本發(fā)明屬于電力電纜接頭檢測(cè)，涉及一種電纜接頭無(wú)接觸式檢測(cè)系統(tǒng)，尤其是一種電纜接頭表面粗糙度的無(wú)接觸式連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在電纜的制作、加工、處理過(guò)程中，電纜接頭的處理是一個(gè)核心且極為關(guān)鍵的步驟。在完成電纜的剝切后，對(duì)絕緣層外表的打磨是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而打磨后絕緣層外表的粗糙度成為了一個(gè)極為重要的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

2、目前，現(xiàn)有的對(duì)打磨后電纜接頭表面的粗糙度檢測(cè)方法主要是人工使用儀器進(jìn)行接觸式測(cè)量，這種測(cè)量方法主要依賴于探針在被測(cè)電纜絕緣層表面的接觸，通過(guò)直線運(yùn)動(dòng)隨著凹凸表面上下位移，然后將探針位移數(shù)據(jù)傳遞給電纜接頭粗糙度檢測(cè)裝置獲得電纜接頭表面粗糙度的檢測(cè)結(jié)果。

3、然而，對(duì)電纜絕緣層表面而言，探針直接和其接觸可能會(huì)劃傷其絕緣表面并且由于觸針針尖半徑很小，一般為0.1～10μm的金剛石制成，對(duì)高壓電纜絕緣層的壓強(qiáng)能達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值，導(dǎo)致探針與被測(cè)電纜接頭表面接觸時(shí)會(huì)留下劃痕。

4、由此可見(jiàn)，在檢測(cè)時(shí)，使用接觸式檢測(cè)會(huì)損傷電纜的絕緣層表面。如果檢測(cè)時(shí)操作不當(dāng)，造成電纜接頭的表面被破壞，可能會(huì)導(dǎo)致局部放電量超標(biāo)，加速絕緣層老化，降低電纜使用壽命。

5、尤其對(duì)于高壓電纜接頭，這種瑕疵可能導(dǎo)致絕緣性能降低、電場(chǎng)畸變、受潮發(fā)熱、火災(zāi)爆炸、電纜故障頻發(fā)、甚至電纜擊穿破裂，電網(wǎng)安全受影響的嚴(yán)重后果。這些后果不僅威脅到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)影響廣大人民群眾的生產(chǎn)生活安全，甚至可能引發(fā)更廣泛的安全事故。

6、此外，在電纜加工過(guò)程中，需要對(duì)整個(gè)電纜接頭表面進(jìn)行粗糙度評(píng)估，由于傳統(tǒng)的電纜接頭表面接觸式檢測(cè)方法會(huì)在電纜接頭的表面滑動(dòng)，不僅會(huì)造成絕緣層的破壞，而且其檢測(cè)過(guò)程一般均針對(duì)單點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，在進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)時(shí)需要進(jìn)行人工操作以切換檢測(cè)目標(biāo)，該切換流程復(fù)雜，所需時(shí)間長(zhǎng)，兩次檢測(cè)位置之間距離較大，如果兩次檢測(cè)點(diǎn)間存在粗糙度異常點(diǎn)，容易產(chǎn)生遺漏，造成電纜表面粗糙度的錯(cuò)誤評(píng)估，因此，目前仍缺少能夠連續(xù)測(cè)量整個(gè)電纜接頭粗糙度的有效手段。

7、因此，如何找到一種不破壞電纜接頭表面且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)測(cè)量整個(gè)電纜接頭粗糙度的無(wú)接觸式測(cè)量方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)。

8、經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明相同或相近似的現(xiàn)有技術(shù)的公開(kāi)文獻(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種電纜接頭表面粗糙度的無(wú)接觸式連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電纜接頭表面粗糙度的準(zhǔn)確、快速評(píng)估。

2、本發(fā)明解決其現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種電纜接頭處理粗糙度的無(wú)接觸檢測(cè)系統(tǒng)，包括：光學(xué)檢測(cè)單元、運(yùn)動(dòng)單元和遮光罩；

4、所述光學(xué)檢測(cè)單元包括：光源、半透半反鏡、第一光敏傳感器、第二光敏傳感器；

5、所述光學(xué)檢測(cè)單元位于待測(cè)電纜接頭上方；其中，所述光源的發(fā)光方向指向待測(cè)電纜接頭表面待檢測(cè)點(diǎn)；所述半透半反鏡位于該光源與待檢測(cè)點(diǎn)中間，是由兩個(gè)三角形玻璃與中間的半透半反膜構(gòu)成，所述兩個(gè)光敏傳感器分別位于該半透半反鏡左右兩側(cè)；其中，半透半反鏡的第一次反射光l1直接射入第一光敏傳感器，而經(jīng)過(guò)半透半反鏡透射再反射的光l2射入第二個(gè)光敏傳感器；

6、所述運(yùn)動(dòng)單元包括：基座、絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)、滑軌、絲杠和滑塊；所述絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)和滑軌安裝在基座上，該絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，為滑塊提供其在滑軌上的平移動(dòng)力，在滑塊上安裝有底板；

7、所述光源、半透半反鏡、第一光敏傳感器、第二光敏傳感器設(shè)置在底板上；所述光源位于底板的上部、在光源下方設(shè)置有半透半反鏡，在半透半反鏡的左右兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置有第一光敏傳感器和第二光敏傳感器；在半透半反鏡下方設(shè)置有待測(cè)電纜接頭。

8、而且，所述半透半反鏡安裝于第一光敏傳感器和第二光敏傳感器連線的的中點(diǎn)，半透半反鏡的平面與兩個(gè)光敏傳感器的連接線呈45°角。

9、而且，所述遮光罩位于運(yùn)動(dòng)單元和光學(xué)檢測(cè)單元外側(cè)。

10、一種電纜接頭處理粗糙度的無(wú)接觸檢測(cè)方法，包括以下步驟：

11、步驟1、光源發(fā)光，經(jīng)過(guò)半透半反鏡后，分離成兩部分；其中，一部分從光源出發(fā)后無(wú)法透過(guò)半透半反鏡，由半透半反鏡的反射面反射后射出，形成光線l1，投射到第一光敏傳感器，另一部分則通過(guò)半透半反鏡透射后形成光線l2，投射到待測(cè)電纜接頭表面，由于待測(cè)電纜接頭的凹凸變化產(chǎn)生不同的反射光強(qiáng)，再經(jīng)過(guò)半透半反鏡的反射后射入第一光敏傳感器。

12、步驟2、分別使用兩個(gè)光敏傳感器測(cè)量?jī)墒獾膹?qiáng)度，進(jìn)而測(cè)得此時(shí)電纜表面的反射率數(shù)據(jù)，進(jìn)而測(cè)算此處粗糙度；

13、步驟3、與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)光學(xué)檢測(cè)單元沿電纜軸向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而測(cè)得待測(cè)電纜接頭軸線的粗糙度測(cè)量數(shù)據(jù)；

14、步驟4、對(duì)步驟3中測(cè)得的待測(cè)電纜接頭軸線的粗糙度測(cè)量數(shù)據(jù)的頻域進(jìn)行分析，獲得電纜接頭軸向方向的表面粗糙度異常識(shí)別結(jié)果。

15、步驟5、完成電纜軸線的粗糙度的測(cè)量后，通過(guò)人工操作，將檢測(cè)儀器沿電纜軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后，重復(fù)步驟1至4，進(jìn)而得到整個(gè)電纜接頭四周的粗糙度檢測(cè)情況。

16、而且，所述步驟2的具體步驟包括：

17、(1)采用信號(hào)相除的方法進(jìn)行粗糙度測(cè)算，第一光敏傳感器的信號(hào)作為分母，第二光敏傳感器的信號(hào)作為分子；

18、(2)利用光強(qiáng)對(duì)粗糙度進(jìn)行定量測(cè)量，使用lambertian反射模型建模，其中反射光的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比，與觀察角度無(wú)關(guān)；

19、(3)假設(shè)i0是直接從光源發(fā)出的光強(qiáng)，iτ和it分別是經(jīng)過(guò)半透半反鏡反射和透射后的光強(qiáng)，假設(shè)電纜接頭表面粗糙度為r，則反射光強(qiáng)iτ與r有關(guān)；

20、iτ用如下簡(jiǎn)化公式進(jìn)行表示：

21、iτ＝i0×f(r)#(1)

22、其中，f(r)是一個(gè)與表面粗糙度r相關(guān)的函數(shù)，i0是常數(shù)項(xiàng)。對(duì)于上述模型，f(r)可以表示為：

23、f(r)＝ρ×(1-r)#(2)

24、其中，ρ是反射系數(shù)，通常為小于1的值。

25、由于透射光的強(qiáng)度與反射光的強(qiáng)度成反比，設(shè)t為透射系數(shù)(t＝1-ρ)，則：

26、it＝t×i0×(1-r)#(3)

27、(4)由于透射光it的強(qiáng)度與反射光i的強(qiáng)度成反比關(guān)系，因此可以用如下公式進(jìn)行粗糙度的定量計(jì)算：

28、

29、應(yīng)用上述模型與簡(jiǎn)化公式，通過(guò)半透半反鏡兩側(cè)的光敏傳感器傳回的數(shù)據(jù)計(jì)算得到光線照射處的單點(diǎn)粗糙度數(shù)值。

30、而且，所述步驟3的具體方法為：

31、與此同時(shí)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，在滑塊滑軌機(jī)構(gòu)的配合下，驅(qū)動(dòng)底板上的光源、半透半反鏡、光敏傳感器構(gòu)成的光學(xué)檢測(cè)單元沿電纜軸向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；重復(fù)1和步驟2兩步驟，進(jìn)而測(cè)得電纜軸線方向的粗糙度測(cè)量數(shù)據(jù)。

32、而且，所述步驟4的具體步驟包括：

33、(1)對(duì)測(cè)得的粗糙度測(cè)量數(shù)據(jù)的頻域進(jìn)行分析，將其分解為高頻信號(hào)為粗糙度變化劇烈的信號(hào)與低頻信號(hào)為粗糙度變化平緩的信號(hào)；

34、分解時(shí)直接使用有限沖激響應(yīng)濾波器fir進(jìn)行濾波；

35、對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)度為n的序列x(n)，fir濾波器的輸出y(k)如下：

36、

37、通過(guò)調(diào)整濾波器系數(shù)，改變fir濾波器的通帶截止頻率與阻帶截止頻率，進(jìn)而得到需要的帶通濾波器，使用相應(yīng)的帶通濾波器處理得到的數(shù)據(jù)，得到高頻部分與低頻部分；

38、(2)對(duì)于高頻信號(hào)，求取其功率譜密度，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析；

39、求取功率譜密度時(shí)，需要運(yùn)用傅里葉變換對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

40、其一般表達(dá)式為：

41、

42、通過(guò)大量數(shù)據(jù)的積累，確定不同電纜信號(hào)所對(duì)應(yīng)的識(shí)別閾值，當(dāng)功率超過(guò)閾值時(shí)，認(rèn)為該處出現(xiàn)粗糙度異常。

43、(3)對(duì)于低頻信號(hào)，計(jì)算其幅值隨距離變化的波動(dòng)，由于距離變化導(dǎo)致的光學(xué)信號(hào)變化幅度較小，在頻域中反映為低頻的波動(dòng)。通過(guò)低頻信號(hào)的幅值波動(dòng)可以推斷出電纜表面粗糙度在軸向的變化情況，從而得到電纜表面的外形數(shù)據(jù)。

44、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

45、1、本發(fā)明提出一種電纜接頭粗糙度的無(wú)接觸式連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，利用光的干涉、衍射、折射等光學(xué)原理，在不破壞電纜接頭外表面的情況下實(shí)現(xiàn)表面粗糙度的無(wú)接觸式檢測(cè)，減少由于接觸導(dǎo)致的測(cè)量誤差和物體表面磨損。

46、2、本發(fā)明通過(guò)使用絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)光學(xué)檢測(cè)單元沿電纜軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了沿電纜軸向表面粗糙度的連續(xù)測(cè)量，避免電纜瑕疵檢測(cè)時(shí)因單點(diǎn)測(cè)量可能產(chǎn)生的粗糙度異常點(diǎn)遺漏造成的錯(cuò)誤質(zhì)量評(píng)估。此外，無(wú)接觸式的檢測(cè)也避免了接觸式檢測(cè)對(duì)于電纜接頭表面的損壞或污染，自動(dòng)化程度更高，通過(guò)光學(xué)計(jì)算的方法可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的數(shù)值檢測(cè)，提升了檢測(cè)過(guò)程的數(shù)據(jù)量，對(duì)于后期采用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行分析更加友好，相比于人工測(cè)量方法更易于從算法層面提高檢測(cè)精度與速度。