CN117092141B - 一种输电线路x射线无损探伤检测设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路X射线无损探伤检测设备及其方法，属于无损探伤技术领域，包括X射线源装置发射X射线；检测装置将辐射信号转化为电信号并形成图像；测距装置实时测量X射线源装置到被检测物的距离L1和X射线源装置到检测装置的距离L2；伸缩装置调整L1和L2；数据获取模块获取当前X射线源装置的X射线管焦点尺寸、所述检测装置的孔径尺寸以及实时所测得的L1和L2；成像分析模块根据数据分析当前的射束有效宽度。本发明通过成像分析模块，根据获取的数据分析射束有效宽度，进而得到空间分辨率，预估当前X射线源装置与检测装置的位置所能成像的清晰度，再通过伸缩装置调整X射线源装置与检测装置的位置提高最终成像的清晰度。

Description

一种输电线路X射线无损探伤检测设备及其方法

技术领域

本发明涉及无损探伤技术领域，特别是一种输电线路X射线无损探伤检测设备及其方法。

背景技术

如今人们的用电需求不断增加，对供电稳定性等质量要求不断提高，而传统电力检测方法需要断电方才开始检测，极大影响人们正常的生活和生产，但对于规模不断扩大的电网，其中使用的大量的各种配电变压器等电气设备机器相关输电线路在经过长时间的工作后容易出现裂缝等安全隐患，容易引发更为严重的电力故障和安全事故，因此为了在不影响输电线路等正常运作的情况下开展日常必要的检测工作，无损探伤检测技术便应运而生。无损探伤检测，就是在检测待测物体时，不会对其原来的状态和性能等造成破坏便可以分析其存在的损伤、缺陷等问题。

专利号为 CN102818810B，公开了一种X射线无损探伤设备，其包括了被检测物体容置腔；多个环绕所述被检测物体容置腔设置的X射线源；多个环绕被检测物体容置腔设置的检测器，检测器的数量与X射线源的数量相同，各检测器与对应的X射线源相对放置，以使每个所述检测器仅用于获取对应的X射线源所产生X射线经过被检测物体后产生的检测信号；控制电路控制X射线源及检测器进行无损探伤；相对设置的滑轮结构以夹持所述被检测物体，并基于所述控制电路的控制信号沿检测方向移动。

然而，该专利并未公开也未考虑到最终成像的清晰度的问题，最终成像的清晰度直接影响到技术人员对探伤检测结果的评估和判断。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种输电线路X射线无损探伤检测设备，包括：设备主机、X射线源装置、检测装置、测距装置和伸缩装置；

设备主机包括主控模块、数据获取模块和成像分析模块；所述X射线源装置、检测装置、测距装置和伸缩装置均与所述设备主机通信连接；

X射线源装置，用于发射X射线；

检测装置，用于接收X射线，将辐射信号转化为电信号并形成图像；

测距装置，用于实时测量所述X射线源装置到被检测物的距离L1和所述X射线源装置到所述检测装置的距离L2；

伸缩装置，用于调整所述X射线源装置到被检测物的距离L1和所述X射线源装置到所述检测装置的距离L2；

数据获取模块，用于获取数据，所述数据包括所述X射线源装置当前的X射线管焦点尺寸a、所述检测装置的孔径尺寸d以及所述测距装置实时所测得的L1和L2；

成像分析模块，用于根据所述数据分析当前的射束有效宽度W，若超过预设阈值，则主控模块控制伸缩装置减小X射线源装置到被检测物的距离L1和/或增加X射线源装置到检测装置的距离L2，使当前的射束有效宽度W小于或等于预设阈值时重新检测成像。

进一步地，所述伸缩装置包括第一横向臂、第一竖直臂、第一连接部、第二横向臂、第二竖直臂和第二连接部；

所述第一横向臂和所述第二横向臂各自设置于所述设备主机的两侧；所述第一竖直臂通过第一连接部与所述第一横向臂连接；所述第二竖直臂通过第二连接部与所述第二横向臂连接；

所述第一横向臂和所述第二横向臂沿水平方向进行伸缩；所述第一竖直臂和所述第二竖直臂沿竖直方向进行伸缩。

进一步地，所述X射线源装置设于所述第一竖直臂上；所述检测装置设于所述第二竖直臂上。

进一步地，还包括滑轮装置，与所述主控模块通信连接，用于让所述设备主机进行移动；

所述滑轮装置包括第一滑轮、第一支撑杆、第二滑轮和第二支撑杆；所述第一滑轮设于所述第一支撑杆上；所述第二滑轮设于所述第二支撑杆上；所述第一支撑杆和第二支撑杆设于所述设备主机顶部。

进一步地，所述测距装置设于所述第一竖直臂上；

所述测距装置选择采用超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器和24GHZ雷达传感器中的任意一种。

进一步地，所述射束有效宽度W的计算方式具体为：

；/>；

其中，M为放大倍数。

进一步地，所述X射线源装置包括多个不同焦点大小的X射线管；

所述设备主机还包括功率调整模块，用于存储每个X射线管的预设功率阈值范围，并根据当前X射线管的焦点大小，在所述预设功率阈值范围内调整X射线管的输出功率。

进一步地，还包括厚度检测装置，设于所述设备主机顶部，用于检测当前被检测物的穿透厚度；

所述数据获取模块还获取所述穿透厚度和检测被检测物的穿透材料信息；所述穿透材料信息由操作人员通过操作平台输入；

所述主控模块根据所述穿透厚度和所述穿透材料信息，控制所述X射线源装置切换对应最佳焦点大小的X射线管，再控制所述功率调整模块调整输出功率。

本发明还提供一种输电线路X射线无损探伤检测方法，包括：

S1、获取当前设备的实时数据，包括：X射线源装置的X射线管焦点尺寸a、检测装置的孔径尺寸d、X射线源装置到被检测物的距离L1和X射线源装置到所述检测装置的距离L2；

S2、根据所述实时数据，分析当前的射束有效宽度W；

S3、根据所述射束有效宽度W，调整X射线源装置到被检测物的距离L1和/或X射线源装置到所述检测装置的距离L2，具体为：若所述射束有效宽度W超过预设阈值，则减小X射线源装置到被检测物的距离L1和/或增加X射线源装置到检测装置的距离L2，使当前的射束有效宽度W小于或等于预设阈值；

S4、X射线源装置向被检测物发射X射线，并穿透被检测物，由检测装置接收X射线生成图像。

进一步地，所述实时数据还包括被检测物的穿透厚度和穿透材料；在S1和S2之间还包括以下步骤：根据所述被检测物的穿透厚度和穿透材料信息，选择最佳焦点大小的X射线管和输出功率。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

通过成像分析模块，根据数据获取模块所获取的数据分析出射束有效宽度，进而得到空间分辨率，预估当前X射线源装置与检测装置的位置所能成像的清晰度，再通过伸缩装置调整X射线源装置与检测装置的位置提高最终成像的清晰度；

通过根据不同的被检测物的穿透厚度和穿透材料，主控模块分析并控制X射线源装置切换最佳焦点大小的X射线管，再控制功率调整模块在该X射线管对应的预设功率阈值范围内调整该X射线管的输出功率，进而提升X射线穿透能力让成像更清晰的同时，避免了因能量过大打坏X射线管的管靶。

附图说明

图1是本发明设备的结构框图；

图2是本发明设备各装置的位置关系图；

图3是本发明另一实施例设备的结构框图；

图4是本发明另一实施例设备各装置的位置关系图；

图5是本发明又一实施例设备的结构框图；

图6是本发明又一实施例设备各装置的位置关系图；

图7是本发明方法的步骤流程图。

图例说明：1、设备主机；101、主控模块；102、数据获取模块；103、成像分析模块；104、功率调整模块；2、X射线源装置；3、检测装置；4、测距装置；5、伸缩装置；511、第一横向臂；512、第一竖直臂；513、第一连接部；521、第二横向臂；522、第二竖直臂；523、第二连接部；6、滑轮装置；611、第一滑轮；612、第一支撑杆；621、第二滑轮；622、第二支撑杆；7、厚度检测装置。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1-2所示，本发明提供的一种输电线路X射线无损探伤检测设备，包括：设备主机1、X射线源装置2、检测装置3、测距装置4和伸缩装置5；

设备主机1包括主控模块101、数据获取模块102和成像分析模块103；所述X射线源装置2、检测装置3、测距装置4和伸缩装置5均与所述设备主机1通信连接；

X射线源装置2，用于发射X射线；

检测装置3，用于接收X射线，将辐射信号转化为电信号并形成图像；

测距装置4，用于实时测量所述X射线源装置2到被检测物的距离L1和所述X射线源装置2到所述检测装置3的距离L2；

伸缩装置5，用于调整所述X射线源装置2到被检测物的距离L1和所述X射线源装置2到所述检测装置3的距离L2；

数据获取模块102，用于获取数据，所述数据包括所述当前X射线源装置2的X射线管焦点尺寸a、所述检测装置3的孔径尺寸d以及所述测距装置4实时所测得的L1和L2；

成像分析模块103，用于根据所述数据分析当前的射束有效宽度W，若超过预设阈值，则主控模块101控制伸缩装置5减小X射线源装置2到被检测物的距离L1和/或增加X射线源装置2到检测装置3的距离L2直至当前的射束有效宽度W小于或等于预设阈值；

主控模块101用于控制上述各个装置和模块进行运作。

所述X射线源装置2包括X射线管、变压器和准直器等；

X射线管选择旋转阳极X射线管，由阴极、阳极、管壁和带动阳极旋转的异步电动机转子组成，此种X射线管既保持较小的焦点面积，又不致使靶面局部受热过度而溶化，明显地提高了X射线管的功率；

变压器包括灯丝变压器和升压变压器；灯丝变压器为降压变压器，把输入的电源电压降为低压电供灯丝加热；升压变压器，将交流电的电压升高给X射线管，使X射线管两极间产生很高的电场，将阴极发射的电子吸引向阳极高速运动，撞击靶面而产生X线；

准直器的作用是将X射线束形成扇形射束。

所述检测装置3即为X射线探测器，可根据实际情况选择使用平板探测器或线阵探测器等。

所述测距装置4可选择采用超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器和24GHZ雷达传感器中的任意一种。

所述伸缩装置5具体为能够支撑X射线源装置2和检测装置3的重量的可伸缩机械臂。

在无损探伤检测中，检测结果主要来源于图像提供的正常或异常信息，优质升温图像是检测结果准确性的前提条件，而空间分辨率是影响图像质量的一个重要因素。

空间分辨率是指从CT图像中能够分辨特定的最小几何细节的能力，定量表示为能分辨两个细节特征的最小间距。空间分辨率是影响图像质量的首要因素，其受有效射束宽度的影响，有效射束宽度越小，物理意义上系统的临界空间分辨率越高，而影响有效射束宽度的参数有X射线管焦点尺寸a、检测装置3的孔径尺寸d、X射线源装置2到被检测物的距离L1以及X射线源装置2到检测装置3的距离L2，因此本发明技术方案加入数据获取模块102获取以上数据。

有效射束宽度；/>；其中，M为放大倍数，上述有效射束宽度W经过变换得到/>，因此在检测装置3的孔径尺寸d和X射线管焦点尺寸a确定后，M越大，W越小。

检测装置3的孔径即为X射线能够进入探测器传感部分的有效孔径，检测装置3的孔径越小或X射线管焦点尺寸越小，得到的空间分辨率也较高；而在同一孔径和X射线管焦点尺寸之下，本发明技术方案通过主控模块101控制伸缩装置5进行伸缩，减小X射线源装置2到被检测物的距离L1和/或增加X射线源装置2到检测装置3的距离L2，则可使有效射束宽度减小，进而提高空间分辨率，提高成像清晰度。

上述方案设备主机1还包括噪声处理模块，图中未示出；

在X射线图像处理过程中，常常会出现噪声，对图像质量造成影响。噪声包括系统噪声和随机噪声；系统噪声通常由电子元件的非理想性能或故障引起的；随机噪声通常由光子在被检测物内的随机强度变化引起的。

图像噪声处理方法可包括：

平滑滤波法，是一种基于卷积操作的低通滤波方法，通过去除图像高频部分来消除噪声，能够有效抑制低频噪声；

中值滤波法，将图像中心像素周围数值进行排序，选取中间值作为新的中心像素值，能够有效去除高斯噪声、脉冲噪声等随机噪声；

小波变换法，首先将图像分解为低频、高频、水平、垂直等多个子带图像，然后通过对不同子带图像的处理去除噪声，能够有效抑制低频噪声；

块效应消除法，将整个图像分为若干块，再对每块进行噪声分析和均衡处理，能够有效抑制非均匀性噪声。

所述噪声处理模块可根据噪声类型自动判断选用以上图像噪声处理方法之中的一种或多种方式进行噪声处理，例如，系统噪声则优先使用平滑滤波法或块效应消除法，随机噪声则优先使用中值滤波法或小波变换法。

为说明本发明设备各装置的位置关系，参阅图2所示，所述伸缩装置5包括第一横向臂511、第一竖直臂512、第一连接部513、第二横向臂521、第二竖直臂522和第二连接部523；

所述第一横向臂511和所述第二横向臂521各自设置于所述设备主机1的两侧；所述第一竖直臂512通过第一连接部513与所述第一横向臂511连接；所述第二竖直臂522通过第二连接部523与所述第二横向臂521连接；

所述第一横向臂511和所述第二横向臂521沿水平方向进行伸缩；所述第一竖直臂512和所述第二竖直臂522沿竖直方向进行伸缩；

所述X射线源装置2设于所述第一竖直臂512上；所述检测装置3设于所述第二竖直臂522上。

所述测距装置4设于所述第一竖直臂512上。

在另一实施例中，参阅图3、4所示，本发明设备还包括滑轮装置6，与所述主控模块101通信连接，用于让所述设备主机1悬挂于被检测物之下，并让所述设备主机1进行移动；

所述滑轮装置6包括第一滑轮611、第一支撑杆612、第二滑轮621和第二支撑杆622；所述第一滑轮611设于所述第一支撑杆612上；所述第二滑轮621设于所述第二支撑杆622上；所述第一支撑杆612和第二支撑杆622设于所述设备主机1顶部；

主控模块101可控制第一支撑杆612和第二支撑杆622沿竖直方向伸缩进而调整第一滑轮611和第二滑轮621的高度；主控模块101可控制第一滑轮611和第二滑轮621进行滚动以使设备进行移动。

在又一实施例中，参阅图5、6所示，本发明设备所述X射线源装置2包括多个不同焦点大小的X射线管；

所述设备主机1还包括功率调整模块104，用于存储每个X射线管的预设功率阈值范围，并根据当前X射线管的焦点大小，在所述预设功率阈值范围内调整X射线管的输出功率。

本发明设备还包括厚度检测装置7，设于所述设备主机1顶部，用于检测当前被检测物的穿透厚度，并发送至数据获取模块102；

所述数据获取模块102还获取所述穿透厚度和检测被检测物的穿透材料信息；所述穿透材料信息由操作人员通过操作平台输入；

所述主控模块101根据所述穿透厚度和所述穿透材料信息，控制所述X射线源装置2切换对应最佳焦点大小的X射线管，再控制所述功率调整模块104调整输出功率。

X射线管的焦点尺寸大小对成像图像的质量同样有较大的影响，焦点越大，图像边缘越模糊，即半影较明显，图像越不清晰，反之，焦点越小，图像边缘越锐利，图像越清晰。

然而，根据不同的被检测物的穿透厚度和穿透材料，X射线管发出X射线所需的穿透能力也随之不同，较高的管电压可以发出较高能量的X射线光子，能够穿透较厚的被检测物，所以管电压越高，X射线的穿透能力越强。当被检测物的穿透厚度比较厚时，为了成像清晰，则需要较高的管电压来提高输出功率以此来提高X射线的穿透能力，但若焦点尺寸较小，过高的能量则容易打坏X射线管的管靶。

因此，本发明的X射线源装置2包括多个不同焦点大小的X射线管；主控模块101根据穿透厚度和穿透材料信息通过经过训练的数学模型分析出最佳焦点大小的X射线管，再控制功率调整模块104根据该X射线管的焦点大小，在对应的预设功率阈值范围内调整该X射线管的输出功率。

在一些实施例中，设备主机1与操作平台通信连接，操作人员可通过操作平台手动控制设备进行运作。

需要说明的是，以上实施例可相互结合形成新的实施例。

参阅图1-7所示，本发明还提供了一种输电线路X射线无损探伤检测方法，应用于上述任一实施例的输电线路X射线无损探伤检测设备，包括：

S1、获取当前设备的实时数据，包括：X射线源装置2的X射线管焦点尺寸a、检测装置3的孔径尺寸d、X射线源装置2到被检测物的距离L1和X射线源装置2到所述检测装置3的距离L2；

S2、根据所述实时数据，分析当前的射束有效宽度W；

S3、根据所述射束有效宽度W，调整X射线源装置到被检测物的距离L1和/或X射线源装置到所述检测装置的距离L2，具体为：若所述射束有效宽度W超过预设阈值，则减小X射线源装置到被检测物的距离L1和/或增加X射线源装置到检测装置的距离L2，使当前的射束有效宽度W小于或等于预设阈值；

S4、X射线源装置2向被检测物发射X射线，并穿透被检测物，由检测装置3接收X射线生成图像。

技术人员可通过图像评估被检测物是否存在异常、缺陷；比如导线是否存在断股、散股等缺陷。

进一步地，X射线管焦点尺寸a和检测装置3的孔径尺寸d直接通过设备主机1的数据获取模块102获取，X射线源装置2到被检测物的距离L1和X射线源装置2到所述检测装置3的距离L2通过伸缩装置5进行调整，并通过测距装置检测获取后发送至数据获取模块102。

进一步地，所述有效射束宽度；/>；其中，M为放大倍数。

进一步地，所述实时数据还包括被检测物的穿透厚度和穿透材料；在S1和S2之间还包括以下步骤：根据所述被检测物的穿透厚度和穿透材料信息，选择最佳焦点大小的X射线管和输出功率。

本发明的有益效果在于：

通过成像分析模块，根据数据获取模块所获取的数据分析出射束有效宽度，进而得到空间分辨率，预估当前X射线源装置与检测装置的位置所能成像的清晰度，再通过伸缩装置调整X射线源装置与检测装置的位置提高最终成像的清晰度；

通过根据不同的被检测物的穿透厚度和穿透材料，主控模块分析并控制X射线源装置切换最佳焦点大小的X射线管，再控制功率调整模块在该X射线管对应的预设功率阈值范围内调整该X射线管的输出功率，进而提升X射线穿透能力让成像更清晰的同时，避免了因能量过大打坏X射线管的管靶。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种输电线路X射线无损探伤检测设备，其特征在于，包括：设备主机、X射线源装置、检测装置、测距装置和伸缩装置；

设备主机包括主控模块、数据获取模块和成像分析模块；所述X射线源装置、检测装置、测距装置和伸缩装置均与所述设备主机通信连接；

X射线源装置，用于发射X射线；

检测装置，用于接收X射线，将辐射信号转化为电信号并形成图像；

测距装置，用于实时测量所述X射线源装置到被检测物的距离L1和所述X射线源装置到所述检测装置的距离L2；

伸缩装置，用于调整所述X射线源装置到被检测物的距离L1和所述X射线源装置到所述检测装置的距离L2；

数据获取模块，用于获取数据，所述数据包括所述X射线源装置当前的X射线管焦点尺寸a、所述检测装置的孔径尺寸d以及所述测距装置实时所测得的L1和L2；

成像分析模块，用于根据所述数据分析当前的射束有效宽度W，若超过预设阈值，则主控模块控制伸缩装置减小X射线源装置到被检测物的距离L1和/或增加X射线源装置到检测装置的距离L2，使当前的射束有效宽度W小于或等于预设阈值时重新检测成像；

所述射束有效宽度W的计算方式具体为：；/>；

其中，M为放大倍数；

所述X射线源装置包括多个不同焦点大小的X射线管；

所述设备主机还包括功率调整模块，用于存储每个X射线管的预设功率阈值范围，并根据当前X射线管的焦点大小，在所述预设功率阈值范围内调整X射线管的输出功率；

还包括厚度检测装置，设于设备主机顶部，用于检测当前被检测物的穿透厚度；

所述数据获取模块还获取所述穿透厚度和检测被检测物的穿透材料信息；所述穿透材料信息由操作人员通过操作平台输入；

所述主控模块根据所述穿透厚度和所述穿透材料信息，控制所述X射线源装置切换对应最佳焦点大小的X射线管，再控制所述功率调整模块调整输出功率。

2.根据权利要求1所述的输电线路X射线无损探伤检测设备，其特征在于，所述伸缩装置包括第一横向臂、第一竖直臂、第一连接部、第二横向臂、第二竖直臂和第二连接部；

所述第一横向臂和所述第二横向臂各自设置于所述设备主机的两侧；所述第一竖直臂通过第一连接部与所述第一横向臂连接；所述第二竖直臂通过第二连接部与所述第二横向臂连接；

所述第一横向臂和所述第二横向臂沿水平方向进行伸缩；所述第一竖直臂和所述第二竖直臂沿竖直方向进行伸缩。

3.根据权利要求2所述的输电线路X射线无损探伤检测设备，其特征在于，所述X射线源装置设于所述第一竖直臂上；所述检测装置设于所述第二竖直臂上。

4.根据权利要求1所述的输电线路X射线无损探伤检测设备，其特征在于，还包括滑轮装置，与所述主控模块通信连接，用于让所述设备主机进行移动；

所述滑轮装置包括第一滑轮、第一支撑杆、第二滑轮和第二支撑杆；所述第一滑轮设于所述第一支撑杆上；所述第二滑轮设于所述第二支撑杆上；所述第一支撑杆和第二支撑杆设于所述设备主机顶部。

5.根据权利要求2所述的输电线路X射线无损探伤检测设备，其特征在于，所述测距装置设于所述第一竖直臂上；

所述测距装置选择采用超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器和24GHZ雷达传感器中的任意一种。

6.一种输电线路X射线无损探伤检测方法，应用于权利要求1-5任一项所述的输电线路X射线无损探伤检测设备，其特征在于，包括：

S1、获取当前设备的实时数据，包括：X射线源装置的X射线管焦点尺寸a、检测装置的孔径尺寸d、X射线源装置到被检测物的距离L1和X射线源装置到所述检测装置的距离L2；

S2、根据所述实时数据，分析当前的射束有效宽度W；

S3、根据所述射束有效宽度W，调整X射线源装置到被检测物的距离L1和/或X射线源装置到所述检测装置的距离L2，具体为：若所述射束有效宽度W超过预设阈值，则减小X射线源装置到被检测物的距离L1和/或增加X射线源装置到检测装置的距离L2，使当前的射束有效宽度W小于或等于预设阈值；

S4、X射线源装置向被检测物发射X射线，并穿透被检测物，由检测装置接收X射线生成图像。

7.根据权利要求6所述的输电线路X射线无损探伤检测方法，其特征在于，所述实时数据还包括被检测物的穿透厚度和穿透材料；在S1和S2之间还包括以下步骤：根据所述被检测物的穿透厚度和穿透材料信息，选择最佳焦点大小的X射线管和输出功率。