[发明专利]一种诊断电弧放电非热平衡物理特性的方法

说明书

本发明公开了一种诊断电弧放电非热平衡物理特性的方法，该方法使用相机拍摄的电弧照片，然后选取照片的电弧区域，直接分析计算图像中的R、G、B色度信息和灰度信息。通过比较直流电晕和电弧放电空间中色度分布、不同材料放电电弧色度分布、交流电弧三个阶段的色度分布、不同电流下电弧色度分布等四个方面，分别对电弧的空间分布辐射特征、电极材料的差异、是否含有剩余电流以及热平衡处的温度随电流变化情况等物理特性进行判断。通过本发明不需假设整个弧柱区域热平衡状态，因而可以分析计算空间分布的非热平衡特性，并以此作为电弧的诊断。

技术领域

本发明属于电弧等离子体领域，更具体地，涉及一种利用光学图像空间分布的色度信息诊断电弧放电非热平衡物理特性的方法。

背景技术

电弧放电是气体放电中一种强烈的自持放电，产生大量的等离子体并伴有剧烈的光热现象。电弧在焊接，整流，照明，加热等方面应用前景广泛，对电弧的空间特征进行准确表征是电弧工业应用的必要需求。对于电力系统而言，电弧产生的危害会造成经济的巨大损失和人员伤亡，能否准确的识别电弧状态和特征成为了重中之重。

对电弧的实验研究主要集中在静电探针法、发射光谱法和高速摄影法。静电探针法通过分析探针的电压电流曲线可以得到等离子体内部的电子温度，电子密度等参数，其缺点是探针引入到电弧中之后会对热等离子体内部产生一定的扰动，对探针材料和形状尺寸的要求也比较高。发射光谱法主要用来研究电弧的温度，通过采集电弧发生的光谱强度，然后根据热平衡状态下的发射系数和光谱强度之间的关系得到发射系数，再通过boltzmann分布和saha方程计算出发射系数和温度的关系。光谱法要采用合适的波段光谱，且对电弧的要求一定要满足局部热平衡状态，而弧柱边缘部分是不满足此要求的，因此，在不同的实验条件下，得到的结果往往差别很大，仅仅使用“温度”这个参量并不能准确的表征电弧。高速摄影法可以通过拍摄短时间的放电照片研究电弧的发展，其缺点是分辨率过低，无法研究电弧空间分布，且存在实验条件苛刻，操作难度大等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种诊断电弧放电非热平衡物理特性的方法，由此解决电弧应用中物理特性诊断难度较大以及诊断准确性较低等的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种诊断电弧放电非热平衡物理特性的方法，包括：

从稳定电弧的真彩图图像中选出放电区域，将所述放电区域作为计算域，将所述计算域划分为若干微元；

提取每个所述微元内的RGB三色分量和每个所述微元的灰度值，并由所述RGB三色分量和所述灰度值确定每个所述微元的色度信息；

根据所述色度信息沿电弧轴向和径向的空间分布，分辨电弧的放电非热平衡物理特性。

优选地，所述将所述计算域划分为若干微元包括：

将所述计算域平分为若干个微元，其中每个微元中包括M×N个像素点，其中，M、N均为正整数。

优选地，所述由所述RGB三色分量和所述灰度值确定每个所述微元的色度信息，包括：

由得到每个所述微元的色度信息，其中，AGL(x,y)为色度信息分布，AGL分别取为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点的横纵坐标。

优选地，所述根据所述色度信息沿电弧轴向和径向的空间分布，分辨电弧的放电非热平衡物理特性，包括：

根据直流电晕和直流电弧放电空间中的色度信息分布对直流电晕和直流电弧进行分辨；

根据在电极两端和弧柱中的色度信息的不同对电极材料进行区分；

根据交流电弧的三个阶段的色度信息分布以及交流电弧零休阶段电极的色度特征确定是否存在剩余电流；