马赫曾德干涉法液体介质中冲击电场的测量

摘要

液体介质的击穿特性是影响电力设备安全可靠运行的关键，但是它极大的承受液体介质内部电场分布特性的影响。在高压直流输电系统中，液体介质承受交流、直流、交直流复合、极性反转等复杂电场的影响。尤其在换流变压器中，油纸绝缘介质经常承受冲击电压的影响，所以，液体介质变压器油中冲击电场的测量尤为重要。基于Kerr电光效应进行液体介质中的冲击电场的高速测量，由于灵敏度的原因，目前一般只用于Kerr常数较大的液体介质中，至于Kerr常数较小的介质中的场强却很难测量，如变压器油。因此，开发一个新的冲击电场测量系统，掌握低Kerr常数的液体介质中的电场测量技术，研究液体介质中的电场测量方法显得非常重要。文中提出用双光路干涉条纹法进行电场测量，其中图像处理提取准确的、有效的空间信息来计算电场强度是非常重要的。着眼于干涉条纹图像处理的现状及其图像处理的必要性，开发一个干涉条纹图像处理的方法及流程，且用计算机编程实现智能化条纹图像处理，对于双光路干涉法的实现及减小测量误差方面具有重要的作用。
　　本文建立了一套基于马赫曾德干涉法的双光路干涉条纹测量系统，测量灵敏度较高，可用于Kerr常数较小的变压器油中的冲击电场测量。该方法具有响应快、非接触式、干扰小、高速测量、灵敏度高等优点。研制了相应的触发电路进行该测量系统的触发控制，实现了高速、实时的准确的触发相机拍摄干涉条纹图，系统延时67ns。
　　用SUSAN滤波、二维导数二值图法实现了双光路干涉条纹图像中条纹中心线的提取，并提出一个详细的图像处理流程。首先，对干涉条纹图进行各种滤波处理，图像滤波处理的结果用定量及定性的方法阐述各个方法优劣，最终选择SUSAN滤波作为干涉条纹图像的滤波方法。此外，二维导数二值图法及条纹的细化来提取条纹中心线，能提取明暗相间的干涉条纹骨架线。并且，在干涉条纹图像中选取一个目标条纹代替整幅干涉条纹图，提取目标的条纹的空间坐标信息，确定计算位移和间距的合适的条纹区间。
　　基于图像处理方法，实现了马赫曾德干涉法用于碳酸丙烯酯液体介质中冲击电场测量。得到的理论场强曲线与反算电场曲线的趋势是一致的，实验结果的误差系数绝大部分都小于10％。此外，还对测量灵敏度进行对比分析，其灵敏度高于单光路干涉法的7.2倍，并且双光路干涉法的灵敏度还可以进行提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于电光效应测量技术的研究现状

1．2．2 干涉条纹图像处理的研究现状

1．3 本文的研究内容

第2章 冲击电压下电场测量

2．1 概述

2．2 电场测量原理

2．3 测量系统的结构

2．4 电场测量的实现及难点

2．5 本章小结

第3章 触发电路

3．1 概述

3．2 各元件时间的配合

3．3 触发电路的研制

3．4 触发电路的实验验证

3．5 触发电路的评价

3．6 本章小结

第4章 双光路干涉条纹识别方法的研究

4．1 概述

4．2 条纹识别中的关键问题

4．3 图像的预处理

4．3．1 图像增强

4．3．2 图像的滤波

4．3．3 滤波方法的比较

4．3．4 双光路法中的滤波方法

4．5 提取条纹中心线

4．6 提取目标条纹

4．7 计算条纹位移和间距

4．8 双光路干涉条纹识别方法

4．9 本章小结

第5章 双光路法的电场测量

5．1 实验背景

5．2 条纹位移及间距的计算

5．3 理论场强的计算

5．4 实验结果及分析

5．4．1 实验结果及数据分析

5．4．2 测量灵敏度

5．4．3 实验结果的影响因素

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢