[發明專利]一種診斷電弧放電非熱平衡物理特性的方法

有效

• 申請號: 201810030349.8
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108303623B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 葉齊政;王玉偉;董軒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G06T7/90
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種診斷電弧放電非熱平衡物理特性的方法，該方法使用相機拍攝的電弧照片，然后選取照片的電弧區域，直接分析計算圖像中的R、G、B色度信息和灰度信息。通過比較直流電暈和電弧放電空間中色度分布、不同材料放電電弧色度分布、交流電弧三個階段的色度分布、不同電流下電弧色度分布等四個方面，分別對電弧的空間分布輻射特征、電極材料的差異、是否含有剩余電流以及熱平衡處的溫度隨電流變化情況等物理特性進行判斷。通過本發明不需假設整個弧柱區域熱平衡狀態，因而可以分析計算空間分布的非熱平衡特性，并以此作為電弧的診斷。

技術領域

本發明屬于電弧等離子體領域，更具體地，涉及一種利用光學圖像空間分布的色度信息診斷電弧放電非熱平衡物理特性的方法。

背景技術

電弧放電是氣體放電中一種強烈的自持放電，產生大量的等離子體并伴有劇烈的光熱現象。電弧在焊接，整流，照明，加熱等方面應用前景廣泛，對電弧的空間特征進行準確表征是電弧工業應用的必要需求。對于電力系統而言，電弧產生的危害會造成經濟的巨大損失和人員傷亡，能否準確的識別電弧狀態和特征成為了重中之重。

對電弧的實驗研究主要集中在靜電探針法、發射光譜法和高速攝影法。靜電探針法通過分析探針的電壓電流曲線可以得到等離子體內部的電子溫度，電子密度等參數，其缺點是探針引入到電弧中之后會對熱等離子體內部產生一定的擾動，對探針材料和形狀尺寸的要求也比較高。發射光譜法主要用來研究電弧的溫度，通過采集電弧發生的光譜強度，然后根據熱平衡狀態下的發射系數和光譜強度之間的關系得到發射系數，再通過boltzmann分布和saha方程計算出發射系數和溫度的關系。光譜法要采用合適的波段光譜，且對電弧的要求一定要滿足局部熱平衡狀態，而弧柱邊緣部分是不滿足此要求的，因此，在不同的實驗條件下，得到的結果往往差別很大，僅僅使用“溫度”這個參量并不能準確的表征電弧。高速攝影法可以通過拍攝短時間的放電照片研究電弧的發展，其缺點是分辨率過低，無法研究電弧空間分布，且存在實驗條件苛刻，操作難度大等問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種診斷電弧放電非熱平衡物理特性的方法，由此解決電弧應用中物理特性診斷難度較大以及診斷準確性較低等的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種診斷電弧放電非熱平衡物理特性的方法，包括：

從穩定電弧的真彩圖圖像中選出放電區域，將所述放電區域作為計算域，將所述計算域劃分為若干微元；

提取每個所述微元內的RGB三色分量和每個所述微元的灰度值，并由所述RGB三色分量和所述灰度值確定每個所述微元的色度信息；

根據所述色度信息沿電弧軸向和徑向的空間分布，分辨電弧的放電非熱平衡物理特性。

優選地，所述將所述計算域劃分為若干微元包括：

將所述計算域平分為若干個微元，其中每個微元中包括M×N個像素點，其中，M、N均為正整數。

優選地，所述由所述RGB三色分量和所述灰度值確定每個所述微元的色度信息，包括：

由得到每個所述微元的色度信息，其中，AGL(x,y)為色度信息分布，AGL分別取為L、R、G、B，且L＝0.3×R+0.59×G+0.11×B，L表示所述微元的灰度值，(x,y)表示所述微元中的像素點的橫縱坐標。

優選地，所述根據所述色度信息沿電弧軸向和徑向的空間分布，分辨電弧的放電非熱平衡物理特性，包括：

根據直流電暈和直流電弧放電空間中的色度信息分布對直流電暈和直流電弧進行分辨；

根據在電極兩端和弧柱中的色度信息的不同對電極材料進行區分；

根據交流電弧的三個階段的色度信息分布以及交流電弧零休階段電極的色度特征確定是否存在剩余電流；