基于X光成像技术的高压电缆接头内部缺陷检测方法与流程

本发明属于电缆缺陷检测，具体涉及基于x光成像技术的高压电缆接头内部缺陷检测方法。

背景技术：

1、在社会发展的背景下，城市化进程逐渐加快，为配合输变电工程的需要，电力电缆被广泛应用，对于电缆接头而言，其工作的稳定性只有5至10年，在之后会受到运行状况、环境因素以及人为因素的影响，导致电缆接头发生老化、劣化的问题，从而降低工作质量；在电力电缆的巡检和诊断中，高压电缆接头是重点检测对象，这些设备长期暴露在户外，在长期运行过程中受到复杂气候的影响，容易产生损坏以及老化现象，影响绝缘性能，产生事故隐患；一旦电缆发生故障则会导致无法正常供电，严重影响到企业生产、日常生活、城市建设等多方面，给用户造成巨大的损失；因此，提供一种准确定位缺陷位置及尺寸、提高检测准确性、检测效率高的基于x光成像技术的高压电缆接头内部缺陷检测方法是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种准确定位缺陷位置及尺寸、提高检测准确性、检测效率高的基于x光成像技术的高压电缆接头内部缺陷检测方法。

2、本发明的目的是这样实现的：基于x光成像技术的高压电缆接头内部缺陷检测方法，所述的方法包括以下步骤：

3、步骤1：构建高压电缆接头x射线数字化检测系统；

4、步骤2：采用基于x射线成像系统偏心角透照技术对电缆缺陷检测；

5、步骤3：采用高压电缆接头x射线数字影像深度处理和缓冲层缺陷智能识别技术对电缆缺陷检测；

6、步骤4：依据上述技术对高压电缆接头进行x射线透照检测，并得到适合于高压电缆接头x射线检测的参数；

7、步骤5：对x射线源处于不同位置时对图像失真误差的影响进行分析；

8、步骤6：在实现条件下分别对高压电缆接头常见缺陷进行模拟检测，并建立缺陷实体模型数据库。

9、所述的步骤1中构建的高压电缆接头x射线数字化检测系统包括x射线发生器、数字平板探测器、图像采集卡和终端计算机以及用于控制x射线发生器的控制箱。

10、所述的x射线发生器通过控制电缆与控制箱连接，所述的数字平板探测器通过数据传输网线与终端计算机连接，所述的数字平板探测器接收穿透被检物体的x射线，再由所述的数字平板探测器内部晶体电路根据x射线剂量强度将其转化为电流信号，最终以数字图形的形式呈现在所述的终端计算机上。

11、所述的数字平板探测器采用非晶硒平板探测器、非晶硅平板探测器中的一种。

12、所述的步骤2中的采用基于x射线成像系统偏心角透照技术对电缆缺陷检测具体为：采用dr即x射线数字成像系统对高压电缆进行透照时，若垂直于缺陷部分探测，其电缆内部铜芯的成像会遮挡缺陷部位的成像阴影，不便于对缺陷特征判断，为了从dr成像结果中完整的看到缺陷部分的特征信息，采用电缆多角度透照布置，按照被测电缆在数字平板探测器的影响分为椭圆成像和重叠成像两种方法。

13、所述的椭圆成像法具体为：当电缆外径d0不大于100mm，如果满足保护层和绝缘层厚度t不大于8mm，缺陷宽度或直径s不大于d0/4，采用倾斜透照方式椭圆成像，将数字平板探测器放在待测物体下方，射线源焦点偏离缺陷部位中心平面一定距离即偏心距df，从不同角度照射，获取该缺陷深度h，即缺陷中心位置离电缆表面的距离，根据几何关系有：由式(1)可以得到：根据几何关系，l1＝h+h，l2＝d-h，式中变量变换为可测量量，得到：可根据电缆缺陷外径s求出偏心距df和偏心角θ：式中，h为焦距，即射线源到电缆表面的距离；d为物距，即电缆上表面到数字平板探测器的距离，也即是电缆导线直径；l1为射线源到缺陷最下端的距离；l2为缺陷最下端到数字平板探测器的距离；s1为电缆检测图像缺陷直径。

14、所述的重叠成像法具体为：当电缆外径d0不大于20mm或壁厚t大于8mm，或缺陷宽度g大于d0/4的电缆，可采用射线垂直透照电缆，此时数字平板探测器与电缆应尽量贴合，以尽量减少缺陷部位到数字平板探测器的距离；小直径电缆透照厚度变化很大，其最小值为管壁厚度的2倍即2t，理论最大值为假定射线束与内圆相切时的射线行程，即故理论最大透照厚度比为：因透照直径小直径电缆时，焦距远大于电缆直径，射线束可粗略地看做是平行入射于电缆，透照厚度的变化分为三种情况：①x＝x1＜r时，②x＝x2＝r时，③x＝x3＞r时，

15、所述的步骤3中的采用高压电缆接头x射线数字影像深度处理和缓冲层缺陷智能识别技术对电缆缺陷检测具体包括以下步骤：

16、步骤3.1：x射线数字成像基本原理：不同能量的x射线穿透被检物质的能力不同，宽窄、单能x射线透过一层均匀厚度的物质时，射线强度按指数规律衰减，入射强度随穿透物体的厚度增加而衰减，即：i＝i0e-μρx(9)，式中，i0为入射线束的强度；i为透射物质后射线束的强度；x为物质的厚度；e为衰减系数；μ为单位时间内x射线通过单位长度物质的衰减指数；

17、步骤3.2：高压电缆x射线数字影像深度处理：灰阶是将最亮与最暗之间的亮度变化区分为若干份，灰阶代表由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别，层级越多，所能呈现的画面效果越细腻，由于dr的灰度级别达到了16bit＝65536灰阶，且缺陷处与周围图像相差灰阶较小，人眼无法清晰识别缺陷，需要将灰度影像的灰度值范围压缩至人眼能够识别的灰度范围内，去掉影像中的冗余成分，使影像灰度值更集中于人眼的识别范围内，采用基于压缩感知原理对图像实施稀疏变换和投影测量，用测量矩阵对稀疏系数进行测量，选择循环矩阵作为测量矩阵，式中，q为循环矩阵；α为稀疏系数；n为矩阵行列数；为构造密钥敏感性高的循环矩阵，选跨2d-slmm混沌系数迭代生成循环矩阵所需序列，2d-slmm是由1d logistic map混沌和正弦系统2各一维混沌系统交换合成的二维混沌系统，该混沌系统的表达式为：式中，xi+1、yi+1均为系统输出值当初繁值；x0、y0和控制参数μ、β满足：0＜x0＜1,0＜y0＜1,0＜μ＜1,0＜β＜1时，该混沌系统进入混沌状态，最后采用arnold变换对图像进行稀疏和重构处理，通过图像深度处理后，缺陷处于周围图像相差灰阶增大，能够清晰识别；

18、步骤3.3：电缆缓冲层缺陷智能识别：采用基于深度神经网络的算法模型，对电缆缓冲层缺陷x射线图像进行图像设备，识别的模型为传统卷积神经网络cnn和全卷积神经网络fcn，传统卷积神经网络cnn用于分类识别，全卷积神经网络fcn用于像素级识别，具体包括以下步骤：

19、步骤3.31：将测试图像缺陷进行标记；

20、步骤3.32：由于缺陷相对于整个图像分辨率所占比例极小，采用滑动窗口将测试图像及其标记图像同时切分为分辨率为448×448的局部图像，若局部图像包括了标记元素，则认为该局部图像为有缺陷图像，标记为正例，反之则标记为反例；

21、步骤3.33：采用深度卷积神经网络对图像数据进行训练；

22、保证3.34：采用f1 score即召回率recall和精准率precision的协调值与miou即交并比分别用于评价cnn和fcn模型的训练效果。

23、所述的步骤5中的对x射线源处于不同位置时对图像失真误差的影响进行分析具体为：高压电缆射线检测相当于缺陷在数字平板探测器上的投影，分为四种情况：①射线源偏离电缆外侧、在缺陷另一侧，缺陷在数字平板探测器所成图像上的相对深度会浅于实际深度；②射线源逐渐移动到电缆轴线上，相对深度依然会浅于实际深度，但失真误差变小；③射线源移动到电缆轴线于电缆外径间即缺陷一侧时，失真度进一步减小；④射线源移动到电缆外侧即缺陷一侧时，缺陷在数字平板探测器所成图像上的相对深度会深于实际深度，且随着距离的拉大，偏差越大；当射线源移动到电缆轴线于电缆外径间即缺陷一侧时失真度最小，则此时的误差率计算为：设焦距为f，电缆半径为r，导体半径为r，缺陷实际长度为l，缺陷在数字平板探测器所成图像长度为因此缺陷的计算长度为：误差绝对值为：

24、所述的步骤6中的高压电缆接头常见缺陷包括电缆材料缺陷、断股、散股、划伤以及夹杂缺陷。

25、本发明的有益效果：本发明为基于x光成像技术的高压电缆接头内部缺陷检测方法，在使用中，本发明构建的高压电缆接头x射线数字化检测系统能够实现对高压电缆接头的无损检测，检测效率高，图像质量好；本发明通过合适偏心角度透照，对电缆缺陷特征的深度进行计算，基于dr偏心角的电缆缺陷尺寸检测能有效提高缺陷检测的精度；本发明采用电缆x射线数字影像深度处理和缓冲层缺陷智能识别技术以及全卷积神经网络，采用灰度处理技术，将原始退仓灰阶范围压缩至人眼可识别范围，然后进行缺陷标识，再采用传统卷积神经网络对图像进行训练，实现对电缆缓冲层缺陷的智能识别；本发明通过分析检测中射线源的位置、检测角度对x光数字成像检测存在的影响，从而保证检测准确性和检测效率；本发明具有准确定位缺陷位置及尺寸、提高检测准确性、检测效率高的优点。