一种电缆绝缘料性能快速检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电力电缆质量管控技术领域，特别涉及一种电缆绝缘料性能快速检测方法及系统。

背景技术

电缆系统的本质安全直接关系到电网系统的安全运行，而电缆绝缘材料的性能控制直接影响到成品电缆的质量。目前，各电压等级所用的绝缘料的性能都有明确的要求，到货后针对电缆绝缘料开展压片后的机械性能、电气性能等测试以验证该批次绝缘料符合生产要求。

传统的方法耗试验周期长、效率低、损耗大，操作不方便，急需一种能够针对绝缘料进行高效率的性能判断方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种基于近红外光谱的电缆绝缘料的性能快速检测技术方法及系统，在石化装置或电缆厂生产进行电缆生产前对绝缘料的性能进行判别。

本发明还提出一种具有上述电缆绝缘料性能快速检测方法的装置。

根据本发明的第一方面实施例的电缆绝缘料性能快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用近红外光源照射待测电缆绝缘材料；

利用光纤收集所述近红外光源的近红外光信号和所述待测电缆的漫反射光；

将所述近红外光信号和所述漫反射光经转换为电信号以便进行后续处理；

基于多元散射法预处理方法，对光谱强度信号进行处理，确定处理后的光谱强度信号；

采用Savitzky-Golay平滑法对所述处理后的光谱强度信号进行平滑消躁，得到有效光谱波长范围内的光谱特征；

基于所述光谱特征建立回归模型并进行还原，得到多元模型，根据所述多元模型确定待测电缆绝缘材料的绝缘性能。

根据本发明实施例的电缆绝缘料性能快速检测方法，至少具有如下有益效果：该方法采用近红外光谱方式，并基于光谱特征构建的非线性定量模型对电缆绝缘料的机械性能等关键性能开展预测，以实现对电缆绝缘料性能参数的获取。建立一种便携式、无损式的绝缘材料性能快速检测手段，加快检测速度，提高检测效率，减少人力资源，解决电缆绝缘材料性能检测实施不便、覆盖度不足问题，实现对到货电缆及附件核心部件材料品质即时快速全覆盖式检测。

根据本发明的一些实施例，所述近红外光源为卤钨灯或氦-氖灯，能够发射频率在780～2526nm范围内的近红外光。

根据本发明的一些实施例，所述利用光纤收集所述近红外光源的近红外光信号和所述待测电缆的漫反射光的步骤中，采用的是低羟基的1+6型光纤，中间的一束光纤用于收集来自样品的漫反射光，其余周围的6束光纤用于输送来自光源的近红外光。

根据本发明的一些实施例，所述将所述近红外光信号和所述漫反射光经转换为电信号发送给计算机的步骤中，通过4个32位高速A/D光信号转换器将光谱信号转化为电信号。

根据本发明的一些实施例，所述基于多元散射法预处理方法，对光谱强度信号进行微分处理，确定处理后的光谱强度信号的步骤中，具体包括：

利用近红外光谱平滑法，最小二乘法，多元散射法对光谱强度信号进行预处理。

根据本发明的一些实施例，所述采用Savitzky-Golay平滑法对所述处理后的光谱强度信号进行平滑消躁，得到有效光谱波长范围内的光谱特征的步骤中，主要是通过光程校正、光谱异常点优化选择和噪声去除，得到有效光谱波长范围内的光谱特征；其中，光谱特征包括峰中心点特征波长、特征峰高、峰面积。

根据本发明的第二方面实施例的电缆绝缘料性能快速检测装置，其特征在于，包括：

照射模块，能够利用近红外光源照射待测电缆绝缘材料；

光纤采集模块，能够利用光纤收集所述近红外光源的近红外光信号和所述待测电缆的漫反射光；

光电转换模块，能够将所述近红外光信号和所述漫反射光经转换为电信号以便进行后续处理；

信号预处理模块，能够基于多元散射法预处理方法，对光谱强度信号进行处理，确定处理后的光谱强度信号；

光谱分析模块，能够采用Savitzky-Golay平滑法对所述处理后的光谱强度信号进行平滑消躁，得到有效光谱波长范围内的光谱特征；

模型分析模块，能够基于所述光谱特征建立回归模型并进行还原，得到多元模型，根据所述多元模型确定待测电缆绝缘材料的绝缘性能。

根据本发明的一些实施例，所述照射模块的近红外光源为卤钨灯或氦-氖灯，能够发射频率在780～2526nm范围内的近红外光。

根据本发明的一些实施例，所述光纤采集模块使用了低羟基的1+6型光纤，中间的一束光纤用于收集来自样品的漫反射光，其余周围的6束光纤用于输送来自光源的近红外光。

根据本发明的一些实施例，所述光电转换模块通过4个32位高速A/D光信号转换器将光谱信号转化为电信号。

根据本发明的一些实施例，所述信号预处理模块，使用了近红外光谱平滑法，最小二乘法，多元散射法对光谱强度信号进行预处理。

根据本发明的一些实施例，所述光谱分析模块通过光程校正、光谱异常点优化选择和噪声去除，得到有效光谱波长范围内的光谱特征；所述光谱特征包括峰中心点特征波长、特征峰高、峰面积。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的电缆绝缘料性能快速检测方法的步骤示意图；

图2为本发明实施例的电缆绝缘料性能快速检测装置的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

电缆绝缘材料主要为含有各种不同的C-H基团信息的烃类化合物，例如甲基C-H(913nm)、烯烃C-H(895nm)、亚甲基C-H(934nm)和芳烃C-H(875nm)等基团信息。材料中不同结构的烃类化合物含量变化都会导致近红外光谱的变化，尽管这种变化非常细微，但通过化学计量学方法对光谱数据的处理，便能得到样品组成变化的信息。因此可将绝缘材料的近红外光谱和组成数据，通过合理的谱图预处理(如平滑、微分)和化学计量学校正方法建立起近红外光谱与组成间的校正模型，通过建立的校正模型便可快速得到材料性能参数。

依据上述启示，如图1所示，本发明提供了一种电缆绝缘料性能快速检测方法，该方法至少包括以下步骤：

步骤S100、利用近红外光源照射待测电缆绝缘材料。

本实施例中，采用钨灯丝发出780～2526nm的近红外光信号，照射在待测电缆绝缘材料中。

步骤S200、利用光纤收集所述钨灯丝光源的近红外光信号和所述待测电缆的漫反射光。

优选的，本申请采用低羟基的1+6型光纤，中间的一束光纤用于收集来自待测电缆的漫反射光，其余周围的6束光纤用于输送来自光源的近红外光。

步骤S300、将所述近红外光信号和所述漫反射光经转换为电信号以便进行后续处理。

采用积分球式对光纤探头的漫反射近红外光信号开展强度检测，信号对比，获得材料的近红外光谱信号，然后通过4个32位高速A/D光信号转换器将光谱信号转化为电信号并输送给电脑。

步骤S400、基于多元散射法预处理方法，对光谱强度信号进行处理，确定处理后的光谱强度信号。

在本实施例中，通过对光谱强度信号进行近红外光谱平滑法，最小二乘法，多元散射法进行预处理。上述方法均为常见预处理方法，此处不再赘述。

步骤S500、采用Savitzky-Golay平滑法对所述处理后的光谱强度信号进行平滑消躁，得到有效光谱波长范围内的光谱特征。

在本实施例中，需要进行定性分析的数据，包括光谱数据的峰中心点特征波长、特征峰高、峰面积。这些数据对于判定待测电缆绝缘材料具有较好的效果。

步骤S600、基于所述光谱特征建立回归模型并进行还原，得到多元模型，根据所述多元模型确定待测电缆绝缘材料的绝缘性能。

在本实施例中，基于步骤S500中确定的光谱特征，采用主成分分析法，选取在组分成分分布变化上具有代表性的样本(训练集)原始光谱进行处理，以训练集原始光谱在主成分光谱向量方向上的方差最大为原则，构造一系列相互的主成分光谱向量，建立起主成分光谱空间，建立由n个样品p个波长点的光谱矩阵如下所示：

通过模型建立与比对模块构建非线性定量模型，并实现性能的预测。主成分矩阵为Z，则主成分回归可描述为：

式中：m是选取的主成分个数；f

由于一般主成分变换为线性变换，因此Z也可以表示成光谱数据x的线性函数，主成分回归方程也可以变换为：

当利用全部的p个主成分建立回归模型并还原后，得到的多元模型。根据模型比对，实现对电缆绝缘材料的性能检测。

本申请又一方面的实施例提供了一种电缆绝缘料性能快速检测装置，该装置20包括：照射模块201、光纤采集模块202、光电转换模块203、信号预处理模块204、光谱分析模块205、模型分析模块206

照射模块201，能够利用近红外光源照射待测电缆绝缘材料；

光纤采集模块202，能够利用光纤收集所述近红外光源的近红外光信号和所述待测电缆的漫反射光；

光电转换模块203，能够将所述近红外光信号和所述漫反射光经转换为电信号以便进行后续处理；

信号预处理模块204，能够基于多元散射法预处理方法，对光谱强度信号进行处理，确定处理后的光谱强度信号；

光谱分析模块205，能够采用Savitzky-Golay平滑法对所述处理后的光谱强度信号进行平滑消躁，得到有效光谱波长范围内的光谱特征；

模型分析模块206，能够基于所述光谱特征建立回归模型并进行还原，得到多元模型，根据所述多元模型确定待测电缆绝缘材料的绝缘性能。

进一步地，照射模块201中的近红外光源为卤钨灯或氦-氖灯，能够发射频率在780～2526nm范围内的近红外光。

进一步地，光纤采集202模块使用了低羟基的1+6型光纤，中间的一束光纤用于收集来自样品的漫反射光，其余周围的6束光纤用于输送来自光源的近红外光。

进一步地，光电转换模块203通过4个32位高速A/D光信号转换器将光谱信号转化为电信号。

优选的，所述光电转换模块203还包括漫反射光信号检测器，能够通过积分球式对光纤探头的漫反射近红外光信号开展强度检测。

进一步地，信号预处理模块204使用了近红外光谱平滑法，最小二乘法，多元散射法对光谱强度信号进行预处理。

进一步地，光谱分析模块205通过光程校正、光谱异常点优化选择和噪声去除，得到有效光谱波长范围内的光谱特征；所述光谱特征包括峰中心点特征波长、特征峰高、峰面积。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。