[发明专利]一种基于紫外成像法下放电强度换算方法

权利要求书

1.一种基于紫外成像法下放电强度换算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）试验系统的建立，通过对典型试验模型的分析、研究，确定典型的放电模型—棒电极和板电极，对棒电极的选材、大小、结构进行设计，建立用于紫外试验的放电模型；

2）根据步骤1中的建立起来的实验模型，施加不同的工频试验电压值，通过对紫外成像仪器中检测增益设置、不同的测试距离下采集到持续的具有特征性的紫外成像视频，用来进行分析、研究；

3）根据步骤2中检测采集到的紫外成像视频，利用视频分析和数字图像处理算法提取紫外图像中的放电光斑区域，利用光斑区域所包含的图像的像素点的个数来来量化图像，并定义光斑面积参数，确定其光斑面积，根据相应的数字图像处理算法，综合编制图像处理软件；

4）根据步骤3中绘制的图像处理软件，综合考虑紫外测试距离、仪器增益、放电强度与紫外成像图谱量化参数之间的关系，分析各参量及数据得到相应的曲线，提出相应的换算方法；

5）研究电信号与紫外成像信号之间的关系，获得相关的关系曲线，采用步骤4中所得到的换算方法实现对放电强度的计算。

2.根据权利要求1所述的基于紫外成像法下放电强度换算方法，其特征在于，在步骤2中，所述紫外检测视频的获取，通过对放电模型施加不同的工频试验电压值，调节紫外成像仪器中检测增益设置、不同的测试距离而获得。

3.根据权利要求2所述的基于紫外成像法下放电强度换算方法，其特征在于，在步骤2中，同时用以色列产和南非产两台紫外成像仪进行放电视频的获取，详细获取按下述方法进行：南非紫外成像仪的增益依次取：40%，50%，60%，70%，80%，90%和100%，以色列的紫外成像仪的增益分别取值为：80,100，120，140,160,180,200,220,240,250；施加45kV工频电压至试验模型，两台仪器分别在距离试品4米、6米、8米、12米、16米、20米、28米处进行紫外成像测试并保存。

4.根据权利要求1所述的基于紫外成像法下放电强度换算方法，其特征在于，在步骤（4）中，最终所得到的换算方法综合参考了紫外测试距离、仪器的增益及通过紫外成像图谱量化参数之间的关系，得到相应的曲线，再通过数据拟合，得出放电强度的一种换算方法，具体步骤如下：

（1）光斑面积与距离的关系的拟合分析：光斑面积参数与距离和增益之间有着一定的变化特性，兼顾仪器的探测灵敏度和便于实现对放电的量化分析，在工程中利用光斑面积参数用于放电结果的量化，同时南非的紫外成像仪的增益设置为80%，而以色列的紫外成像仪的增益设置为200；

对南非紫外成像仪在增益为80%，以色列的紫外成像仪在增益为200时的光斑面积随距离的变化特性进行拟合分析；根据数据的变化趋势，选择幂函数对散点进行拟合分析，拟合函数表达式如下：

                      （4-1）

上式中，为一常量系数，为观测距离，为距离下所对应的光斑面积值，为幂函数的指数；为了确定式（4-1）中的和值，采用最小二乘曲线拟合法对数据进行拟合分析，为进一步量化曲线的拟合精确程度，计算各拟合曲线的可决系数，计算式如下：

             （4-2）

上式中，为残差平方和，为总平方和，，该值越接近于1，表示曲线的拟合程度越好；根据试验数据其拟合函数表达式和可决系数值如表1所示：

表1 拟合函数表达式和可决系数值

由上表中的数据可知，对于南非紫外成像仪，其增益在80%时，在40kV和45k下其幂函数的指数近似为1.7，同样对于以色列的紫外成像仪，其光斑面积值与距离之间的拟函数的幂指数值也近似为1.7；

（2）光斑面积值的归一化：在不同的电压即放电强度下，各拟合函数的指数并不相同但差异并不大，对各拟合函数的幂指数进行取平均值处理，对于南非的紫外成像仪其平均值为1.743，对于以色列的紫外成像仪，其平均值为1.741，因而对于南非的紫外成像仪光斑面积与距离之间的拟合函数统一为式如下所示： 

                                         （4-3）

对于以色列的紫外成像仪光斑面积与距离之间的拟合函数统一为式如下所示：

                      （4-4）

基于式（4-3）和式（4-4）的拟合函数，提出光斑面积和光子数归一化换算方法如下：

对于光斑面积参数，假设在距离下检测到的光斑面积值为，将该值归一化到距离下，设在下的的值为，其中和也近似满足于拟合函数式（4-3），也即有：

                            

则由（4-3）和（4-4）两式可以得到归一化换算方法如下所示：

                                         （4-5）。