三维图像，得到不同拉力值施力后的多组样本CT三维图像；

根据各组样本CT三维图像获取的先后顺序依次按照自然数序列将其依次编号为：第1组样本CT三维图像、第2组样本CT三维图像、第3组样本CT三维图像、……、第N组样本CT三维图像；

利用CT三维重建技术对上述各组样本CT三维图像构建并获得电缆线三维数字模型，将获得的各电缆线三维数字模型依次编号为：第1组电缆线三维数字模型、第2组电缆线三维数字模型、第3组电缆线三维数字模型、……、第N组电缆线三维数字模型；

在每组电缆线三维数字模型中，沿其长度方向每间隔10cm截取断面处的1张电缆截面图像，并获得对应编号的N-1电缆截面图像、N-2电缆截面图像、N-3电缆截面图像、……、N-M电缆截面图像；

对上述各电缆线三维数字模型中的各个电缆截面图像依次进行特征提取与比对；

根据上述特征提取与特征比对的结果，获得不同拉力状态时的样本电缆线内部导体变形幅度及样本电缆线的电学性能的变化幅度。

2.根据权利要求1所述的特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：上述的样本电缆线在拉力机施加持续拉力时，对当前拉力值状态下的样本电缆线进行不同间隔取温点位的定点红外测温诊断并获得获取对应拉力值状态下样本电缆线上不同间隔取温点位的温度；将各取温点位依次编号为第1取温点、第2取温点、第3取温点、……、第K取温点；

其中，各取温点分别对应当前拉力值状态下的电缆线三维数字模型中各个电缆截面图像的断面位置；

分别将当前的电缆线三维数字模型中对应的各电缆截面图像与对应的各取温点位测得的电缆线温度值建立对应关系，即获得对应拉力值状态下的各电缆截面图像位置处的电缆截面位温度值。

3.根据权利要求2所述的特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：其中，N为大于等于3的自然数，M、K均为大于等于3的自然数。

4.根据权利要求3所述的特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：对上述各电缆线三维数字模型中的各个电缆截面图像依次进行特征提取与比对的具体步骤包括：

A、分别单独对各组电缆线三维数字模型中的各个电缆截面图像进行图像二值化处理，以凸显图像上的各目标图像的轮廓区域；

B、将上述各个电缆截面图像上的各个轮廓区域依次对应样本电缆线的实际断面结构标记为导体区域、非导体区域，其中，将导体区域作为有效观测区域；

C、采用拉普拉斯高斯算子进行各个导体区域的边缘提取；

D、Matlab构建bwarea函数，利用构建bwarea函数分别计算得到不同的电缆截面图像上的各个导体区域的导体区域面积值；

E、依次同一组电缆线三维数字模型中获得的各个导体区域面积分别与标准导体断面面积值取差值绝对值；

F、分别将上述各个差值绝对值与标准导体断面面积值取百分比，获得各同一拉力值状态下的样本电缆线的不同位置处的导体区域面积缩量百分比；

G、分别将同一拉力值状态下的电缆线三维数字模型内的各导体区域面积缩量百分比、电缆截面位温度值、对应的电流信号、对应的电压信号进行列表记录；

H、根据上述步骤G中列表记录的数值计算得到同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、同一拉力值状态下样本电缆线的不同位置处的电缆截面位温度值的变化幅度；

I、根据上述步骤G列表记录的数值，计算得到不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的导体区域面积缩量百分比变化量的区别、不同拉力值状态下的样本电缆线的同一位置处的电缆截面位温度值的变化幅度、不同拉力值状态下的样本电缆线的整体电流信号、电压信号的变化幅度；

J、根据步骤H、步骤I中的计算结果及数据分别绘制对应样本电缆线在相同和不同拉力值状态下的导体截面变化曲线图、电缆截面位温度值的变化曲线图、样本电缆线的电流信号、电压信号的变化曲线图。

5.根据权利要求4所述的特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：截取的样本电缆线的长度为2m,其中，拉力机的上钳口、下钳口之间的被张紧拉直段的长度为1m。

6.根据权利要求5所述的特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：上述的依次获取被拉直段的上述样本电缆线在拉力机施加不同拉力时的多组样本CT三维图像的步骤中，在获取样本CT三维图像时采用微型便携式无损断层工业CT扫描仪完成图像的采集。

7.根据权利要求6所述的特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：控制拉力机施加不同大小的拉力值时，各拉力值数值为升序增大，增加拉力值时采用增加砝码数量的方式实现。

8.根据权利要求7所述的特种电缆性能在线安装检测方法，其特征在于：拉力机在对样本电缆线施加拉力时,控制拉伸速率为1-2mm/min。

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