日盲紫外成像仪的研制及在绝缘子污秽度检测中的应用

摘要

绝缘子是输电线路使用量很大的电气元件之一，由于空气污染等因素运行于户外的绝缘子表面会沉积污秽，污秽绝缘子在湿润的环境下绝缘强度会降低，产生表面电晕放电并发出紫外光信号，污秽越严重该现象越明显。该紫外光信号的强度与绝缘子表面电晕放电有着紧密的相关性，它可以表征绝缘子表面电晕放电的强度，从而可以估计绝缘子的运行状态以及污秽程度。紫外成像仪是检测紫外光的设备，目前的紫外成像仪都产自国外，紫外图像的输出均为紫外与可见光融合图像，且紫外图像不带灰度值特征。本文研制了一套输出带灰度值特征的紫外成像硬件与软件系统，且集成温度湿度、气压、观测距离等信息，并在此基础上研究污秽绝缘子放电，对绝缘子的污秽程度进行评估。本文的具体工作完成情况如下： 建立紫外成像仪系统的光学系统，搭建紫外、可见光非共光轴结构。介绍ICCD成像系统的构成及其性能参数，讲述日盲紫外成像仪系统的紫外光普特性。对紫外成像仪的电源部分进行设计，产生各种不同的电压对各个模块实现供电，实现系统电源管理功能，做到系统掉电保护。设计基于单片机的温湿度、气压采集系统，使用单片机采集温湿度、气压以及激光测距仪数据，使用单片机串口对紫外成像仪增益、曝光门进行控制。编写单片机驱动程序，实现电源的管理、仪器温度控制，并完成单片机与工控机的数据交互。 设计紫外成像仪软件系统。使用的SDK 驱动程序包对紫外视频与可见光视频进行采集，通过偏移矫正系数对紫外与可见光视频进行矫正，并对紫外和可见光视频进行融合，从而对电气设备的放电进行准确定位。通过软件实现紫外与可见光视频的预览、拍照、录像功能。在人工气候室中研究七片XWP7-160型绝缘子串在不同污秽度条件下的紫外图像参数特征，通过聚类与GraphCuts算法提取分割紫外图像各个特征，计算得到基于灰度值的紫外等效光斑面积，主光斑面积、周长、长轴、短轴信息。研究紫外等效光斑面积随着观测距离的变化特性，得到紫外等效光斑面积与观测距离之间的数学关系。 基于污秽绝缘子放电的紫外图像特征参量，以等效光斑面积、主光斑面积、主光斑周长、主光斑长轴、短轴作为评价指标，构建投影寻踪数学模型，通过计算得到最优投影方向，从而对绝缘子的污秽程度做一个判定评估。

目录

第一个书签之前

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题背景及其意义

1.2 国内外研究现状及发展状态分析

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 紫外成像系统结构以及硬件平台的搭建

2.1 整体框架介绍

2.2 光学系统

2.3 ICCD相机系统

2.4 电源设计

2.5 外部电路与传感器综合系统

2.5.1 温度湿度传感器原理与电路设计

2.5.2 气压传感器原理

2.5.3 激光测距仪传感器

2.5.4 单片机控制系统设计

2.6 硬件PCB电路设计与实物的制作

2.6.1 硬件电路设计与PCB布线

2.6.2 实物的制作

2.7 本章小结

第3章 紫外成像仪软件系统与紫外图像特征参量提取

3.1 紫外成像仪软件系统设计

3.1.1 紫外、可见光视频采集与融合

3.1.2 基于串口的系统通讯设计

3.1.3 紫外成像仪软件界面设计

3.1.4 数据的存储

3.2 试验方法

3.2.1 试验平台的搭建

3.3.2 试品的选择

3.2.2 试验方法

3.3 紫外图像特征参量的提取

3.3.1 紫外图谱预处理

3.3.2 基于Graph Cuts的紫外图谱的聚类分割

3.3.3 紫外图谱参数的定义

3.3.4 紫外图谱参数计算对比

3.4 紫外等效光斑面积随着观测距离的变化特性

3.5 本章小结

第4章 基于紫外成像仪的瓷绝缘子污秽度判定

4.1 投影寻踪法的基本理论

4.2 基于投影寻踪法的绝缘子污秽等级判定实例分析

4.2.1 绝缘子污秽评估指标体系

4.2.2 实际算例求解

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研工作与取得的成果

致谢