一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法技术

本发明专利技术公开了一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，所述方法包括：安装断路器储能弹簧性能检测的装置，基于所述断路器分合闸，采集弹簧释能过程的图像序列及弹簧冲击产生的震动信号；对所述弹簧释能过程的图像序列进行预处理，对所述弹簧冲击产生的震动信号进行滤波处理；确定储能弹簧性能评估的有效时间域；对所述有效时间域内的所有弹簧匝数进行计算并编号，得到弹簧目标和初始识别域；调整识别域，得到储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置；得到变化曲线图；将所有弹簧匝数的坐标数据和预处理后的震动信号代入断路器储能弹簧性能评估函数。在本发明专利技术实施中，实现对断路器储能弹簧总体性能的评估。

A method of detecting the performance of energy storage spring of circuit breaker by combining image and vibration signal

【技术实现步骤摘要】
一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法
本专利技术涉及电气设备故障诊断的
，尤其涉及一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法。
技术介绍
高压断路器运行的可靠性对电网的保护与控制至关重要。断路器本体之外的机械操动装置被称为操动机构，其中弹簧操动机构因储能电源容量小，维护简洁等优点使用最为普遍。随着断路器服役年限的延长，因制造工艺、材料缺陷、环境因素等原因，操动机构中的弹簧难免出现锈蚀、老化、疲劳、应振动松弛等问题，直接影响断路器分合闸的速度。弹簧性能的劣化诱发断路器动作延迟甚至拒动等现象，严重影响断路器的安全稳定运行。通常定期巡检时需要观察断路器储能弹簧状况，但在不拆解弹簧情况下，仅凭人工的巡视无法准确判断弹簧的疲劳状态及部分缺陷。目前，对大多弹簧性能通常采用弹簧疲劳试验机，在设定负载下检测，但断路器储能弹簧不便反复拆解，且无法保证再次安装后设备的稳定可靠。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，实现对断路器储能弹簧总体性能的评估。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，所述方法包括：在断路器待检弹簧上安装断路器储能弹簧性能检测的装置，并基于所述断路器分合闸的过程中，通过所述装置采集弹簧释能过程的图像序列及弹簧冲击产生的震动信号；对所述弹簧释能过程的图像序列进行预处理，得到预处理后的图像序列，对所述弹簧冲击产生的震动信号进行滤波处理，得到预处理后的震动信号；基于所述预处理后的图像序列和所述预处理后的震动信号，确定储能弹簧性能评估的有效时间域；对所述有效时间域内的所有弹簧匝数进行计算并编号，得到弹簧目标和初始识别域；基于所述初始识别域识别所述弹簧目标，并调整识别域，得到储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置；基于所述储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置，得到变化曲线图；基于所述变化曲线图得到所述有效时间域内的所有弹簧匝数的坐标数据，并结合所述预处理后的震动信号，代入断路器储能弹簧性能评估函数；通过所述断路器储能弹簧性能评估函数的结果，对弹簧的性能进行评估。可选的，所述断路器储能弹簧性能检测的装置包括：主机、光源、高速相机、相机支架和振动传感器；所述高速相机的镜头径向对所述准断路器待检弹簧，使得弹簧位于图像正中央。可选的，所述基于所述预处理后的图像序列和所述预处理后的震动信号，确定储能弹簧性能评估的有效时间域包括：基于帧间逐点差分的算法确定储能弹簧性能评估的有效时间域；基于所述储能弹簧性能评估的有效时间域得到储能弹簧运动开始后的n帧图像序列；基于所述储能弹簧运动开始后的n帧图像序列记录开始帧时刻t0，以及n帧图像序列结束时刻t1，所述储能弹簧性能评估的有效时间域为t0～t1。可选的，所述基于帧间逐点差分的算法确定储能弹簧性能评估的有效时间域包括：统计相邻两帧对应点像素差值大于第一预设值的数量q，并设定图像总像素点个数的第二预设值为阈值；若所述数量q超过所述阈值，则得到该帧为弹簧释能的开始帧。可选的，所述确定储能弹簧性能评估的有效时间域还包括：通过所述弹簧释能的开始帧的帧号除以相机帧率确定时间t0，并设弹簧释能开始后的第n帧图像释能结束，得到弹簧释能的结束帧；最后一帧通过所述弹簧释能的结束帧的帧号除以相机帧率确定时间t1；基于所述时间t0和时间t1，得到所述储能弹簧性能评估的有效时间域为t0～t1。可选的，所述对所述有效时间域内的所有弹簧匝数进行计算并编号，得到弹簧目标和初始识别域包括：基于截线边缘检测的算法，通过计算得到弹簧匝数m，并对所述每匝弹簧进行编号，得到m1个弹簧目标和m2个初始识别域。可选的，所述基于截线边缘检测的算法，通过计算得到弹簧匝数m，并对所述每匝弹簧进行编号，得到m1个弹簧目标和m2个初始识别域包括：提取首帧图像，通过储能弹簧整体作为目标，基于NCC算法全域搜索出弹簧区域；将弹簧轴线方向设置一根贯穿弹簧的直线，沿所述直线上的像素值绘制曲线；其中，所述直线经过每匝弹簧时会同时出现上升沿和下降沿；基于所述直线经过每匝弹簧，依次从上往下对所述每匝弹簧进行编号，得到编号后的弹簧；基于所述编号后的弹簧，得到m1个弹簧目标和m2个初始识别域。可选的，所述基于所述初始识别域识别所述弹簧目标，并调整识别域，得到储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置包括：基于NCC算法在第i个识别域内识别第i匝弹簧目标；基于动态识别域调整的算法，结合所述第i匝弹簧目标在上一帧和该帧的位置动态调整识别域；重复所述动态调整识别域，得到储能弹簧所有匝在第k帧图像序列中的位置为止，之后转向下一帧。可选的，所述动态识别域调整的算法的具体计算公式如下：其中，表示第k+1帧第i匝的识别域中心，表示第k帧的第i匝目标的水平坐标，表示第k-1帧的第i匝目标的水平坐标，表示第k-2帧的第i匝目标的水平坐标，表示第k帧的第i匝目标的垂向坐标，表示第k-1帧的第i匝目标的垂向坐标，表示第k-2帧的第i匝目标的垂向坐标。可选的，所述基于所述储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置，得到变化曲线图包括：基于所述储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置，分析n帧弹簧释能过程图像序列；通过n帧弹簧释能过程图像序列得到m匝弹簧的坐标x-时间t的变化曲线图。在本专利技术实施中，运用高速相机捕捉断路器储能弹簧释能过程，获得弹簧释放过程图像序列；与此同时在弹簧固定端与基座连接处安装振动传感器，获得弹簧释能时冲击产生的振动；结合图像和振动信号综合评估断路器储能弹簧性能；识别像弹簧图像这类含重复结构的目标，算法的准确度和精度直接影响方法的实用价值；NCC算法有着识别精度高、抗噪声干扰能振动强、抗灰度值线性变换能振动强等优点，匹配弹簧图像时，在基础上设定识别域限制跟踪范围，优化运算速度及准确度，减少误匹配；最后根据在弹簧释能过程中，匝距变化及振动信号，代入储能弹簧性能评估函数，实现对断路器弹簧总体性能的评估。附图说明为了更清楚地说明本专利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，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例中的联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例中断路器弹簧性能检测专用装置示意图；图3是本专利技术实施例中断路器弹簧截线边缘检测法示意图；图4是本专利技术实施例中识别域自动调整示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，其特征在于，所述方法包括：/n在断路器待检弹簧上安装断路器储能弹簧性能检测的装置，并基于所述断路器分合闸的过程中，通过所述装置采集弹簧释能过程的图像序列及弹簧冲击产生的震动信号；/n对所述弹簧释能过程的图像序列进行预处理，得到预处理后的图像序列，对所述弹簧冲击产生的震动信号进行滤波处理，得到预处理后的震动信号；/n基于所述预处理后的图像序列和所述预处理后的震动信号，确定储能弹簧性能评估的有效时间域；/n对所述有效时间域内的所有弹簧匝数进行计算并编号，得到弹簧目标和初始识别域；/n基于所述初始识别域识别所述弹簧目标，并调整识别域，得到储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置；/n基于所述储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置，得到变化曲线图；/n基于所述变化曲线图得到所述有效时间域内的所有弹簧匝数的坐标数据，并结合所述预处理后的震动信号，代入断路器储能弹簧性能评估函数；/n通过所述断路器储能弹簧性能评估函数的结果，对弹簧的性能进行评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，其特征在于，所述方法包括：
在断路器待检弹簧上安装断路器储能弹簧性能检测的装置，并基于所述断路器分合闸的过程中，通过所述装置采集弹簧释能过程的图像序列及弹簧冲击产生的震动信号；
对所述弹簧释能过程的图像序列进行预处理，得到预处理后的图像序列，对所述弹簧冲击产生的震动信号进行滤波处理，得到预处理后的震动信号；
基于所述预处理后的图像序列和所述预处理后的震动信号，确定储能弹簧性能评估的有效时间域；
对所述有效时间域内的所有弹簧匝数进行计算并编号，得到弹簧目标和初始识别域；
基于所述初始识别域识别所述弹簧目标，并调整识别域，得到储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置；
基于所述储能弹簧的所有弹簧匝数在所述预处理后的图像序列中的位置，得到变化曲线图；
基于所述变化曲线图得到所述有效时间域内的所有弹簧匝数的坐标数据，并结合所述预处理后的震动信号，代入断路器储能弹簧性能评估函数；
通过所述断路器储能弹簧性能评估函数的结果，对弹簧的性能进行评估。


2.根据权利要求1所述的联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，其特征在于，所述断路器储能弹簧性能检测的装置包括：主机、光源、高速相机、相机支架和振动传感器；所述高速相机的镜头径向对所述准断路器待检弹簧，使得弹簧位于图像正中央。


3.根据权利要求1所述的联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，其特征在于，所述基于所述预处理后的图像序列和所述预处理后的震动信号，确定储能弹簧性能评估的有效时间域包括：
基于帧间逐点差分的算法确定储能弹簧性能评估的有效时间域；
基于所述储能弹簧性能评估的有效时间域得到储能弹簧运动开始后的n帧图像序列；
基于所述储能弹簧运动开始后的n帧图像序列记录开始帧时刻t0，以及n帧图像序列结束时刻t1，所述储能弹簧性能评估的有效时间域为t0～t1。


4.根据权利要求3所述的联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，其特征在于，所述基于帧间逐点差分的算法确定储能弹簧性能评估的有效时间域包括：
统计相邻两帧对应点像素差值大于第一预设值的数量q，并设定图像总像素点个数的第二预设值为阈值；
若所述数量q超过所述阈值，则得到该帧为弹簧释能的开始帧。


5.根据权利要求4所述的联合图像和振动信号的断路器储能弹簧性能检测方法，其特征在于，所述确定储能弹簧性能评估的有效时间域还包括：
通过所述弹簧释能的开始帧的帧号除以相机帧率确定时间t0，并设弹簧释能开始后的第n帧图像释能结束，得到弹簧释能的结束帧；
最后一...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏小飞，黄辉敏，陈庆发，雷一鸣，吕泽承，苏毅，芦宇峰，杨健，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45