一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法技术

一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法，包括：S1、准备多个绝缘材料样品，并得到各样品的耐漏电起痕等级；S2、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射各绝缘材料样品，获得对应的等离子体特征光谱数据；S3、建立等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系；S4、使用激光诱导击穿光谱方法，用相同能量的脉冲激光光束照射待测绝缘材料，获得待测绝缘材料的等离子体特征光谱数据；S5、根据待测绝缘材料表面产生的等离子体特征光谱数据，利用所述函数关系，确定待测绝缘材料的耐漏电起痕等级。利用本方法可以对绝缘材料进行远程、带电的现场测试，快速测量耐漏电起痕等级。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法
本专利技术属于材料耐漏电起痕测量技术，具体涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法。
技术介绍
目前测量硅橡胶材料耐漏电起痕性能的标准为GB/T6553-2014(严酷环境条件下使用的电气绝缘材料评定耐电痕化和蚀损的试验方法)。在此标准下，需要制备标准大小的硅橡胶片，配制标准污秽夜，在某一特定测试等级下对同种硅橡胶材料进行5次斜面法试验。通常至少要经过两种测试等级才能确定硅橡胶的耐漏电起痕等级。这种方法过程繁杂，需要制样、配制溶剂、加电压、测量时间长(每次最长6小时)，不利用于快速确定硅橡胶耐漏电起痕等级，也无法应用于现场测量。激光诱导击穿光谱技术(Laser-induceBreakdownSpectroscopy，简称LIBS)是通过将脉冲激光聚焦到待测样品表面进行烧蚀，从而产生等离子体，等离子体冷却时发出与元素含量有紧密联系的特征光谱，利用光谱仪采集特征光谱，可以实现对样品的成分分析。
技术实现思路
本专利技术主要是针对用传统方法测量绝缘材料耐漏电起痕性能时，过程繁杂，需要制样、配制污染液、加电压操作、测量时间长，也无法应用于现场测量等不足之处，提出一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法，可以进行远程、带电的现场测试，快速而精确地测量绝缘材料耐漏电起痕性能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法，包括以下步骤：S1、准备耐漏电起痕等级不同的多个绝缘材料样品，并得到各样品的耐漏电起痕等级；S2、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射各绝缘材料样品，获得不同耐漏电起痕等级对应的等离子体特征光谱数据；S3、建立激光诱导击穿光谱方法对不同耐漏电起痕等级的绝缘材料产生的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系；S4、使用激光诱导击穿光谱方法，用相同能量的脉冲激光光束照射待测绝缘材料，获得待测绝缘材料的等离子体特征光谱数据；S5、根据待测绝缘材料表面产生的等离子体特征光谱数据，利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系，确定待测绝缘材料的耐漏电起痕等级。进一步地：所述绝缘材料为硅橡胶材料，所述硅橡胶材料是通过调整氢氧化铝与白炭黑填料的份数对耐漏电起痕性能进行调节。步骤S1中，各样品的耐漏电起痕等级通过斜面法测量得到。步骤S1中，所述斜面法判断样品无法通过测试的标准是检查泄漏电流是否大于60mA并持续2s以上。步骤S2中，在各样品的表面选择3到5个测量点，每个点轰击50到100下，得到各样品的等离子体特征光谱数据集。步骤S2中，等离子体特征光谱数据包括谱线强度，建立一个等离子体特征光谱数据集，每一列记录一次LIBS测试光谱在不同波段上的强度，建立另一个数据集记录每次LIBS测试对应的样品的耐漏电起痕等级。步骤S3中，利用等离子体特征光谱数据与对应的耐漏电起痕等级训练神经网络的权重，训练得到神经网络分类模型；步骤S5中，根据步骤S4中测量的等离子体特征光谱数据，利用训练好的神经网络分类模型进行预测分类，确定待测绝缘材料的耐漏电起痕等级。步骤S3中，所述神经网络的输入为一次LIBS测试的光谱数据，输出为耐漏电起痕等级，用一个n×1矩阵表示，(1，0，…，0)，(0，1，…，0)，…，(0，0，…，1)分别表示n个不同的耐漏电起痕等级，所述神经网络包含了多个隐含层，从用于训练神经网络的数据集中随机划分预定比例的数据对作为训练集，另一预定比例的数据作为验证集，剩下的数据作为预测集。步骤S4中，对同一样品进行多次LIBS测试，步骤S5中，并将多次LIBS测试的光谱数据输入到所述神经网络中得到相应的耐漏电起痕等级预测结果，将每个等级出现的次数进行归一化，得到当前样品属于特定等级的概率。作为所述函数关系的自变量的等离子体特征光谱数据可为部分谱线数据或全谱线数据；光谱数据与耐漏电起痕等级的之间的数学模型使用偏最小二乘法拟合等其他机器学习算法模型。本专利技术的有益效果：本专利技术利用在激光能量不变的情况下，硅橡胶材料中不同份数的氢氧化铝与白炭黑填料会导致光谱信号发生改变，因此可以先通过传统方法如斜面法测定不同填料份数的高温胶的耐漏电起痕等级，并对每个样品进行LIBS测试，将高能脉冲聚焦到硅橡胶材料表面上进行烧蚀产生等离子体，利用光谱仪采集等离子体特征光谱数据，建立光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系，则可以通过测量未知样品的光谱数据，应用上述对应关系即可实现LIBS技术对耐漏电起痕等级的测量。优选地，可利用光谱数据与对应的耐漏电起痕等级训练神经网络的权重，则可以通过测量未知样品的光谱数据，应用上述神经网络模型进行计算分类，从而实现LIBS技术对耐漏电起痕等级的测量。本专利技术可应用于对现场的远程、带电的绝缘材料进行耐漏电起痕等级测量，快速地判断复合绝缘材料如绝缘子的硅橡胶材料的耐漏电起痕等级，获得其运行状态。相比现有的测量方法，本专利技术的方法具有无需特别取样，操作方便，分析速度快的优点，可以在停电检修期间对杆塔的多个绝缘子串和单支绝缘子的多个伞裙进行表面耐漏电起痕等级测量。通过本专利技术的应用，可以快速判定输电线路器件的绝缘材料的耐漏电起痕等级，根据实际情况进行器件的更换或者维护，保证电力系统的安全运行。附图说明图1为本专利技术基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法一种实施例的流程图。图2为本专利技术一个具体实施例中建立的神经网络结构示意图。图3为本专利技术一个具体实施例中的神经网络训练结果(1200组数据)。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1，在一种实施例中，一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法，包括以下步骤：S1、准备耐漏电起痕等级不同的多个绝缘材料样品，并得到各样品的耐漏电起痕等级；S2、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射各绝缘材料样品，获得不同耐漏电起痕等级对应的等离子体特征光谱数据；S3、建立激光诱导击穿光谱方法对不同耐漏电起痕等级的绝缘材料产生的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系；S4、使用激光诱导击穿光谱方法，用相同能量的脉冲激光光束照射待测绝缘材料，获得待测绝缘材料的等离子体特征光谱数据；S5、根据待测绝缘材料表面产生的等离子体特征光谱数据，利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系，确定待测绝缘材料的耐漏电起痕等级。在典型的实施例中，所述绝缘材料为硅橡胶材料，所述硅橡胶材料是通过调整氢氧化铝与白炭黑填料的份数对耐漏电起痕性能进行调节。在典型的实施例中，步骤S1中，各样品的耐漏电起痕等级通过斜面法测量得到。在优选的实施例中，步骤S1中，所述斜面法判断样品无法通过测试的标准是检查泄漏电流是否大于60mA并持续2s以上。在优选的实施例中，步骤S2中，在各样品的表面选择3到5个测量点，每个点轰击50到100下，得到各样品的等离子体特征光谱数据集。在优选的实施例中，步骤S2中，等离子体特征光谱数据包括谱线强度，建立一个等离子体特征光谱数据集，每一列记录一次LIBS测试光谱在不同波段上的强度，建立另一个数据集记录每次LIBS测试对应的样品的耐漏电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、准备耐漏电起痕等级不同的多个绝缘材料样品，并得到各样品的耐漏电起痕等级；S2、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射各绝缘材料样品，获得不同耐漏电起痕等级对应的等离子体特征光谱数据；S3、建立激光诱导击穿光谱方法对不同耐漏电起痕等级的绝缘材料产生的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系；S4、使用激光诱导击穿光谱方法，用相同能量的脉冲激光光束照射待测绝缘材料，获得待测绝缘材料的等离子体特征光谱数据；S5、根据待测绝缘材料表面产生的等离子体特征光谱数据，利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系，确定待测绝缘材料的耐漏电起痕等级。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导击穿光谱技术的耐漏电起痕测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、准备耐漏电起痕等级不同的多个绝缘材料样品，并得到各样品的耐漏电起痕等级；S2、使用激光诱导击穿光谱方法，用脉冲激光光束照射各绝缘材料样品，获得不同耐漏电起痕等级对应的等离子体特征光谱数据；S3、建立激光诱导击穿光谱方法对不同耐漏电起痕等级的绝缘材料产生的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系；S4、使用激光诱导击穿光谱方法，用相同能量的脉冲激光光束照射待测绝缘材料，获得待测绝缘材料的等离子体特征光谱数据；S5、根据待测绝缘材料表面产生的等离子体特征光谱数据，利用步骤S3得到的等离子体特征光谱数据与耐漏电起痕等级的函数关系，确定待测绝缘材料的耐漏电起痕等级。2.如权利要求1所述的耐漏电起痕测量方法，其特征在于，所述绝缘材料为硅橡胶材料，所述硅橡胶材料是通过调整氢氧化铝与白炭黑填料的份数对耐漏电起痕性能进行调节。3.如权利要求1或2所述的耐漏电起痕测量方法，其特征在于，步骤S1中，各样品的耐漏电起痕等级通过斜面法测量得到。4.如权利要求3所述的耐漏电起痕测量方法，其特征在于，步骤S1中，所述斜面法判断样品无法通过测试的标准是检查泄漏电流是否大于60mA并持续2s以上。5.如权利要求1至4任一项所述的耐漏电起痕测量方法，其特征在于，步骤S2中，在各样品的表面选择3到5个测量点，每个点轰击50到100下，得到各样品的等离子体特征光谱数据集。6.如权利要求1至5任一项所述的耐漏电起痕测量方法，其特征在于，步骤S2中，等离子体特征光谱数据包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王希林，陈凭，洪骁，贾志东，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44