Page 52 - 无损检测2023年第九期

苗 堃, 等:

高压电缆铅封附件缺陷的涡流检测

仪拍摄铅封的红外图像, 然后利用 FasterRCNN 算 k , 分别为第
k
式中: A i 为第 i段信号的样本熵; S i + 1 S i
法对红 外 图 像 进 行 背 景 和 目 标 分 层, 接 着 利 用 i+ 1 , i段信号的平均相似率( i属于m ); k 为计算容
Mean-Shift 算法将目标层图像分割为小的图像块, 忍度误差。
最后提取过热区域并确定温度信息, 再参考标准确 然后, 将与样本熵结果较为接近的信号段合并
定电缆附件是否存在缺陷。 在一起, 获得更少量的信号区间, 再将区间内相似的
前人研究虽然取得了一定成果, 但是也存在一 信号段拟合在一起, 得到响应模态区间。计算各响
些局限性, 例如超声检测技术不能准确检测出铅封 应模态区间的灵敏度, 根据灵敏度大小确定拟合阈
附件内部的孔洞、 砂眼等缺陷; 红外穿透力比较差, 值所需要的两个区间, 再通过曲线拟合得到交点。
对铅封附件内部较深缺陷的检测效果较差。针对上 将该交点作为阈值, 处理每段原始高压电缆铅封附
述问题, 以高压电缆铅封附件缺陷为对象, 设计了一
件状态电信号。在此基础上, 通过重构 m 段信号,
种涡流检测方法。该方法利用涡流传感器采集电信 得到去除噪声信息后的高压电缆铅封附件状态电信
号并进行滤波, 提取电信号中的两种特征( 边际谱特
号。
征和 Mel 倒谱系数) 组成特征集; 以特征为输入, 利 经过上述分析, 完成铅封附件状态信号采集与
用改进随机森林算法计算每种缺陷发生的概率, 进 滤波处理, 为下一章节的研究提供质量良好的基础
而确定缺陷类型。结果表明, 所述方法在不同类型 信号 [ 9 ] 。
缺陷检测中的交并比达到最值, 均在0.8以上, 检测 1.2 铅封附件状态信号特征提取
准确率较高。 在以往的研究中多是以一种特征作为最后检测

1 高压电缆铅封附件缺陷的涡流检测 依据的, 虽然也能够获得检测结果, 但是单一特征所
能代表的信息是有限的, 因此会在一定程度上造成
1.1 采集与处理铅封附件状态信号 检测结果的误差 [ 10-11 ] 。针对这种情况, 从铅封附件
涡流检测技术以电磁感应原理为基础, 能够检 状态信号中提取两种特征, 分别为边际谱特征和
测构件和金属材料的表面和内部缺陷。以该技术为
Mel 倒谱系数。
核心, 检测高压电缆铅封附件缺陷的具体过程为: 在
1.2.1 边际谱特征
准备好涡流传感器后, 使激励线圈靠近高压电缆铅 t
,
首先假设铅封附件状态信号为B ii= 1 , 2 ,…,
封附件; 激励线圈向高压电缆铅封附件发射交变电
n , 其中 t为时间, n 为信号长度。利用 Hilbert变换
流激励信号, 使附件表面形成涡流并伴随产生磁场; t
法处理B i 。
然后由涡流磁场与线圈的激励电磁场一起带动涡流
∞
传感器( 检测线圈) 的阻抗值发生改变; 此时采集阻 f B i = f ∫ ( 2 )
t
t - 1
( )

· dt π
B i
抗变化引起的微小信号并将其变为电信号, 反馈给 -∞
t t 的
f
f

信号处理系统进行后续的检测研究 [ 5 ] 。 式中: (·) 为 Hilbert 变换函数; ( B i )为 B i

高压电缆铅封附件中有缺陷时与无缺陷时的涡 Hilbert变换处理结果。
t t
流场分布规律不同, 导致最终采集到的电信号也存 然后建立两个函数, 即 D i 和E i
t
t
在差异 [ 6 ] 。因此, 只要利用某种检测算法将这种差 D i= ( B i ) + f B i 2 ( 3 )
t 2
[ ( )]
t
( )
异检测出来, 就能实现高压电缆铅封附件缺陷检测。 t f B i
E i= arctan ( 4 )
由于涡流检测技术无需接触就可以采集到被测 B i
t
目标的状态信号, 故不会对被测目标造成损伤 [ 7 ] 。 式中: D i 为时变的幅值函数; E i 为时变的相位函数。
t
t
此外, 该技术的优势还在于被测件的材料不会影响 接着计算瞬时频率 g i , 计算式为
t
检测结果且可以实现内外检测, 抗干扰性强 [ 8 ] 。 t d E i
t
在采集到电信号之后, 再对其进行滤波处理, 以 g i= dt ( 5 )
消除其中的噪声信号。为此, 离散化分解高压电缆 根据 g i 和D i , 得到 Hilbert 谱G , 其表达式为
t
t
铅封附件状态电信号, 得到 m 段信号。 n
t
t
∫
·
k G=Re ∑ D i ex p g i dt ( 6 )
S i + 1 i = 1

A i=- ln ( 1 )
k
S i 最后得到 Hilbert边际谱 H , 表达式为
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2023年 第45卷 第9期
无损检测