[发明专利]一种介电功能梯度绝缘双模态无损检测方法

说明书

本发明公开了一种介电功能梯度绝缘双模态无损检测方法，首先根据三维绝缘子内部不同位置的密度变化情况分割得到不同密度区域的边界，然后以几何信息作为输入，根据测量边界极板上电容的变化获得训练样本，经归一化处理后进行训练；将功能梯度绝缘子边界电容矩阵代入训练后的模型中，得到绝缘子内部对应材料分区内的介电常数数值的大小，完成无损检测。本发明结合ICT高空间分辨率与ECT直接介电反演的优点，实现介电功能梯度绝缘定形定参的无损检测需求，通过机器学习算法在提高反演速度的同时也解决了参数反演过程的非线性与病态性的难题。

技术领域

本发明属于电力设备无损检测技术领域，具体涉及一种介电功能梯度绝缘双模态无损检测方法。

背景技术

在我国，GIS中环氧浇注类绝缘子闪络/击穿故障频发，问题突出。近年来，新出现的“功能梯度材料”(Functionally Graded Material,FGM)通过调控介电参数(相对介电常数ε和电导率γ)的空间分布以改善电场的均匀程度，可显著提高绝缘子闪络电压。

目前制备d-FGM的工艺主要有离心法，叠层法和3D打印。由于制作过程一体化成型特点，需要判断制得的绝缘结构内部的介电参数分布是否符合预先的设计，这是评价d-FGM性能的重要指标。此外，还可以通过检测结果及时反馈制造指导信息，在d-FGM的制备中形成闭环反馈，以提升制备的精度和可靠性。传统介电参数检测方法，如电桥法、介电谱法等，其默认待测试样内部介电参数分布均匀，通过试样整体电容、电阻的变化表征其介电参数。难以满足不均匀电介质的检测需求。针对于非均匀电介质，可将材料加工成特定的形状，如同轴或是长方体结构，然后放入波导中，利用波导中产生的电磁波检测介电参数。或者为了获取介电梯度的分布，将试样切成薄片后，采用匀质材料的处理办法获得整体介电参数的分布。显然，上述方法操作困难，不能满足无损辨识的要求。需要强调的是，当非均匀介质的空间分布更加复杂时，破坏性的检测手段不再满足测试要求。

目前的无损检测手段主要包括超声检测、射线检测、磁粉检测、声发射检测、微波无损检测等技术，其中，超声检测检测对象为声阻抗，与介电参数的识别存在差异，射线检测针对的是密度存在差异的物体，不能直接识别介电参数，磁粉与声发射技术不适用以环氧树脂为代表的聚合物复合材料构成的高电压设备绝缘子。微波检测虽然检测的是介电参数，但微波频段的介电参数与工频下存在较大差异，难以直接等效。因此，亟需研发针对聚合物复合材料FGM绝缘子的无损检测手段，以推动介电功能梯度材料在电力系统及特种电气设备中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种介电功能梯度绝缘双模态无损检测方法，分别利用工业CT(industrial computed tomography，ICT)高分辨率与电容层析(electrical capacitive tomography，ECT)直接介电参数反演的优点，通过双模态ICTECT层析的方式呈现出绝缘子内部介电常数的空间分布，实现介电功能梯度绝缘子无损检测的目的。

本发明采用以下技术方案：

一种介电功能梯度绝缘双模态无损检测方法，首先根据三维绝缘子内部不同位置的密度变化情况分割得到不同密度区域的边界，然后以几何信息作为输入，根据测量边界极板上电容的变化获得训练样本，经归一化处理后进行训练；将功能梯度绝缘子边界电容矩阵代入训练后的模型中，得到绝缘子内部对应材料分区内的介电常数数值的大小，完成无损检测。

具体的，包括以下步骤：

S1、根据X光的吸收，循环扫描介电功能梯度绝缘子获得三维绝缘子内部不同位置的密度变化图像；

S2、对于像素离散变化的图像，采用图像分割算法对步骤S1得到的密度变化图像进行分割，根据密度变化图像中不同密度区域的边界确定几何形状，基于灰度值的不连续和相似的性质，实现基于灰度的局部不连续性来进行边界检测，对于像素连续变化的图像进行函数拟合获得密度特性函数；