一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及物理测量技术领域，具体涉及一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.在输电线路中，绝缘子在导线和铁塔之间起着机械连接和电气绝缘的双重作用，主要包括悬式绝缘子、耐张绝缘子、横担绝缘子等。在其他应用场合中，还包括用于隔离开关和接地开关的支柱绝缘子，电压互感器、电流互感器和断路器的瓷套，以及变压器的套管等。为了保障其使用寿命和电气性能的稳定性，需要在绝缘子表面喷涂一层室温硫化硅橡胶(rtv)涂料，来保障其绝缘防污闪、湿闪和闪络性能。然而，在实际运行过程中，硅橡胶材料承受着外界环境和电场环境的双重考验，如长日光照射、紫外光、高温、极寒、高湿度，电晕放电、电弧烧蚀等。这些因素都会使硅橡胶材料发生表面的老化，进而出现电气性能下降和硬度上升的现象，最终造成闪络电压降低。
3.为检测上述问题，通过对绝缘子表面rtv涂层硬度进行检测，可以间接掌握表面硅橡胶的老化程度，从而对绝缘子的电气和机械性能进行评估。目前常规的硬度检测方法主要分为便携式硬度计和台式硬度计两种。便携式硬度计具有携带方便的优点，但是不适用于某些恶劣工况下材料硬度的测定并且精度相对较低。台式硬度计精度较高但是无法对材料进行原位在线检测，需要工作人员爬上杆塔取样带回实验室分析，效率低，耗费人力和物力。


技术实现要素：

4.为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法、系统、设备及介质，通过将光谱特征量与绝缘子表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；通过对实测绝缘子进行检测，采集实测绝缘子的等离子体光谱数据，通过定标模型计算得到绝缘子样品表面涂层硬度；无需样品制备，可以对绝缘子进行原位在线检测，测量精度高，效率高，节省人力和物力。
5.本发明的第一个目的在于提供一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法。
6.本发明的第二个目的在于提供一种绝缘子表面涂层硬度的检测系统。
7.本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备。
8.本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。
9.本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
10.一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法，所述方法包括：
11.选取不同涂层硬度的绝缘子样品，通过检测装置对绝缘子样品进行检测，采集绝缘子样品的等离子体光谱数据，得到不同表面涂层硬度的绝缘子样品的等离子体光谱数据；
12.对等离子体光谱数据进行数据预处理，对等离子体光谱数据进行基线校正、降噪
处理、归一化处理；
13.根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据，通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到光谱特征量，将光谱特征量与表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；
14.通过检测装置对实测绝缘子进行检测，采集实测绝缘子的等离子体光谱数据，计算实测绝缘子的光谱特征量，通过定标模型计算得到实测绝缘子表面涂层硬度。
15.优选地，所述根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据的方法包括：通过预处理后的等离子体光谱数据计算得到绝缘子样品各检测点随烧蚀次数增加等离子体温度的变化数据，选取等离子体温度的极小值点对应的烧蚀次数所对应的等离子体光谱数据作为涂层与基底分界面处光谱数据；所述光谱特征量为通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到的等离子体温度。
16.本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
17.一种绝缘子表面涂层硬度的检测系统，包括：
18.样品数据检测单元，用于选取不同涂层硬度的绝缘子样品，通过检测装置对绝缘子样品进行检测，采集绝缘子样品的等离子体光谱数据，得到不同表面涂层硬度的绝缘子样品的等离子体光谱数据；
19.数据预处理单元，用于对等离子体光谱数据进行数据预处理，对等离子体光谱数据进行基线校正、降噪处理、归一化处理；
20.构建定标模型单元，用于根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据，通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到光谱特征量，将光谱特征量与表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；
21.计算结果单元，用于通过检测装置对实测绝缘子进行检测，采集实测绝缘子的等离子体光谱数据，计算实测绝缘子的光谱特征量，通过定标模型计算得到实测绝缘子表面涂层硬度。
22.优选地，所述根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据的方法包括：通过预处理后的等离子体光谱数据计算得到绝缘子样品各检测点随烧蚀次数增加等离子体温度的变化数据，选取等离子体温度的极小值点对应的烧蚀次数所对应的等离子体光谱数据作为涂层与基底分界面处光谱数据；所述光谱特征量为通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到的等离子体温度。
23.本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
24.一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法。
25.本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：
26.一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法。
27.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
28.1、本发明所述的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法，通过将光谱特征量与绝缘子表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；通过对实测绝缘子进行检测，计算实测绝缘子光谱特征量，通过定标模型计算得到绝缘子表面涂层硬度；无需样品制备，可以对绝缘子
进行原位在线检测，测量精度高，效率高，节省人力和物力。
29.2、本发明利用的libs技术测量灵敏度高，能够对绝缘子表面涂层硬度进行高效、高精度检测，几乎不会对表面涂层造成损伤，能在高温、极寒等恶劣工况环境下进行分析。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
31.图1是本发明实施例1中的检查装置的结构示意图；
32.图2是本发明实施例1中的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法流程图；
33.图3是本发明实施例1中的不同涂层硬度的绝缘子样品等离子体温度定标曲线图。
具体实施方式
34.下面将结合附图和实施例，对本发明技术方案做进一步详细描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的实施方式并不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.libs是laser-induced breakdown spectroscopy(激光诱导击穿光谱)的简称，该技术利用脉冲激光烧蚀样品(通常为固体)中的物质并激发产生等离子体，并通过光谱仪获取被激光激发的等离子体所发射的光谱，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析
36.实施例1：
37.如图1所示，检测装置的结构示意图，一种绝缘子表面涂层硬度的检测装置，包括激光器、光路系统、控制器和光谱仪，激光器、光谱仪分别和控制器连接，光路系统和光谱仪连接。激光器用于释放脉冲激光，控制器用于控制光谱数据采集时间，光路系统包括反射镜和凸透镜，用于将激光聚焦于绝缘子样品表面，光谱仪用于光谱数据的采集。
38.优选地，激光器为nimma-900型，波长可设置为1064、532和266nm，用于释放脉冲激光。光谱仪为爱万提斯6通道光谱仪，对应于从190nm到640nm的6个不同波段，采样间隔约为0.01nm，用于光谱数据的采集。控制器为dg645数字延时发生器，用于控制光谱数据采集时间。选择合适的激光能量、收光角度与光谱仪延迟时间，可以获得信噪比、信背比较高的光谱信号。
39.检测装置的工作原理：通过libs对绝缘子样品进行烧蚀，在绝缘子样品表面产生等离子体，利用光纤采集到的等离子体发射光谱中蕴含的元素谱线波长、强度等信息，计算得到等离子体温度以及离子原子谱线强度比等光谱特征量，借助两个光谱特征量与样品表面硬度之间的线性关系得到绝缘子表面涂层硬度。
40.检测装置的使用方法：首先调整样品台的高度，使绝缘子样品位于光学系统凸透镜的焦点上，延时控制的具体过程为一个外部触发信号被发送到dg645数字延时发生器，使其向激光器发射信号控制释放脉冲激光，激光经过光学系统反射聚焦于待测样品表面以下
2mm处，烧蚀样品产生等离子体。以触发激光器的时刻为起点，经过3μs后dg645向光谱仪发射信号，控制其借助光纤探头开始采集光谱信号并存储在计算机中，实验测量实际到达样品表面的激光能量为64.5mj。
41.相比于传统的硬度测试方法，首先libs无需样品制备，因此可以对绝缘子进行原位在线检测；其次libs测定灵敏度高，不仅能够对绝缘子进行高效、高精度检测，几乎不会对绝缘子造成损伤，而且可以利用望远镜构成的光学系统实现中远距离检测，对高温、极寒等恶劣工况环境下的材料进行分析，测量精度高，效率高，节省人力和物力。便携式硬度计具有携带方便的优点，但是不适用于某些恶劣工况下材料硬度的测定并且精度相对较低。台式硬度计精度较高但是无法对材料进行原位在线检测，需要工作人员爬上杆塔取样带回实验室分析，效率低，耗费人力和物力。
42.如图2所示，一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法流程示意图，本发明所述的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法，包括以下步骤：
43.s1、选取不同表面涂层硬度的绝缘子样品，通过检测装置对绝缘子样品的表面涂层硬度进行检测，采集绝缘子样品的等离子体光谱数据，得到不同表面涂层硬度的绝缘子样品的等离子体光谱数据。
44.具体地，本实施例选取的4个绝缘子样品表面涂层硬度分别为3.32、3.26、3.04、2.78gpa，缘子包括瓷绝缘子、玻璃绝缘子，利用libs对已知不同涂层硬度的绝缘子进行检测时，对每一绝缘子样品选择多个检测点进行检测，对每个检测点进行多次烧蚀，实时观察光谱仪收集到的光谱变化数据，直至光谱不发生明显变化时停止检测。优选地，选择3个检测点进行检测，将这3个检测点的等离子体光谱数据的结果取平均值，以减小偶然误差的影响。绝缘子样品的等离子体光谱数据包括绝缘子表面涂层中各元素的谱线波长、谱线强度等。
45.s2、对等离子体光谱数据进行数据预处理，对等离子体光谱数据进行基线校正、降噪处理、归一化处理。
46.具体地，通过离散小波变换将光谱信号分解，将近似系数置零实现基线校正，将细节系数阈值分割实现光谱降噪，去除背景光谱的干扰；通过将各元素谱线强度除以光谱面积实现归一化处理。
47.s3、根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据，通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到光谱特征量，将光谱特征量与表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型。
48.优选地，本实施例通过预处理后的si元素谱线波长、谱线强度等信息计算得到绝缘子样品各检测点随烧蚀次数增加等离子体温度的变化数据，选取等离子体温度的极小值点对应的烧蚀次数所对应的光谱数据作为涂层与基底分界面处光谱数据，通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到的等离子体温度为光谱特征量。所述离子体温度的极小值点为在等离子体温度随烧蚀次数增加的变化曲线中的等离子体温度的极小值点，等离子体温度的极小值点所对应的烧蚀次数为涂层与基底分界面处的烧蚀次数。
49.具体地，等离子体温度通过将元素的原子谱线相关数据代入以下公式计算得到：
50.51.其中，i
ki
由上能级k到下能级i跃迁的线强度，λ
ki
为跃迁波长，a
ki
为跃迁几率，gk为k能级的统计权重，n(t)为总数密度，u(t)为配分函数，ek为上能级能量，k为玻尔兹曼常数，te为等离子体温度。
52.具体地，本实施例选取等离子体温度作为光谱特征量，得到各绝缘子样品的光谱特征量分别为8135.97k、8275.40k、8813.41k、9619.18k。
53.进一步地，光谱特征量也可以是离子原子谱线强度比，离子原子谱线强度比即某一元素离子谱线强度与原子谱线强度之比。
54.定标模型的构建，通过对等离子体温度与表面涂层硬度进行线性拟合得到关系式，将通过未知绝缘子的相关光谱数据求得的等离子体温度代入定标关系式可得到未知绝缘子涂层表面硬度。
55.如图3所示，不同涂层硬度的绝缘子样品等离子体温度定标曲线图，各绝缘子涂层硬度与其对应的等离子体温度数据点的线性拟合曲线表达了等离子体温度随绝缘子涂层硬度的线性变化规律。具体地，本实施例中得到的一个定标关系式为y＝16249.4431-2442.8822x，其中x为等离子体温度，y为表面涂层硬度，拟合优度r2＝0.99226，表示线性关系优异。
56.s4、通过检测装置对实测绝缘子进行检测，采集实测绝缘子的等离子体光谱数据，计算实测绝缘子的光谱特征量，通过定标模型计算得到实测绝缘子表面涂层硬度。
57.在同一检测设备参数下进行libs测试，对光谱数据进行预处理，去除背景光谱的干扰，并进行归一化处理。对涂层与基底分界面处光谱数据进行分析，计算得到等离子体温度，代入定标模型中，获得未知绝缘子表面涂层的硬度。具体地，本实施例对实测绝缘子涂层与基底分界面处光谱数据进行分析得到的等离子体温度为8447.81k，代入定标模型中得到实测绝缘子表面涂层硬度为3.19gpa。
58.综上所述，本发明所述的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法，通过将光谱特征量与绝缘子表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；通过对实测绝缘子进行检测，计算实测绝缘子光谱特征量，通过定标模型计算得到绝缘子样品表面涂层硬度；无需样品制备，可以对绝缘子样品进行原位在线检测，测量精度高，效率高，节省人力和物力。本发明利用的libs技术测量灵敏度高，能够对绝缘子表面涂层硬度进行高效、高精度检测，几乎不会对表面涂层造成损伤，能在高温、极寒等恶劣工况环境下进行分析。
59.实施例2：
60.本实施例提供了一种绝缘子表面涂层硬度的检测系统，该系统包括样品数据检测单元、数据预处理单元、构建定标模型单元、和计算结果单元，各个单元的具体功能如下：
61.样品数据检测单元，用于选取不同表面涂层硬度的绝缘子样品，通过检测装置对绝缘子样品进行检测，采集绝缘子样品的等离子体光谱数据，得到不同表面涂层硬度的绝缘子样品的等离子体光谱数据；
62.数据预处理单元，用于对等离子体光谱数据进行数据预处理，对等离子体光谱数据进行基线校正、降噪处理、归一化处理；
63.构建定标模型单元，用于根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据，通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到光谱特征量，将光谱特征量与表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；
64.计算结果单元，用于通过检测装置对实测绝缘子进行检测，采集实测绝缘子的等离子体光谱数据，计算实测绝缘子的光谱特征量，通过定标模型计算得到实测绝缘子表面涂层硬度。
65.所述根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据的方法包括：通过预处理后的等离子体光谱数据计算得到绝缘子样品各检测点随烧蚀次数增加等离子体温度的变化数据，选取等离子体温度的极小值点对应的烧蚀次数所对应的等离子体光谱数据作为涂层与基底分界面处光谱数据；所述光谱特征量为通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到的等离子体温度。
66.实施例3：
67.本实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器、计算机等，其包括通过系统总线连接的处理器、存储器、输入装置、显示器和网络接口，该处理器用于提供计算和控制能力，该存储器包括非易失性存储介质和内存储器，该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库，该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境，处理器执行存储器存储的计算机程序时，实现上述实施例1的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法，如下：
68.选取不同表面涂层硬度的绝缘子样品，通过检测装置对绝缘子样品进行检测，采集绝缘子样品的等离子体光谱数据，得到不同表面涂层硬度的绝缘子样品的等离子体光谱数据；
69.对等离子体光谱数据进行数据预处理，对等离子体光谱数据进行基线校正、降噪处理、归一化处理；
70.根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据，通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到光谱特征量，将光谱特征量与表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；
71.通过检测装置对实测绝缘子进行检测，采集实测绝缘子的等离子体光谱数据，计算实测绝缘子的光谱特征量，通过定标模型计算得到实测绝缘子表面涂层硬度。
72.实施例4：
73.本实施例提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，处理器执行存储器存储的计算机程序时，实现上述实施例1的一种绝缘子表面涂层硬度的检测方法，如下：
74.选取不同表面涂层硬度的绝缘子样品，通过检测装置对绝缘子样品进行检测，采集绝缘子样品的等离子体光谱数据，得到不同表面涂层硬度的绝缘子样品的等离子体光谱数据；
75.对等离子体光谱数据进行数据预处理，对等离子体光谱数据进行基线校正、降噪处理、归一化处理；
76.根据预处理后的等离子体光谱数据选取涂层与基底分界面处光谱数据，通过涂层与基底分界面处光谱数据计算得到光谱特征量，将光谱特征量与表面涂层硬度进行线性拟合，构建定标模型；
77.通过检测装置对实测绝缘子进行检测，采集实测绝缘子的等离子体光谱数据，计算实测绝缘子的光谱特征量，通过定标模型计算得到实测绝缘子表面涂层硬度。
78.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。