一种断路器真空灭弧室开距测量方法及装置与流程

本发明涉及开距测量，具体为一种断路器真空灭弧室开距测量方法及装置。

背景技术：

1、断路器真空灭弧室开距，是其内部动静触头完全分闸时的直线距离，属灭弧室核心结构参数，其设计与断路器额定电压、开断电流等关键性能直接相关，既需满足绝缘要求，避免分闸后触头间因耐受电压不足发生击穿；又不能过大，以防增加操作机构负载、影响可靠性。

2、工厂流水线通常检测断路器真空灭弧室开距时，先通过气动工装将灭弧室精准固定在分闸状态，利用激光位移传感器实现非接触式测量，即反射器随动导电杆同步运动，发射接收器通过激光干涉实时捕捉距离变化，转化为电压信号曲线，检测系统按预设程序分步骤记录：先定位动触头分闸底部的基准点a，再驱动探测头顶起动触头至合闸支撑位记录点b，通过两点差值计算开距值，整个过程由plc控制系统联动机械臂完成转运、定位以及数据采集，不合格品会被自动标记并分流至返修区，合格数据则实时存档关联产品条码，实现从测量到质量追溯的全流程自动化管控。

3、然而激光测距存在若干明显弊端，首先，此方法依赖光学信号反射，易受灭弧室外壳油污、划痕以及环境中粉尘、水汽或强光干扰，导致信号衰减和数据漂移，维护清洁频繁，其次，通常通过测量外部导电杆位移间接推算内部触头开距，实际装配间隙和分闸偏摆会引入误差，难以准确反映真实开距，此外，激光测距对定位精度要求极高，灭弧室若发生轻微倾斜，便会因光路偏移造成显著测量偏差。

4、在断路器真空灭弧室开距的自动化检测中，电容法能有效规避激光测量的缺陷，此方法将灭弧室动静触头作为电容两极，其间真空作为绝缘介质，与固定检测探头共同构成电容系统，并通过频率法技术，利用振荡电路将触头间距变化引起的电容变化转换为频率信号，经由mcu和高精度时钟处理为数字量，再依据预存数学模型反算电容值，并基于平行板电容公式计算出实际开距。

5、具体操作方式为：将此检测系统集成于自动化工站，灭弧室定位后，由机械臂或气动探针自动连接端子并启动电路，mcu在数毫秒内完成测量与计算，并将结果与标准值比对，输出判异信号，实现全程无人干预的高速在线检测。

6、例如公开号为：cn113848047b的发明专利公开的一种直动测量断路器开距超程的结构及方法，包括密封气箱，以及内设于密封气箱的断路器开关本体，断路器开关本体外缘面固设有断路器真空灭弧室动触头；远离断路器开关本体与断路器真空灭弧室动触头一端的相连接处，固设有绝缘延伸杆；绝缘延伸杆远离与断路器真空灭弧室动触头的连接处的末端部贯穿密封气箱，连接外设于密封气箱外缘面的测距组件。本发明在保证原有断路器开关本体和气箱主体结构不变的基础上，设计安装绝缘延长杆，将运动行程外引，使运动关系直接准确，采用非接触检测方式，外置激光位移测距传感器，从而达到整体结构设计简单，运动数据测量精确，响应速度快，检测单元外置方便维护更换，并且成本较低，可实现大规模实际应用的优点。

7、然而通过电容法检测动触头与静触头之间的开距时，如果断路器真空灭弧室的外壳泄漏，会对此方法检测的开距造成干扰，导致系统无法判定流水线上某断路器真空灭弧室的开距是否合格。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种断路器真空灭弧室开距测量方法及装置，解决了断路器真空灭弧室外壳泄漏会干扰电容法开距测量，导致结果失准，无法判定产品合格性的问题。

3、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种断路器真空灭弧室开距测量方法，包括以下具体步骤：步骤一：采集火花图像数据并同步接入lc振荡电路，由mcu基于测量频率及预存数学模型反算断路器真空灭弧室中的动触头与静触头构成的电容，组合成电容相关数据，所述电容相关数据为独立于火花图像数据的电气测量数据集，包含反算得到的触头电容值、真空介电常数、触头相对有效表面积参数，该组电气参数用于后续平行板电容公式运算，火花图像数据仅用于火花特征识别，不参与电容相关数据的生成运算，其中火花图像数据包括像素点坐标与rgb颜色值；步骤二：对火花图像数据进行颜色与密度分析，识别紫红色分散火花或蓝白色丝状火花，并结合电容相关数据与平行板电容公式计算开距，分别得到火花异常系数与开距异常系数；步骤三：根据火花异常系数与开距异常系数构建动静触头开距模型，对灭弧室泄漏与开距异常情况进行联合诊断，并依据结果输出相应警报或合格信号。

4、火花图像数据与电容相关数据为两路并行独立采集的数据，火花图像仅用于识别火花颜色、火花像素密度特征，并不参与电容相关数据的生成、计算与组合。电容相关数据全部来源于lc振荡电路电气测量结果以及预存的灭弧室固有参数；两路数据分别完成采集之后，在后续步骤二中才将火花图像识别输出的火花异常系数，与电容相关数据计算得到的开距结果进行融合运算，并非由火花图像组合、生成电容相关数据。

5、进一步地，所述火花异常系数的具体获取方式如下：对火花图像数据中的rgb颜色值进行分析，得到颜色定位值，设置检测时间段，在检测时间段内，根据颜色定位值筛选出像素点坐标，并对筛选出的像素点坐标之间进行密度计算，得到密度严重值，设置火花异常系数，通过历史实验设置密度严重阈值，将密度严重值与密度严重阈值进行比对，若密度严重值大于密度严重阈值，则对火花异常系数赋值为一，否则赋值为零。

6、进一步地，所述颜色定位值的具体获取方式如下：设置rgb蓝白色阈值与rgb紫红色阈值，由于rgb颜色值包括红色通道值、绿色通道值以及蓝色通道值，因此rgb蓝白色阈值包括第一红色通道值、第一绿色通道值以及第一蓝色通道值，rgb紫红色阈值包括第二红色通道值、第二绿色通道值以及第二蓝色通道值，将红色通道值、绿色通道值以及蓝色通道值与第一红色通道值、第一绿色通道值以及第一蓝色通道值分别进行求差计算，并取绝对值，得到蓝白颜色值，同理，将红色通道值、绿色通道值以及蓝色通道值与第二红色通道值、第二绿色通道值以及第二蓝色通道值分别进行求差计算，并取绝对值，得到紫红颜色值，将蓝白颜色值与紫红颜色值进行比对，若蓝白颜色值小于紫红颜色值，则蓝白颜色值为颜色定位值，即图像中的颜色趋向蓝白色，若紫红颜色值小于蓝白颜色值，则紫红颜色值为颜色定位值。

7、进一步地，所述密度严重值的具体获取方式如下：在检测时间段内，将上一秒筛选的像素点坐标之间的平均距离与下一秒筛选的像素点坐标之间的平均距离进行求和计算，得到密度严重值。

8、进一步地，所述平均距离的具体获取方式如下：通过欧式距离公式将每秒中所筛选的任意两个像素点坐标进行距离计算，得到相差距离，再将相差距离进行求和取平均计算，得到平均距离。

9、进一步地，开距异常系数的具体获取方式如下：设置开距异常系数，根据平行板电容公式对电容相关数据进行计算，得到动触头与静触头的开距，通过历史实验设置开距阈值，且为区间的形式，若动触头与静触头的开距在开距阈值内，则对开距异常系数赋值为一，否则赋值为零。

10、进一步地，所述动静触头开距模型的具体获取方法为：；其中，表示动静触头开距模型，表示大于的数，表示火花异常系数，表示开距异常系数。

11、进一步地，所述对灭弧室泄漏与开距异常情况进行联合诊断的具体方式为：通过历史实验设置开距综合阈值，包括第一阈值、第二阈值、第三阈值以及第四阈值，其中，当火花异常系数等于1且开距异常系数等于1时，动静触头开距模型的数值在第一阈值内，当火花异常系数等于1且开距异常系数等于0时，动静触头开距模型的数值在第二阈值内，当火花异常系数等于0且开距异常系数等于1时，动静触头开距模型的数值在第三阈值内，当火花异常系数等于0且开距异常系数等于0时，动静触头开距模型的数值在第四阈值内。

12、进一步地，所述依据结果输出相应警报或合格信号的具体方式为：若动静触头开距模型在第一阈值内，则发出第一警报；若动静触头开距模型在第二阈值内，则发出第二警报；若动静触头开距模型在第三阈值内，则发出第三警报；若动静触头开距模型在第四阈值内，则发送动触头与静触头的开距，并提示合格。

13、一种断路器真空灭弧室开距测量装置，包括以下具体模块：数据采集与电容计算模块、异常特征分析模块以及综合诊断与输出模块；所述数据采集与电容计算模块：用于采集火花图像数据并同步接入lc振荡电路，由mcu基于测量频率及预存数学模型反算断路器真空灭弧室中的动触头与静触头构成的电容，组合成电容相关数据，其中火花图像数据包括像素点坐标与rgb颜色值；所述异常特征分析模块：用于对火花图像数据进行颜色与密度分析，识别紫红色分散火花或蓝白色丝状火花，并结合电容相关数据与平行板电容公式计算开距，分别得到火花异常系数与开距异常系数；所述综合诊断与输出模块：用于根据火花异常系数与开距异常系数构建动静触头开距模型，对灭弧室泄漏与开距异常情况进行联合诊断，并依据结果输出相应警报或合格信号。

14、有益效果

15、相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

16、1.通过融合基于特斯拉线圈放电的火花图像识别与基于lc振荡电路的电容测量，构建了双路检测机制，此方法利用火花颜色与形态智能判别真空密封状态，同时通过电容法精确计算触头开距，有效解决了因灭弧室泄漏导致相对介电常数变化、进而引起电容法测距失准的行业难题，实现了密封性缺陷与开距尺寸偏差的同步、精准辨识，显著提升了产品合格判定的全面性与可靠性。

17、2.通过引入火花异常系数与开距异常系数并进行多阈值逻辑判断，能够有效区分真实开距异常、泄漏导致的假性开距正常等多种复杂工况，此模型不仅可输出合格信号，还能针对不同故障类型触发差异化警报，从而在自动化流水线中实现精准分拣与故障溯源，大幅提升检测效率与质量管控水平，克服了传统方法中因单一路径检测导致的误判或漏检问题。

18、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。