CN110579483B - 基于太赫兹波的内部缺陷成像装置、方法及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种基于太赫兹波的内部缺陷成像方法、装置及计算机可读存储介质，所述方法包括：获取经由复合绝缘子反射得到的太赫兹反射波数据；基于扫描坐标顺序读取每一检测点的多个反射波形数据点；根据预设筛选规则从多个数据点中筛选得到多个极值点；判断每一极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值，及是否小于预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积；若均满足，则判定该极值点为表征缺陷区域的特征峰值；基于被判定为表征缺陷区域的极值点之间的时间间隔计算缺陷尺寸，将扫描坐标信息缺陷尺寸匹配的矩阵转化为可视化缺陷图像。本发明通过对太赫兹时域反射波进行分析，实现对复合绝缘子内部缺陷进行成像，方便缺陷检测。
Description
技术领域
本发明涉及产品检测技术领域，尤其涉及一种基于太赫兹波的内部缺陷成像装置、方法及计算机可读存储介质。
背景技术
复合绝缘子相比于传统绝缘子，具有重量轻、生产工艺简单、维护成本较低以及憎水性和憎水迁移性能强等优点，自投入商业运行以来，其使用数量就不断增加。复合绝缘子在我国电力***中地位举足轻重，其工作状态影响着电网的安全稳定运行。但是在生产、运输过程中，复合绝缘子可能因为磕碰、生产工艺不达标、操作失误等原因，内部出现缺陷，包括气隙、孔洞、裂痕、夹杂等。这些缺陷将严重危害电力***安全稳定运行，且从外观上无法鉴别，因此需要采用特殊的方法进行检测。实际工程上往往希望在不破坏复合绝缘子的情况下对可能存在的内部缺陷进行成像，通过成像结果可以筛查质量不合格的产品，分析缺陷形成的原因。
现有的成像方法在应用于复合绝缘子内部缺陷检测时，均难以满足所需要求。例如，微波检测法使用的探头只能满足近场检测，且穿透深度有限；紫外检测法的设备较昂贵，性价比低，试验结果容易受观察角度变化干扰；超声检测法操作繁琐，且不适用于结构复杂的复合绝缘子；X光成像无法检测出尺寸较小的缺陷，且性价比低，安全系数低。这些成像技术虽然应用成熟，检测效果稳定，但是因为上述缺点，难以满足现有的复合绝缘子成像检测需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种基于太赫兹波的内部缺陷成像装置、方法及计算机可读存储介质，通过对太赫兹时域反射波进行分析，实现对复合绝缘子内部缺陷进行成像，可有效筛查出内部存在缺陷的复合绝缘子。
本发明一实施方式提供一种基于太赫兹波的内部缺陷成像方法，应用于内部缺陷成像装置，所述内部缺陷成像装置与一检测平台通信，所述检测平台包括一驱动复合绝缘子在X轴与Y轴进行移动的二维导轨，所述检测平台控制所述二维导轨移动，以对所述复合绝缘子进行扫描，所述方法包括：
获取经由所述复合绝缘子反射得到的太赫兹反射波数据；
基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子的每一检测点的多个反射波形数据点；
根据预设筛选规则从多个所述反射波形数据点中筛选得到多个极值点；
判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值；
若所述极值点的绝对值大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值，则判定所述极值点为有效极值点；
判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积；
若所述有效极值点的绝对值小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积，则判定所述有效极值点为表征缺陷区域的特征峰值；
基于被判定为表征缺陷区域的有效极值点之间的时间间隔计算所述复合绝缘子的缺陷尺寸；及
基于扫描坐标信息及所述复合绝缘子的缺陷尺寸构建缺陷矩阵，并基于所述缺陷矩阵转化得到所述复合绝缘子的可视化缺陷图像。
优选地，所述基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子的每一检测点的多个反射波形数据点的步骤包括：
基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子的每一检测点在预设时域范围内的多个反射波形数据点。
优选地，所述预设筛选规则包括：
判断所述反射波形数据点是否大于前后预设时域距离内的数据点的极大值；
判断所述反射波形数据点是否小于前后预设时域距离内的数据点的极小值；及
若所述反射波形数据点大于前后预设时域距离内的数据点的极大值或所述反射波形数据点小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则判定所述反射波形数据点为所述极值点。
优选地，所述方法还包括：
若所述反射波形数据点不大于前后预设时域距离内的数据点的极大值和/或所述反射波形数据点不小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则判定所述反射波形数据点不是所述极值点。
优选地，所述预设缺陷峰值包括一极大峰值及一极小峰值，所述预设缺陷峰值的绝对值最小值为所述极小峰值的绝对值与所述极大峰值的绝对值中的最小者，所述预设缺陷峰值的绝对值最大值为所述极小峰值的绝对值与所述极大峰值的绝对值中的最大者。
优选地，所述判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值的步骤之后还包括：
若所述极值点的绝对值不大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值，则判定所述极值点为无效极值点。
优选地，所述判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积的步骤之后还包括：
若所述有效极值点的绝对值不小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与所述预设边缘效应系数的乘积，则判定所述有效极值点为表征缺陷边缘区域的特征峰值；及
将所述有效极值点与周围数据点进行比较，以确定缺陷边缘轮廓。
优选地，所述内部缺陷成像装置还包括太赫兹波探头，所述太赫兹波探头与所述复合绝缘子之间的距离为7～8cm。
本发明一实施方式提供一种基于太赫兹波的内部缺陷成像装置，所述装置包括处理器及存储器，所述存储器上存储有若干计算机程序，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的基于太赫兹波的内部缺陷成像方法的步骤。
本发明一实施方式还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，多条所述指令可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的基于太赫兹波的内部缺陷成像方法的步骤。
与现有技术相比，上述基于太赫兹波的内部缺陷成像装置、方法及计算机可读存储介质，通过对太赫兹时域反射波分析，实现对复合绝缘子内部缺陷进行成像，并可呈现三维图像，进而可以有效筛查出内部存在缺陷的复合绝缘子，有利于分析复合绝缘子缺陷形成和绝缘失效原因，维护电网输电线路和电力设备的安全。
附图说明
图1是本发明一实施方式的内部缺陷成像***的架构示意图。
图2是本发明一实施方式的检测平台的架构示意图。
图3是本发明一实施方式的内部缺陷成像装置的功能模块图。
图4是本发明一实施方式的内部缺陷成像程序的功能模块图。
图5是本发明一实施方式的内部缺陷成像方法的流程图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
进一步需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
请参阅图1，为本发明基于太赫兹波的内部缺陷成像***较佳实施例的架构示意图。
所述内部缺陷成像***1包括内部缺陷成像装置100、复合绝缘子200、太赫兹波产生装置300及检测平台400。所述太赫兹波产生装置300用于产生太赫兹波入射至所述复合绝缘子200，所述内部缺陷成像装置100获取经由所述复合绝缘子200反射回来的太赫兹反射波，并对所述太赫兹反射波进行处理得到所述复合绝缘子200的可视化缺陷图像。所述检测平台400用于构建成像检测环境，如图2所示，所述检测平台400包括恒温空调401、光学隔振平台402、密封实验箱403、二维导轨404、步进电机405、步进电机驱动器406、步进电机控制器407、可循环干燥器408、高精度Z轴升降平台409和高精度R轴旋转平台410。在本发明的其他实施方式中，所述太赫兹波产生装置300也可以集成至所述检测平台400。
在一实施方式中，所述太赫兹波产生装置300可以是T-Ray 5000太赫兹时域光谱***(T-Gauge太赫兹时域光谱***)，该光谱***可产生频率在0-5THz的脉冲波，其工作模式有透射与反射两种模式，基于透射模式下太赫兹波难以穿透整个复合绝缘子200，因此优选采用反射模式，且反射波含有的时域信息更丰富，更能反映复合绝缘子200的界面情况。在进行成像检测时，可以将太赫兹探头与复合绝缘子200距离调至焦距附近，比如该距离为7～8cm。在一实施方式中，太赫兹探头与复合绝缘子200距离为7.5cm。检测平台400对二维导轨404进行控制，实现对待检测的复合绝缘子200进行扫描，以完成采集太赫兹反射波数据的工作，并将采集到的太赫兹反射波数据传送至内部缺陷成像装置100进行分析，以构建缺陷成像。
在一实施方式中，所述复合绝缘子200可能因为磕碰、生产工艺不达标、操作失误等原因，导致其内部出现缺陷，包括气隙、孔洞、裂痕、夹杂等缺陷，该些缺陷较难从外观上鉴别。本发明一实施例示例出利用太赫兹波技术对复合绝缘子200内部缺陷进行成像，通过对太赫兹时域反射波进行分析，实现对复合绝缘子200内部缺陷进行成像，进而可根据成像结果对复合绝缘子200的工作状态与性能进行评估，有效减少发生故障，甚至严重电力事故的可能性。
在一实施方式中，考虑到太赫兹光斑大小和透射深度，为了保证缺陷成像效果，进行内部缺陷成像的缺陷尺寸优选满足：横向间距大于2mm，纵向间距大于0.2mm，当缺陷尺寸满足上述尺寸的最低限度时缺陷成像效果较好。所述缺陷成像优选为三维成像，进而使得缺陷检测结果较直观，方便分析人员进行缺陷分析。
请同时参阅图2，由于太赫兹波在不同的湿度、温度环境中，其波形、脉冲幅值可能会发生变化，所述检测平台400通过恒温空调401、密封实验箱403及可循环干燥器408来实现对密封实验箱403内的温湿度的恒定控制，模拟不同的工程环境进行试验，比如在一实施方式中，设定复合绝缘子200的测试环境为温度26度，湿度为18％。所述检测平台400配置了可将复合绝缘子200在X轴和Y轴进行二维移动的二维导轨404，二维导轨404由两个直线导轨滑台模组组合成十字移动导轨，该两个直线导轨滑台模组装配两个步进电机405(比如42H48型号步进电机)来控制滑台移动，滑台移动速度范围可以为0-140mm/s，最小移动精度可达0.1mm，最大载重为30kg。每个步进电机405可以由一步进电机驱动器406(比如DM542型号的步进电机驱动器)驱动，步进电机驱动器406输出脉冲信号驱动步进电机405转动到制定位置，可以通过改变运行电流调整步进电机405运行转速、调节转速、噪音与发热的大小等。步进电机驱动器406的输入信号可以由步进电机控制器407(比如TC55系列可编程运动控制器)提供。步进电机控制器407可以同时控制两个步进电机405运转，步进电机控制器407可实现不同速度与距离的运动、程序归零、自动与手动模式切换、连续运行、暂态和循环运行等功能。步进电机驱动器406、步进电机控制器407可以由24V薄膜开关电源供电，该开关电源的输入电压可以为交流电压，输出电压可以为24V直流电压，该开关电压的额定输出功率可以为156W。所述检测平台400可以通过高精度Z轴升降平台409来实现对复合绝缘子200与太赫兹探头之间距离的精准控制，通过高精度R轴旋转平台410能够实现对待检测样品的360°R轴扫描，比如当复合绝缘子200为圆柱形时，可以实现360°R轴扫描复合绝缘子200。
请同时参阅图3，为本发明基于太赫兹波的内部缺陷成像装置较佳实施例的示意图。
所述内部缺陷成像装置100包括存储器10、处理器20及存储在所述存储器10中并可在所述处理器20上运行的内部缺陷成像程序30。所述处理器20执行所述内部缺陷成像程序30时实现内部缺陷成像方法实施例中的步骤，例如图5所示的步骤S500～S520。或者，所述处理器20执行所述内部缺陷成像程序30时实现内部缺陷成像程序实施例中各模块的功能，例如图4中的模块101～109。
所述内部缺陷成像程序30可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器10中，并由所述处理器20执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，所述指令段用于描述所述内部缺陷成像程序30在所述内部缺陷成像装置100中的执行过程。例如，所述内部缺陷成像程序30可以被分割成图4中的获取模块101、读取模块102、筛选模块103、第一判断模块104、第一确定模块105、第二判断模块106、第二确定模块107、计算模块108及转化模块109。各模块具体功能参见下图4中各模块的功能。
本领域技术人员可以理解，所述示意图仅是内部缺陷成像装置100的示例，并不构成对内部缺陷成像装置100的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述内部缺陷成像装置100还可以包括显示设备、总线等。
所述处理器20可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器20也可以是任何常规的处理器等，所述处理器20可以利用各种接口和总线连接内部缺陷成像装置100的各个部分。
所述存储器10可用于存储所述内部缺陷成像程序30和/或模块，所述处理器20通过运行或执行存储在所述存储器10内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器10内的数据，实现所述内部缺陷成像装置100的各种功能。所述存储器10可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。
图4为本发明内部缺陷成像程序较佳实施例的功能模块图。
参阅图4所示，内部缺陷成像程序30可以包括获取模块101、读取模块102、筛选模块103、第一判断模块104、第一确定模块105、第二判断模块106、第二确定模块107、计算模块108及转化模块109。在一实施方式中，上述模块可以为存储于所述存储器10中且可被所述处理器20调用执行的可程序化软件指令。可以理解的是，在其他实施方式中，上述模块也可为固化于所述处理器20中的程序指令或固件(firmware)。
所述获取模块101用于获取经由所述复合绝缘子反射得到的太赫兹反射波数据。
在一实施方式中，当所述太赫兹波产生装置300通过太赫兹探头完成采集复合绝缘子200的太赫兹反射波数据的工作时，可以将采集到的太赫兹反射波数据传送至所述内部缺陷成像装置100进行分析，进而所述获取模块101可以获取得到经由所述复合绝缘子200反射得到的太赫兹反射波数据。
所述读取模块102用于基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子200的每一检测点的多个反射波形数据点。
在一实施方式中，由于所述检测平台400配置了可将复合绝缘子200在X轴和Y轴进行二维移动的二维导轨404，可以通过构建二维坐标来表征所述复合绝缘子200在被扫描过程中的扫描位置，进而可以得到扫描坐标信息及扫描坐标顺序。在进行反射波形数据点读取时，所述读取模块102可以基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子200的每一检测点的多个反射波形数据点。对于复合绝缘子200的一检测点，假设反射的太赫兹波的时间分辨率为0.1ps，采样周期为700ps，则该检测点对应有7000个离散数据点。
在一实施方式中，为了提高数据处理效率，时域宽度700ps的波形数据点并不都是表征缺陷特征的数据点，可以根据实际需求预先设定一时域范围来截取预设时域范围内的波形数据点进行分析，进而可以减少数据处理量。具体地，所述读取模块102可以基于所述扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子200的每一检测点在预设时域范围内的多个反射波形数据点。
所述筛选模块103用于根据预设筛选规则从多个所述反射波形数据点中筛选得到多个极值点。
在一实施方式中，可表征缺陷特征的数据点一般都是极值点，极值点可以是极大值点(波峰脉冲)或极小值点(波谷脉冲)。所述筛选模块103可以根据预设筛选规则从多个所述反射波形数据点中筛选得到多个极值点。所述预设筛选规则可以是：所述筛选模块103判断所述反射波形数据点是否大于前后预设时域距离内的数据点的极大值，及判断所述反射波形数据点是否小于前后预设时域距离内的数据点的极小值。若所述反射波形数据点大于前后预设时域距离内的数据点的极大值或者所述反射波形数据点小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则所述筛选模块103判定所述反射波形数据点为所述极值点。若所述反射波形数据点不大于前后预设时域距离内的数据点的极大值和/或所述反射波形数据点不小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则所述筛选模块103判定所述反射波形数据点不是极值点。
在一实施方式中，所述预设时域距离可以根据实际检测情况进行设定与调整，比如所述预设时域距离为10ps。所述筛选模块103通过判断所述反射波形数据点是否大于前后10ps内的数据点的极大值，及判断所述反射波形数据点是否小于前后10ps内的数据点的极小值来确定所述反射波形数据点是否是极值点。即当一反射波形数据点比其前后10ps内的数据点的数值都大时，该反射波形数据点被认定为极大值点，当一反射波形数据点比其前后10ps内的数据点的数值都小时，则该反射波形数据点被认定为极小值点。
所述第一判断模块104用于判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值。
在一实施方式中，由于测试环境条件非绝对理想，太赫兹波产生过程可能存在***噪音等因素，太赫兹反射波形可能存在杂波，导致反射波形中可能存在很多无效极值点，可以将筛选到的脉冲峰值与设定阈值进行比较，剔除因为噪音导致波形抖动形成的无效极值点。无效极值点幅值一般较小，而表征界面信息的有效极值点幅值一般较大。所述极值点可能是正值，也可能是负值，所述预设缺陷峰值可以包括一极大峰值及一极小峰值，极大峰值优选大于极小峰值，极大峰值与极小峰值可以根据实际测试需求进行设定与调整，所述极大峰值可以是一正值或负值，所述极小峰值可以是一正值或负值。所述预设缺陷峰值的绝对值最小值可以为所述极小峰值的绝对值与极大峰值的绝对值中的最小者，所述预设缺陷峰值的绝对值最大值可以为极小峰值的绝对值与极大峰值的绝对值中的最大者。所述第一判断模块104通过判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值，来实现判断所述极值点是无效极值点还是有效极值点。
所述第一确定模块105用于在所述极值点的绝对值大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值，判定所述极值点为有效极值点。
在一实施方式中，当所述极值点的绝对值大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值时，所述第一确定模块105可以判定所述极值点为有效极值点。当所述极值点的绝对值不大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值时，所述第一确定模块105可以判定所述极值点为无效极值点，无效极值点无需进行后续分析，可以直接舍弃。
所述第二判断模块106用于判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积。
在一实施方式中，所述预设边缘效应系数可以根据实际检测需求进行设定与调整。当通过所述第一确定模块105确定某一极值点为有效极值点时，所述第二判断模块106可以判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积。
所述第二确定模块107用于在所述有效极值点的绝对值小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积时，判定所述有效极值点为表征缺陷区域的特征峰值。
在一实施方式中，当太赫兹波入射位置处于缺陷边缘处时，太赫兹波形为无缺陷波形与缺陷波形的加权叠加，波形信息包括了两种界面分层情况，在进行缺陷边缘脉冲识别过程中，可以根据当前数据点自身的时域参量与周围数据点的时域参量进行比对，通过结合与附近数据点的比对情况，确定缺陷的边缘。
在一实施方式中，当所述有效极值点的绝对值小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积时，所述第二确定模块107可以判定所述有效极值点为表征缺陷区域的特征峰值。当所述有效极值点的绝对值不小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与所述预设边缘效应系数的乘积，所述第二确定模块107可以判定所述有效极值点为表征缺陷边缘区域的特征峰值。
所述计算模块108用于基于被判定为表征缺陷区域的有效极值点之间的时间间隔计算所述复合绝缘子的缺陷尺寸。
在一实施方式中，当有效极值点被判定为表征缺陷区域的特征峰值时，所述计算模块108可以基于被判定为表征缺陷区域的有效极值点之间的时间间隔计算所述复合绝缘子200的缺陷尺寸。
在一实施方式中，当有效极值点被判定为表征缺陷边缘区域的特征峰值时，所述计算模块108可以将所述有效极值点与其周围数据点进行比较，以根据比较结果确定缺陷边缘轮廓。可以理解的，对于距离缺陷边缘区域越远的数据点，其包含的非缺陷表征脉冲权重越大，包含的缺陷表征脉冲权重越小，对于距离缺陷边缘区域越近的数据点，其包含的缺陷特征脉冲权重越大，包含的非缺陷特征脉冲权重越小。所述计算模块108可以基于所述比较结果及有效极值点的时域参量来得到缺陷边缘轮廓。
在一实施方式中，当某一有效极值点为表征缺陷边缘区域的特征峰值时，该有效极值点的峰值小于处于缺陷区域的特征点峰值，且大于处于非缺陷区域的特征点峰值。
所述转化模块109用于基于扫描坐标信息及所述复合绝缘子200的缺陷尺寸构建缺陷矩阵，并基于所述缺陷矩阵转化得到所述复合绝缘子200的可视化缺陷图像。
在一实施方式中，所述可视化缺陷图像可以是三维图像，由于所述检测平台400是以XY为坐标扫描所述复合绝缘子，进而可以得到扫描坐标信息，所述转化模块109可以基于扫描坐标信息及所述复合绝缘子200的缺陷尺寸构建缺陷矩阵。具体地，所述转化模块109可以建立扫描坐标与缺陷尺寸的映射关系，再基于该映射关系构建缺陷矩阵。
在一实施方式中，所述缺陷矩阵还可以包括缺陷边缘区域的特征点的坐标与缺陷尺寸的映射关系。
在一实施方式中，当建立缺陷矩阵后，所述转化模块109可以进一步基于所述缺陷矩阵转化得到所述复合绝缘子200的三维缺陷图像。在所述三维缺陷图像中，可以以横纵坐标表示复合绝缘子200的横纵位置，Z坐标表示对应位置的缺陷深度，Z轴数值越大，则该位置缺陷深度越大，进而可以通过该三维缺陷图像直观地看出复合绝缘子200的缺陷信息。
图5为本发明一实施方式中基于太赫兹波的内部缺陷成像方法的流程图。根据不同的需求，所述流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
步骤S500，获取经由所述复合绝缘子200反射得到的太赫兹反射波数据。
在一实施方式中，当所述太赫兹波产生装置300通过太赫兹探头完成采集复合绝缘子200的太赫兹反射波数据的工作时，可以将采集到的太赫兹反射波数据传送至所述内部缺陷成像装置100进行分析，进而可以获取得到经由所述复合绝缘子200反射得到的太赫兹反射波数据。
步骤S502，基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子200的每一检测点的多个反射波形数据点。
在一实施方式中，由于所述检测平台400配置了可将复合绝缘子200在X轴和Y轴进行二维移动的二维导轨404，可以通过构建二维坐标来表征所述复合绝缘子200在被扫描过程中的扫描位置，进而可以得到扫描坐标信息及扫描坐标顺序。在进行反射波形数据点读取时，可以基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子200的每一检测点的多个反射波形数据点。对于复合绝缘子200的一检测点，假设反射的太赫兹波的时间分辨率为0.1ps，采样周期为700ps，则该检测点对应有7000个离散数据点。
在一实施方式中，为了提高数据处理效率，时域宽度700ps的波形数据点并不都是表征缺陷特征的数据点，可以根据实际需求预先设定一时域范围来截取预设时域范围内的波形数据点进行分析，进而可以减少数据处理量。具体地，所述读取模块102可以基于所述扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子200的每一检测点在预设时域范围内的多个反射波形数据点。
步骤S504，根据预设筛选规则从多个所述反射波形数据点中筛选得到多个极值点。
在一实施方式中，可表征缺陷特征的数据点一般都是极值点，极值点可以是极大值点(波峰脉冲)或极小值点(波谷脉冲)。可以根据预设筛选规则从多个所述反射波形数据点中筛选得到多个极值点。所述预设筛选规则可以是：判断所述反射波形数据点是否大于前后预设时域距离内的数据点的极大值，及判断所述反射波形数据点是否小于前后预设时域距离内的数据点的极小值。若所述反射波形数据点大于前后预设时域距离内的数据点的极大值或者所述反射波形数据点小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则判定所述反射波形数据点为所述极值点。若所述反射波形数据点不大于前后预设时域距离内的数据点的极大值和/或所述反射波形数据点不小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则判定所述反射波形数据点不是极值点。
在一实施方式中，所述预设时域距离可以根据实际检测情况进行设定与调整，比如所述预设时域距离为10ps。可以通过判断所述反射波形数据点是否大于前后10ps内的数据点的极大值，及判断所述反射波形数据点是否小于前后10ps内的数据点的极小值来确定所述反射波形数据点是否是极值点。即当一反射波形数据点比其前后10ps内的数据点的数值都大时，该反射波形数据点被认定为极大值点，当一反射波形数据点比其前后10ps内的数据点的数值都小时，则该反射波形数据点被认定为极小值点。
步骤S506，判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值。
在一实施方式中，由于测试环境条件非绝对理想，太赫兹波产生过程可能存在***噪音等因素，太赫兹反射波形可能存在杂波，导致反射波形中可能存在很多无效极值点，可以将筛选到的脉冲峰值与设定阈值进行比较，剔除因为噪音导致波形抖动形成的无效极值点。无效极值点幅值一般较小，而表征界面信息的有效极值点幅值一般较大。所述极值点可能是正值，也可能是负值，所述预设缺陷峰值可以包括一极大峰值及一极小峰值，极大峰值优选大于极小峰值，极大峰值与极小峰值可以根据实际测试需求进行设定与调整，所述极大峰值可以是一正值或负值，所述极小峰值可以是一正值或负值。所述预设缺陷峰值的绝对值最小值可以为所述极小峰值的绝对值与极大峰值的绝对值中的最小者，所述预设缺陷峰值的绝对值最大值可以为极小峰值的绝对值与极大峰值的绝对值中的最大者。可以通过判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值，来实现判断所述极值点是无效极值点还是有效极值点。
步骤S508，若所述极值点的绝对值大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值，则判定所述极值点为有效极值点。
在一实施方式中，当所述极值点的绝对值大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值时，可以判定所述极值点为有效极值点。
步骤S510，若所述极值点的绝对值不大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值，则判定所述极值点为无效极值点。
在一实施方式中，当所述极值点的绝对值不大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值时，可以判定所述极值点为无效极值点，无效极值点无需进行后续分析，可以直接舍弃。
步骤S512，判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积；
在一实施方式中，所述预设边缘效应系数可以根据实际检测需求进行设定与调整。当确定某一极值点为有效极值点时，可以继续判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积。
步骤S514，若所述有效极值点的绝对值小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积，则判定所述有效极值点为表征缺陷区域的特征峰值。
在一实施方式中，当所述有效极值点的绝对值小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积时，可以判定所述有效极值点为表征缺陷区域的特征峰值。
步骤S516，若所述有效极值点的绝对值不小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积，则判定所述有效极值点为表征缺陷边缘区域的特征峰值。
在一实施方式中，当所述有效极值点的绝对值不小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与所述预设边缘效应系数的乘积，可以判定所述有效极值点为表征缺陷边缘区域的特征峰值。
步骤S518，基于被判定为表征缺陷区域的有效极值点之间的时间间隔计算所述复合绝缘子200的缺陷尺寸。
在一实施方式中，当有效极值点被判定为表征缺陷区域的特征峰值时，可以基于被判定为表征缺陷区域的有效极值点之间的时间间隔计算所述复合绝缘子200的缺陷尺寸。
在一实施方式中，当有效极值点被判定为表征缺陷边缘区域的特征峰值时，可以将所述有效极值点与其周围数据点进行比较，以根据比较结果确定缺陷边缘轮廓。可以理解的，对于距离缺陷边缘区域越远的数据点，其包含的非缺陷表征脉冲权重越大，包含的缺陷表征脉冲权重越小，对于距离缺陷边缘区域越近的数据点，其包含的缺陷特征脉冲权重越大，包含的非缺陷特征脉冲权重越小。可以基于所述比较结果及有效极值点的时域参量来得到缺陷边缘轮廓。
在一实施方式中，当某一有效极值点为表征缺陷边缘区域的特征峰值时，该有效极值点的峰值小于处于缺陷区域的特征点峰值，且大于处于非缺陷区域的特征点峰值。
步骤S520，基于扫描坐标信息及所述复合绝缘子200的缺陷尺寸构建缺陷矩阵，并基于所述缺陷矩阵转化得到所述复合绝缘子200的可视化缺陷图像。
在一实施方式中，所述可视化缺陷图像可以是三维图像，由于所述检测平台400是以XY为坐标扫描所述复合绝缘子，可以得到扫描坐标信息，进而可以基于扫描坐标信息及所述复合绝缘子200的缺陷尺寸构建缺陷矩阵。具体地，可以建立扫描坐标与缺陷尺寸的映射关系，再基于该映射关系构建缺陷矩阵。
在一实施方式中，所述缺陷矩阵还可以包括缺陷边缘区域的特征点的坐标与缺陷尺寸的映射关系。
在一实施方式中，当建立缺陷矩阵后，可以进一步基于所述缺陷矩阵转化得到所述复合绝缘子200的三维缺陷图像。在所述三维缺陷图像中，可以以横纵坐标表示复合绝缘子200的横纵位置，Z坐标表示对应位置的缺陷深度，Z轴数值越大，则该位置缺陷深度越大，进而可以通过该三维缺陷图像直观地看出复合绝缘子200的缺陷信息。
上述基于太赫兹波的内部缺陷成像装置、方法及计算机可读存储介质，通过对太赫兹时域反射波分析，实现对复合绝缘子内部缺陷进行成像，并可呈现三维图像，进而可以有效筛查出内部存在缺陷的复合绝缘子，有利于分析复合绝缘子缺陷形成和绝缘失效原因，维护电网输电线路和电力设备的安全。
对本领域的技术人员来说，可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生产的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明所公开的范围。
Claims (10)
1.一种基于太赫兹波的内部缺陷成像方法，应用于内部缺陷成像装置，其特征在于，所述内部缺陷成像装置与一检测平台通信，所述检测平台包括一驱动复合绝缘子在X轴与Y轴进行移动的二维导轨，所述检测平台控制所述二维导轨移动，以对所述复合绝缘子进行扫描，所述方法包括：
获取经由所述复合绝缘子反射得到的太赫兹反射波数据；
基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子的每一检测点的多个反射波形数据点；
根据预设筛选规则从多个所述反射波形数据点中筛选得到多个极值点；
判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值；
若所述极值点的绝对值大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值，则判定所述极值点为有效极值点；
判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积；
若所述有效极值点的绝对值小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积，则判定所述有效极值点为表征缺陷区域的特征峰值；
基于被判定为表征缺陷区域的有效极值点之间的时间间隔计算所述复合绝缘子的缺陷尺寸；及
基于扫描坐标信息及所述复合绝缘子的缺陷尺寸构建缺陷矩阵，并基于所述缺陷矩阵转化得到所述复合绝缘子的可视化缺陷图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子的每一检测点的多个反射波形数据点的步骤包括：
基于扫描坐标顺序读取所述复合绝缘子的每一检测点在预设时域范围内的多个反射波形数据点。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设筛选规则包括：
判断所述反射波形数据点是否大于前后预设时域距离内的数据点的极大值；
判断所述反射波形数据点是否小于前后预设时域距离内的数据点的极小值；及
若所述反射波形数据点大于前后预设时域距离内的数据点的极大值或所述反射波形数据点小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则判定所述反射波形数据点为所述极值点。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述反射波形数据点不大于前后预设时域距离内的数据点的极大值和/或所述反射波形数据点不小于前后预设时域距离内的数据点的极小值，则判定所述反射波形数据点不是所述极值点。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设缺陷峰值包括一极大峰值及一极小峰值，所述预设缺陷峰值的绝对值最小值为所述极小峰值的绝对值与所述极大峰值的绝对值中的最小者，所述预设缺陷峰值的绝对值最大值为所述极小峰值的绝对值与所述极大峰值的绝对值中的最大者。
6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述判断每一所述极值点的绝对值是否大于预设缺陷峰值的绝对值最小值的步骤之后还包括：
若所述极值点的绝对值不大于所述预设缺陷峰值的绝对值最小值，则判定所述极值点为无效极值点。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述有效极值点的绝对值是否小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与预设边缘效应系数的乘积的步骤之后还包括：
若所述有效极值点的绝对值不小于所述预设缺陷峰值的绝对值最大值与所述预设边缘效应系数的乘积，则判定所述有效极值点为表征缺陷边缘区域的特征峰值；及
将所述有效极值点与周围数据点进行比较，以确定缺陷边缘轮廓。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内部缺陷成像装置还包括太赫兹波探头，所述太赫兹波探头与所述复合绝缘子之间的距离为7～8cm。
9.一种基于太赫兹波的内部缺陷成像装置，所述装置包括处理器及存储器，所述存储器上存储有若干计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述的基于太赫兹波的内部缺陷成像方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，多条所述指令可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-8任一项所述的基于太赫兹波的内部缺陷成像方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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