一种GIS设备气体泄漏带电检测装置及检测方法

摘要

本发明提供了一种GIS设备气体泄漏带电检测装置及检测方法，包括：超声定位装置、图像采集装置、上位机和驱动机构；驱动机构用于以预设步长驱动超声波检测装置和图像采集装置沿GIS设备各表面的正前方同步移动以使超声定位装置和图像采集装置获取GIS设备表面的超声信号和图像信息，上位机接收图像信息以及的超声信号并对图像和超声信号进行处理，以将GIS设备上的泄漏点的坐标及泄漏强度在GIS设备表面的全貌图像中进行可视化显示。本发明能准确的气体泄漏点的坐标，能有效提高GIS设备气体泄漏带电检测的精度；采用的超声波传感器技术成本低、测量范围广、抗干扰能力强；本装置体积小、使用灵活，能对GIS设备进行全面检测。

说明书

技术领域

本发明涉及电气设备带电检测技术领域，具体而言，涉及一种GIS设备气体泄漏带电检测装置及检测方法。

背景技术

GIS设备是变电站的主要电气设备之一，其可靠性是高压电网安全稳定运行的保证，GIS设备因SF

在GIS设备的制造过程中产生如沙眼、裂纹、焊接不良等缺陷及GIS设备的连接管路较长、接头较多时，往往容易在运行过程中产生SF

SF

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种GIS设备气体泄漏带电检测装置及检测方法，旨在解决现有技术中GIS设备中SF

一个方面，本发明提出了一种GIS设备气体泄漏带电检测装置，包括：超声定位装置、图像采集装置、上位机和驱动机构；其中，

所述图像采集装置设置在待检测GIS设备一侧的前方，用于采集所述GIS设备表面的图像；

所述超声定位装置设置在所述图像采集装置的下方，用于获取GIS设备上气体泄漏点的超声信号；

所述驱动机构与所述超声定位装置和所述图像采集装置均连接，用于以预设步长驱动所述超声波检测装置和所述图像采集装置沿所述GIS设备各表面的正前方的不同高度处的水平方向同步移动，以获取所述GIS设备全部表面的超声信号和多幅图像信息；

所述上位机与所述驱动机构连接，用于控制所述驱动机构带动所述超声定位装置及所述图像采集装置同步移动；

所述上位机还与所述超声波检测装置和所述图像采集装置均连接，用于接收所述GIS设备表面的多幅图像以及所述GIS设备上气体泄漏点的超声信号，并在所述超声信号强度差超过阈值时确定泄漏点的坐标及泄漏强度；同时对所述GIS设备表面的多幅图像进行处理以得到GIS设备表面的全貌图像，以将所述GIS设备上的泄漏点的坐标及泄漏强度在所述GIS设备表面的全貌图像中进行可视化显示。

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测装置中，所述超声定位装置和所述图像采集装置均设置在可伸缩支架上，所述可伸缩支架下方设置有导轨系统，且所述可伸缩支架与所述导轨系统的滑块相连接。

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测装置中，所述图像采集装置的底座与所述可伸缩支架的顶部面板相卡接，所述超声定位装置设置在所述可伸缩支架上位于所述图像采集装置正下方的区域。

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测装置中，所述导轨系统包括：导轨和滑块；其中，

所述导轨上设有丝杆，所述丝杆的一端与所述驱动机构相连接，所述丝杆上还套装有滑块，所述驱动机构驱动所述丝杠转动进而带动所述滑块沿所述导轨运动。

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测装置中，所述驱动机构为电机。

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测装置中，所述超声定位装置包括若干个超声波传感器阵列，各所述超声波传感器阵列采用一字阵间隔分布。

本发明中，通过超声定位装置获取GIS设备表面气体泄漏点的超声信号，通过图像采集装置获取GIS设备表面的图像，并通过驱动机构驱动图像采集装置和超声定位装置沿GIS设备各表面的正前方移动以获取GIS设备各表面上的的超声信号和图像信息；以及通过上位机对图像和超声信号进行处理，分别得到GIS设备表面的图像和GIS设备上的泄漏点的坐标，最终将泄漏点的坐标在GIS设备表面的全貌图像上进行显示，从而能有效提高GIS设备气体泄漏带电检测的精度，便于工作人员及时对SF

另一方面，本发明还提出了一种GIS设备气体泄漏带电检测方法，包括以下步骤：

图像采集装置和超声定位装置分别开始在GIS设备某一表面正前方获取所述GIS设备该表面当前位置的图像信息和超声信号，并将获取的所述图像信息和超声信号发送至上位机；

驱动机构以第一预设步长驱动所述图像采集装置和所述超声定位装置沿水平方向同步移动，以获取所述GIS设备该表面处某一水平方向上其余的各幅图像信息和各组超声信号，并依次发送至所述上位机；

以第二预设步长调整所述图像采集装置和所述超声定位装置在竖直方向上的位移，同时使驱动机构以第一预设步长驱动图像采集装置和超声定位装置沿下一水平方向同步移动以获取该下一水平方向上的所有图像信息和超声信号，直至完成GIS设备该表面上的所有图像信息和超声信号的采集，以此类推，直至获取GIS设备全表面的图像信息和超声信号；

上位机依次接收各组所述超声信号和各幅所述图像信息，并在每组所述超声信号幅值差超过阈值时，确定当前位置泄漏点的坐标及泄漏强度；同时将接收的多幅图像进行裁剪拼接处理，得到GIS设备表面全貌图像；以及将各个泄漏点的坐标及泄漏强度在所述GIS设备表面的全貌图像上进行可视化显示。

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测方法中，所述预设步长为所述图像采集装置取景宽度的1/4-1/2。

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测方法中，所述上位机采用以下

公式确定泄漏点的坐标：

vΔt

进一步地，上述GIS设备气体泄漏带电检测方法中，所述上位机对多张图像进行裁剪拼接处理的方法包括以下步骤：

对采集到的图像进行灰度化处理；

对处理后的图像采用SIFT特征提取法，提取两幅图像的特征点，特征点数足够则认为两幅图像为相邻图片可以拼接；否则将其舍弃，与下一张图像进行特征匹配；

对匹配的两幅所述图像，通过穷举法进行特征点配对，选取仅有水平方向发生相对位置坐标改变或者仅有垂直方向发生相对位置坐标改变的匹配关系；

利用上述的匹配关系，计算变换矩阵，对图像进行变换拼接操作；

进入下一次循环，直到所有的图像拼接完成。

本发明通过利用超声定位装置和图像采集装置分别获取GIS设备全表面的气体泄漏点的超声信号和图像信息，并经过上位机对图像进行拼接处理后得到GIS设备的全貌图像，经过上位机对超声信号进行处理得到各泄漏点的坐标，并最终将各泄漏点的坐标及泄漏强度在GIS全貌图像上标注出来，以进行可视化显示，能有效的提高GIS设备气体泄漏带电检测的精度，便于工作人员及时对SF

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的GIS设备气体泄漏带电检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的GIS设备气体泄漏带电检测装置中超声定位装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的GIS设备气体泄漏带电检测装置中超声定位装置获取超声信号的工作原理图；

图4为本发明实施例提供的GIS设备气体泄漏带电检测方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的GIS设备气体泄漏带电检测方法的工作流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

装置实施例：

参阅图1，本发明实施例的GIS设备气体泄漏带电检测装置包括：超声定位装置10、图像采集装置20、上位机和驱动机构30；其中，所述图像采集装置20设置在待检测GIS设备一侧的前方，用于采集所述GIS设备40表面的图像；所述超声定位装置10设置在所述图像采集装置20的下方，用于获取GIS设备上气体泄漏点的超声信号；所述驱动机构30与所述超声定位装置10和所述图像采集装置20均连接，用于以预设步长驱动所述超声波检测装置和所述图像采集装置20沿所述GIS设备各表面的正前方的不同高度处的水平方向同步移动，以获取所述GIS设备全部表面的超声信号和多幅图像信息；所述上位机与所述驱动机构30连接，用于控制所述驱动机构30带动所述超声定位装置10及所述图像采集装置20同步移动；所述上位机还与所述超声波检测装置和所述图像采集装置20均连接，用于接收所述GIS设备表面的多幅图像以及超声信号，并在所述超声信号强度差超过阈值时确定泄漏点的坐标及泄漏强度；同时对所述GIS设备表面的多幅图像进行处理以得到GIS设备表面的全貌图像，以将所述GIS设备上的泄漏点的坐标及泄漏强度在所述GIS设备表面的全貌图像中进行可视化显示。

参阅图2，超声定位装置10包括若干个超声波传感器阵列，各所述超声波传感器阵列采用一字阵间隔分布。较具体的，超声波传感器阵列由矩阵底板101和设置在矩阵底板上的多个超声波传感器102组成。各所述超声波传感器阵元(即各所述超声传感器)间距可以为10-20mm，以避免间隔太近，时间差太短，导致超声信号被覆盖，同时，也避免间隔太远，使得整个装置体积过大，造成不必要的浪费。

参阅图3，较具体的，本实施例中，超声波传感器阵列的数量可以为4-6个，优选为6个，能够满足准确测量的前提下，节省了设备投资。

具体而言，上位机中设置有超声信号处理模块和图像处理模块。超声定位装置10通过光纤将信号传输至上位机，以包含6个超声波阵元的超声定位装置为例，上位机中的超声信号处理模块通过已知的6个传感器的坐标及接收超声信号的时间，采用时间差定位法对故障点进行定位，同时通过接收到的超声波能量反应故障的程度并记录泄漏点的超声信号的最大幅值后，进行预警。

具体实施时，上位机采用以下公式确定泄漏点的坐标：

vΔt

图像采集装置20可以为相机，对于相机的规格，可以根据实际要求进行确定，为了清晰的获取拍摄GIS设备表面图像时，可以调节相机的拍摄角度。上位机与超声定位装置及图像采集装置20之间可以采用有线通讯，能满足对泄漏点坐标进行准确定位的同时，也降低了通信设备的要求。

图像采集装置20采集GIS设备表面的图像并将图像实时传输至上位机，上位机中的图像处理模块将图像中的每个像素点解析为坐标进行存储，同时将根据超声定位装置发送的超声信号确定的泄漏点坐标与图像中的像素点坐标对应，由于上位机的超声信号处理模块记录有每个泄漏点处的超声信号的最大幅值，而泄漏点的超声信号的最大幅值和泄漏强度之间呈正相关的关系，从而可以泄漏点的超声信号强度代表泄漏强度泄漏。上位机中的图像处理模块与超声信号处理模块通信，以在图像中筛选出来超声信号处理模块确定的泄漏点的坐标并在图像中标注出该泄漏坐标，还可以根据实际情况采用不同颜色的色块将不同区间的超声波幅值显示出来以代表对应的泄漏强度，从而实现气体泄漏的位置及强度的可视化。

驱动机构30可以为电机，优选为步进电机，预设步长可以为图像采集装置取景宽度的1/4-1/2。驱动电机能驱动超声定位装置和图像采集装置沿GIS每个表面正前方的水平方向移动，以获取GIS设备每个表面上各点位的图像信息和超声信号，从而实现对GIS设备的各个表面的超声信号和多幅图像信息进行采集。并且，超声定位装置和图像采集装置同步移动，能保证二者在同一坐标系移动，有利于后续直接在图像的坐标系中直接筛选出根据超声信号确定的泄漏点的坐标。

上述显然可以得出，本实施例中提供的GIS设备气体泄漏带电检测装置，通过超声定位装置获取GIS设备表面气体泄漏点的超声信号，通过图像采集装置获取GIS设备表面的图像，并通过驱动机构驱动图像采集装置和超声定位装置沿GIS设备各表面的正前方移动以获取GIS设备各表面上的超声信号和图像信息；以及通过上位机对图像和超声信号进行处理，分别得到GIS设备表面的图像和GIS设备上的泄漏点的坐标，最终将泄漏点的坐标在GIS设备表面的全貌图像上进行显示，从而能在提供准确的气体泄漏点的坐标的同时有效提高GIS设备气体泄漏带电检测的精度，便于工作人员及时针对SF

继续参阅图1，上述实施例中，所述超声定位装置10和所述图像采集装置20均设置在可伸缩支架50上，所述可伸缩支架50下方设置有导轨系统60，且所述可伸缩支架50与所述导轨系统60的滑块602相连接。

具体而言，可伸缩支架50可以由伸缩杆和连接在其顶部的面板组成。通过可伸缩支架50可以调节超声定位装置10和图像采集装置20在竖直方向上的位移，进而便于获取GIS设备40表面不同高度处的各幅图像信息和各组超声信号。

进一步的，所述图像采集装置20的底座与所述可伸缩支架50的顶部面板相卡接，所述超声定位装置10设置在所述可伸缩支架50上位于所述图像采集装置20正下方的区域。超声定位装置10中与图像采集装置20在竖直方向上保持预设距离，该预设距离可以为40-60mm，优选为50mm。

上述实施例中，所述导轨系统60包括：导轨601和滑块602；其中，所述导轨601上设有丝杆603，所述丝杆603的一端与所述驱动机构30相连接，所述丝杆603上还套装有滑块602，所述驱动机构30驱动所述丝杠603转动进而带动所述滑块602沿所述导轨601运动。由于可伸缩支架50与滑块602相连接，当丝杠603带动滑块602移动时，会带动可伸缩支架50沿导轨601移动，进而带动图像采集装置20和超声定位装置10沿导轨601移动，以在GIS设备40正前方的不同水平方向上移动。

上述实施例中，还可以包括：导轨支架70；其中，所述导轨支架70设置在所述导轨系统60的两端，用以为所述导轨系统60提供稳定的支撑。实际使用时，可以在GIS设备的一个表面的信息采集完毕后，移动导轨支架和导轨及其上的可伸缩支架至GIS设备的另一个表面继续进行图像和超声信号的采集。

综上，本发明能提供的GIS设备气体泄漏带电检测装置能准确的气体泄漏点的坐标，能有效提高GIS设备气体泄漏带电检测的精度；采用的超声波传感器技术成本低、测量范围广、抗干扰能力强，易于推广GIS设备带电检测；本装置体积小、使用灵活能对GIS设备进行全面检测，不存在检测死角。

方法实施例：

参阅图4和图5，本发明还提供了一种GIS设备气体泄漏带电检测方法，包括以下步骤：

步骤S01，图像采集装置和超声定位装置分别开始在GIS设备某一表面正前方获取所述GIS设备该表面当前位置的图像信息和超声信号，并将获取的所述图像信息和超声信号发送至上位机。

具体而言，在开始测试前，先将由图像采集装置、超声定位装置和驱动机构30组成的装置安装在GIS设备左下角正前方。上位机向图像采集装置和超声定位装置发送开始采集的命令，图像采集装置和超声定位装置接收到命令后开始工作。

步骤S02，驱动机构以第一预设步长驱动所述图像采集装置和所述超声定位装置沿水平方向同步移动，以获取所述GIS设备该表面处某一水平方向上其余的各幅图像信息和各组超声信号，并依次发送至所述上位机。

具体而言，所述第一预设步长为所述图像采集装置取景宽度的1/4-1/2。驱动机构接收上位机的命令后，驱动图像采集装置和超声定位装置以预设步长沿水平方向同步移动，图像采集装置和超声定位装置获取该水平方向上个点位的各幅图像信息和多组超声信号，并依次发送至上位机。

步骤S03，以第二预设步长调整所述图像采集装置和所述超声定位装置在竖直方向上的位移，同时使驱动机构以第一预设步长驱动图像采集装置和超声定位装置沿下一水平方向移动以获取该下一水平方向上的所有图像信息和超声信号，直至完成GIS设备该表面上的所有图像信息和超声信号的采集，以此类推，直至获取GIS设备全表面的图像信息和超声信号。

具体实施时，该第二预设步长也可以为图像采集装置取景宽度的1/4-1/2。可以通过调节可伸缩支架在竖直方向的高度调节图像采集装置和所述超声定位装置在该表面竖直方向上的位移。

步骤S04，上位机依次接收各组所述超声信号和各幅所述图像信息，并在每组所述超声信号幅值差超过阈值时，确定当前位置泄漏点的坐标及泄漏强度；同时将接收的多幅图像进行裁剪拼接处理，得到GIS设备表面全貌图像；以及将各个泄漏点的坐标及泄漏强度在所述GIS设备表面的全貌图像上进行可视化显示。

具体而言，上位机接收到多组超声信号，对每组超声信号幅值差分别进行判定是否超过阈值，若是，则判断存在泄漏，即采用时差定位法进行计算泄漏点坐标，并记录泄漏点的超声信号最大幅值，以确定该泄漏点的坐标及泄漏强度；若每组超声信号幅值差没有超过阈值，则判断不存在泄漏。其中，阈值为初始信号幅值的3～10倍。

上位机的超声信号处理模块确定泄漏点坐标的步骤如下：

(1)信号降噪处理；

(2)信号进行筛选，去除奇异信号；

(3)判断信号幅值差是否超过阈值，阈值为初始信号幅值的3～10倍；

(4)采用广义相关法对信号进行白化处理，提高信号的信躁比，得到准确时差估计值；

(5)时差定位法确定泄漏点的坐标；

(6)记录泄漏点的超声信号最大幅值。

步骤(5)中，上位机采用以下公式确定泄漏点的坐标：

vΔt

上述实施例中，所述上位机对多张图像进行裁剪拼接处理的方法包括以下步骤：

(1)对采集到的图像进行灰度化处理；

(2)对处理后的图像采用SIFT特征提取法，提取两幅图像的特征点，特征点数足够则认为两幅图像为相邻图片可以拼接；否则将其舍弃，与下一张图像进行特征匹配；较具体的，由于相机移动取景宽度为1/2步长，相邻两幅图像间存在半幅画面重叠，通过提取两幅图像相同的特征点来判断是否可以进行拼接操作。

(3)对匹配的两幅所述图像，通过穷举法进行特征点配对，选取仅有水平方向发生相对位置坐标改变或者仅有垂直方向发生相对位置坐标改变的匹配关系；通过该步骤以排除错误的匹配关系，有利于提高图像拼接的精度。

(4)利用上述的匹配关系，计算变换矩阵，对图像进行变换拼接操作；

(5)进入下一次循环，直到所有的图像拼接完成。

上述实施例中，在上位机中将泄漏点信息在设备照片上可视化显示的处理方法如下：

(1)由于GIS设备气体泄漏点均出现于表面，因此将对图像中的每个像素点解析后的坐标和泄漏点的坐标映射到xoy坐标系中，二者在坐标系中存在唯一的对应关系，即可将泄漏点位置坐标在图像中标注出来。

(2)通过超声波幅值与泄漏强度的对应关系，将泄漏强度在照片右侧通过色块显示出来。一般而言，超声波幅值与泄漏强度呈正相关的关系，可以根据实际情况采用不同颜色的色块将不同区间的超声波幅值显示出来。

方法实施例与上述装置实施例中的相关之处可互相参照，此处不再赘述。

下面以EXE-01型双母电缆馈线间隔GIS设备气体泄漏带电检测为例，具体操作流程如下：

将导轨安装在GIS设备正面正前方，调整支架的高度使相机正对设备的左下角；

开启装置电源，等待测量系统初始化并开启相机，在上位机上显示相机初始画面，可看到GIS设备实时画面，则完成初始化；

在上位机中点击开始测量按钮，相机开始拍照，同时电机开始带动相机沿导轨平行移动，平行移动至尽头后，调整可伸缩支架的高度重新从左至右拍摄，直至将GIS设备全表面完成扫描，所获得图像储存至上位机中；在照片拍摄的过程中，超声定位系统将接收到的超声信号传输至上位机超声信号处理模块，上位机对所采集到超声信号进行处理，确定泄漏点的坐标及泄漏强度；

图像拍摄完成后，上位机的图像处理系统将拍摄到的多张照片自动进行裁剪拼接，在图像拼接完成及超声定位计算完成后，点击显示按钮，上位机显示GIS设备全角度图像，并在图像上标注有泄漏点信息。

综上，本发明提供的GIS设备气体泄漏带电检测方法，通过利用超声定位装置和图像采集装置分别获取GIS设备全表面的气体泄漏点的超声信号和图像信息，并经过上位机对图像进行拼接处理后得到GIS设备的全貌图像，经过上位机对超声信号进行处理得到各泄漏点的坐标，并最终将各泄漏点的坐标及泄漏强度在GIS全貌图像上标注出来，以进行可视化显示，能有效的提高GIS设备气体泄漏带电检测的精度，便于工作人员及时对SF

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。