基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置，诊断装置包括X射线源、IP板/DR板、成像模块、识别模块和接口模块，X射线源发出X光射线，通过IP板/DR板的过滤后照射到成像模块上进行成像，成像模块和识别模块相互连接，进行数据传输，识别模块通过和接口模块通过底板连接在一起，并通过设置在底板上的线路进行数据传输。采用本发明设计后，与已有气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的X射线数字成像检测技术相比，本发明至少具有以下优点：1、体积小，且方便安装；2、由于使用专业芯片实现图像识别算法，所以检测速度快，可靠性高；3、功耗低，供电方便；4、实时输出诊断结果的延时≤20ms。
【专利说明】基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置
【技术领域】
[0001] 本发明公开一种故障诊断装置，特别是一种基于图像识别的气体绝缘金属封闭开 关设备故障诊断装置，属于智能电网在线监测及其应用领域，特别是涉及气体绝缘金属封 闭开关设备故障诊断领域。
【背景技术】
[0002] 气体绝缘金属封闭开关简称GIS，因其是全封闭结构，不受外界环境(如：潮湿、雨 水和污秽等）的影响、运行可靠性高、安装速度快、检修间隔时间长、运行费用低而且占地面 积也比较小等优点，符合城市规划和美观的要求，现已成为国内外输配电行业开关设备中 最尖端和最有竞争力的设备。通过对GIS设备事故的分析发现，大部分严重事故，未能通过 现有的检测手段在缺陷发展初期被发现，导致击穿、烧损等严重事故的发生。因此，采取有 效、可靠的检测与诊断，使缺陷消除在萌芽状态，避免严重事故发生，已成为GIS设备可靠 运行的迫切需求。X射线数字成像检测技术CR，DR实现了 GIS设备内部结构的"可视化" 诊断，有效地解决了 GIS设备内部结构复杂，且充有SF6绝缘气体、解体困难、检修技术含量 高、耗时长、停电损失大等检测难题，为设备故障的准确定性及定位提供了极大的方便，同 时也为设备的状态检修提供了有力的技术支持。
[0003] 针对GIS的X射线数字成像检测技术，目前有：1、GE采用PC机实现检测中的图像 识别技术（闻斌，何喜梅，吴童生，王志惠，李生平.GIS设备X射线可视化检测技术[J].中 国电力.2010(07) )。2、青海电力研究院也实现了一种基于X射线数字成像检测技术(闻斌， 何喜梅，吴童生，王志惠，李生平.X射线数字成像检测系统在GIS设备中的应用[J].高压 电器.2010(11))。
[0004] 目前，已有针对GIS的X射线数字成像检测技术的缺点在于严重依赖PC机，以致 体积大、成本高、处理速度慢且可靠性低，并且设备不能安装于GIS旁边，中间还需要增加 数据传输部分，提高了施工的难度，且不利于系统的日常维护。
【发明内容】
[0005] 针对上述提到的现有技术中的GIS的X射线数字成像检测装置体积大、成本高、处 理速度慢且可靠性低的缺点，本发明提供一种新的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关 设备故障诊断装置，其通过特殊的电路结构设计，一种体积小，检测速度快，可靠性高，功耗 低，且安装方便的气体绝缘金属封闭开关设备（GIS)故障诊断装置。
[0006] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于图像识别的气体绝缘金属封 闭开关设备故障诊断装置，诊断装置包括X射线源、IP板/DR板、成像模块、识别模块和接口 模块，X射线源发出X光射线，通过IP板/DR板的过滤后照射到成像模块上进行成像，成像 模块和识别模块相互连接，进行数据传输，识别模块通过和接口模块通过底板连接在一起， 并通过设置在底板上的线路进行数据传输。
[0007] 本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
[0008] 所述的成像模块和识别模块通过电缆相互连接。
[0009] 所述的IP板或DR板）的最大面积是410 X 410mm。
[0010] 所述的X射线源包括高压电源模块、市电/蓄电池、控制器、和X射线管，市电/蓄 电池给高压电源模块提供电源，控制器控制高压电源模块为X射线管提供灯丝电流和高压 场电压，并且实时的把高压电源的实时电压电流信息反馈给控制器。
[0011] 所述的X射线源还包括冷却系统，控制器控制冷却系统工作，给X射线管进行冷 却，市电/蓄电池为冷却系统提供电源。
[0012] 所述的成像模块包括CMOS图像传感器、FPGA核心控制模块和LVDS传输模块，CMOS 图像传感器用于视频数据的获取，FPGA核心控制模块完成对CMOS图像传感器图像采集部 分的控制、数据缓存及传送接口控制，将CMOS图像传感器采集的视频数据通过LVDS传输模 块传送到识别模块。
[0013] 所述的FPGA核心控制模块使用ALTERA公司或XILINX公司的芯片。
[0014] 所述的识别模块包括LVDS输入接口、DSP模块、SDRAM模块和LVDS输出接口，LVDS 输入接口和LVDS输出接口分别连接在DSP模块上，SDRAM模块连接在DSP模块上。
[0015] 所述的识别模块所使用算法为图像匹配方法。
[0016] 所述的接口模块包括LVDS输入接口、FPGA模块、PHY模块、zigbee模块和WI-FI 模块，PHY模块、zigbee模块和WI-FI模块分别连接在FPGA模块上。
[0017] 本发明的有益效果是：采用本发明设计后，与已有气体绝缘金属封闭开关设备 (GIS)的X射线数字成像检测技术相比，本发明至少具有以下优点：1、体积小，且方便安装； 2、由于使用专业芯片实现图像识别算法，所以检测速度快，可靠性高；3、功耗低，供电方便； 4、实时输出诊断结果的延时彡20ms。
[0018] 以上所述仅是本发明方案概述，为了更清楚说明本发明的技术手段，下面将结合 附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的组成示意图。
[0020] 图2为本发明X射线源实现框图。
[0021] 图3为本发明成像模块实现框图。
[0022] 图4为本发明识别模块实现框图。
[0023] 图5为本发明接口模块实现框图。
【具体实施方式】
[0024] 本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近 似的，均在本发明保护范围之内。
[0025] 本发明主要为一种基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置，请 参看附图1，本发明主要包括X射线源11、IP板或DR板12、成像模块13、识别模块14和接 口模块15, X射线源11发出X光射线，通过IP板或DR板12的过滤后照射到成像模块13 上进行成像，成像模块13和识别模块14通过电缆17相互连接，进行数据传输，识别模块14 通过和接口模块15通过底板18连接在在一起，并通过设置在底板18上的线路进行数据传 输，本实施例中采用的IP板或DR板12的最大面积是410 X 410mm。
[0026] 请结合参看附图2,本实施例中采用X射线源11的最大能量是350KV，X射线源11 主要包括高压电源模块21、市电/蓄电池24、控制器23、冷却系统25和X射线管22,高压 电源模块21由220伏市电（或蓄电池）24提供基本电源，高压电源模块21受控制器23的 精确控制为X射线管22提供灯丝电流(即提供自由活的电子群)和高压场电压(用于使电子 群高速运动)，并且实时的把高压电源21的实时电压电流信息反馈给控制器23。同时，控制 器23还控制冷却系统25工作，给X射线管22进行冷却，220伏市电（或蓄电池）24同时为 冷却系统25提供基本电源。
[0027] 请结合参看附图3,本实施例中，成像模块13采用CMOS和FPGA实现成像的数字 化，成像模块13主要包括CMOS图像传感器31、FPGA核心控制模块32和LVDS传输模块33， FPGA使用ALTERA公司或XILINX公司的芯片，用于将IP板或DR板的影响转换为易于识别 模块使用的数字信号，本实施例中，CMOS图像传感器31主要负责视频数据的获取，FPGA核 心控制模块32完成对CMOS图像传感器31图像采集部分的控制、数据缓存及传送接口控 制，将CMOS图像传感器31采集的视频数据通过LVDS传输模块33最终传送到识别模块14。
[0028] 请结合参看附图4,本实施例中，识别模块14主要包括LVDS输入接口 52、DSP模 块53、SDRAM模块56和LVDS输出接口 56, DSP模块53为识别模块14的核心模块，本实施 例中，DSP模块53使用TI公司或ADI公司的芯片，用于将成像进行识别，以实现故障的诊 断，LVDS输入接口 52和LVDS输出接口 56分别连接在DSP模块53上，SDRAM模块56连接 在DSP模块53上，通过DSP模块53可对视频图像进行处理、识别，并通过LVDS输出接口 56 传输给接口模块15,本实施例中，识别模块14所使用算法为图像匹配方法。
[0029] 请结合参看附图5,本实施例中，接口模块15主要包括LVDS输入接口 62、FPGA模 块65、PHY (PHY指物理层，0SI的最底层。一般指与外部信号接口的以太网芯片）模块66、 zigbee模块63和WI-FI模块67, FPGA模块65为接口模块15的核心控制模块，PHY模块 66、zigbee模块63和WI-FI模块67分别连接在FPGA模块65上，可实现多种方式输出数 据，实现输出的易用性和便捷性，实时输出诊断结果的延时< 20ms。
[0030] 可见，本发明采用专用模块实现气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断，具有体积 小，检测速度快，可靠性高，功耗低，且安装方便的特点。
[0031] 采用本发明设计后，与已有气体绝缘金属封闭开关设备（GIS)的X射线数字成像 检测技术相比，本发明至少具有以下优点：1、体积小，且方便安装；2、由于使用专业芯片实 现图像识别算法，所以检测速度快，可靠性高；3、功耗低，供电方便；4、实时输出诊断结果 的延时< 20ms。
[0032] 以上所述，仅是本发明的典型实施案例而已，并非对本发明作任何形式上的限制， 本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本 发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置，其特征是：所述的 诊断装置包括X射线源（11)、IP板/DR板（12)、成像模块（13)、识别模块（14)和接口模块 (15)，X射线源（11)发出X光射线，通过IP板/DR板（12)的过滤后照射到成像模块（13) 上进行成像，成像模块（13)和识别模块（14)相互连接，进行数据传输，识别模块（14)通过 和接口模块（15)通过底板（18)连接在一起，并通过设置在底板（18)上的线路进行数据传 输。
2. 根据权利要求1所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置， 其特征是：所述的成像模块（13)和识别模块（14)通过电缆（17)相互连接。
3. 根据权利要求1所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置， 其特征是：所述的IP板或DR板（12)的最大面积是410 X 410mm。
4. 根据权利要求1或2或3所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊 断装置，其特征是：所述的X射线源（11)包括高压电源模块（21)、市电/蓄电池（24)、控制 器（23)、和X射线管（22)，市电/蓄电池（24)给高压电源模块（21)提供电源，控制器（23) 控制高压电源模块（21)为X射线管（22 )提供灯丝电流和高压场电压，并且实时的把高压电 源（21)的实时电压电流信息反馈给控制器（23)。
5. 根据权利要求4所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置， 其特征是：所述的X射线源（11)还包括冷却系统（25)，控制器（23)控制冷却系统（25)工 作，给X射线管（22)进行冷却，市电/蓄电池（24)为冷却系统（25)提供电源。
6. 根据权利要求1或2或3所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障 诊断装置，其特征是：所述的成像模块（13)包括CMOS图像传感器（31 )、FPGA核心控制模块 (32 )和LVDS传输模块（33 )，CMOS图像传感器（31)用于视频数据的获取，FPGA核心控制模 块（32)完成对CMOS图像传感器（31)图像采集部分的控制、数据缓存及传送接口控制，将 CMOS图像传感器（31)采集的视频数据通过LVDS传输模块（33)传送到识别模块（14)。
7. 根据权利要求6所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置， 其特征是：所述的FPGA核心控制模块（32)使用ALTERA公司或XILINX公司的芯片。
8. 根据权利要求1或2或3所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊 断装置，其特征是：所述的识别模块（14)包括LVDS输入接口（52)、DSP模块（53)、SDRAM模 块（56 )和LVDS输出接口（ 56 )，LVDS输入接口（ 52 )和LVDS输出接口（ 56 )分别连接在DSP 模块（53 )上，SDRAM模块（56 )连接在DSP模块（53 )上。
9. 根据权利要求8所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障诊断装置， 其特征是：所述的识别模块（14)所使用算法为图像匹配方法。
10. 根据权利要求1或2或3所述的基于图像识别的气体绝缘金属封闭开关设备故障 诊断装置，其特征是：所述的接口模块（15)包括LVDS输入接口（62)、FPGA模块（65)、PHY模 块（66)、zigbee 模块（63)和 WI-FI 模块 | (67)，PHY 模块（66)、zigbee 模块（63)和 WI-FI 模块（67 )分别连接在FPGA模块（65 )上。
【文档编号】H02B13/065GK104113001SQ201310137869
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】吴忠, 俞培祥, 潘杰, 徐华, 李国广, 林钧, 周平, 沈中元, 夏锐 申请人:衢州电力局, 领步科技集团有限公司