基于分形理论的绝缘材料闪络后表面微观形貌分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分形理论的绝缘材料闪络后表面微观形貌分析方法，包括以下步骤：步骤1：对绝缘材料进行闪络放电实验，获取所述绝缘材料的AFM表面形貌图；步骤2：将所述绝缘材料的AFM表面形貌图转换为灰度图像；所述灰度图像的尺寸为m×m；步骤3：用分形法或多重分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数；步骤4：根据分形参数定量分析所述绝缘材料闪络后的表面微观形貌。本发明专利技术将灰度法、分形理论及AFM微观观测手段结合来分析绝缘材料闪络后的表面形貌，三者的优点得到充分发挥，分析结果更加有效、可靠。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括以下步骤：步骤1：对绝缘材料进行闪络放电实验，获取所述绝缘材料的AFM表面形貌图；步骤2：将所述绝缘材料的AFM表面形貌图转换为灰度图像；所述灰度图像的尺寸为m×m；步骤3：用分形法或多重分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数；步骤4：根据分形参数定量分析所述绝缘材料闪络后的表面微观形貌。本专利技术将灰度法、分形理论及AFM微观观测手段结合来分析绝缘材料闪络后的表面形貌，三者的优点得到充分发挥，分析结果更加有效、可靠。【专利说明】
本专利技术设及一种绝缘材料闪络后表面微观形貌分析方法，尤其是一种基于分形理 论的绝缘材料闪络后表面微观形貌分析方法，属于绝缘材料表面检测

技术介绍
绝缘材料具有良好的介电和力学性能，但由于环境、局部放电等因素会产生绝缘 老化现象，造成材料性能下降，从而导致电气设备易发生故障、寿命缩短等。其中，闪络不可 避免造成绝缘材料表面物理形貌发生变化，甚至使表面物质成分发生分解，运些变化及损 伤可能会导致材料绝缘失效。因此，对闪络过程中表面形貌变化的研究对于绝缘材料的老 化的研究具有十分重要的意义。 然而，目前对于绝缘材料表面形貌的研究多局限于粗糖度的表征及形貌特征的定 性描述，受主观性影响大。此外，闪络放电现象随机性强，现有的常规评定参数包括几何评 定参数，如平均粗糖度、均方差粗糖度等与形状评定参数，如概率分布偏斜度、驼峰度等难 W表征其复杂形貌结构。而且，现有的研究关于表面形貌对绝缘材料沿面闪络特性的影响 尚无定论。 为此，提出一种，采用原 子力显微镜(AFM)对绝缘材料表面取样观察，对获取的绝缘材料AFM表面形貌图进行分析。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷或不足，本专利技术提出一种基于分形理论的绝缘材料闪络 后表面微观形貌分析方法。 为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下： -种，包括W下步骤： 步骤1:对绝缘材料进行闪络放电实验，获取所述绝缘材料的AFM表面形貌图； 步骤2:将所述绝缘材料的AFM表面形貌图转换为灰度图像;所述灰度图像的尺寸 为mXm; 步骤3:用分形法或多重分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数； 步骤4:根据分形参数定量分析所述绝缘材料的表面微观形貌。 所述步骤3中采用分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数，由W下具体步 骤组成：步骤3A-1:设置执行次数t = 0;步骤3A-2:执行次数巧日1;设置网格尺寸为δ* X δ*，δ*〉1;[001引步骤3Α-3:将所述灰度图像按照所述网格尺寸划分为1个W上网格恥，1〉1，。1，所 述网格出J的四个角点处对应四个数据元素分别为11(1^)，}1。+1，如，}1。^>1)，和}1(1+1^+ 1)；步骤3A-4:逐一对所述各网格采用长方体盒子进行覆盖，所述长方体盒的底为δΧ S，高为d，所述长方体盒子的高的计算方法为：( 1 )[001引其中hmax为所述灰度图像中的最大灰度值； 覆盖所述网格出J需要的长方体盒子的个数Ni,j为： 其中，INT为取整算符； 覆盖所述灰度图像中所有网格所需要的盒子总数Ν(δ〇为：(3 ) 其中，η为采用δ*Χδ*网格覆盖所述灰度图像产生的角点数； 步骤3Α-5:判断所述执行次数t是否小于预设的执行次数;如果是，转向步骤3Α-2; 否则，转向步骤3A-6; 步骤3A-6:计算所述绝缘材料的表面AFM形貌的自相似分形维数D:. ( 4 )[002引步骤3A-7:判断网格尺寸δ*与盒子数目Ν(δ0之间是否满足幕率关系： Ν(δ,)二咚" (5 ) 其中k为分形法比例系数;如果是，转向步骤3Α-8;否则，转向步骤3Α-1;步骤3A-8:设定所述分形参数为所述绝缘材料的表面AFM形貌的自相似分形维数D。 所述步骤3A-6中计算所述绝缘材料的表面AFM形貌的自相似分形维数D的方法由 W下具体步骤组成：[00削步骤a:在直角坐标系中画出数据点（Ιηδ*，lnN(δ*)); 步骤b:采用最小二乘法拟合1ηΝ(δ〇与Ιηδ*的斜率，所述斜率的相反数为所述绝缘 材料的表面AFM形貌的自相似分形维数D。 所述步骤3中采用多重分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数，由W下具 体步骤组成： 步骤3Β-1:将所述灰度图像按照所述网格尺寸划分为1个W上尺寸为δΧδ，δ〉1的 网格出 步骤3B-2:计算各网格出J的形貌高度分布概率Ρυ(δ):[00測（的 其中，hu是网格出J中所有元素的灰度值之和； 步骤3B-3:将Ρυ(δ)划分为一个W上网格子集Ρρ(δ):(7)其中，kp为网格子集Ρρ(δ)的第一比例系数，αρ为网格子集Ρρ(δ)的指数； 步骤3B-4:拟合所述各网格子集Ρρ(δ)的分形维数f(ap)，使其满足：(8) 其中，k'p为网格子集Ρρ(δ)的第二比例系数，Na(S)为网格子集Ρρ(δ)中的网格数目； 步骤3Β-5:获取多重分形谱线:连接各αρ与对应的f (αρ)，构成多重分形谱线，将其 作为分形参数。 所述步骤3Β-5中获取所述多重分形谱线的方法，由W下具体步骤组成：[004引步骤a' ：逐一计算各网格子集Ρρ(δ)的配分函数Xpq(S):W 其中，q为权重因子，取值范围从-30到+30的整数； 步骤b'：拟合1ηχρ9(δ)-1ηδ直线的斜率，得到质量指数T(q); 步骤C'：获取多重分形谱线： f(a)=aq-T(q) (10) 本专利技术的有益效果在于： 本专利技术将灰度法、分形理论及AFM微观观测手段结合来分析绝缘材料闪络后的表 面形貌，Ξ者的优点得到充分发挥，分析结果更加有效、可靠;采用原子力显微镜对绝缘材 料表面取样观察，AFM技术具有成像好、分辨率高、样品无损、制样方便等特点，可W很好地 对材料表面形貌进行观察;从图像灰度值中提取材料表面微观形貌特征，有效提高了图像 信息的利用率，增大了微观变化的辨识度;采用分形理论对绝缘材料表面形貌进行分析，运 是一种定量的分析方法，得到的分析结果更加客观、真实。【附图说明】 图1是本专利技术的流程图。【具体实施方式】 实施例1: 一种，包括W下步骤： 步骤1:对绝缘材料进行闪络放电实验，获取所述绝缘材料的AFM表面形貌图； 步骤2:将所述绝缘材料的AFM表面形貌图转换为灰度图像;所述灰度图像的尺寸 为mXm;步骤3:用分形法或多重分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数； 步骤4:根据分形参数定量分析所述绝缘材料的表面微观形貌。 所述步骤3中采用分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数，由W下具体步 骤组成： 步骤3A-1:设置执行次数t = 0; 步骤3A-2:执行次数巧日1;设置网格尺寸为δ* X δ*，δ*〉1; 步骤3Α-3:将所述灰度图像按照所述网格尺寸划分为1个W上网格出^，1〉1，。1，所 述网格出北勺四个角点处对应四个数据元素分别为11(1^)，}1。+1，如，}1。^'+1)，和}1(1+1^+ 1); 步骤3A-4:逐一对所述各网格采用长方体盒子进行覆盖，所述长方体盒的底为δΧ S，高为d，所述长方体盒子的高的计算方法为：(1) 其中hmax为所述灰度图像中的最大灰度值； 覆盖所述网格Hu需要的长方体盒子的个数Ni,j为： (2) 其中，INT为取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分形理论的绝缘材料闪络后表面微观形貌分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：对绝缘材料进行闪络放电实验，获取所述绝缘材料的AFM表面形貌图；步骤2：将所述绝缘材料的AFM表面形貌图转换为灰度图像；所述灰度图像的尺寸为m×m；步骤3：用分形法或多重分形法对所述灰度图像进行处理，获取分形参数；步骤4：根据分形参数定量分析所述绝缘材料的表面微观形貌。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢庆，黄河，陆路，胡志亮，王涛，林浩凡，付可欣，律方成，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13