一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置，涉及电力系统技术领域。获得测量平面内有机外绝缘表面扫描数据，并设置投影平面；根据迭代参数确定分形结构判断立方体；覆盖到投影平面，并确定投影面积是否大于测量平面在投影平面的投影面积；若小于等于，则进行投影平面分割，确定当前迭代参数对应的覆盖立方体数量，并更新迭代参数，并返回更新分形结构判断立方体；若大于，则根据各迭代参数对应的覆盖立方体数量和分形结构判断立方体的边长，确定一线性回归关系，得到斜率的绝对值，确定分形上限尺度；根据该分形上限尺度，确定有机外绝缘表面的分形维度。本实用新型专利技术能够实现对有机外绝缘表面形貌的分形特征的准确分析。

An organic external insulation surface topography analysis device based on Fractal Theory

The utility model provides an organic external insulation surface topography analysis device based on fractal theory, which relates to the technical field of power system. The surface scanning data of the external insulation surface in the measurement plane is obtained, and the projection plane is set up. The fractal structure is determined according to the iterative parameters, and the projection area is covered by the projection plane, and the projection area is determined to be larger than the projection plane in the projection plane. If less than or equal, the projection plane is divided and the current is determined. The iterative parameters correspond to the number of the cubes, and the iterative parameters are updated and the fractal structure is returned to judge the cube. If it is larger, the length of the cube is judged according to the number of cubes and the fractal structure corresponding to the iterative parameters, and a linear regression relationship is determined. The absolute value of the slope is obtained and the upper limit of the fractal is determined. According to the fractal upper limit scale, the fractal dimension of the organic external insulation surface is determined. The utility model can accurately analyze the fractal characteristics of the surface morphology of the organic external insulation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置
本技术涉及电力系统
，尤其涉及一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置。
技术介绍
当前，由于我国能源区域与电力负荷区域呈逆向分布，因此大规模远距离输电是解决能源区域与电力负荷区域呈逆向分布的合理途径。在输电方式中，架空线路输电是最主要的方式。在架空线路输电领域中，需要应用大量的绝缘子，绝缘子是在机械上固定、电气上隔离高压导体的绝缘部件，高压电气设备中所有暴露在大气中的绝缘部分都属于高压外绝缘。绝缘子是架空输电线路的重要组成部分，架空输电线路的绝缘主要是外绝缘，一般采用有机材料构成的复合绝缘子。由有机材料构成的复合绝缘子，如复合绝缘子的高温硫化硅橡胶表面具有优异的憎水性以及其特有的憎水迁移性是保证其优异电气性能的关键。一般而言，物质的表面憎水性是物质的表面形貌结构与物质的表面化学成分共同作用的结果。高温硫化硅橡胶的表面一般并非一个理想的平面，而是一个存在一定粗糙特征的具有复杂物理结构的表面。更具体地而言，高温硫化硅橡胶的表面是一个具体分形特征的表面。分形广泛地存在与自然界中，其定义为“一个粗糙或零碎的几何形状，可以分成数个部分，且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”，分形具有自相似的性质，这有助于将分形理论应用于实际的物理结构表征和分析当中。对于一个分形表面，其表面憎水性随着表面分形维度的增加而增加，因此，就复合绝缘子用高温硫化硅橡胶而言，其表面的分形特征是有助于提升其憎水性的。换而言之，在分析高温硫化硅橡胶的表面憎水性时，有必要考虑该表面的表面分形特性。然而，在目前关于复合绝缘子表面憎水性的研究中，主要关注了表面化学成分对憎水性的影响，而关于表面形貌结构，特别是表面分形特性对憎水性的影响的研究尚不充分，这主要是因为针对有机外绝缘表面形貌的表征方法，特别是高温硫化硅橡胶表面分形特性分析方法的欠缺和不足所导致的。综上可知，寻找一种基于分形理论的可以适用于有机外绝缘表面形貌分形特性的分析方法是十分必要的。
技术实现思路
本技术的实施例提供一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置，以解决现有技术中缺少对有机外绝缘表面形貌分形特征的分析的问题。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置，包括：有机外绝缘表面扫描数据获取单元，用于将待分析有机外绝缘表面样品通过原子力显微镜进行扫描测量，获得一测量平面内的有机外绝缘表面扫描数据，并确定进行扫描测量时的分辨率；投影平面设置单元，用于设置一与所述测量平面的尺寸相同的投影平面；迭代参数及立方体处理单元，用于设置初始迭代参数和初始分形结构判断立方体，或者根据更新后的迭代参数，对分形结构判断立方体进行更新；所述初始分形结构判断立方体的体积为所述分辨率的立方；所述初始分形结构判断立方体能够覆盖在所述投影平面上，其覆盖所述投影平面的面积为所述分辨率的平方；分形结构判断立方体覆盖单元，用于通过分形结构判断立方体覆盖到所述投影平面，并确定分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积是否大于所述测量平面在所述投影平面的投影面积；若大于，则执行线性回归关系确定单元的步骤；若小于等于，则执行投影平面分割单元的步骤；投影平面分割单元，用于将所述投影平面根据分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积进行分割，形成各分割平面；所述分割平面的尺寸为分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积；覆盖立方体数量生成单元，用于在每个分割平面对应的测量平面上确定一子测量平面，确定覆盖所述子测量平面所需的立方体数量；并将各分割平面对应的各子测量平面所需的立方体数量叠加求和，生成当前迭代参数对应的覆盖立方体数量；迭代参数更新单元，用于将当前迭代参数加1，以生成更新后的迭代参数；在迭代参数更新单元的步骤处理完成之后返回执行迭代参数及立方体处理单元的步骤；线性回归关系确定单元，用于根据各迭代参数对应的覆盖立方体数量和分形结构判断立方体的边长，确定一线性回归关系；分形上限尺度确定单元，用于根据所述线性回归关系的斜率的绝对值，确定有机外绝缘表面的分形上限尺度；分形维度确定单元，用于根据所述有机外绝缘表面的分形上限尺度，确定有机外绝缘表面的分形维度。此外，所述投影平面设置单元，具体用于：设置一与所述测量平面的尺寸相同的投影平面，使得所述测量平面和投影平面上的组成单元一一对应；各组成单元的尺寸被确定为进行扫描测量时的分辨率的平方：a2。此外，所述迭代参数及立方体处理单元，具体用于：设置初始迭代参数为k＝1；根据所述初始迭代参数确定初始分形结构判断立方体；所述初始分形结构判断立方体的体积为a3×2k-1＝a3。进一步的，所述迭代参数及立方体处理单元，具体还用于：根据更新后的迭代参数k，确定分形结构判断立方体的体积为a3×2k-1。此外，所述投影平面分割单元，具体用于：将所述投影平面根据分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积进行分割，形成数量为m的各分割平面；其中，S为投影平面的尺寸面积；a2×2k-1为分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积。此外，所述线性回归关系确定单元，具体用于：采用最小二乘法，对各迭代参数k对应的覆盖立方体数量n(k)和分形结构判断立方体的边长a×2k-1在双对数坐标中进行一次线性回归分析，确定覆盖立方体数量n(k)和分形结构判断立方体的边长a×2k-1在所述双对数坐标中的一线性回归关系。此外，所述分形上限尺度确定单元，具体用于：在所述双对数坐标中确定所述线性回归关系的斜率的绝对值等于2时对应的各迭代参数k中的最大值kmax；根据所述最大值kmax确定有机外绝缘表面的分形上限尺度为a×2kmax-1。此外，所述分形维度确定单元，具体用于：在小于所述有机外绝缘表面的分形上限尺度a×2kmax-1的范围内，确定覆盖立方体数量n(k)和分形结构判断立方体的边长a×2k-1的线性回归关系的斜率的绝对值，作为有机外绝缘表面的分形维度D。本技术实施例提供的一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置，首先获得测量平面内有机外绝缘表面扫描数据，并设置投影平面；根据迭代参数确定分形结构判断立方体；覆盖到投影平面，并确定投影面积是否大于测量平面在投影平面的投影面积；若小于等于，则进行投影平面分割，确定当前迭代参数对应的覆盖立方体数量，并更新迭代参数，并返回更新分形结构判断立方体；若大于，则根据各迭代参数对应的覆盖立方体数量和分形结构判断立方体的边长，确定一线性回归关系，得到斜率的绝对值，确定分形上限尺度；根据该分形上限尺度，确定有机外绝缘表面的分形维度。本技术能够将原子力显微镜的扫描测量技术和分形特性数字处理技术结合起来，从而实现对有机外绝缘表面形貌的分形特征的分析，其结果准确，过程简单方便。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置，其特征在于，包括：有机外绝缘表面扫描数据获取单元，用于将待分析有机外绝缘表面样品通过原子力显微镜进行扫描测量，获得一测量平面内的有机外绝缘表面扫描数据，并确定进行扫描测量时的分辨率；投影平面设置单元，用于设置一与所述测量平面的尺寸相同的投影平面；迭代参数及立方体处理单元，用于设置初始迭代参数和初始分形结构判断立方体，或者根据更新后的迭代参数，对分形结构判断立方体进行更新；所述初始分形结构判断立方体的体积为所述分辨率的立方；所述初始分形结构判断立方体能够覆盖在所述投影平面上，其覆盖所述投影平面的面积为所述分辨率的平方；分形结构判断立方体覆盖单元，用于通过分形结构判断立方体覆盖到所述投影平面，并确定分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积是否大于所述测量平面在所述投影平面的投影面积；若大于，则执行线性回归关系确定单元的步骤；若小于等于，则执行投影平面分割单元的步骤；投影平面分割单元，用于将所述投影平面根据分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积进行分割，形成各分割平面；所述分割平面的尺寸为分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积；覆盖立方体数量生成单元，用于在每个分割平面对应的测量平面上确定一子测量平面，确定覆盖所述子测量平面所需的立方体数量；并将各分割平面对应的各子测量平面所需的立方体数量叠加求和，生成当前迭代参数对应的覆盖立方体数量；迭代参数更新单元，用于将当前迭代参数加1，以生成更新后的迭代参数；在迭代参数更新单元的步骤处理完成之后返回执行迭代参数及立方体处理单元的步骤；线性回归关系确定单元，用于根据各迭代参数对应的覆盖立方体数量和分形结构判断立方体的边长，确定一线性回归关系；分形上限尺度确定单元，用于根据所述线性回归关系的斜率的绝对值，确定有机外绝缘表面的分形上限尺度；分形维度确定单元，用于根据所述有机外绝缘表面的分形上限尺度，确定有机外绝缘表面的分形维度。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置，其特征在于，包括：有机外绝缘表面扫描数据获取单元，用于将待分析有机外绝缘表面样品通过原子力显微镜进行扫描测量，获得一测量平面内的有机外绝缘表面扫描数据，并确定进行扫描测量时的分辨率；投影平面设置单元，用于设置一与所述测量平面的尺寸相同的投影平面；迭代参数及立方体处理单元，用于设置初始迭代参数和初始分形结构判断立方体，或者根据更新后的迭代参数，对分形结构判断立方体进行更新；所述初始分形结构判断立方体的体积为所述分辨率的立方；所述初始分形结构判断立方体能够覆盖在所述投影平面上，其覆盖所述投影平面的面积为所述分辨率的平方；分形结构判断立方体覆盖单元，用于通过分形结构判断立方体覆盖到所述投影平面，并确定分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积是否大于所述测量平面在所述投影平面的投影面积；若大于，则执行线性回归关系确定单元的步骤；若小于等于，则执行投影平面分割单元的步骤；投影平面分割单元，用于将所述投影平面根据分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积进行分割，形成各分割平面；所述分割平面的尺寸为分形结构判断立方体在所述投影平面的投影面积；覆盖立方体数量生成单元，用于在每个分割平面对应的测量平面上确定一子测量平面，确定覆盖所述子测量平面所需的立方体数量；并将各分割平面对应的各子测量平面所需的立方体数量叠加求和，生成当前迭代参数对应的覆盖立方体数量；迭代参数更新单元，用于将当前迭代参数加1，以生成更新后的迭代参数；在迭代参数更新单元的步骤处理完成之后返回执行迭代参数及立方体处理单元的步骤；线性回归关系确定单元，用于根据各迭代参数对应的覆盖立方体数量和分形结构判断立方体的边长，确定一线性回归关系；分形上限尺度确定单元，用于根据所述线性回归关系的斜率的绝对值，确定有机外绝缘表面的分形上限尺度；分形维度确定单元，用于根据所述有机外绝缘表面的分形上限尺度，确定有机外绝缘表面的分形维度。2.根据权利要求1所述的基于分形理论的有机外绝缘表面形貌分析装置，其特征在于，所述投影平面设置单元，具体用于：设置一与所述测量平面的尺寸相同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高岩峰，卢毅，陈原，李炜，丁斌，李鑫，张旭，范硕超，王馨，王珣，龚延兴，王辉，张吉飞，龚志峰，王勇，康铁锋，杨静，王书渊，贾立宁，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司张家口供电公司，华北电力科学研究院有限责任公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：河北,13