一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统的制作方法

1.本发明涉及母线槽温升检测技术领域，特别是一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统。


背景技术：

2.母线槽是一种导体系统形式的封闭成套设备，具有体积小、输送电流大、安装灵活等优点，在现代大中型企业和高层建筑等场所得到了广泛应用。为了验证母线槽输送电流的能力和安全性，需要对其进行温升试验，对其通以额定工作电流至稳定状态，检测其温升情况，验证其温升极限是否超标。
3.当前的温升检测方法为点式检测，即在母线槽的插接、连接处及外壳等部位布置测温点，来检测其温升情况。这种方法不能全面地测试和分析母线槽内部的温度分布情况，很难发现存在于母线槽内部的质量隐患。同时，随着母线槽的逐渐普及，在实际使用中也要求知道母线槽内外部的温度场分布以及随时间的变化情况，以全面判断母线槽的质量，改进母线槽的设计，评估母线槽外部温度场对周围设备的影响。如何实现母线槽内部空间和外部空间的全面温升检测，成为当前亟需解决的重要难题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统及方法，首先逐步扫描通电母线槽混合空间局部热图像，基于双目视觉原理，进行热图像拼接得到混合空间整体热图像，再进行立体重构，获取母线槽混合空间温度场；接着基于空间位置
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温度信息，计算母线槽混合空间的温度梯度分布，以分层聚类方式得到温度梯度突变界面，以温度梯度突变界面为中间界面将母线槽混合空间分割为母线槽外部空间和母线槽内部空间，从母线槽混合空间温度场中去掉母线槽内部空间获得母线槽外部空间温度场，以温度梯度突变界面的温度分布作为母线槽内部空间的温度场外表面边界条件；然后基于母线槽内部空间的温度场外表面边界条件和母线槽内部设计结构参数，以有限元方式反向求解母线槽内部空间温度场；最后基于以上步骤，获取并记录母线槽从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态的全过程温度场分布，建立一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统。
5.本发明的技术方案为，一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统，由四个检测模块组成，包括母线槽混合空间温度场检测模块、母线槽外部空间温度场检测模块、母线槽内部空间温度场检测模块和全过程温度场分布检测模块。
6.所述母线槽混合空间温度场检测模块，是在逐步扫描母线槽混合空间局部热图像的基础上，进行热图像拼接，得到混合空间整体热图像，再进行热图像立体重构，获取母线槽混合空间温度场。
7.所述母线槽外部空间温度场检测模块，是接收母线槽混合空间温度场检测模块的空间位置
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温度信息，计算母线槽混合空间的温度梯度分布，通过分层聚类方式求取温度梯
度突变界面，再以温度梯度突变界面为中间界面将母线槽混合空间分割为母线槽外部空间和母线槽内部空间，从母线槽混合空间温度场中减去母线槽内部空间进而得到母线槽外部空间温度场，以温度梯度突变界面的温度分布作为母线槽内部空间的温度场外表面边界条件。
8.所述母线槽内部空间温度场检测模块，是接收来自母线槽外部空间温度场检测模块的母线槽内部空间温度场外表面边界条件，结合母线槽内部设计结构参数，以有限元方式反向求解母线槽内部空间温度场。
9.所述全过程温度场分布检测模块，是从时间上实现一个周期的温度场检测，在此过程中，母线槽从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态，母线槽混合空间温度场检测模块、母线槽外部空间温度场检测模块、母线槽内部空间温度场检测模块持续工作，获取并记录各温度场分布变化情况。
10.一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统，其检测方法包括以下步骤：
11.步骤1：逐步扫描母线槽混合空间局部热图像，进行热图像拼接，得到混合空间整体热图像；
12.步骤2：进行混合空间整体热图像的立体重构，获取母线槽混合空间温度场；
13.步骤3：计算母线槽混合空间的温度梯度分布，通过分层聚类方式求取温度梯度突变界面；
14.步骤4：以温度梯度突变界面为中间界面将母线槽混合空间分割为母线槽外部空间和母线槽内部空间，得到母线槽外部空间温度场；
15.步骤5：以温度梯度突变界面的温度分布作为母线槽内部空间温度场外表面边界条件，结合母线槽内部设计结构参数，以有限元方式反向求解母线槽内部空间温度场；
16.步骤6：获取并记录母线槽从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态的全过程温度场分布，建立一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统。
17.为了对本技术方案进行进一步补充，所述热图像拼接包括图像预处理、图像配准和图像融合，得到混合空间整体热图像。
18.为了对本技术方案进行进一步补充，所述热图像立体重构包括参数标定、立体匹配和三维重构。
19.本发明的有益效果：
20.1.本发明建立了全面获取母线槽所在混合空间温度场的方法，解决了母线槽所在混合空间温度场残缺和深度信息丢失的问题；
21.2.本发明建立了母线槽所在混合空间温度场的温度梯度突变界面计算方法，为母线槽所在混合空间温度场的分割提供了基础依据；
22.3.本发明建立了通过有限元方式反向求解母线槽内部空间温度场的方法，避免了繁琐的电流
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磁场
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温度场耦合有限元计算；
23.4.本发明建立了从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态的母线槽全过程温度场分布检测方法，有利于全面判断母线槽的质量，改进母线槽的设计，评估母线槽外部温度场对周围设备的影响。
附图说明
24.图1是一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统模块结构图；
25.图2是母线槽混合空间整体热图像获取流程图；
26.图3是母线槽混合空间温度场获取流程图；
27.图4是温度梯度突变界面获取流程图；
28.图5是母线槽混合空间温度场的结构图；
29.图6是母线槽内部空间温度场获取流程图；
30.图7母线槽全过程温度场分布检测流程图。
具体实施方式
31.本发明的技术方案为，一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统，如图1所示，由四个检测模块组成，包括母线槽混合空间温度场检测模块、母线槽外部空间温度场检测模块、母线槽内部空间温度场检测模块和全过程温度场分布检测模块。
32.所述母线槽混合空间温度场检测模块，是在逐步扫描母线槽混合空间局部热图像的基础上，进行热图像拼接，得到混合空间整体热图像，再进行热图像立体重构，获取母线槽混合空间温度场。所述热图像拼接包括图像预处理、图像配准和图像融合，得到混合空间整体热图像。所述热图像立体重构包括参数标定、立体匹配和三维重构。
33.所述母线槽外部空间温度场检测模块，是接收母线槽混合空间温度场检测模块的空间位置
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温度信息，计算母线槽混合空间的温度梯度分布，通过分层聚类方式求取温度梯度突变界面，再以温度梯度突变界面为中间界面将母线槽混合空间分割为母线槽外部空间和母线槽内部空间，从母线槽混合空间温度场中减去母线槽内部空间进而得到母线槽外部空间温度场，以温度梯度突变界面的温度分布作为母线槽内部空间的温度场外表面边界条件。。
34.所述母线槽内部空间温度场检测模块，是接收来自母线槽外部空间温度场检测模块的母线槽内部空间温度场外表面边界条件，结合母线槽内部设计结构参数，以有限元方式反向求解母线槽内部空间温度场。。
35.所述全过程温度场分布检测模块，是从时间上实现一个周期的温度场检测，在此过程中，母线槽从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态，母线槽混合空间温度场检测模块、母线槽外部空间温度场检测模块、母线槽内部空间温度场检测模块持续工作，获取并记录各温度场分布变化情况。
36.本发明一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统，其检测方法包括以下步骤：
37.步骤1:逐步扫描母线槽混合空间局部热图像，进行热图像拼接，得到混合空间整体热图像，具体步骤为：
38.s1:将母线槽混合空间分为若干局部空间，逐步扫描局部空间的热图像；
39.s2:将局部空间的热图像逐一作为待拼接图，与基准图(初始为空)一起进行预处理，再进行图像配准和图像融合，直到拼接完成得到混合空间整体热图像；
40.步骤2:对混合空间整体热图像进行热图像立体重构，获取母线槽混合空间温度场，具体步骤为：
41.s1:使用均匀分布的发热薄板和纸质掩膜板，通过定位发热特征区域来定位角点，实现参数标定；
42.s2:综合使用边缘点和兴趣点匹配算法实现立体匹配；
43.s3:建立对应点关系，通过视差原理和三角运算实现三维重构；
44.步骤3:计算母线槽混合空间的温度梯度分布，通过分层聚类方式求取温度梯度突变界面，具体步骤为：
45.s1:基于混合空间点的x轴、y轴、z轴坐标以及温度信息，分别计算温度对应x轴、y轴、z轴的梯度变化，得到整体混合空间温度梯度分布情况；
46.s2:将温度梯度值作为点参数，开始把每个点参数作为一类，按照数值相似度进行合并实现分层聚类，将梯度突变聚类层作为温度梯度突变界面；
47.步骤4:以温度梯度突变界面为基准将母线槽混合空间分割为母线槽外部空间和母线槽内部空间，得到母线槽外部空间温度场；
48.步骤5:以温度梯度突变界面的温度分布作为母线槽内部空间温度场外表面边界条件，结合母线槽内部设计结构参数，以有限元方式反向求解母线槽内部空间温度场，具体步骤为：
49.s1:结合母线槽内部空间温度场外表面边界条件和母线槽内部设计结构参数作为有限元计算的初始条件；
50.s2:根据母线槽内部设计结构参数进行有限元网格划分，建立动态温度场方程进行从外表面向内部空间反向求解，得到母线槽内部空间温度场；
51.步骤6:获取并记录母线槽从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态的全过程温度场分布，建立一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统，具体步骤为：
52.s1:将母线槽通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态；
53.s2:在上述s1的过程中，持续循环进行上述步骤1～步骤5的过程，持续记录母线槽外部温度场和内部温度场。
54.结合附图对该基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统的检测方法进行说明。
55.如图2所示，逐步扫描母线槽混合空间局部热图像得到待拼接图，与基准图(初始为空)一起进行预处理，然后经过图像配准、图像融合，进行拼接是否完成的判断，未完成返回基准图进行循环，直到拼接完成，得到混合空间整体热图像；
56.如图3所示，混合空间整体热图像，依次经过参数标定、立体匹配和三维重构三个过程，得到混合空间温度场；
57.如图4所示，从混合空间温度场提取空间位置和温度，计算母线槽混合空间的温度梯度分布，通过分层聚类方式求取温度梯度突变界面；
58.如图5所示，温度梯度突变界面将将母线槽混合空间分割为母线槽外部空间和母线槽内部空间，得到母线槽外部空间温度场；
59.如图6所示，联合温度梯度突变界面的温度分布和母线槽内部设计结构参数，经过有限元反向求解，得到母线槽内部空间温度场；
60.如图7所示，从混合空间温度场求得温度梯度突变界面，进一步得到母线槽外部空
间温度场和温度梯度突变界面的温度分布，联合温度梯度突变界面的温度分布和母线槽内部设计结构参数，经过有限元反向求解，得到母线槽内部空间温度场，判断全过程检测是否完成，未完成则返回混合空间温度场进行循环，完成则得到全过程温度场分布，所述的全过程是指从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态的温度场变化全过程。
61.本发明的具体实施例：将母线槽混合空间分割为若干局部空间，使用红外热像仪逐步扫描通电母线槽混合空间局部热图像，使用python编写图像拼接和立体重构算法，在opencv框架下建立母线槽混合空间温度场检测模块；使用matlab/simulink编写温度梯度算法和分层聚类算法，得到温度梯度突变界面，建立母线槽外部空间温度场检测模块；使用ansys软件编写有限元反向计算程序，建立母线槽内部空间温度场检测模块；使用python编写各模块接口软件，在pytorch框架中记录母线槽从通电升温到稳态，再从稳态到断电降温至冷态的全过程温度场分布，建立全过程温度场分布检测模块，实现建立一种基于混合空间温度场分割重建的母线槽温升检测系统。
62.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。