专利名称：一种合成绝缘子表面亲水角检定系统及方法
技术领域：
本发明涉及绝缘子性能检定技术领域，尤其涉及一种合成绝缘子表面亲水角检定 系统及方法。
背景技术：
绝缘子性能检定在输电线路维护中占有重要地位。目前，硅橡胶合成绝缘子凭借 其优异的耐污闪性能，在电力系统中获得了越来越广泛的应用。但因材料老化、日照雨淋、 酸雨侵蚀以及其他工业污染因素，会使绝缘子表面及材料内部结构发生变化。为此，有必要 找到一种能快速鉴别合成绝缘子绝缘性能好坏的有效方法。研究发现，硅橡胶合成绝缘子 优异的耐湿污性能源于硅橡胶低能表面的憎水性，即合成绝缘子表面对水呈厌恶状态，这 是低表面能固体材料表面的一种物理性能。一般来说，憎水性越好，绝缘材料的性能就越好 (参见文献1)。目前，测量绝缘材料表面憎水性的方法主要有表面张力法、喷水分级法和接触角 法。鉴于目前尚无直接准确测定固体表面张力的方法，现有方法则主要是关注不同表面张 力的液体在绝缘子表面的积聚状态或浸润行为，并且考虑到表面张力法中所使用的部分液 体(如甲酰胺等)对人体也有一定的侵害性，该方法仍有待于进一步改进。喷水分级法主要 关注大量水分在绝缘子表面的分布情况，再依据“HC等级”判定憎水性；该方法操作简单， 对检测装备和环境的要求低，但存在较大的主观性，目测鉴定的结果往往会出现较大误差， 甚至直接影响检定结果。接触角法通过测定水珠与材料表面的接触角(也叫亲水角)来反 映合成绝缘子表面的憎水性。该方法精确度较高，是一种比较理想的检定方法，但需要通过 静态接触角测量仪器、测量显微镜等方法在实验室中加以实现，目前尚难以制成小型仪器 用于现场检测，不利于提高电力系统的工作效率(参见文献2、3)。文献1 材料亲水性标准图像去噪研究[J].蒋文，王先培，王泉德等.高压电技 术，2006，Vol 23 No. 5.文献2:复合绝缘子憎水性带电检测技术的发展与应用[J].赵林杰，王浩锐 等·南方电网技术研究，2007，Vol. 3 No. 2.文献3:复合绝缘子接触角的图像处理检测[J].陶维亮，王先培等.电机与控制 学报，2009，Vol 13 No. 2.
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种合成绝缘子表面亲水角检定 系统及方法，以实现输电线路中合成绝缘子表面憎水性能的现场快速自动化检测。为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案一种合成绝缘子表面亲水角检定系统机械传动机构，用于控制主工作台丝杆传动以及出水滴管、CCD架升降；所述机械 传动机构包括可将整个系统固定于绝缘子上的环形底座，四根立于底座之上的支柱，以及支柱支撑起的仪器的滑动导轨、主机座、主丝杆、主旋钮和主工作台，主机座与底座通过4 根支柱相连，底座设计为环形，主机座上面设有2个滑动导轨和丝杆传动系统，滑动导轨用 于承载主工作台；丝杆传动系统包括主旋钮、主丝杆，与主工作台和主机座相连；定量滴水机构，用于精确控制每次检测中绝缘子表面注水量；所述定量滴水机构 包括量液管架、量液管、橡皮管、玻璃球以及出水滴管，量液管架通过螺纹紧固于主工作台 上，出水滴管与量液管是通过橡皮管相连的，橡皮管中带有玻璃球；CCD水平拍摄机构，用于获得所需绝缘子表面水滴图像；所述CCD水平拍摄机构包 括CXD架和微型CXD相机；CXD架(8)设置成长方形，侧面带有刻度，以标记微型CXD相机 的下移位置； 检定�？椋糜诙运瓮枷窠懈ㄖ恚⒆钪盏玫角姿牵黾於？榘� 以下子�？橥夹卧ご碜幽？椋糜诮噬枷褡�256色灰度图像，并采用分段线性变换 的方法对图像的每个像素灰度做线性拉伸，实现水滴图像的有效增强；几何旋转变换子�？椋糜诙运蔚幕叶韧枷窠屑负涡浠唬瓮枷褡� 至水平位置显示；图像平滑子�？椋捎每沼蚍ǜ纳仆枷裰柿浚运瓮枷裰械母鞲鱿袼氐憬衅� 滑操作；图像分割子�？椋τ肦oberts边缘检测算子对所得平滑结果进行图像分割，使 得水滴图像的轮廓更为突出；二值化处理子�？椋糜谟τ妹畔捭兄捣ǘ酝枷窠卸祷恚∪stu阈值 算法确定最优门限阈值；水滴轮廓提取子�？椋绻诚袼氐�8邻域像素点的灰度值&(ik，jk) (k = 1，...， 8)和中心像素点的灰度值f(i，j)均相同，则认为该点是在图像的内部并予以删除，否则认 为该点在图像的边缘；边缘轮廓拟合子�？椋∮谜欢嘞钍侥夂戏ǘ运瓮枷竦谋咴德掷呓心釯=I O所述机械传动机构中的主工作台设有两个插孔，分别安置出水滴管和CCD架。主丝杆的前端和轴承盖间配有密封圈，主机座和轴承盖间配有调整垫片并可通过 紧固螺钉固定，前端滚珠轴承则可通过轴承盖和主丝杆的轴肩固定；主丝杆的后端配有套筒，主机座和端盖间配有调整垫片并可通过紧固螺钉固定， 后端滚珠轴承则可通过套筒和端盖固定。所述定量滴水机构中的量液管上面带有刻度，用来标记每次滴水的用水量，并通 过量液管架来支撑，以保持其垂直状态。所述定量滴水机构中的出水滴管可通过小旋钮和小丝杆调节升降，且侧面带有刻 度，可以标记出水滴管的下移位置；玻璃球的直径要略大于出水滴管的直径。所述合成绝缘子表面亲水角检定系统还包括水平校准器，位于主机座上，内部含 有液体和气泡，当2个水平校准器中的气泡都位于校准器的中间刻线位置时，表明系统位 于水平位置。所述检定�？橹械谋咴德掷夂献幽？椋郧吣夂纤玫暮泶锸角蟮迹�5意点的导数值即可表征曲线在该点切线的斜率k，则该点处切线与水平坐标轴的夹角通过上式分别求出曲线在左右端点处的切线与水平坐标轴的夹角，即为水珠与绝 缘子形成的后退角θ ^和前进角ea。一种合成绝缘子表面亲水角检定方法，包括①将彩色图像转成256色灰度图像，并采用分段线性变换的方法对图像的每个像 素灰度做线性拉伸，实现水滴图像的有效增强；②对水滴的灰度图像进行几何旋转变换，将水滴图像转至水平位置显示；③采用空域法改善图像质量，对水滴图像中的各个像素点进行平滑操作；④应用Roberts边缘检测算子对所得平滑结果进行图像分割，使得水滴图像的轮 廓更为突出；⑤应用门限阈值法对图像进行二值化处理，选取Ostu阈值算法确定最优门限阈 值；⑥如果某像素的8邻域像素点的灰度值&(ik，jk) (k= 1,...,8)和中心像素点的 灰度值f(i，j)均相同，就认为该点是在图像的内部并予以删除，否则即认为该点在图像的 边缘；⑦选用正交多项式拟合法对水滴图像的边缘轮廓曲线进行拟合，对曲线拟合所得 的函数表达式求导，任意点的导数值即可表征曲线在该点切线的斜率k，则该点处切线与水 平坐标轴的夹角通过上式分别求出曲线在左右端点处的切线与水平坐标轴的夹角，即为水珠与绝 缘子形成的后退角θ ^和前进角ea。本发明具有以下优点和积极效果1)本发明在每次检测过程中，滴水机构的工作原理保证了滴水量会被精确地限制 规定的范围内，可通过对量液管的准确度数实现定量滴水；2)本发明的CCD水平拍摄机构的结构设计保证了拍摄中微型CCD相机的主光轴始 终与出水滴管的出水口等高，并且与绝缘子表面水平相切；3)本发明能在很大程度上减小装置的原理误差，检测精度相对较高，结果客观，整 个装置设计简单，制造成本不高，可应用于现场环境下检测操作中。
图1是本发明提供的合成绝缘子表面亲水角检定系统中机电硬件机身的装配示 意图。图2是本发明提供的合成绝缘子表面亲水角检定系统中机械传动机构俯视图。图3是图2的A-A剖视图。图4是图2的B-B剖视图。图5是图1中出水滴管的纵剖面构造图。
权利要求
1.一种合成绝缘子表面亲水角检定系统，其特征在于，包括机械传动机构，用于控制主工作台丝杆传动以及出水滴管、CCD架升降；所述机械传动 机构包括可将整个系统固定于绝缘子上的环形底座，四根立于底座之上的支柱，以及支柱 支撑起的仪器的滑动导轨、主机座、主丝杆、主旋钮和主工作台，主机座与底座通过4根支 柱相连，底座设计为环形，主机座上面设有2个滑动导轨和丝杆传动系统，滑动导轨用于承 载主工作台；丝杆传动系统包括主旋钮、主丝杆，与主工作台和主机座相连；定量滴水机构，用于精确控制每次检测中绝缘子表面注水量；所述定量滴水机构包括 量液管架、量液管、橡皮管、玻璃球以及出水滴管，量液管架通过螺纹紧固于主工作台上，出 水滴管与量液管是通过橡皮管相连的，橡皮管中带有玻璃球；CCD水平拍摄机构，用于获得所需绝缘子表面水滴图像；所述CCD水平拍摄机构包括 CXD架和微型CXD相机；CXD架(8)设置成长方形，侧面带有刻度，以标记微型CXD相机的下 移位置；检定�？椋糜诙运瓮枷窠懈ㄖ恚⒆钪盏玫角姿牵黾於？榘ㄒ韵� 子�？橥夹卧ご碜幽？椋糜诮噬枷褡�256色灰度图像，并采用分段线性变换的方 法对图像的每个像素灰度做线性拉伸，实现水滴图像的有效增强；几何旋转变换子�？椋糜诙运蔚幕叶韧枷窠屑负涡浠唬瓮枷褡了� 平位置显示；图像平滑子�？椋捎每沼蚍ǜ纳仆枷裰柿浚运瓮枷裰械母鞲鱿袼氐憬衅交僮鳎煌枷穹指钭幽？椋τ肦oberts边缘检测算子对所得平滑结果进行图像分割，使得水 滴图像的轮廓更为突出；二值化处理子�？椋糜谟τ妹畔捭兄捣ǘ酝枷窠卸祷恚∪stu阈值算法 确定最优门限阈值；水滴轮廓提取子�？椋绻诚袼氐�8邻域像素点的灰度值&(ik，jk) (k = 1，. . .，8) 和中心像素点的灰度值f(i，j)均相同，则认为该点是在图像的内部并予以删除，否则认为 该点在图像的边缘；边缘轮廓拟合子模块，选用正交多项式拟合法对水滴图像的边缘轮廓曲线进行拟合。
2.根据权利要求1所述的合成绝缘子表面亲水角检定系统，其特征在于所述机械传动机构中的主工作台设有两个插孔，分别安置出水滴管和CCD架。
3.根据权利要求1或2所述的合成绝缘子表面亲水角检定系统，其特征在于主丝杆的前端和轴承盖间配有密封圈，主机座和轴承盖间配有调整垫片并可通过紧固 螺钉固定，前端滚珠轴承则可通过轴承盖和主丝杆的轴肩固定；主丝杆的后端配有套筒，主机座和端盖间配有调整垫片并可通过紧固螺钉固定，后端 滚珠轴承则可通过套筒和端盖固定。
4.根据权利要求1-3任一项所述的合成绝缘子表面亲水角检定系统，其特征在于所述定量滴水机构中的量液管上面带有刻度，用来标记每次滴水的用水量，并通过量 液管架来支撑，以保持其垂直状态。
5.根据权利要求1-4任一项所述的合成绝缘子表面亲水角检定系统，其特征在于所述定量滴水机构中的出水滴管可通过小旋钮和小丝杆调节升降，且侧面带有刻度， 可以标记出水滴管的下移位置；玻璃球的直径要略大于出水滴管的直径。
6.根据权利要求1-5任一项所述的合成绝缘子表面亲水角检定系统，其特征在于所述合成绝缘子表面亲水角检定系统还包括水平校准器，位于主机座上，内部含有液 体和气泡，当2个水平校准器中的气泡都位于校准器的中间刻线位置时，表明系统位于水 平位置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的合成绝缘子表面亲水角检定系统，其特征在于所述检定模块中的边缘轮廓拟合子模块，对曲线拟合所得的函数表达式求导，任意点 的导数值即可表征曲线在该点切线的斜率k，则该点处切线与水平坐标轴的夹角通过上式分别求出曲线在左右端点处的切线与水平坐标轴的夹角，即为水珠与绝缘子 形成的后退角θ ^和前进角ea。
8. 一种合成绝缘子表面亲水角检定方法，其特征在于，包括以下步骤①将彩色图像转成256色灰度图像，并采用分段线性变换的方法对图像的每个像素灰 度做线性拉伸，实现水滴图像的有效增强；②对水滴的灰度图像进行几何旋转变换，将水滴图像转至水平位置显示；③采用空域法改善图像质量，对水滴图像中的各个像素点进行平滑操作；④应用Roberts边缘检测算子对所得平滑结果进行图像分割，使得水滴图像的轮廓更 为突出；⑤应用门限阈值法对图像进行二值化处理，选取Ostu阈值算法确定最优门限阈值；⑥如果某像素的8邻域像素点的灰度值&(ik，jk)(k = 1，. . .，8)和中心像素点的灰 度值f(i，j)均相同，就认为该点是在图像的内部并予以删除，否则即认为该点在图像的边 缘；⑦选用正交多项式拟合法对水滴图像的边缘轮廓曲线进行拟合，对曲线拟合所得的函 数表达式求导，任意点的导数值即可表征曲线在该点切线的斜率k，则该点处切线与水平坐 标轴的夹角通过上式分别求出曲线在左右端点处的切线与水平坐标轴的夹角，即为水珠与绝缘子 形成的后退角θ ^和前进角0a。
全文摘要
本发明涉及绝缘子性能检定技术领域，尤其涉及一种合成绝缘子表面亲水角检定系统及方法。本发明包括机械传动机构，用于控制主工作台丝杆传动以及出水滴管、CCD架升降；定量滴水机构，用于精确控制每次检测中绝缘子表面注水量；CCD水平拍摄机构，用于获得所需绝缘子表面水滴图像；检定�？椋糜诙运瓮枷窠懈ㄖ恚⒆钪盏玫角姿牵槐痉⒚魈峁┑姆椒ú捎没叶壤�、滤波等算法进行预处理图像，采用边缘检测等算法实现图像分割，采用多项式拟合对轮廓离散点进行拟合，并对拟合多项式求导得到接触角。本发明在很大程度上减小装置的原理误差，检测精度相对较高，结果客观，整个装置设计简单，制造成本不高，可应用于现场环境下检测操作中。
文档编号G01N13/00GK102053046SQ201010528810
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者乐意, 吕郁文, 王先培, 秦杨, 赵宇 申请人:武汉大学
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