专利名称：：利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法
技术领域：
：本发明涉及一种对电缆绝缘料中杂质检测的方法
背景技术：
：交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中的杂质颗粒是造成其绝缘失效的重要因素。现代电缆工业用超净生产的方式防止杂质颗粒进入绝缘材料。为了评价电缆的超净程度，在生产中制定了严格的绝缘料中杂质颗粒的尺寸和含量标准。例如规定500kV以上电缆绝缘的XLPE料中每公斤不得有超过50m的杂质颗粒。在工业生产中，杂质颗粒的检测要有一定的体积数量和检测频率，结果才具有统计学意义，例如，每生产20吨料作为一个检测批次，在其中随机抽样3公斤进行杂质检测。在杂质颗粒的检测过程中，并不关心杂质颗粒的几何形状细节，而对测量分辨率和测量速度有较高要求。
发明内容本发明为了解决现有技术对电缆绝缘料中杂质检测的分辨率不高、测量速度不高的问题，提出一种利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法。利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法是基于以下装置实现的利用衍射效应对超净电缆绝缘料中杂质检测的装置由光源、透镜、CCD摄像机、AD转换卡和计算机组成，光源、透镜、CCD摄像机依次从左至右共轴排列，所述CCD摄像机设置在透镜的像方焦平面上，CCD摄像机的信号输出端与AD转换卡的模拟信号输入端相连，AD转换卡的数字信号输出端与计算机的信号输入端相连；利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法具体步骤如下步骤A、将标定板放置在透镜的物方焦平面上，保证标定板完全被光源的光束覆盖，所述标定板上制作有不同尺寸的圆形颗粒，颗粒尺寸在20m至100m之间；步骤B、标定板以速度v匀速通过超净电缆绝缘料中杂质检测的装置N次，记录每种尺寸颗粒每次经过AD转换卡后的像函数序列的宽度At，将每种尺寸颗粒的N次测量结果取平均值并取整数，获得标定板每种尺寸颗粒的像函数序列的宽度At;步骤C、通过步骤B获得的标定板每种尺寸颗粒的像函数序列的宽度At，获得CCD摄像机上每种尺寸颗粒的衍射图像像函数解算尺寸a';步骤D、确定步骤C获得衍射图像像函数的解算尺寸a'与圆形颗粒实际尺寸a的对应关系步骤E、将被测超净电缆绝缘料制成厚度在0.5mm至1.2mm之间，宽度为20mm至30mm的测超净电缆绝缘料薄带，放置在透镜的物方焦平面上，保证被测超净电缆绝缘料薄带的宽度完全被光源的光束覆盖；步骤F、被测超净电缆绝缘料薄带以速度v匀速通过超净电缆绝缘料中杂质检测的装置；步骤G、记录杂质颗粒经过AD转换卡后的像函数序列的宽度At;步骤H、通过步骤G获得的杂质颗粒的像函数序列的宽度At，获得CCD摄像机上杂质颗粒的像函数解算尺寸a';步骤1、通过步骤D获得的像函数的解算尺寸a'和圆形颗粒实际尺寸a的对应关系，确定被测超净电缆绝缘料薄带杂质的实际尺寸a。现有技术利用透镜的尺寸变换，将物函数放大来提高测量分辨率，但尺寸放大的同时造成视场的縮小，这样只能是一部分一部分的成像，由于拍摄的幅数多而造成检测速度下降，对于要求高速测量的应用，是不能通过放大成像的方法提高分辨率的。本发明利用衍射效应与CCD摄像结合，无需对杂质成像进行放大，视场范围大，与现有测量装置相比具有更高测量速度，本实用新型适用于电缆工业的超净电缆绝缘料杂质检测，尤其应用于高压XLPE电缆绝缘料和电缆超净生产中的杂质颗粒的高速、高分辨率自动检测，还适用于其他领域杂质的检测。本发明通过分析杂质颗粒在测量过程中的光学成像特性和测量要求，提出了一种利用光学镜头的衍射效应而造成的成像展宽作用，在不关心杂质颗粒形状细节的条件下，提高了测量分辨率的方法，本发明适用于超高压电缆料及电缆生产和质量检测领域。说明书附图图1为标定板7放置在利用衍射效应对超净电缆绝缘料中杂质检测的装置的结构示意图。图2为被测超净电缆绝缘料6薄带放置在利用衍射效应对超净电缆绝缘料中杂质检测的装置的结构示意图。图3为杂志颗粒处的位置光强信号波形图。图4为CCD摄像机3处衍射图像位置光强信号波形图。图5为AD转换卡4后的像函数序列时间-光强信号波形图。图6为像函数序列的局部示意图。图7为具体实施方式四的尺寸测量实验曲线。具体实施例方式具体实施方式一结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法是基于以下装置实现的利用衍射效应对超净电缆绝缘料中杂质检测的装置由光源1、透镜2、CCD摄像机3、AD转换卡4和计算机5组成，光源1、透镜2、CCD摄像机3依次从左至右共轴排列，所述CCD摄像机3设置在透镜2的像方焦平面上，CCD摄像机3的信号输出端与AD转换卡4的模拟信号输入端相连，AD转换卡4的数字信号输出端与计算机5的信号输入端相连；利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法具体步骤如下步骤A、将标定板7放置在透镜2的物方焦平面上，保证标定板7完全被光源1的光束覆盖，所述标定板7上制作有不同尺寸的圆形颗粒，颗粒尺寸在20m至100m之间；步骤B、标定板7以速度v匀速通过超净电缆绝缘料中杂质检测的装置N次，记录每种尺寸颗粒每次经过AD转换卡4后的像函数序列的宽度At，将每种尺寸颗粒的N次测量结果取平均值并取整数，获得标定板7每种尺寸颗粒的像函数序列的宽度At;步骤C、通过步骤B获得的标定板7每种尺寸颗粒的像函数序列的宽度At，获得CCD摄像机3上每种尺寸颗粒的衍射图像像函数解算尺寸a';步骤D、确定步骤C获得衍射图像像函数的解算尺寸a'与圆形颗粒实际尺寸a的对应关系；步骤E、将被测超净电缆绝缘料6制成厚度在0.5mm至1.2mm之间，宽度为20mm至30mm的被测超净电缆绝缘料6薄带，放置在透镜2的物方焦平面上，保证被测超净电缆绝缘料6薄带的宽度完全被光源1的光束覆盖；步骤F、被测超净电缆绝缘料6薄带以速度v匀速通过超净电缆绝缘料中杂质检测的装置；步骤G、记录杂质颗粒经过AD转换卡4后的像函数序列的宽度At;步骤H、通过步骤G获得的杂质颗粒的像函数序列的宽度At，获得CCD摄像机3上杂质颗粒的像函数解算尺寸a';步骤1、通过步骤D获得的像函数的解算尺寸a'和圆形颗粒实际尺寸a的对应关系，确定被测超净电缆绝缘料6薄带杂质的实际尺寸a。所述标定板7为玻璃介质作为载体，中间位置制作有不同尺寸的圆形颗粒的标定板，被测超净电缆绝缘料6薄带厚度为0.5mm至1.2mm，保证超净电缆绝缘料6薄带的通光率，标定板7和被测超净电缆绝缘料6薄带的速度v可以根据实际情况进行选择，v越大，检测速度越快，v越小，检测速度越慢。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一的不同之处在于步骤E中所述的被测超净电缆绝缘料6薄带为厚lmm，宽25mm的薄带。具体实施方式三结合图6说明本实施方式，本实施方式是对步骤B和步骤G中测量杂质颗粒经过AD转换卡4后的像函数序列的宽度At的进一步说明步骤一、设定测量阈值S。，如果测量阈值S。分别对应于AD转换卡4后的像函数序列的第i位像元和第i+n位像元，则执行步骤五，如果测量阈值对应于AD转换卡4后的像函数序列的第i位像元和第i+1位像元之间，则执行步骤二；步骤二、利用三次样条差值将测量阈值附近的K个点连接成光滑曲线，得到三次样条函数；步骤四、由步骤二获得的三次样条函数，计算出测量阈值S。对应的像元位置；步骤五、将两个测量阈值S。对应的像元位置做差，得到杂质颗粒经过AD转换卡4后的像函数序列的宽度At。具体实施方式四本实施方式是对步骤C和步骤H中通过杂质颗粒的像函数序列的宽度At，获得CCD摄像机3上杂质颗粒的像函数解算尺寸a'的进一步说明CCD摄像机3上杂质颗粒的像函数解算尺寸a'=pXAt，其中p为CCD摄像机3的像元间隔。具体实施方式五结合图7说明本实施方式，本实施方式中标定板7上制作有20iim、25iim、30iim、35iim、40iim、50iim、60iim和100iim8个圆形颗粒，标定板7和被测超净电缆绝缘料6薄带通过超净电缆绝缘料中杂质检测的装置的速度均为14mm/s，标定板7像函数的解算尺寸a'和圆形颗粒实际尺寸a的对应关系为一次函数，表达式为a=a'_b，其中b为偏移量，对于焦距f=58mm，相对孔径D/f=1/8的透镜，将像函数的解算尺寸a'和圆形颗粒实际尺寸a拟合成曲线，求得偏移量b=25m，即像函数的解算尺寸a'和圆形颗粒实际尺寸a的对应关系为a=a'_25，经过本发明的方法测量的标定板7的圆形颗粒尺寸如表1列出，本发明的方法对标定板7的测量结果误差在士2iim，XLPE超净电缆绝缘料中杂质颗粒尺寸入表2列出，由于我们只关心杂质颗粒的尺寸小于lOOym的情况，大于6100iim的杂质颗粒尺寸仅用>100iim表示，本发明的方法对XLPE超净电缆绝缘料的测量结果误差不超过±5iim。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>利用本发明对XLPE超净电缆绝缘料中的杂质进行测量的误差比对标定板7的误差稍大，这是由于被测超净电缆绝缘料中的杂质颗粒并非圆形，与标定板7中的圆形颗粒成像规律并不完全相同的结果，这是造成误差稍大的主要原因，工作原理将被测超净电缆绝缘料6放置透镜2的物方焦平面上，为保证被测超净电缆绝缘料6的横截面完全被光源1的光束覆盖，光源1距被测超净电缆绝缘料6的距离为200mm左右，由光源1发出的光，照射被测超净电缆绝缘料6，如果被测超净电缆绝缘料6中含有杂质颗粒，则经过透镜2成像后光强发生变化，并投射到CCD摄像机3上，CCD摄像机3的每个像元的输出经过AD转换卡4装换后，构成一组离散化的光强信息时间序列，该序列中包含杂质颗粒的尺寸信息，在一定阈值条件下，时间序列的间隔At与杂志颗粒的尺寸有一一对应的关系。可以通过测量At解算出杂质的颗粒尺寸。通过分析被测超净电缆绝缘料6杂质颗粒在测量过程中的光学成像特性和测量要求，利用光学镜头的衍射效应而造成的成像展宽作用，在不关心杂质颗粒形状细节的条件下，测量被测超净电缆绝缘料6中杂质的尺寸，与现有的测量装置相比具有更高的的测量分辨率。对于一般的光学系统总是设法减小艾里斑，以提高成像系统的细节分辨率，但是对于杂质颗粒的尺寸测量，杂质几何形状细节并不是需要关心的，真正需要关心的是在测量过程中的尺寸分辨率。如果设法增大艾里斑的直径，意味着被测杂质颗粒成像被展宽，虽然牺牲了成像的空间分辨率，但可以提高尺寸测量的分辨能率。即在测量时，可能无法分辨两个距离很近的杂质颗粒，而将其视为一颗杂质，这在实际应用中是允许的。为了增大艾里斑的直径，减小透镜的相对孔径是有效的方法。实测表明，基于本发明的方法的测量系统，在视场20mm时测量分辨率达到20ym，准确度为士5ym，可以应用于高压XLPE电缆绝缘料和电缆超净生产中的杂质颗粒的高速、高分辨率自动检测。权利要求利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法，其特征在于它是基于以下装置实现的利用衍射效应对超净电缆绝缘料中杂质检测的装置由光源(1)、透镜(2)、CCD摄像机(3)、AD转换卡(4)和计算机(5)组成，光源(1)、透镜(2)、CCD摄像机(3)依次从左至右共轴排列，所述CCD摄像机(3)设置在透镜(2)的像方焦平面上，CCD摄像机(3)的信号输出端与AD转换卡(4)的模拟信号输入端相连，AD转换卡(4)的数字信号输出端与计算机(5)的信号输入端相连；利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法具体步骤如下步骤A、将标定板(7)放置在透镜(2)的物方焦平面上，保证标定板(7)完全被光源(1)的光束覆盖，所述标定板(7)上制作有不同尺寸的圆形颗粒，颗粒尺寸在20μm至100μm之间；步骤B、标定板(7)以速度v匀速通过超净电缆绝缘料中杂质检测的装置N次，记录每种尺寸颗粒每次经过AD转换卡(4)后的像函数序列的宽度Δt，将每种尺寸颗粒的N次测量结果取平均值并取整数，获得标定板(7)每种尺寸颗粒的像函数序列的宽度Δt；步骤C、通过步骤B获得的标定板(7)每种尺寸颗粒的像函数序列的宽度Δt，获得CCD摄像机(3)上每种尺寸颗粒的衍射图像像函数解算尺寸a’；步骤D、确定步骤C获得衍射图像像函数的解算尺寸a’与圆形颗粒实际尺寸a的对应关系；步骤E、将被测超净电缆绝缘料(6)制成厚度在0.5mm至1.2mm之间，宽度为20mm至30mm的被测超净电缆绝缘料(6)薄带，放置在透镜(2)的物方焦平面上，保证被测超净电缆绝缘料(6)薄带的宽度完全被光源(1)的光束覆盖；步骤F、被测超净电缆绝缘料(6)薄带以速度v匀速通过超净电缆绝缘料中杂质检测的装置；步骤G、记录杂质颗粒经过AD转换卡(4)后的像函数序列的宽度Δt；步骤H、通过步骤G获得的杂质颗粒的像函数序列的宽度Δt，获得CCD摄像机(3)上杂质颗粒的像函数解算尺寸a’；步骤I、通过步骤D获得的像函数的解算尺寸a’和圆形颗粒实际尺寸a的对应关系，确定被测超净电缆绝缘料(6)薄带杂质的实际尺寸a。2.根据权利要求1所述的利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法，其特征在于步骤E中所述的被测超净电缆绝缘料(6)薄带为厚lmm，宽25mm的薄带。3.根据权利要求1所述的利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法，其特征在于步骤B和步骤G中测量杂质颗粒经过AD转换卡(4)后的像函数序列的宽度At的具体步骤为步骤一、设定测量阈值SO，如果测量阈值SO分别对应于AD转换卡(4)后的像函数序列的第i位像元和第i+n位像元，则执行步骤五，如果测量阈值对应于AD转换卡(4)后的像函数序列的第i位像元和第i+l位像元之间，则执行步骤二；步骤二、利用三次样条差值将测量阈值附近的K个点连接成光滑曲线，得到三次样条函数；步骤四、由步骤二获得的三次样条函数，计算出测量阈值SO对应的像元位置；步骤五、将两个测量阈值SO对应的像元位置做差，得到杂质颗粒经过AD转换卡(4)后的像函数序列的宽度At。4.根据权利要求1所述的利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法，其特征在于步骤C和步骤H中通过杂质颗粒的像函数序列的宽度At，获得CCD摄像机(3)上杂质颗粒的像函数解算尺寸a'具体为CCD摄像机(3)上杂质颗粒的像函数解算尺寸a'=pXAt，其中p为CCD摄像机(3)的像元间隔。全文摘要利用衍射效应提高超净电缆绝缘料中杂质检测分辨率的方法，它涉及一种对电缆绝缘料中杂质检测的方法，解决了现有技术对电缆绝缘料中杂质检测的分辨率不高、测量速度不高的问题，其步骤为A测量标定板上已知的不同尺寸的圆形颗粒，B获得标定板每种尺寸颗粒的像函数序列的宽度，C解算出CCD摄像机上每种尺寸颗粒的像函数解算尺寸；D确定像函数的解算尺寸和圆形颗粒实际尺寸a的对应关系；E测量超净电缆绝缘料薄带中杂质颗粒的尺寸；F获得超净电缆绝缘料薄带像函数序列的宽度；G解算出CCD摄像机上杂质颗粒的像函数解算尺寸；H确定被测超净电缆绝缘料6薄带杂质的实际尺寸。本发明适用于超高压电缆料及电缆生产和质量检测领域。文档编号G01N15/02GK101718669SQ200910312059公开日2010年6月2日申请日期2009年12月23日优先权日2009年12月23日发明者李迎,王暄,赵洪申请人:哈尔滨理工大学