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新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷定位方法

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电网技术 2017年第9期41卷 3083-3089页

作者：谢敏周凯赵世林何珉张福忠四川大学电气信息学院四川省成都市610065

为解决传统时域反射法(time domain reflectometry,TDR)和宽频阻抗谱法(broadband impedance spectroscopy,BIS)对电缆微弱局部缺陷进行定位时存在的问题,提出一种新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷精确定位方法。首先结合电缆分布... 详细信息

为解决传统时域反射法(time domain reflectometry,TDR)和宽频阻抗谱法(broadband impedance spectroscopy,BIS)对电缆微弱局部缺陷进行定位时存在的问题,提出一种新型基于反射系数谱的电力电缆局部缺陷精确定位方法。首先结合电缆分布参数模型及精细频谱分析、Kaiser窗、距离窗处理技术详细阐明了反射系数谱定位方法的基本原理;然后对不同损伤程度的电缆缺陷进行建模定位仿真,检验该方法的可行性与识别灵敏度;最后在实验室65.5 m长的10 kV交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆上制作了微弱局部缺陷对该方法的准确性进行了验证。仿真和实验结果表明:该方法能对不同损伤程度的某些局部缺陷进行有效定位,即使电缆损伤程度较弱时,该方法也具有较高的识别灵敏度和识别精度,定位误差微弱缺陷的识别能力更强;与BIS法相比,该方法所需测试频率更低,所需测试点数更少。

关键词：微弱缺陷反射系数谱精细频谱分析 Kaiser窗距离窗

基于改进光度立体的圆柱电池表面缺陷检测系统

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传感技术学报 2024年第9期37卷 1525-1534页

作者：胡锦超吴静静江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

为了解决圆柱电池外观人工检测效率低、精度低的问题,设计了一套基于改进光度立体的圆柱电池表面缺陷检测系统。首先针对单一光源照明下电池表面图像中划伤、凹凸等缺陷灰度差异微小的问题,通过设计一种四个方向光源照明装置,提高缺陷... 详细信息

为了解决圆柱电池外观人工检测效率低、精度低的问题,设计了一套基于改进光度立体的圆柱电池表面缺陷检测系统。首先针对单一光源照明下电池表面图像中划伤、凹凸等缺陷灰度差异微小的问题,通过设计一种四个方向光源照明装置,提高缺陷图像对比度;其次根据微弱缺陷深度变化显著的特点,提出基于改进光度立体的三维形貌重建方法,快速重建电池表面深度图像;并结合深度信息的方向差异性,提出多通道图像融合算法,提取和融合深度特征和表面曲率特征,增强微弱缺陷对比度;最后设计基于YOLOv5网络的多级融合模型完成缺陷的检测。试验结果表明,所设计检测系统对于电池表面缺陷检测精度可达到99.8%,稳定性和实时性良好,在实际工业场景中具有较好的可行性。

关键词：光度立体视觉多通道图像融合 YOLOv5 检测圆柱电池微弱缺陷

基于改进光度立体法的电池表面缺陷识别方法研究

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基于改进光度立体法的电池表面缺陷识别方法研究

作者：胡锦超江南大学

学位级别：硕士

圆柱形锂电池作为新能源汽车、家用电器、移动电子设备的主要电力来源,然而在其制造过程中可能由于外部因素造成表面出现尺度不一的划伤、凹陷、针眼和脏污等缺陷。这些缺陷可能会导致电解液泄露、内部短路。严重影响电池性能,甚至爆炸... 详细信息

圆柱形锂电池作为新能源汽车、家用电器、移动电子设备的主要电力来源,然而在其制造过程中可能由于外部因素造成表面出现尺度不一的划伤、凹陷、针眼和脏污等缺陷。这些缺陷可能会导致电解液泄露、内部短路。严重影响电池性能,甚至爆炸引发火灾等安全隐患。因此在电池生产工艺过程中,行业对电池的外观瑕疵检测要求越来越高。基于机器视觉的缺陷识别技术凭借着高效率、高精度、低成本等优势在工业场景中应用广泛。但是对于尺度较小、特征信息较少的微弱缺陷,采用传统的图像采集方法往往出现微弱缺陷成像不显著问题,且基于二维图像处理方法对于微弱缺陷的识别较为困难,无法满足目前的高精度识别要求,仍是目前识别领域中的一个瓶颈问题。而基于三维图像缺陷识别技术由于高精度等优势成为当前的研究热点,故研究一种鲁棒、高效的电池表面三维微弱缺陷识别方法,具有重要的理论研究意义与实际应用价值。本课题以圆柱形锂电池表面缺陷作为研究对象,为了解决缺陷识别效率低、精度低的问题,设计了一套基于改进光度立体法的圆柱电池表面缺陷识别方法。对电池表面光度立体成像系统方案、形貌三维重建方法、微弱缺陷特征增强方法、缺陷识别等方面开展了研究,主要的工作内容如下。(1)电池表面缺陷识别系统总体方案设计。首先,针对传统单一方向光源照明下,电池表面二维灰度图像中划伤、凹凸等缺陷灰度差异微小的问题,通过分析待研究对象和识别需求,研究了一种基于改进的快速光度立体近场光源照明方案。对电池端面设计了分区环形光源图像采集系统,电池圆周面设计了线阵条纹光源图像采集系统,并在此基础上优化了采集装置的空间布局。其次,对比研究了合适的信号触发方式,设计采集信号时序图,协调触发相机和光源有序变化以采集电池表面多角度光照图像。最后,根据电池缺陷特点研究并设计了有效的图像处理算法,并设计了多工位、多线程并行处理的软件流程,提高系统的识别效率。(2)基于改进光度立体的电池表面三维重建方法。首先,针对电池圆周面使用线阵相机难以对同一位置采集多角度光照图像的问题,本课题通过条纹光源构建圆周面多角度近场光照成像模型,并提出了一种图像数据拆分方法对圆周面图像进行拆分重组以获得圆周面多角度光照图像。其次,针对经典光度立体法中要求表面为朗伯反射性质、光线为平行光等前提条件的限制和重建速度较慢等问题,提出了一种基于漫反射标定球、标定板的标定方法,对近场光照模型下的计算误差进行修正。利用光源俯角和方位角等先验信息优化法向量求解过程,耗时缩减为经典算法耗时的52%。并根据图像尺寸预构造高度求解稀疏矩阵,以实现电池形貌的快速三维重建。最后,针对电池的光滑圆周面在图像采集时易产生高反光问题,提出了一种基于Mask匀光和引导滤波的镜面反射分量去除算法,利用YUV色度空间亮度通道作为引导图,对估计的镜面反射分量图与原图像差分后进行灰度拉伸,抑制了高反光区域,提高了电池三维形貌重建的精度。(3)基于多通道图像融合的微弱缺陷增强方法。光度立体三维重建有效加强了图像中尺度较大的缺陷特征对比度,然而对于浅划伤、浅凹陷一类的微弱缺陷纹理依然不显著。针对存在方向敏感且高度变化不大的微弱缺陷的识别率低下的问题,通过分析微弱缺陷高度特征呈现角度敏感性特点,结合深度信息的方向差异性提出了一种基于法向量图、深度图的多通道图像融合算法。首先根据彩色图像的不同通道分量图与缺陷特征信息的相关性,分析微弱缺陷在不同通道图像上的对比度,其次分别抽取深度特征相关性高的单通道分量图,最后通过交叉试验赋予最佳权重系数比例进行融合。使得融合后的单张图像中包含更多的微弱缺陷特征信息,相较于深度图PSNR提高了166.7%,清晰度提高了240.7%,方差提高了65.2%,从而增强了微弱缺陷的突显度,更好地输入到后续识别模型中,提高微弱缺陷识别率。(4)基于多尺度网络的电池表面缺陷识别方法。由于电池表面轮廓复杂多样,缺陷种类繁多,尺度变化范围大,出现的位置随机。针对传统图像处理算法对电池表面缺陷识别能力较弱等问题,提出了一种基于改进YOLOv5的电池表面缺陷识别方法。首先在主干层中通过构建Ghost Bottleneck模块替换原网络卷积模块,提取更多的特征图的同时减少主干层的计算量。其次在原网络颈部层的基础上构建多注意力融合机制,充分利用前序主干层提取的特征信息进行融合,并引入CBAM模块,保证检测位置的精确度,使得改进后网络训练预测的m AP@0.5提高了1.35%,有效地提高了网络对微弱缺陷的识别能力。最后设计了一种多级模型融合方法和融合决策准则,对电池各表面的多视图识别结果进行最终判定。综上所述,本课题研究了电池表面高对比度成像方法、快速三维重建方法、微弱缺陷增强和识别方法。利用集成开发环境设计了一套圆柱电池表面缺陷识别系统和操控软件,主要包含登录模块、自动检测模块、离线示教模块、参数设置模块和

关键词：光度立体视觉 Mask高光抑制多通道图像融合深度学习识别圆柱形锂电池微弱缺陷

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基于振荡波的干式空心电抗器绝缘检测系统

沈阳工业大学学报 2020年第6期42卷 601-606页

作者：陈凌王京保刘睿刘策向天堂国网四川省电力公司电力科学研究院成都610000 国网四川省电力公司广安供电局成都610000 保定天威新域科技发展有限公司技术中心河北保定071000 河北农业大学机电工程学院河北保定071001

针对干式空心电抗器匝间绝缘事故频繁发生的问题,提出了在振荡波下进行局部放电的绝缘检测方法,设计了一种能有效避免绝缘故障的干式空心电抗器绝缘检测系统.根据现场技术指标要求,通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型确定系统中关键参数,... 详细信息

针对干式空心电抗器匝间绝缘事故频繁发生的问题,提出了在振荡波下进行局部放电的绝缘检测方法,设计了一种能有效避免绝缘故障的干式空心电抗器绝缘检测系统.根据现场技术指标要求,通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型确定系统中关键参数,利用试验平台对系统参数进行验证.结果表明,系统能有效地检测到故障电抗器两端电压振荡波的衰减和频率变化,通过引入局部放电检测手段,系统能清晰直观地检测出电抗器可能存在的微弱缺陷,及时发现干式空心电抗器早期绝缘故障,杜绝恶性事故的发生.

关键词：干式空心电抗器绝缘检测电压振荡波 MATLAB/Simulink软件振荡频率充电电容局部放电微弱缺陷

基于小波包分解的干式空心电抗器故障检测方法研究

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电力科学与工程 2024年第8期40卷 37-46页

作者：陈裕田罗日成俞乾王昱彤刘娟陈子琪高凯长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410004 国网湖南省综合能源服务有限公司湖南长沙410004

针对干式空心电抗器匝间短路故障频繁发生的问题,通过分析35kV干式空心并联电抗器匝间短路过程中状态参数的变化,提出了基于小波包分解的干式空心电抗器故障特征提取及检测方法。首先建立了电抗器的正常、故障(同股匝间短路及异股匝间短... 详细信息

针对干式空心电抗器匝间短路故障频繁发生的问题,通过分析35kV干式空心并联电抗器匝间短路过程中状态参数的变化,提出了基于小波包分解的干式空心电抗器故障特征提取及检测方法。首先建立了电抗器的正常、故障(同股匝间短路及异股匝间短路)状况下的电路模型,给出了各电气参数的计算方法,搭建了MATLAB/Simulink仿真电路,运用小波包分解方法分析了电抗器正常、故障状况下流经电抗器总电流的变化规律;其次,根据分解结果,提取和分析各个频段节点信号的能量特征,通过相同频段节点信号的差异对比,实现了电抗器运行状态判断;最后针对电抗器匝间短路时初期电气量变化不明显导致误判的问题,运用熵权法对电流平均值的差值和余弦相似度进行加权计算,提高了故障检测的精度。实验结果表明:将故障工况下的电流进行小波包分解能准确识别匝间短路故障,可以为干式空心电抗器的运行提供理论参考。

关键词：干式空心电抗器绝缘检测小波包分析微弱缺陷