基于DSP的电线电缆绝缘断裂伸长率检测图像采集装置设计
2021-08-02刘畅
刘畅
(沈阳产品质量监督检验院,辽宁沈阳 110022)
0.引言
电线电缆作为电力传输的主要载体,广泛应用于照明线路、家庭装修、设备供电等方面,其质量的好坏直接影响到工程质量及消费者的生命财产安全[1]。绝缘断裂伸长率是电线电缆诸多检验项目中的一个,该项目不符合标准要求易导致在安装使用过程中出现绝缘材料断裂,致使带电导体裸露,发生触电危险。
1.现有检测方法分析
目前对于断裂伸长率的检测有两种方法:第一种是在绝缘上画上间距为20mm的标记线,进行拉力试验时需要人工使用直尺测量绝缘断裂瞬间两个标记线间距离,通过计算得出断裂伸长率。此方法的缺点是:人工手持直尺很难保证稳定性,另外在绝缘断裂的瞬间无法保证准确和及时的读出标记线间距离,测量准确度较差。
第二种方法是通过和拉力机配套使用的大变形测量装置进行检测,通过将两个间距固定为20mm的夹具夹到绝缘上,在断裂的瞬间自动读取数据得出断裂伸长率。其缺点是:夹具在绝缘上产生的压力易造成绝缘表面出现压痕以导致在夹头处拉断。标准中明确指出在夹头处拉断的任何试件的试验结果均应作废[2]。由此可知,在其他外力作用下导致拉断的试验结果也应作废。大变形夹具产生的压痕以及在压痕处断裂瞬间如图1所示。
图1 大变形夹具产生的压痕以及在压痕处断裂瞬间
2.图像采集系统设计
目前,国内外还没有提出利用图像采集的方式测量电线电缆绝缘断裂伸长率的方法和装置。本文设计了出一个图像采集系统,能够无接触的完成脱机状态下的断裂伸长率检测从拉伸开始至断裂全过程的图像采集。机械结构以及光源的设计在图像采集系统中对获取可识别的图像起到了极其重要的作用。以下提出一种简单可行的定位方法。初始状态与拉伸过程中的机械结构如图2所示。
图2 初始状态与拉伸过程中的机械结构
目前,拉力机的夹具分为上端固定和下端固定两种。本系统以夹具下端固定为例设计了摄像机相对于被试样品的摆放位置。首先,摄像机应固定到和下夹具同一个平台上,以减少上夹具在拉伸移动过程中由于振动给采集到图像质量带来影响。其次,电线电缆产品标准中,对于断裂伸长率的规定一般最大为300%,而在实际的检验工作中,很少出现伸长率大于600%的情况。对于管状试件,初始的标志线间距为20mm,而按照600%的断裂伸长率来计算,断裂时的标志线间距离为140mm。因此,在摄像机摆放距离试件100mm处时,对于视角在大于90°的cmos摄像机都能完成图像的采集。本系统采用主动式红外光源,现实环境中不同光源的影响将被降低,另外由于红外光具有波长较长的特点,由此产生的阴影区域也将减小。
3.硬件原理
本系统由DSP处理控制器、图像存储器、CMOS摄像机,视频解码器,程序存储器等部分组成。采用TMS320-DM6437作为核心处理器,其594MBPS的主频可以满足对于图像的采集和处理[3]。开关经复位芯片MAX706连接到一个GPIO口上,作为采集开始的控制键。摄像机输出PAL制式的图像通过视频解码芯片TVP5146将模拟信号转为数字信号存储至DDR2。系统上电后DSP的片外存储器的程序被加载到TMS320dm6437芯片内部的程序区。通过I2C对视频解码芯片TVP5416进行初始化配置:将输入信号选择模式为PAL,需要将02H位设置为0x02;设置亮度和对比度为128,对09H和0AH位分别写0x80。GPIO口的寄存器设置:GPIO口作为输出使用,设置GPIO口对应的方向寄存器DIR为0。视频解码器将采集到的模拟信号转换为数字信号。摄像机采集到的图像形式是Y:U:V=4:2:2,图像处理过程中不需要U,V分量。因此,仅存储Y分量。TVP5146视频解码芯片的像素时钟信号为27MHz点[4],像素时钟为时钟频率的1/2,采集一幅320×240图像所用时间约为0.006秒。利用CCS硬件仿真环境中的profiler功能[5],可以得出采集一幅图像共用120817686个时钟周期。那么1秒的时间里此装置可以采集到20幅图像。
4.结论
本文针对目前国内常见的电线电缆绝缘断裂伸长率检测方法进行了优缺点的分析,另外提出了一种基于DSP的断裂伸长率检测图像采集装置。通过采集数据分析,在从试验开始到结束所采集到的图像中,必定包含一幅绝缘在断裂时的瞬间。通过算法分析得到断裂瞬间的距离后便可计算出断裂伸长率。本系统还可以应用到电线电缆的哑铃片绝缘和护套的断裂伸长率以及热延伸等检测中,体现了系统的灵活性,具有实际应用价值。