一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法技术

本发明专利技术涉及一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法，包括如下步骤：获取变压器油在光源透过小孔照射下的全息图像信息并进行再现处理；基于再现处理后的重建图，获取微粒的相位面积信息和相位高度信息，基于所述相位面积信息和所述相位高度信息计算变压器油中颗粒的体积。根据无透镜装置检测出的变压器油中的杂质颗粒来判断变压器的运行状态，为变压器的故障检测提供依据。与现有技术相比，本发明专利技术具有视场大，大通量快速测量、操作简便、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法


[0001]本专利技术涉及光学元件、系统或仪器领域，尤其是涉及一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法。

技术介绍

[0002]作为电力系统中不可替代的部分，电力变压器的安全运行越来越重要，在运行过程中，变压器油发挥着绝缘，散热和消弧的作用。但是变压器油在长期使用过程中，会产生一些杂质颗粒，如铁颗粒、纤维素和气泡等。杂质颗粒的增加会直接导致变压器油的绝缘性降低，对变压器的安全运行产生很大影响。所以对变压器油颗粒物质污染程度的检测尤为重要，目前的检测方法包括气相色谱法，光学显微镜计数法和颗粒计数器法。这些方法用途广泛，功能十分强大，足以满足各种检测任务，但是成本较高，对操作人员的专业知识要求也比较高，而且对实验的检测环境要求苛刻，导致检测任务更加复杂。
[0003]中国专利申请号CN 202111479913.2公开了一种基于无透镜全息显微的变压器油杂质检测装置，包括光阑，用以调节光束范围和大小，以获取图像，光阑为孔径光阑；LED光源，用以通过光阑的孔直接照射所要观测的变压器油样本表面；CCD相机，用以采集LED光源照射后的物光和未经过LED光源直接照射的参考光干涉形成的全息图像；计算机，用以接收CCD相机获取的所述全息图像并进行图像处理、全息重建，获取变压器油样本的真实形态以进行检测，LED光源、光阑和CCD相机由上至下依次设置，且LED光源、光阑的孔和CCD相机位于同一直线上。
[0004]上述专利具有操作简便、耗时短、成本低等优点，但是，上述专利通过获取气泡数量实现杂质气体含量的测定，通过这一手段得到的杂质测定结果是模糊的，不精确的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法和设备，以通过无透镜全息显微的手段，实现针对变压器油中微粒的定量检测。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的一个方面，提供了一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法，包括如下步骤：包括如下步骤：
[0008]获取变压器油在光源透过小孔照射下的全息图像信息并进行再现处理，获取重建图；
[0009]基于所述重建图，获取微粒的相位面积信息和相位高度信息，基于所述相位面积信息和所述相位高度信息计算变压器油中颗粒的体积。
[0010]作为优选的技术方案，获取变压器油在光源照射下的全息图像信息并进行再现处理的过程包括如下步骤：
[0011]获取变压器油在光源透过小孔照射条件下记录平面的全息图像信息，基于角谱重
建理论获取变压器油的相位信息，获取所述重建图。
[0012]作为优选的技术方案，所述的重建图采用下式获取：
[0013]H(f
x
,f
y
)＝H0(f
x
,f
y
)H
D
(f
x
,f
y
)
[0014][0015]其中，U(x0,y0)表示经傅里叶逆变换后所述重建图中(x0,y0)点的取值，FT
‑1[ ]表示傅里叶逆变换，表示孔径平面上的光波场的频谱，H
D
(f
x
,f
y
)为光波在自由空间的传播函数，f
x
，f
y
是x和y方向的空间频率，H(f
x
,f
y
)是传播函数的傅里叶变换。
[0016]作为优选的技术方案，所述的相位面积信息采用下式获取：
[0017][0018]其中，S
p
表示相位面积，N为被测样品所占的像素点数，ΔS
i
为单个像素点对应的像元面积。
[0019]作为优选的技术方案，所述的相位高度信息采用下式获取：
[0020][0021]其中，表示物体的相位分布，k为波数，n
oil
是变压器油的折射率，n
p
是变压器油中杂质颗粒的折射率。
[0022]作为优选的技术方案，所述的光源为波长300
‑
900nm的弱相干LED光源，所述小孔的孔径为50
‑
100μm。
[0023]作为优选的技术方案，通过CMOS传感器获取所述全息图像信息。
[0024]本专利技术的另一个方面，提供了一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微设备，包括计算设备以及沿同一直线设置的光源、小孔、盖玻片、变压器油和图像传感器，其中，所述计算设备与所述图像传感器连接，所述盖玻片与所述图像传感器抵接，所述小孔与所述盖玻片之间的距离为第一距离，所述盖玻片与所述图像传感器的距离为第二距离，所述第一距离远大于所述第二距离，所述的计算设备用于通过所述图像传感器获取全息图像信息，根据所述全息图像信息，基于角谱理论衍射获取再现光波长的复振幅分布信息，计算微粒的相位面积信息和相位高度信息，基于所述相位面积信息和所述相位高度信息计算变压器油中颗粒的体积。
[0025]作为优选的技术方案，所述的图像传感器为CMOS传感器，所述的光源为弱相干LED光源。
[0026]作为优选的技术方案，所述小孔的孔径为50
‑
100μm。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028](1)实现变压器油中微粒的定量检测，检测精度高：不同于现有方法基于气泡数量进行杂质含量的测定的方案，本专利技术基于处理后的全息图像信息，获取微粒的相位面积信息和相位高度信息，最后定量计算变压器油中颗粒的准确体积，并且本专利技术能够检测的杂质不仅限于气体，可以检测气体、固体颗粒等图像能够捕捉到的杂质。根据无透镜装置检测出的变压器油中的杂质颗粒来判断变压器的运行状态，为变压器的故障检测提供依据。
[0029](2)结构简单，检测速度快且成本低：利用无透镜全息显微技术，可以更快更直接地对变压器油的质量进行检测，测定油中杂质颗粒的体积，以此来判断运行状态，为准确评估变压器的状况和提前发现潜在的问题提供了便利。与传统检测方法相比，本申请视场大，且检测速度更快，整个装置构造简单，不依赖透镜就可以成像，降低了检测成本，是一种具有成本效益的技术。并通过检测油中已知颗粒的尺寸参数进一步验证了无透镜装置的检测精度，使其具有更高的商用价值。
附图说明
[0030]图1为实施例中用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法的流程图；
[0031]图2为实施例中用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微设备的结构示意图，
[0032]其中，1、光源，2、小孔，3、变压器油，4、盖玻片，5、CMOS图像传感器。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法，其特征在于，包括如下步骤：获取变压器油在光源透过小孔照射下的全息图像信息并进行再现处理，获取重建图；基于所述重建图，获取微粒的相位面积信息和相位高度信息，基于所述相位面积信息和所述相位高度信息计算变压器油中颗粒的体积。2.根据权利要求1所述的一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法，其特征在于，获取变压器油在光源照射下的全息图像信息并进行再现处理的过程包括如下步骤：获取变压器油在光源透过小孔照射条件下记录平面的全息图像信息，基于角谱重建理论获取变压器油的相位信息，获取所述重建图。3.根据权利要求1所述的一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法，其特征在于，所述的重建图采用下式获取：H(f
x
，f
y
)＝H0(f
x
，f
y
)H
D
(f
x
，f
y
)其中，U(x0，y0)表示经傅里叶逆变换后所述重建图中(x0，y0)点的取值，FT
‑1[]表示傅里叶逆变换，表示孔径平面上的光波场的频谱，H
D
(f
x
，f
y
)为光波在自由空间的传播函数，f
x
，f
y
是x和y方向的空间频率，H(f
x
，f
y
)是传播函数的傅里叶变换。4.根据权利要求1所述的一种用于定量检测变压器油中微粒的无透镜全息显微方法，其特征在于，所述的相位面积信息采用下式获取：其中，S
p
表示相位面积，N为被测样品所占的像素点数，Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛亮，李欣泽，万艺坤，周佳豪，徐羽飞，侯铭言，江超，焦哲晶，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：