CN118549757B - 一种电缆裂纹检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆裂纹检测方法，属于电缆裂纹检测技术领域，本发明先对电缆施加直流电，通过直流电形成的磁场，得到脉冲信号，根据各个脉冲信号的相似度，筛选出异常检测点和正常检测点，并计算出异常检测点和正常检测点的能量差异值，再在异常检测点的邻域范围内选取多个采样点，提取各个采样点的磁场强度，得到多个磁场信号，根据多个磁场信号，基于能量差异值的补偿，预测电缆裂纹强度，实现从直流电和交流电两种情况，确定电缆裂纹情况，提高对微小或闭合式裂纹的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及电缆裂纹检测技术领域，具体涉及一种电缆裂纹检测方法。
背景技术
在电缆生产过程中，确保电缆产品的质量和可靠性是至关重要的。电缆可能会在生产、运输或安装过程中产生微小的裂纹或缺陷，这些裂纹在电缆投入运行后可能会逐渐扩展，最终导致绝缘层破损，引发电气故障，甚至可能造成电力系统的安全事故。因此，电缆在出厂前进行全面的质量检测，特别是对裂纹等潜在缺陷的检测，是保障电缆产品安全的关键步骤。传统的电缆裂纹检测方法，如目视检查、X光或γ射线检测、超声波检测等，虽然在一定程度上能够发现某些类型的裂纹，但存在操作复杂、效率低下、对操作人员技能要求高等问题。此外，这些方法对于微小或闭合式裂纹存在检测精度不高的问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种电缆裂纹检测方法解决了现有技术对于微小或闭合式裂纹存在检测精度不高的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种电缆裂纹检测方法，包括以下步骤：
S1、对电缆施加直流电，采集电缆上各检测点处的磁场强度，得到多个脉冲信号；
S2、根据多个脉冲信号的能量值的相似度，筛选出异常检测点和正常检测点；
S3、根据异常检测点和正常检测点处的能量值，计算能量差异值；
S4、对电缆施加交流电，在异常检测点的邻域范围选取多个采样点，提取采样点的磁场强度，得到多个磁场信号；
S5、根据多个磁场信号，基于能量差异值的补偿，预测电缆裂纹强度。
进一步地，所述S2包括以下分步骤：
S21、计算每个脉冲信号的能量值；
S22、以一个能量值作为对比值；
S23、计算其他未分类的能量值与对比值的相似度；
S24、判断是否存在其他能量值与对比值的相似度大于相似阈值，若是，则将大于相似阈值的能量值归为一个相似类，若否，则将对比值归为一个相似类；
S25、判断是否存在能量值未分类，若是，取下一个未分类的能量值作为对比值，并跳转至步骤S23，若否，则直接进入步骤S26；
S26、提取能量值的数量为1的相似类，将该相似类中能量值对应的检测点作为异常检测点；
S27、提取能量值的数量最多的相似类，将该相似类中能量值对应的检测点作为正常检测点。
进一步地，所述S21计算每个脉冲信号的能量值的公式为：，其中，E为脉冲信号的能量值，f(τ)为第τ时刻的脉冲信号，d为微分符号，τ为时刻的编号，T为脉冲信号的时间长度。
进一步地，所述S3中计算能量差异值的公式为：，其中，μ为能量差异值，Eabnormal为异常检测点处的能量值，Enormal为正常检测点处的能量值，R为用于归一化的整数。
进一步地，所述S5包括以下分步骤：
S51、将每个磁场信号按固定长度进行切分，得到多个磁场子信号；
S52、根据每个磁场子信号，计算磁场强度均值；
S53、将同一个磁场信号对应的磁场强度均值作为元素，构成磁场强度序列；
S54、根据各个磁场强度序列，计算电缆裂纹初始强度；
S55、采用能量差异值对电缆裂纹初始强度进行补偿，预测电缆裂纹强度。
进一步地，所述S52中磁场强度均值的公式为：，其中，X为磁场强度均值，xi为磁场子信号中第i个信号值，N为一个磁场子信号中信号值的数量，i为正整数。
进一步地，所述S54包括以下分步骤：
S541、根据各个磁场强度序列，计算每个元素的波动系数；
S542、根据各个元素的波动系数，计算电缆裂纹初始强度。
进一步地，所述S541中计算每个元素的波动系数的公式为：，其中，θm为第m个元素的波动系数，arctan为反正切函数，Xn,m为第n个磁场强度序列中第m个元素，L为磁场强度序列的数量，n和m为正整数。
进一步地，所述S542中计算电缆裂纹初始强度的公式为：，其中，Q为电缆裂纹初始强度，β为比例系数，θth为设定的波动系数的门限，M为波动系数θm大于门限θth的数量。
进一步地，所述S55中补偿公式为：，其中，为预测电缆裂纹强度，μ为能量差异值，Q为电缆裂纹初始强度。
综上，本发明的有益效果为：本发明先对电缆施加直流电，通过直流电形成的磁场，得到脉冲信号，根据各个脉冲信号的相似度，筛选出异常检测点和正常检测点，并计算出异常检测点和正常检测点的能量差异值，再在异常检测点的邻域范围内选取多个采样点，提取各个采样点的磁场强度，得到多个磁场信号，根据多个磁场信号，基于能量差异值的补偿，预测电缆裂纹强度，实现从直流电和交流电两种情况，确定电缆裂纹情况，提高对微小或闭合式裂纹的检测精度。
附图说明
图1为一种电缆裂纹检测方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种电缆裂纹检测方法，包括以下步骤：
S1、对电缆施加直流电，采集电缆上各检测点处的磁场强度，得到多个脉冲信号；
S2、根据多个脉冲信号的能量值的相似度，筛选出异常检测点和正常检测点；
S3、根据异常检测点和正常检测点处的能量值，计算能量差异值；
S4、对电缆施加交流电，在异常检测点的邻域范围选取多个采样点，提取采样点的磁场强度，得到多个磁场信号；
S5、根据多个磁场信号，基于能量差异值的补偿，预测电缆裂纹强度。
在本实施例中，步骤S1和S4中采集磁场强度的传感器选择磁通门传感器，磁通门传感器对磁场变化非常敏感，可以用来测量磁场的方向和强度。当磁场发生变化时，磁通门传感器会输出一个脉冲信号，其幅度和宽度与磁场的变化成正比。
当电缆中存在裂纹时，电流的流动路径会受到影响，导致局部电阻增加和电流分布不均。这会引起电缆周围的磁场发生变化。具体而言，裂纹会导致磁场在裂纹部位出现异常，如磁场强度的变化。通过检测这些磁场的变化，可以推断出电缆内部是否存在裂纹。
步骤S2为：根据每个脉冲信号的能量值的相似度，将相似的能量值归为一个相似类，取仅含一个能量值的相似类，该能量值对应的检测点为异常检测点，取能量值最多的相似类，该能量值对应的检测点为正常检测点。
所述S2包括以下分步骤：
S21、计算每个脉冲信号的能量值；
S22、以一个能量值作为对比值；
S23、计算其他未分类的能量值与对比值的相似度；
S24、判断是否存在其他能量值与对比值的相似度大于相似阈值，若是，则将大于相似阈值的能量值归为一个相似类，若否，则将对比值归为一个相似类；
S25、判断是否存在能量值未分类，若是，取下一个未分类的能量值作为对比值，并跳转至步骤S23，若否，则直接进入步骤S26；
S26、提取能量值的数量为1的相似类，将该相似类中能量值对应的检测点作为异常检测点；
S27、提取能量值的数量最多的相似类，将该相似类中能量值对应的检测点作为正常检测点。
在本实施例中，相似阈值根据需求或实验进行设置。
本发明计算出每个脉冲信号的能量值，选取任意一个能量值作为对比值，计算出其他的能量值与对比值的相似度，从而实现将相似的能量值归为一类，若是不存在与对比值相似的能量值，将对比值单独归为一个相似类，实现将各个能量值进行分类，提取只有一个能量值的相似类，该类中能量值对应的检测点作为异常检测点，提取能量值最多的相似类，该类中能量值对应的检测点为正常检测点。
所述S21计算每个脉冲信号的能量值的公式为：，其中，E为脉冲信号的能量值，f(τ)为第τ时刻的脉冲信号，d为微分符号，τ为时刻的编号，T为脉冲信号的时间长度。
所述S3中计算能量差异值的公式为：，其中，μ为能量差异值，Eabnormal为异常检测点处的能量值，Enormal为正常检测点处的能量值，R为用于归一化的整数。
所述S5包括以下分步骤：
S51、将每个磁场信号按固定长度进行切分，得到多个磁场子信号；
S52、在本发明中一个磁场信号来源于一个采样点；
S53、根据每个磁场子信号，计算磁场强度均值；
S54、将同一个磁场信号对应的磁场强度均值作为元素，构成磁场强度序列；
S55、根据各个磁场强度序列，计算电缆裂纹初始强度；
S56、采用能量差异值对电缆裂纹初始强度进行补偿，预测电缆裂纹强度。
在本实施例中，异常检测点的邻域范围可根据需求进行取值，例如：邻域范围的长度可选取为5cm，在异常检测点的5cm范围内进行取采样点。
本发明将每个磁场信号按固定长度进行切分，得到同一个磁场信号对应的多个磁场子信号，对每个磁场子信号，计算磁场强度均值，将同一个磁场信号对应的磁场强度均值，构成磁场强度序列，一个磁场强度序列体现一个采样点的磁场信号强度，根据各个磁场强度序列，计算电缆裂纹初始强度，并采用能量差异值进行补偿，提高预测电缆裂纹强度的精度。
所述S52中磁场强度均值的公式为：，其中，X为磁场强度均值，xi为磁场子信号中第i个信号值，N为一个磁场子信号中信号值的数量，i为正整数。
所述S54包括以下分步骤：
S541、根据各个磁场强度序列，计算每个元素的波动系数；
S542、根据各个元素的波动系数，计算电缆裂纹初始强度。
所述S541中计算每个元素的波动系数的公式为：，其中，θm为第m个元素的波动系数，arctan为反正切函数，Xn,m为第n个磁场强度序列中第m个元素，L为磁场强度序列的数量，n和m为正整数。
本发明中先将每个磁场信号按固定长度进行切分，因此，每个元素代表一个时间段的磁场强度，而电缆存在裂纹的地方，会由于裂纹引起磁场的不均匀性，因此，本发明计算出每个元素的波动系数，来评估裂纹引起的磁场不均匀性的程度。
所述S542中计算电缆裂纹初始强度的公式为：，其中，Q为电缆裂纹初始强度，β为比例系数，θth为设定的波动系数的门限，M为波动系数θm大于门限θth的数量。
本发明选取大于门限θth的波动系数θm进行计算，从而找出波动程度大的波动系数，波动系数越大，裂纹引起的磁场不均匀性越大，电缆裂纹初始强度越大。
在本实施例中，比例系数根据需求进行设置，θth为对波动系数设定的阈值，根据实验或需求进行具体设置。
所述S55中补偿公式为：，其中，为预测电缆裂纹强度，μ为能量差异值，Q为电缆裂纹初始强度。
本发明通过结合直流和交流电场下的磁场检测，提高了对电缆裂纹，尤其是微小或闭合式裂纹的检测精度。
直流电场下的磁场检测：通过对电缆施加直流电并采集磁场强度，可以得到电缆在无交流频率干扰的情况下的基本磁场特征。这有助于揭示由裂纹引起的磁场扰动，尤其是在电缆表面附近的微小裂纹。
能量值的相似度分析：通过比较不同检测点脉冲信号的能量值相似度，可以筛选出磁场特征异常的点。这种方法对于识别微小裂纹特别有效，因为即使裂纹很小，也会在磁场分布中产生可检测的变化。
能量差异值的计算：计算异常检测点与正常检测点之间的能量差异值，提供了量化的指标来评估裂纹的严重程度，从而增加了检测方法的精确性。
交流电场下的磁场检测：在交流电的作用下，电缆周围的磁场会随着电流的变化而变化。在异常检测点的邻域范围内进行细致的磁场强度采集，可以利用交流电的特性来揭示更多关于裂纹性质的信息。
基于能量差异值的补偿：在预测电缆裂纹强度时，利用之前计算的能量差异值进行补偿，可以提高预测的准确性。这种方法考虑了裂纹对磁场影响的定量特征，使得对微小或闭合式裂纹的评估更加精确。
本发明通过综合直流和交流电场下的磁场检测数据，以及能量值的定量分析，提高了对电缆微小或闭合式裂纹的检测精度。
随着电磁检测技术的发展，基于磁场的电缆裂纹检测方法因其非破坏性、高效率和较好的灵敏度而受到关注。该方法利用电缆在电流作用下产生的磁场分布特性，通过分析磁场强度的变化来识别电缆上的异常点，包括裂纹和其它缺陷。
在本电缆裂纹检测方法中，首先对电缆施加直流电，采集电缆上各检测点处的磁场强度，得到多个脉冲信号。这一步骤利用了电流在电缆中流动时产生的磁场，以及裂纹对磁场分布的影响。随后，通过比较多个脉冲信号的能量值相似度，筛选出异常检测点和正常检测点。这一步是基于裂纹处磁场强度与正常区域存在差异的原理。接着，计算能量差异值，为后续的裂纹强度预测提供数据支持。
在交流电的作用下，裂纹附近的磁场分布会更加复杂，因此在异常检测点的邻域范围内选取多个采样点，提取磁场强度，得到多个磁场信号。这一步是为了获取更详细的裂纹信息，因为交流电下的磁场变化能够提供更多关于裂纹特征的数据。最后，根据多个磁场信号和之前计算的能量差异值，预测电缆裂纹的强度。这一步骤结合了直流和交流电下的磁场信息，提高了裂纹检测的准确性和定量评估的能力。
本电缆裂纹检测方法结合了直流和交流电下的磁场检测技术，通过能量值的相似度分析和能量差异值的计算，实现了对电缆裂纹的有效识别和强度预测。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种电缆裂纹检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对电缆施加直流电，采集电缆上各检测点处的磁场强度，得到多个脉冲信号；
S2、根据多个脉冲信号的能量值的相似度，筛选出异常检测点和正常检测点；
S3、根据异常检测点和正常检测点处的能量值，计算能量差异值；
S4、对电缆施加交流电，在异常检测点的邻域范围选取多个采样点，提取采样点的磁场强度，得到多个磁场信号；
S5、根据多个磁场信号，基于能量差异值的补偿，预测电缆裂纹强度；
所述S3中计算能量差异值的公式为：，其中，μ为能量差异值，Eabnormal为异常检测点处的能量值，Enormal为正常检测点处的能量值，R为用于归一化的整数；
所述S5包括以下分步骤：
S51、将每个磁场信号按固定长度进行切分，得到多个磁场子信号；
S52、根据每个磁场子信号，计算磁场强度均值；
S53、将同一个磁场信号对应的磁场强度均值作为元素，构成磁场强度序列；
S54、根据各个磁场强度序列，计算电缆裂纹初始强度；
S55、采用能量差异值对电缆裂纹初始强度进行补偿，预测电缆裂纹强度；
所述S54包括以下分步骤：
S541、根据各个磁场强度序列，计算每个元素的波动系数；
S542、根据各个元素的波动系数，计算电缆裂纹初始强度；
所述S541中计算每个元素的波动系数的公式为：，其中，θm为第m个元素的波动系数，arctan为反正切函数，Xn,m为第n个磁场强度序列中第m个元素，L为磁场强度序列的数量，n和m为正整数；
所述S542中计算电缆裂纹初始强度的公式为：，其中，Q为电缆裂纹初始强度，β为比例系数，θth为设定的波动系数的门限，M为波动系数θm大于门限θth的数量；
所述S55中补偿公式为：，其中，为预测电缆裂纹强度，μ为能量差异值，Q为电缆裂纹初始强度。
2.根据权利要求1所述的电缆裂纹检测方法，其特征在于，所述S2包括以下分步骤：
S21、计算每个脉冲信号的能量值；
S22、以一个能量值作为对比值；
S23、计算其他未分类的能量值与对比值的相似度；
S24、判断是否存在其他能量值与对比值的相似度大于相似阈值，若是，则将大于相似阈值的能量值归为一个相似类，若否，则将对比值归为一个相似类；
S25、判断是否存在能量值未分类，若是，取下一个未分类的能量值作为对比值，并跳转至步骤S23，若否，则直接进入步骤S26；
S26、提取能量值的数量为1的相似类，将该相似类中能量值对应的检测点作为异常检测点；
S27、提取能量值的数量最多的相似类，将该相似类中能量值对应的检测点作为正常检测点。
3.根据权利要求2所述的电缆裂纹检测方法，其特征在于，所述S21计算每个脉冲信号的能量值的公式为：，其中，E为脉冲信号的能量值，f(τ)为第τ时刻的脉冲信号，d为微分符号，τ为时刻的编号，T为脉冲信号的时间长度。
4.根据权利要求1所述的电缆裂纹检测方法，其特征在于，所述S52中磁场强度均值的公式为：，其中，X为磁场强度均值，xi为磁场子信号中第i个信号值，N为一个磁场子信号中信号值的数量，i为正整数。
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