复合绝缘子气隙缺陷判别方法、检测方法、装置及存储介质与流程
本发明涉及太赫兹无损检测技术领域，尤其涉及一种复合绝缘子气隙缺陷判别方法、检测方法、装置及存储介质。
背景技术：
现有的电力复合绝缘子通常包括外部护套和内部芯棒。外部护套一般采用硅橡胶材料，主要用于绝缘、环境耐受；内部芯棒设于外部护套内，整体为圆柱状实心结构，一般采用玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料，主要用于承受拉力，同时也具备绝缘性能。
在复合绝缘子制造过程和运行过程中，外部护套和内部芯棒的界面可能会发生分层从而形成气隙缺陷，而这种气隙缺陷在高压电场的作用下，会产生局部放电，长时间的局部放电会导致复合绝缘子发生断裂或击穿等问题，影响电网运行安全。因此在复合绝缘子投入使用前，有必要对其进行内部气隙缺陷检测，以排除安全隐患。
现有技术中已有的缺陷检测技术包括超声波检测技术和射线检测技术，但由于复合绝缘子内部芯棒为玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料，存在多种高分子材料的界面，传统的超声波、射线等检测技术由于衰减和干涉过大的原因，在检测复合绝缘子内部气隙等缺陷时存在精度低、识别率差等问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种复合绝缘子气隙缺陷判别方法、检测方法、装置及存储介质，能够明显提高复合绝缘子的气隙缺陷识别精度。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种复合绝缘子气隙缺陷判别方法，所述方法包括：
采集复合绝缘子的表面反射太赫兹回波和内部反射太赫兹回波；
计算表面反射太赫兹回波与内部反射太赫兹回波的相位差；
计算前一太赫兹波扫描点与当前太赫兹波扫描点所产生的内部反射太赫兹回波的幅值比；
根据所述相位差、幅值比结合预设的气隙缺陷判别条件对所述复合绝缘子进行内部气隙缺陷判别。
第二方面，本发明提供了一种复合绝缘子气隙缺陷判别装置，包括：
采集模块：用于采集复合绝缘子的表面反射太赫兹回波和内部反射太赫兹回波；
相位差计算模块：用于计算表面反射太赫兹回波与内部反射太赫兹回波的相位差；
幅值比计算模块：用于计算前一太赫兹波扫描点与当前太赫兹波扫描点所产生的内部反射太赫兹回波的幅值比；
判别模块：用于根据所述相位差、幅值比结合预设的气隙缺陷判别条件对所述复合绝缘子进行内部气隙缺陷判别。
第三方面，本发明还提供了一种复合绝缘子气隙缺陷判别装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1或2所述方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
第五方面，本发明提供了一种复合绝缘子气隙缺陷检测方法，所述方法包括：
采用第一方面所述的方法对被测复合绝缘子气隙缺陷进行判别；
当判别结果为存在内部气隙缺陷时，根据太赫兹波入射至气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷所处深度；
根据太赫兹波穿过气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷的高度；
根据被测复合绝缘子的无气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线、有气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线，确定气隙缺陷的周向及轴向尺度。
第六方面，本发明提供了一种复合绝缘子气隙缺陷检测装置，包括：第二方面所述的判别装置，还包括：
深度计算模块：当判别结果为存在内部气隙缺陷时，根据太赫兹波入射至气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷所处深度；
高度计算模块：用于根据太赫兹波穿过气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷的高度；
尺度确定模块：用于根据被测复合绝缘子的无气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线、有气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线，确定气隙缺陷的周向及轴向尺度。
第七方面，本发明还提供了一种复合绝缘子气隙缺陷检测装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面所述方法的步骤。
第八方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
基于上述技术方案，本发明提供的复合绝缘子气隙缺陷判别方法、检测方法、装置及存储介质，通过对复合绝缘子的太赫兹回波分析计算实现复合绝缘子内部气隙缺陷判别；且通过进一步对太赫兹回波曲线的分析计算能够准确地检测出气隙缺陷所处位置、周向及轴向尺度，可以精确得到缺陷区域的空间分布并对缺陷位置和大小以空间曲线图的形式直观展示，有助于设备运维人员判断缺陷严重程度，评估被测设备性能是否满足要求。
附图说明
图1是本发明实施例中采用太赫兹波扫描复合绝缘子时产生太赫兹回波的示意图；
图2是本发明实施例中被检测复合绝缘子样品的横截面示意图；
图3是本发明实施例中被检测复合绝缘子样品缺陷位置和不含缺陷位置的回波比较图；
图4是本发明实施例中被检测复合绝缘子样品缺陷范围空间曲线；
图中：1、外部护套；2、内部芯棒；3、气隙缺陷。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，不能以此来限制本发明的保护范围。
应当理解，太赫兹波从一种介质进入另一种介质必然产生太赫兹回波。本发明实施例中的太赫兹回波可以通过太赫兹波对复合绝缘子进行垂直入射扫描获取，扫描用太赫兹波波形具有2个波峰和2个波谷，频率范围为0.1～2thz，频谱分辨率为0.357ghz。本领域技术人员应当知晓，该扫描用太赫兹波的穿透力能够穿过复合绝缘子的外部护套1进入内部芯棒2，但不足以穿透复合绝缘子的整个内部芯棒2，具体如图1所示，扫描用太赫兹波a0对复合绝缘子进行垂直周向扫描时，无气隙缺陷区域仅产生两种太赫兹回波，具体包括：由外部护套1反射出的表面反射太赫兹回波ar1和由内部芯棒2反射出的内部反射太赫兹回波ar2；有气隙缺陷区域则能够且只能够产生三种太赫兹回波，具体包括：由外部护套1反射出的表面反射太赫兹回波ar1、由气隙缺陷3外表面反射出的内部反射太赫兹回波ar3(即太赫兹波从外部护套1射入气隙缺陷3时所产生的内部反射太赫兹回波)和由气隙缺陷3内表面反射出的内部反射太赫兹回波ar4(即太赫兹波从气隙缺陷3射入内部芯棒2所产生的内部反射太赫兹回波)。
本发明实施例提供的复合绝缘子气隙缺陷判别方法，包括如下步骤：
步骤101：采集复合绝缘子的表面反射太赫兹回波和内部反射太赫兹回波；
步骤102：计算表面反射太赫兹回波与内部反射太赫兹回波的相位差；
对于存在内部气隙缺陷的区域，气隙缺陷内外表面将分别产生一种内部反射太赫兹回波，应分别计算表面反射太赫兹回波与两种内部反射太赫兹回波的相位差；
步骤103：计算前一太赫兹波扫描点与当前太赫兹波扫描点所产生的内部反射太赫兹回波的幅值比。
由于空气的折射率与硅橡胶材料的折射率不同，所以太赫兹波从硅橡胶材料射入气隙缺陷产生的内部反射太赫兹回波相较于太赫兹波从硅橡胶材料射入环氧树脂复合材料产生的内部反射太赫兹回波的幅值会发生突变。
步骤104：根据所述相位差、幅值比结合预设的气隙缺陷判别条件对所述复合绝缘子进行内部气隙缺陷判别。
如图1所示，太赫兹波在异质界面的会产生回波，回波的反射系数
因此，步骤104中所述气隙缺陷判别条件包括：
若存在相位差＝±180°且存在幅值比
具体的，按照空气折射率为1、硅橡胶折射率为1.886、环氧树脂折射率为2.289，计算得出幅值比＝3.65。
本发明实施例提供的复合绝缘子气隙缺陷判别装置，可用于执行前述的复合绝缘子气隙缺陷判别方法，包括：
采集模块：用于采集复合绝缘子的表面反射太赫兹回波和内部反射太赫兹回波；
相位差计算模块：用于计算表面反射太赫兹回波与内部反射太赫兹回波的相位差；
幅值比计算模块：用于计算前一太赫兹波扫描点与当前太赫兹波扫描点所产生的内部反射太赫兹回波的幅值比；
判别模块：用于根据所述相位差、幅值比结合预设的气隙缺陷判别条件对所述复合绝缘子进行内部气隙缺陷判别。
本发明实施例还提供了一种复合绝缘子气隙缺陷判别装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述复合绝缘子气隙缺陷判别方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述复合绝缘子气隙缺陷判别方法的步骤。
基于上述技术方案，本发明提供的复合绝缘子气隙缺陷判别方法、装置及存储介质，通过对复合绝缘子的太赫兹回波分析计算实现复合绝缘子内部气隙缺陷判别，能够精确的地识别内部气隙缺陷，有助于维护电网运行安全。
本发明实施例提供的复合绝缘子气隙缺陷检测方法，可以采用前述的复合绝缘子气隙缺陷判别方法进行气隙缺陷判别，具体包括如下步骤：
步骤201：采集复合绝缘子的表面反射太赫兹回波和内部反射太赫兹回波；
步骤202：计算表面反射太赫兹回波与内部反射太赫兹回波的相位差；
步骤203：计算前一太赫兹波扫描点与当前太赫兹波扫描点所产生的内部反射太赫兹回波的幅值比。
步骤204：根据所述相位差、幅值比结合预设的气隙缺陷判别条件对所述复合绝缘子进行内部气隙缺陷判别。
气隙缺陷判别条件包括：
若存在相位差＝±180°且存在幅值比
步骤205：当判别结果为存在内部气隙缺陷时，根据太赫兹波入射至气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷所处深度，具体如下：
式中：l表示气隙缺陷所处深度；0.5·△t1表示太赫兹波入射至气隙缺陷所需时间；δt1＝t1-t0，t0表示采集到被测复合绝缘子表面反射太赫兹回波的时刻，t1表示采集到太赫兹波射入气隙缺陷时产生的内部反射太赫兹回波的时刻；c表示太赫兹波在空气中的传播速度。
步骤206：根据太赫兹波穿过气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷的高度，具体如下：
h＝0.5*δt2*c(2)
式中：h表示气隙缺陷的高度，0.5*δt2表示太赫兹波穿过气隙缺陷所需时间；δt2＝t2-t1，t1表示采集到太赫兹波射入气隙缺陷时产生的内部反射太赫兹回波的时刻；t2表示采集到太赫兹波射出气隙缺陷时产生的内部反射太赫兹回波的时刻，c表示太赫兹波在空气中的传播速度。
步骤207：根据被测复合绝缘子的无气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线、有气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线，确定气隙缺陷的周向及轴向尺度。
其中确定气隙缺陷的周向及轴向尺度的方法具体包括：
s207a：按照预设轴向扫描步长获取被测复合绝缘子进行周向太赫兹波扫描所产生的全部内部反射太赫兹回波曲线组；
s207b：根据内部反射太赫兹回波曲线计算同一扫描圆周内无气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波幅值的平均值，并根据平均值生成基准曲线；
s207c：计算同一扫描圆周内每个无气隙缺陷区域扫描点的内部反射太赫兹回波曲线与基准曲线的2-范数，记为集合x；
s207d：以x中最大值xmax对应的内部反射太赫兹回波曲线为新的基准曲线，计算同一扫描圆周内每个气隙缺陷区域扫描点的内部反射太赫兹回波曲线与新的基准曲线的2-范数，记为集合y；
s207e：将同一扫描圆周内集合x的元素与集合y的元素按照太赫兹波的扫描空间顺序进行排序，周向连续气隙缺陷区域扫描点的个数与预设周向扫描步长的乘积即为该扫描圆周对应气隙缺陷的周向尺度；
假设x＝{x1,x2,……,xn}，其中xn表示第n个无气隙缺陷区域扫描点的内部反射太赫兹回波曲线与基准曲线在整个波段范围内差值向量的2-范数，n等于同一扫描圆周内无气隙缺陷区域扫描点的总个数；y＝{y1,y2,……,ym}，其中ym表示第m个气隙缺陷区域扫描点处射入外部护套(硅橡胶材料)和内部芯棒(环氧树脂材料)气隙缺陷界面处的反射回波。
与新的基准曲线在整个波段范围内差值向量的2-范数；按照太赫兹波的扫描空间顺序排序后的顺序为{x1,x2,…xi,y1,y2，…ym,xi+1…,xn}，则气隙缺陷的周向尺度为m·△r，△r为周向扫描步长。
s207f：将所有扫描圆周对应的集合x的元素与集合y的元素按照太赫兹波的扫描空间顺序进行排序，轴向连续气隙缺陷区域扫描点的个数与预设轴向扫描步长的乘积即为气隙缺陷轴向尺度。
下面结合具体实施例对确定气隙缺陷的周向及轴向尺度的方法做进一步详细说明。
如图2所示，是被检测复合绝缘子样品的横截面示意图，采用太赫兹波沿圆周方向进行扫描检测，每个检测区间为18°，一周检测20个点。检测完一周后，沿轴向移动复合绝缘子，步长为0.5mm，扫描区域轴向总长度为8mm。
如图3所示，是将太赫兹波垂直射入复合绝缘子按照预设周向步长进行扫描所获取的太赫兹回波图，图中a所指示的波形为有气隙缺陷区域所产生的太赫兹回波，b所指示的波形为无气隙缺陷区域所产生的太赫兹回波，“☆”所标注的波峰即为对应扫描点表面反射太赫兹回波，“□”所标注的波峰即为太赫兹波由外部护套射入气隙缺陷所产生的内部太赫兹回波，“○”所标注的波峰即为太赫兹波由气隙缺陷射入内部芯棒所产生的内部太赫兹回波，其余波峰则是太赫兹波在复合绝缘子内部经多次折反射后的反射波峰。
根据图3，“☆”峰与“□”峰的时延为23.74ps，根据公式(1)，考虑到外部护套采用硅橡胶材料，其折射率为1.6，进行如下计算：
可获得气隙缺陷的深度为2.2mm。
“□”峰与“○”峰的时延为9.8ps，根据公式(2)，进行如下计算：
h＝0.5*δt2*c＝0.5*9.8*3*10-4＝0.00147mm
可获得气隙缺陷高度为1.47mm。
如图4所示，在圆周方向上无缺陷各点的太赫兹回波曲线与基准曲线的2-范数最大值为0.30，而气隙缺陷位置的太赫兹回波曲线与基准曲线的2-范数最大值为0.80。气隙缺陷在周向的范围为1.10π～1.45π之间，即从起始点开始的198°～261°范围，缺陷最大回波位置在225°处，而通过气隙缺陷区域在2-范数图像轴向上连续性，可知缺陷的轴向长度为8mm。
本发明实施例提供的复合绝缘子气隙缺陷检测装置，可以用于执行前述的复合绝缘子气隙缺陷检测方法，具体包括：
判别装置：用于判别复合绝缘子是否存在内部气隙缺陷；
深度计算模块：当判别结果为存在内部气隙缺陷时，根据太赫兹波入射至气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷所处深度；
高度计算模块：用于根据太赫兹波穿过气隙缺陷所需时间计算气隙缺陷的高度；
尺度确定模块：用于根据被测复合绝缘子的无气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线、有气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波曲线，确定气隙缺陷的周向及轴向尺度。
其中，判别装置可以采用前述复合绝缘子气隙缺陷判别方法进行气隙缺陷判别，具体可以包括如下模块结构：
采集模块：用于采集复合绝缘子的表面反射太赫兹回波和内部反射太赫兹回波；
相位差计算模块：用于计算表面反射太赫兹回波与内部反射太赫兹回波的相位差；
幅值比计算模块：用于计算前一太赫兹波扫描点与当前太赫兹波扫描点所产生的内部反射太赫兹回波的幅值比；
判别模块：用于根据所述相位差、幅值比结合预设的气隙缺陷判别条件对所述复合绝缘子进行内部气隙缺陷判别。
判别装置还可以采用如下结构，具体为：
包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述复合绝缘子气隙缺陷判别方法的步骤。
其中，所述尺度确定模块包括：
获取模块：用于按照预设轴向扫描步长获取被测复合绝缘子进行周向太赫兹波扫描所产生的全部内部反射太赫兹回波曲线组；
基准曲线生成模块：用于根据内部反射太赫兹回波曲线计算同一扫描圆周内无气隙缺陷区域的内部反射太赫兹回波幅值的平均值，并根据平均值生成基准曲线；
第一2-范数计算模块：用于计算同一扫描圆周内每个无气隙缺陷区域扫描点的内部反射太赫兹回波曲线与基准曲线的2-范数，记为集合x；
第二2-范数计算模块：用于以x中最大值xmax对应的内部反射太赫兹回波曲线为新的基准曲线，计算同一扫描圆周内每个气隙缺陷区域扫描点的内部反射太赫兹回波曲线与新的基准曲线的2-范数，记为集合y；
周向尺度确定模块：用于将同一扫描圆周内集合x的元素与集合y的元素按照太赫兹波的扫描空间顺序进行排序，周向连续气隙缺陷区域扫描点的个数与预设周向扫描步长的乘积即为该扫描圆周对应气隙缺陷的周向尺度；
轴向尺度确定模块：用于将所有扫描圆周对应的集合x的元素与集合y的元素按照太赫兹波的扫描空间顺序进行排序，轴向连续气隙缺陷区域扫描点的个数与预设轴向扫描步长的乘积即为气隙缺陷轴向尺度。
本发明实施例还提供了一种复合绝缘子气隙缺陷检测装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述复合绝缘子气隙缺陷检测方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现前述复合绝缘子气隙缺陷检测方法的步骤。
基于上述技术方案，本发明提供的复合绝缘子气隙缺陷检测方法、装置及存储介质，通过对复合绝缘子的太赫兹回波分析计算实现复合绝缘子内部气隙缺陷判别，不仅能够精确的地识别内部气隙缺陷，还可以精确得到缺陷区域的空间分布并对缺陷位置和大小以空间曲线图的形式直观展示，有助于设备运维人员判断缺陷严重程度，评估被测设备性能是否满足要求。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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