УСТРОЙСТВА, СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА
APPARATUS, METHODS AND SYSTEMS FOR MEASURING AND DETECTING ELECTRICAL DISCHARGE

Предпосылки к созданию настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству, способам и системам для дистанционного измерения и обнаружения электрического разряда, например, коронного разряда.
Часто возникновение нежелательных электрических разрядов свидетельствует о возможных неисправностях в оборудовании высокого напряжения, например, в линиях электропередач, трансформаторах и подстанционных изоляторах. Одним из видов электрических разрядов является коронный разряд, который возникает, например, в результате ионизации воздуха вокруг оборудования высокого напряжения под действием электрического поля высокого напряжения, которое образуется вокруг оборудования. Коронные разряды возникают по множеству причин, однако часто они возникают из-за неисправностей или ошибок, допущенных при проектировании электрического оборудования высокого напряжения, такого как высоковольтные и проходные изоляторы, линии электропередачи, подстанции и т.д. К сожалению, коронные разряды часто приводят к выходу электрического оборудования из строя, что, в свою очередь, может привести к авариям в электрических системах и убыткам на производственных предприятиях. Более того, возникновение коронных разрядов, в частности мощных коронных разрядов, создает опасные и представляющие угрозу для жизни рабочие условия для персонала, работающего с указанным оборудованием высокого напряжения, например, для работников, обслуживающих и проверяющих оборудование. Для специалистов, работающих с таким оборудованием, коронный разряд - это предвестник проблем с изоляцией.
Из этого следует, что существует необходимость в обнаружении и измерении коронных разрядов, по меньшей мере, с целью выявления потенциальных проблем и устранения связанных с ними неисправностей. Однако основная сложность заключается в том, что коронные разряды возникают в оборудовании, находящемся под напряжением в 10 киловольт и выше, и вне пределов досягаемости, в результате чего до места возникновения такой проблемы сложно добраться, равно как и точно измерить величину такого разряда. К такому оборудованию высокого напряжения невозможно подключить электрические приборы и измерить уровень появления коронного разряда.
Описанные выше сложности и проблемы уже были решены посредством традиционных бесконтактных устройств и систем, оптических приборов, однако настоящее изобретение направлено, по меньшей мере, на решение описанных трудностей другим способом.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставляется устройство для обнаружения и измерения электрического разряда, характеризующегося величиной разрядного тока, причем электрический разряд приводит к соответствующему испусканию оптического излучения, при этом устройство содержит:
оптический приемник в сборе, который предназначен для получения оптического излучения, испускаемого на участке, содержащем источник потенциального электрического разряда;
первое средство для формирования изображений, выполненное с возможностью формирования изображений на основании оптического излучения, принятого оптическим приемником в сборе;
измерительную систему, содержащую:
оптический детектор, оптически связанный с оптическим приемником в сборе для получения и обработки оптического излучения, принятого от оптического приемника в сборе, для создания выходного сигнала детектора;
запоминающее устройство, в котором хранятся заданные калибровочные данные, содержащие опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов и соответствующими им параметрами детектора, причем параметры детектора представляют собой рабочие параметры, связанные с оптическим детектором; и
модуль для выполнения количественных измерений, предназначенный для получения и обработки конкретного параметра детектора с помощью хранящихся калибровочных данных и, следовательно, обнаружения электрического разряда, и определения количественного показателя, связанного с величиной обнаруженного электрического разряда;
устройство отображения для отображения изображений, созданных первым средством для формирования изображений; и
устройство обработки изображений, выполненное с возможностью наложения определенного количественного показателя на изображение, отображаемое на устройстве отображения.
Модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью обработки полученного параметра детектора с помощью хранящихся калибровочных данных посредством:
сравнения полученного параметра детектора с параметрами детектора, которые представляют собой часть калибровочных данных;
в случае совпадения, извлечения опорного количественного показателя, соответствующего совпадающему параметру детектора, причем на основании такого совпадения обнаруживают электрический разряд, и
необязательно, использования извлеченного опорного значения количественного показателя для определения количественного показателя, связанного с величиной обнаруженного электрического разряда.
Устройство может представлять собой портативную камеру, содержащую блок питания; переносной корпус с по меньшей мере одной оптической апертурой, через которую в переносной корпус входит оптическое излучение, испускаемое внешним источником, причем в корпусе заключены компоненты устройства; и по меньшей мере один окуляр, выполненный с возможностью визуального центрирования относительно устройства отображения для обеспечения его обзора.
Оптический приемник в сборе может содержать:
оптический коллектор, содержащий одну или несколько оптических линз и/или фильтров для приема оптического излучения; и
светоделитель, оптически связанный с оптическим коллектором и выполненный с возможностью отражения всего спектра принятого оптического излучения или его части на средство для формирования изображений и на измерительную систему.
Указанное устройство может содержать средство для определения расстояния, выполненное с возможностью определения расстояния между устройством и возможным электрическим разрядом или его источником, причем модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью использования определенного расстояния и опорного количественного показателя, связанного с полученным параметром детектора, для определения количественного показателя обнаруженного электрического разряда; и необязательно модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью применения, при определении количественного показателя обнаруженного электрического разряда, поправочного коэффициента на атмосферные условия.
Устройство может быть откалибровано по опорному источнику оптического излучения, при этом опорным количественным показателем является одно или несколько из температуры, освещенности и мощности, связанных с опорным источником; при этом параметры детектора, образующие часть калибровочных данных, соответствуют опорным количественным показателям.
Опорный источник может представлять собой черное тело; при этом если опорным количественным показателем является температура, модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью определения мощности излучения электрического разряда с помощью уравнения Планка для черного тела:
Оптический детектор может содержать фотокатод для преобразования потока фотонов принятого оптического излучения в поток фотоэлектронов, умножитель, соединенный с фотокатодом, предназначенный для усиления потока фотоэлектронов с помощью коэффициента усиления; и анод для преобразования усиленного потока электронов в выходной поток фотонов в качестве выходного сигнала детектора.
Устройство может содержать второе средство для формирования изображений, функционально соединенное с анодом оптического детектора для создания изображения выходящего из него потока фотонов, при этом средство обработки изображений выполнено с возможностью наложения изображения, созданного вторым средством для формирования изображений, на изображение, созданное первым средством для формирования изображений. Необходимо отметить, что первое средство для формирования изображений предполагает изображение, созданное и/или отображенное с помощью устройства отображения, такого как ЖК (жидкокристаллический экран)/LED (светодиодный) экран, связанный с камерой. Первое средство для формирования изображений может содержать традиционную схему обработки видео и/или графического сигнала и процессор или процессоры для получения традиционного визуального изображения исследуемого места.
В соответствии с одним приведенным в качестве примера вариантом осуществления измерительная система может содержать модуль измерения электрического тока, предназначенный для определения электрического параметра, связанного с одним из фотокатода и анода, в ходе обработки принятого оптического излучения с образованием выходного потока фотонов, при этом конкретный параметр детектора, полученный модулем для выполнения количественных измерений, представляет собой определенный электрический параметр. Электрический параметр может представлять собой анодный ток, притягиваемый анодом оптического детектора в ходе обработки принятого оптического излучения для генерирования выходного сигнала детектора, так что калибровочные данные содержат ряд значений анодного тока и соответствующие опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов. В соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления электрический параметр может представлять собой одно или несколько из тока, напряжения, сопротивления и мощности, связанных с фотокатодом или анодом.
В соответствии с другим приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения в запоминающем устройстве может храниться заданная реперная точка калибровки, связанная с выходным сигналом детектора, и/или электрический параметр, связанный с одним из фотокатода и анода, в ходе обработки принятого оптического излучения для генерирования выходного сигнала детектора, при этом измерительная система может содержать:
модуль контроля параметров, выполненный с возможностью получения данных, указывающих на выходной сигнал детектора и/или электрический параметр, для определения его отклонения от соответствующей реперной точки калибровки; и
модуль регулирования усиления, выполненный с возможностью корректирования или регулирования параметров оптического детектора в соответствии с поправочным параметром обнаружения на основании определенного отклонения полученного выходного сигнала детектора и/или электрического параметра от соответствующей реперной точки калибровки таким образом, чтобы сохранить заданное отношение между выходным сигналом детектора и/или электрическим параметром и соответствующей одной или несколькими реперными точками калибровки,
при этом конкретный параметр детектора, получаемый для обработки модулем для выполнения количественных измерений, представляет собой поправочный параметр обнаружения, при этом калибровочные данные содержат параметры детектора и соответствующие опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов, которые обеспечивают сохранение заданного отношения между выходным сигналом детектора и/или электрическим параметром и соответствующей одной или несколькими реперными точками калибровки.
Электрический параметр может представлять собой анодный ток, притягиваемый анодом оптического детектора в ходе обработки принятого оптического излучения для генерирования выходного сигнала детектора, при этом выходной сигнал детектора может зависеть от количества фотонов, выходящих из оптического детектора, а параметр детектора может представлять собой коэффициент усиления оптического детектора или ширину стробирующего импульса, подаваемого на фотокатод и, следовательно, общий усредненный по времени коэффициент усиления оптического детектора, при этом калибровочные данные могут содержать значения коэффициента усиления или ширины импульса и соответствующие опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов, при которых выходной сигнал детектора и/или анодный ток равен или соответствует соответствующей одной или нескольким реперным точкам калибровки.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предоставляется способ измерения электрического разряда, характеризующегося величиной разрядного тока, причем электрический разряд приводит к соответствующему испусканию оптического излучения, при этом способ предусматривает:
сохранение в запоминающем устройстве заданной реперной точки калибровки для выходного сигнала детектора и/или электрического параметра, связанного с оптическим детектором, при этом электрический параметр связан с работой оптического детектора;
сохранение в запоминающем устройстве заданных калибровочных данных, содержащих опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов и соответствующими параметрами детектора, связанными с работой оптического детектора, при этом параметры детектора, образующие часть калибровочных данных, выбирают таким образом, чтобы сохранить выходной сигнал детектора и/или электрический параметр на уровне заданной реперной точки калибровки;
получение данных, указывающих на контролируемый выходной сигнал детектора и/или электрический параметр,
определение отклонений контролируемого выходного сигнала детектора и/или электрического параметра от связанной заданной реперной точки калибровки, хранящейся в запоминающем устройстве, возникающих в ответ на воздействие на оптический детектор оптического излучения, испускаемого при возникновении электрического разряда;
при обнаружении отклонений, корректирование или регулирование параметра детектора, связанного с работой оптического детектора, в соответствии с поправочным параметром детектора таким образом, чтобы сохранить заданное отношение между выходным сигналом детектора и/или электрическим параметром и соответствующей реперной точкой калибровки; и
использование поправочного параметра детектора и хранящихся калибровочных данных для определения количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда.
Параметр детектора может представлять собой значение коэффициента усиления детектора или значение ширины импульса, связанные с общим усредненным по времени коэффициентом усиления оптического детектора, при этом выходной сигнал детектора может зависеть от количества фотонов, выходящих из оптического детектора, при этом опорные количественные показатели могут содержать одно из значений температуры и освещенности, связанных с электрическими разрядами. Способ может предусматривать использование значения поправочного коэффициента усиления детектора совместно с заданными калибровочными данными для определения количества входной освещенности и/или температуры, связанного с электрическим разрядом, попавшим на оптический детектор.
Способ может предусматривать стадию предоставления оптического детектора, причем оптический детектор содержит фотокатод, предназначенный для преобразования потока фотонов, находящегося в принимаемом оптическом излучении, в поток фотоэлектронов, умножитель, соединенный с фотокатодом, предназначенный для усиления потока фотоэлектронов с помощью коэффициента усиления; и анод для преобразования усиленного потока электронов в выходной поток фотонов в качестве выходного сигнала детектора.
Электрическим параметром может быть анодный ток, притягиваемый анодом оптического детектора в ходе обработки принятого оптического излучения для генерирования выходного сигнала детектора, при этом способ предусматривает определение анодного тока.
Способ может предусматривать:
использование поправочного параметра детектора в качестве входного значения калибровочных данных для определения связанного опорного количественного показателя, относящегося к входному оптическому излучению, попадающему на оптический детектор, на основании сопоставления поправочного параметра детектора с параметром, хранящимся среди калибровочных данных, и извлечения связанного с ним опорного количественного показателя;
определение или измерение расстояния от оптического детектора до электрического разряда или его источника; и
определение количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда, посредством умножения извлеченного опорного количественного показателя на квадрат отношения расстояний, причем отношение расстояний - это отношение расстояния, определенного между оптическим детектором и электрическим разрядом, к опорному расстоянию между оптическим детектором и источником электрического разряда, в соответствии с которым оптический детектор был откалиброван.
В частности если опорным количественным значением является температура, способ может предусматривать:
использование извлеченного опорного количественного показателя в формуле Планка для черного тела:
для определения мощности электрического разряда.
Способ может предусматривать калибровку оптического детектора посредством:
определения реперной точки калибровки для выходного сигнала детектора и/или электрического параметра; и
калибровки параметра детектора по переменному входному оптическому излучению для сохранения выходного сигнала детектора и/или электрического параметра оптического детектора постоянными в определенной реперной точке калибровки, при этом стадия калибровки предусматривает
определение калибровочных данных за счет определения и сохранения опорных количественных показателей, связанных с величинами переменного входного электрического разряда, связанного с опорным источником электрического разряда, и за счет определения и сохранения связанных параметров детектора, необходимых для сохранения выходного сигнала детектора и/или электрического параметра, постоянными в определенной реперной точке для каждого определенного и сохраненного опорного количественного показателя.
Калибровочные данные могут содержать калибровочную кривую или справочную таблицу, в которой приведена зависимость опорных количественных показателей от параметров детектора, причем способ может предусматривать использование поправочного параметра детектора в качестве входного значения для калибровочной кривой или справочной таблицы для определения соответствующего опорного количественного показателя.
Способ может предусматривать корректирование или регулирование коэффициента усиления оптического детектора с помощью умножителя, связанного с оптическим детектором, для изменения применяемого коэффициента усиления, или посредством изменения рабочего цикла стробирующего импульса, подаваемого на фотокатод, связанный с оптическим детектором, для регулирования усредненного по времени коэффициента усиления оптического детектора. В последнем случае коэффициент усиления или напряжение умножителя сохраняется постоянным, тем самым сохраняя постоянной интенсивность и размер фотонов, проходящих через оптический детектор.
Способ может предусматривать предоставление количественного показателя в ваттах, фотонах или ваттах в секунду.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предоставляется система для измерения электрического разряда, характеризующегося величиной разрядного тока, причем электрический разряд приводит к соответствующему испусканию оптического излучения, при этом система содержит:
запоминающее устройство для хранения данных;
модуль контроля параметров, выполненный с возможностью получения данных, указывающих на выходной сигнал детектора и/или электрический параметр, связанный с оптическим детектором, для определения их отклонений от связанной заданной реперной точки калибровки в ответ на воздействие на оптический детектор испускаемого оптического излучения;
модуль регулирования усиления, выполненный с возможностью корректирования или регулирования параметров оптического детектора в соответствии с поправочным параметром детектора на основании определения отклонения полученного выходного сигнала детектора и/или электрического параметра таким образом, чтобы сохранить заданное отношение между полученным выходным сигналом детектора и/или электрическим параметром и соответствующей реперной точкой калибровки, при этом параметр детектора представляет собой рабочий параметр, связанный с оптическим детектором; и
модуль для выполнения количественных измерений, выполненный с возможностью применения поправочного параметра детектора для определения количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда.
Параметр детектора может представлять собой значение коэффициента усиления детектора или значение ширины импульса, связанное с общим усредненным по времени коэффициентом усиления оптического детектора, при этом выходной сигнал детектора представлен или зависит от количества фотонов, выходящих из оптического детектора.
Модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью использования значения поправочного коэффициента усиления совместно с заданными калибровочными данными, хранящимися в запоминающем устройстве, для определения опорного количественного показателя, связанного с оптическим излучением, падающим на оптический детектор, при этом калибровочные данные содержат опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов и соответствующими им параметрами детектора.
Система может содержать модуль определения коэффициента усиления, выполненный с возможностью определения значения поправочного коэффициента усиления.
Система может содержать средство для формирования изображений, функционально соединенное с оптическим детектором для создания изображения выходного сигнала детектора.
Система может содержать оптический детектор, причем оптический детектор содержит фотокатод, предназначенный для преобразования потока фотонов, находящегося в принимаемом оптическом излучении, в поток фотоэлектронов, умножитель, соединенный с фотокатодом, предназначенный для усиления потока фотоэлектронов с помощью коэффициента усиления; и анод, выполненный с возможностью преобразования усиленного потока электронов в выходной поток фотонов в качестве выходного сигнала детектора, при этом электрический параметр представляет собой электрический ток, притягиваемый анодом оптического детектора во время работы при создании выходного сигнала детектора.
Система может содержать средство для определения расстояния, выполненное с возможностью определения расстояния от оптического детектора до электрического разряда или его источника.
Модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью:
использования поправочного параметра детектора в качестве входного значения калибровочных данных для определения связанного опорного количественного показателя, относящегося к входному оптическому излучению, попадающему на оптический детектор, на основании сопоставления поправочного параметра детектора с параметром, хранящимся среди калибровочных данных, и извлечения связанного с ним опорного количественного показателя; и
получения расстояния до электрического разряда с помощью средства для определения расстояния и определения количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда, посредством умножения извлеченного опорного количественного показателя на квадрат отношения расстояний, причем отношение расстояний - это отношение расстояния, определенного между оптическим детектором и электрическим разрядом, к опорному расстоянию между оптическим детектором и источником электрического разряда, в соответствии с которым оптический детектор был откалиброван.
Модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью применения поправочного коэффициента на атмосферные условия или условия окружающей среды для определенного количественного показателя.
Система может содержать калибровочный модуль, выполненный с возможностью определения реперных точек калибровки для каждого из контролируемых параметров.
Калибровочный модуль может быть выполнен с возможностью калибровки оптического детектора посредством калибровки параметра детектора по переменному входному оптическому излучению, таким образом сохраняя выходной сигнал детектора и/или электрический параметр на уровне реперной точки калибровки.
Калибровочный модуль может быть выполнен с возможностью определения калибровочных данных за счет определения и сохранения в запоминающем устройстве опорных количественных показателей, связанных с величинами переменного входного электрического разряда, связанными с опорным источником электрического разряда, и за счет определения и сохранения связанных параметров детектора, необходимых для сохранения выходного сигнала детектора и/или электрического параметра постоянными на уровне определенной реперной точки для каждого определенного и сохраненного опорного количественного показателя.
Модуль регулирования усиления может быть выполнен с возможностью регулирования коэффициента усиления оптического детектора с помощью умножителя напряжения для изменения используемого коэффициента усиления, или модуль регулирования усиления может быть выполнен с возможностью изменения рабочего цикла стробирующего импульса, подаваемого на фотокатод, связанный с оптическим детектором, для регулирования коэффициента усиления оптического детектора.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предоставляется способ измерения электрического разряда, характеризующегося величиной разрядного тока, причем электрический разряд приводит к соответствующему испусканию оптического излучения, при этом способ предусматривает:
предоставление оптического детектора для получения и обработки оптического излучения, поступающего от оптического приемника в сборе, для генерирования выходного сигнала детектора;
сохранение в запоминающем устройстве заданных калибровочных данных, содержащих опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов и соответствующими им параметрами детектора, причем параметры детектора представляют собой рабочие параметры, связанные с оптическим детектором; и
получение и обработку конкретного параметра детектора с помощью хранящихся калибровочных данных для определения количественного показателя, связанного с величиной обнаруженного электрического разряда.
В соответствии с этим приведенным в качестве примера вариантом осуществления параметр детектора может представлять собой электрический параметр, связанный с работой оптического детектора, причем выходной сигнал детектора может зависеть от количества фотонов, выходящих из оптического детектора, при этом опорные количественные показатели содержат одно из значений температуры и освещенности, связанных с электрическими разрядами.
Оптический детектор может содержать фотокатод для преобразования потока фотонов принятого оптического излучения в поток фотоэлектронов, умножитель, соединенный с фотокатодом, предназначенный для усиления потока фотоэлектронов с помощью коэффициента усиления; и анод для преобразования усиленного потока электронов в выходной поток фотонов в качестве выходного сигнала детектора.
Способ может предусматривать определение электрического параметра, при этом электрический параметр представляет собой ток, притягиваемый анодом и/или фотокатодом оптического детектора во время работы при создании выходного сигнала детектора.
Способ может предусматривать:
использование определенного электрического параметра в качестве входного значения калибровочных данных для определения связанного опорного количественного показателя, относящегося к входному оптическому излучению, попадающему на оптический детектор, на основании сопоставления определенного электрического параметра с параметром, хранящимся среди калибровочных данных, и извлечения связанного с ним опорного количественного показателя;
определение или обнаружение расстояния от оптического детектора до электрического разряда или его источника; и
определение количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда, посредством умножения извлеченного опорного количественного показателя на квадрат отношения расстояний, причем отношение расстояний - это отношение расстояния, определенного между оптическим детектором и электрическим разрядом, к опорному расстоянию между оптическим детектором и источником электрического разряда, в соответствии с которым оптический детектор был откалиброван.
Способ может предусматривать калибровку оптического детектора посредством:
установки коэффициента усиления оптического детектора на максимальное значение; и
калибровку параметра детектора по переменному входному оптическому излучению, испускаемому опорным источником электрического разряда, при этом стадия калибровки предусматривает определение калибровочных данных за счет определения и сохранения опорных количественных показателей, связанных с величинами переменного входного электрического разряда, связанными с опорным источником электрического разряда, и за счет определения и сохранения связанных параметров детектора для каждого определенного и сохраненного опорного количественного показателя.
Калибровочные данные могут содержать калибровочную кривую или справочную таблицу, в которой приведена зависимость опорных количественных показателей от параметров детектора, причем способ предусматривает использование поправочного параметра детектора в качестве входного значения для калибровочной кривой или справочной таблицы для определения соответствующего опорного количественного показателя.
В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения предоставляется система для измерения электрического разряда, характеризующегося величиной разрядного тока, причем электрический разряд приводит к соответствующему испусканию оптического излучения, при этом система содержит:
оптический детектор для получения и обработки оптического излучения, поступающего от оптического приемника в сборе, для генерирования выходного сигнала детектора;
запоминающее устройство, в котором хранятся заданные калибровочные данные, содержащие опорные количественные показатели, связанные с величинами электрических разрядов и соответствующими им параметрами детектора, причем параметры детектора представляют собой рабочие параметры, связанные с оптическим детектором; и
модуль для выполнения количественных измерений, выполненный с возможностью получения и обработки конкретного параметра детектора с помощью хранящихся калибровочных данных и, следовательно, для определения количественного показателя, связанного с величиной обнаруженного электрического разряда.
Параметр детектора может представлять собой электрический параметр, связанный с работой оптического детектора, причем выходной сигнал детектора представляет собой количество фотонов или зависит от количества фотонов, выходящих из оптического детектора, при этом опорные количественные показатели содержат одно из значений температуры и освещенности, связанных с электрическими разрядами.
Оптический детектор может содержать фотокатод для преобразования потока фотонов принятого оптического излучения в поток фотоэлектронов, умножитель, соединенный с фотокатодом, предназначенный для усиления потока фотоэлектронов с помощью коэффициента усиления; и анод для преобразования усиленного потока электронов в выходной поток фотонов в качестве выходного сигнала детектора.
Система может содержать модуль определения электрического тока, выполненный с возможностью определения электрического параметра, при этом электрический параметр представляет собой ток, притягиваемый анодом и/или фотокатодом оптического детектора во время работы при создании выходного сигнала детектора.
Модуль для выполнения количественных измерений может быть выполнен с возможностью:
использования определенного электрического параметра в качестве входного значения калибровочных данных для определения связанного опорного количественного показателя, относящегося к входному оптическому излучению, попадающему на оптический детектор, на основании сопоставления определенного электрического параметра с параметром, хранящимся среди калибровочных данных, и извлечения связанного с ним опорного количественного показателя;
определения или измерения расстояния от оптического детектора до электрического разряда или его источника; и
определения количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда, посредством умножения извлеченного опорного количественного показателя на квадрат отношения расстояний, причем отношение расстояний - это отношение расстояния, определенного между оптическим детектором и электрическим разрядом, к опорному расстоянию между оптическим детектором и источником электрического разряда, в соответствии с которым оптический детектор был откалиброван.
Система может содержать калибровочный модуль, выполненный с возможностью:
установки коэффициента усиления оптического детектора на максимальное значение; и
калибровки параметра детектора по переменному входному оптическому излучению, испускаемому опорным источником электрического разряда, при этом калибровочный модуль выполнен с возможностью определения калибровочных данных за счет определения и сохранения в запоминающем устройстве опорных количественных показателей, связанных с величинами переменного входного электрического разряда, связанными с опорным источником электрического разряда, и за счет определения и сохранения в запоминающем устройстве связанных параметров детектора для каждого определенного и сохраненного опорного количественного показателя.
В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения предоставляется способ управления оптическим детектором, предусматривающий калибровку оптического детектора для определения калибровочных данных, при этом калибровочные данные указывают на коэффициент усиления, необходимый для сохранения выходного сигнала оптического детектора постоянным для изменения входного оптического излучения.
В соответствии с седьмым аспектом настоящего изобретения предоставляется способ управления оптическим детектором, предусматривающий сохранение выходного сигнала оптического детектора в ответ на получение входного оптического излучения на постоянном уровне за счет изменения коэффициента усиления оптического детектора; и использование полученного коэффициента усиления для определения количества входного оптического излучения, падающего на оптический детектор.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 показан схематический вид устройства в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан другой схематический вид устройства в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 показана блок-схема системы в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 показана блок-схема другой системы в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 показана высокоуровневая блок-схема системы в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 показан график зависимости количества фотонов от коэффициента усиления оптического детектора в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 7 показан график зависимости площади скопления фотонов от мощности источника оптического детектора в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 8 показан график зависимости общей площади фотонов от коэффициента усиления оптического детектора в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 9 показан пример калибровочной кривой зависимости входной освещенности от коэффициента усиления оптического детектора в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 10 показана высокоуровневая блок-схема способа в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 11 показана другая высокоуровневая блок-схема способа в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 12 показана другая высокоуровневая блок-схема способа в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 13 показана низкоуровневая блок-схема способа измерения коронного разряда в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 14 показана низкоуровневая блок-схема способа поиска реперной точки в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 15 показана низкоуровневая блок-схема способа калибровки оптического детектора в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 16 показано схематическое представление компьютерной системы, в которой может быть выполнен набор команд для выполнения одного или нескольких способов, описанных в настоящем документе.
Подробное раскрытие предпочтительных вариантов осуществления
В приведенном далее описании в пояснительных целях различные конкретные детали описаны с целью обеспечения полного понимания варианта осуществления настоящего изобретения. Однако специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть реализовано и без этих характерных деталей.
На фиг. 1 и 2 показано устройство 10 в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 представляет собой обычное съемочное устройство, аналогичное традиционной видеокамере, предназначенное для обнаружения электрического разряда в режиме реального времени, испускаемого источником 12, который может быть связан с единицей электрического оборудования высокого напряжения, например с изолятором в линии электропередач высокого напряжения. Электрический разряд, или коронный разряд, характеризуется величиной разрядного тока и является причиной испускания соответствующего оптического излучения в ультрафиолетовом спектре, при этом длина волны испускаемых фотонов составляет от 240 до 400 нм.
Камера 10 предназначена для генерирования и отображения видеоизображения 11 исследуемого места и дополнительно выполнена с возможностью измерения и накладывания значения количественного показателя электрической величины, связанного с электрическим разрядом, в исследуемом месте, если имеет место, соответственно в режиме реального времени. Камера 10 может перемещаться или может быть зафиксирована в одном положении или на вертолете (в случае использования специалистами, работающими на вертолете и облетающими территории вокруг линий электропередач и исследующими линейную арматуру).
Следует понимать, что в изоляторе опасный электрический разряд, например коронный разряд, может возникать, а может и не возникать. Однако съемочное устройство 10 предназначено для бесконтактного исследования места, в котором находится изолятор, по существу на расстоянии D от потенциального электрического разряда. Таким образом, устройство 10 позволяет пользователю обнаруживать или определять возникновение коронного разряда в месте, исследуемом съемочным устройством 10. Более того, съемочное устройство 10 позволяет пользователю определять величину коронного разряда на расстоянии D, что позволяет эффективно определять потери мощности в изоляторе, при этом избегая потенциальной опасности при его проверке.
Для этого камера 10 содержит переносной корпус 14, образующий по меньшей мере одну, в частности две оптические апертуры 14.1 и 14.2, через которые в корпус 14 входит оптическое излучение, испускаемое из внешнего источника. Корпус 14 также содержит окуляр 14.3, используемый пользователем, как описано ниже. Окуляр 14.3 может перемещаться относительно корпуса с возможностью поворота аналогично традиционным окулярам, используемым в традиционных видеокамерах и камкордерах. Переносной корпус 14 также содержит ручку 14.4 для переноски съемочного устройства 10.
Внутри переносного корпуса 14 находится вся электроника, три оптических канала и оборудование для обработки данных, связанное со съемочным устройством 10. Если не учитывать оптические апертуры 14.1 и 14.2, переносной корпус 14 закрыт от нежелательного внешнего света или оптического излучения или закрывает датчики от электромагнитных помех.
Апертура 14.1 оптически центрирована относительно оптического приемника в сборе 16, предназначенного для приема оптического излучения, испускаемого в исследуемом месте. Оптическое излучение, испускаемое в исследуемом месте, содержит по меньшей мере свет в ультрафиолетовой, инфракрасной и в видимой областях спектра. Рассматриваемое оптическое излучение, поступающее через апертуру 14.1, как правило, представляет собой свет в нескольких спектральных диапазонах в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Однако необходимо отметить, что устройство 10 обеспечивает обработку света в инфракрасной области спектра, поступающего через апертуру 14.2, как показано на фиг. 2. В соответствии с этим вариантом осуществления предоставлен инфракрасный датчик длинноволнового диапазона, преобразовывающий оптическое излучение в электрический сигнал, который после обработки описывает температуру объекта. Таким образом, камера 10 выполнена с возможностью одновременного измерения нагрева и разряда электрического объекта.
Как бы то ни было, оптический приемник в сборе 16 может содержать один или несколько оптических коллекторов или линз, а также светоделитель 16.1 и отражатель 16.2 света соответственно, как показано на фиг. 2. Оптический приемник 16 может содержать один или несколько фильтров, которые действуют как полосовой фильтр, блокируют длинноволновые фотоны и пропускают фотоны коронного разряда. Линзы могут быть как отражательными, так преломляющими. Необходимо отметить, что в соответствии с другими приведенными в качестве примера вариантами осуществления, которые не показаны, вместо светоделителей 16.1 и 16.2, съемочное устройство 10 может содержать две апертуры, выполняющие те же функции. Необходимо отметить, что на пути прохождения лучей через приемник 16 находится один светоделитель 16.2, разделяющий входящие ультрафиолетовые лучи, после которого расположено одно или два светоделительных зеркала. В соответствии с приведенным в качестве примера предпочтительным вариантом осуществления, на пути прохождения лучей через фильтры 16 предоставлен один светоделитель 16.1, разделяющий входящие ультрафиолетовые лучи, после которого расположено одно или два светоделительных зеркала 16.2.
Съемочное устройство 10 содержит средство 18 для формирования изображений, выполненное с возможностью формирования изображений оптического излучения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, поступающего в оптический приемник в сборе 16. Средство для формирования изображений может содержать прибор с зарядовой связью (ПЗС), устройство с комплементарной структурой металл-оксид-полупроводник (КМОП-устройство) и т.п.
Съемочное устройство 10 дополнительно содержит измерительную систему или устройство 20, выполненное с возможностью определения на основе принятого оптического излучения количественного показателя (значения), связанного с величиной электрического разрядного тока. Измерительная система 20 более подробно будет описана далее.
Устройство 10 дополнительно содержит устройство 22 отображения для отображения изображений, созданных средством 18 для формирования изображений. Устройством 22 отображения может быть жидкокристаллическое устройство отображения (ЖК), светодиодное (LED) устройство отображения и т.п. Устройство 22 отображения, как правило, позволяет пользователю изучить исследуемое место, в котором эксплуатируется съемочное устройство 10. Устройство 22 отображения может быть расположено внутри корпуса 14, и пользователь может увидеть его через окуляр 14.3. Однако это не соответствует действительности, поскольку устройство 22 отображения может быть выполнено в виде откидного экрана, похожего на видоискатели традиционных камкордеров.
Устройство 10 также содержит устройство 24 обработки изображений, выполненное с возможностью наложения данных, указывающих на определенный количественный показатель/значение, на изображение, отображаемое на устройстве 22 отображения. Таким образом, пользователь может определить количественное значение потенциального коронного разряда, наблюдаемого через съемочное устройство 10. Например, пользователь может определить степень опасности коронного разряда.
Устройство 24 обработки изображений может содержать один или несколько микропроцессоров, контроллеров или любое другое подходящее вычислительное устройство, ресурс, аппаратное средство (электроника), программное средство или встроенную логику для выполнения описанного управления.
Съемочное устройство 10 дополнительно содержит средства 26 пользовательского интерфейса для получения от пользователя входных команд для управления различными функциями съемочного устройства 10. Средства 26 пользовательского интерфейса могут представлять собой несколько кнопок, дисплей и подобные средства, предоставляющие пользователю возможность выбирать рабочие параметры, связанные с устройством 10, и как следствие принимающие выбранные пользователем параметры для управления съемочным устройством 10.
Съемочное устройство 10 также содержит источник 28 питания в виде традиционного блока аккумуляторных батарей или подобного средства для снабжения энергией электроники, находящейся внутри съемочного устройства 10. Например, источник 28 питания может содержать литий-ионный аккумулятор. Вместо этого или дополнительно источник 28 питания может содержать сетевой блок питания.
Хоть это и не показано, следует понимать, что съемочное устройство 10 может содержать несколько электронных компонентов и электронных схем, обеспечивающих описанное в настоящем документе управление. Однако, на фиг. 2 показаны другие элементы съемочного устройства 10. В частности, съемочное устройство 10 содержит средство 30 синхронизации детекторов, предназначенное для синхронизации разных детекторов между собой и с измерительной системой ультрафиолетового излучения или их компонентов для предоставления количественных показателей.
Устройство 10 также содержит средство 32 слияния изображений и средство 34 расцвечивания изображений. Для полной ясности необходимо отметить, что средство 32 и/или 34 выполнено с возможностью наложения искусственных цветов на созданное отображаемое изображение для представления дополнительных данных о температуре и мощности коронного разряда в одном изображении. В соответствии с приведенным в качестве примера предпочтительным вариантом осуществления средство 34 является необязательным.
Средства 30, 32 и 34 могут представлять собой отдельные электронные схемы, управляемые, например, устройством 24 обработки изображений. Вместо этого или дополнительно каждое из них может представлять собой идентифицируемую часть кода, машинные или выполняемые команды, данные или вычислительный объект, обеспечивающие выполнение конкретной функции, операции, обработки или процедуры. Более того, каждое из них может быть реализовано в программном обеспечении, аппаратном средстве или в сочетании программного обеспечения и аппаратного средства.
Устройство 24 обработки изображений может содержать модуль 36 видеокодирования, предназначенный для кодирования обработанных изображений в формат/систему PAL (построчное изменение фазы), NTSC (Национальный комитет по телевизионным стандартам).
Съемочное устройство 10 также может содержать несколько других традиционных электронных компонентов 38, выполненных с возможностью предоставления данных для выбора пользователем с помощью средств 26 пользовательского интерфейса, обрабатываемых и отображаемых на устройстве 22 отображения. Например, блок GPS (система глобального позиционирования), датчик температуры, генератор тактовых импульсов, датчик атмосферного давления, датчик относительной влажности и средство ввода расстояния до потенциального источника 12 коронного разряда.
Съемочное устройство 10 также содержит целый ряд портов ввода и вывода для приема и предоставления данных пользователю.
Съемочное устройство 10 может содержать флэш-память 40 для упрощения хранения обработанных изображений. Необходимо отметить, что видеоизображения исследуемого места, записанные съемочным устройством 10, могут сохраняться с помощью устройства 40. Это можно осуществить аналогично традиционному камкордеру.
Вместо этого или дополнительно к устройству 22 отображения съемочное устройство 10 содержит средство 42 вывода видеосигнала, упрощающее вывод обработанных изображений на внешний дисплей, или передачи обработанных или записанных видеоизображений на удаленный терминал.
Следует понимать, что процессор 24 выполнен с возможностью обработки полученных УФ-изображений посредством их интегрирования по времени с последующим определением их пределов для удаления шумовых фотонов и увеличения коэффициента усиления. Модуль 24 просто накладывает обработанные данные на видимое изображение, образуя на нем скопления в местах возникновения коронного разряда. В соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления накладывание будет выполнено в соответствующих цветах в зависимости от новых количественных вычислений интенсивности коронного разряда, описанных ниже. ИК-изображение просто накладывается.
На фиг. 3 и 4 измерительная система в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения в целом обозначена ссылочной позицией 50 и 80 соответственно. Хотя описанная выше измерительная система 20 может быть выбрана из одной или обеих систем 50 и 80, в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления система 50, 80 или ее компоненты могут представлять собой независимые измерительные системы, находящиеся в разных географических точках. Например, системы 50, 80 могут представлять собой автономные системы, например системы, работающие не в режиме реального времени, например системы контроля отказа оборудования, которые создают соответствующие сигнальные предупреждения при обнаружении нежелательных рабочих параметров, которые были измерены или определены.
В соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления (подробно не описанными), используя средства 26 пользовательского интерфейса, пользователь может выбирать, какая из систем 50, 80 будет использоваться в съемочном устройстве 10 для определения количественного показателя коронного разряда. Хотя в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления в съемочном устройстве 10 предоставлены обе системы 50 и 80, для упрощения понимания они будут описаны отдельно.
Для первой системы 50 необходимо указать, что система 50 содержит оптический детектор, детектор с электронным усилителем или усилитель 54 изображений, содержащий фотокатод 56, умножитель 58 в виде микроканальной пластины (МКП) и анод 60, причем МКП 58 расположена между фотокатодом 56 и анодом 60.
Следует понимать, что фотокатод 56 выполнен с возможностью преобразования потока фотонов, связанного с оптическим излучением, поступающим от электрического разряда, которое падает на него, в поток фотоэлектронов.
Фотокатод 56, как правило, представляет собой окно ввода в систему 50 и выполнен с возможностью приема оптического излучения или света/излучения в ультрафиолетовой области спектра, создаваемого источником 12, связанного с электрическим разрядом. В соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления средство для собирания и концентрации света, содержащее линзу и фильтр, может быть расположено рядом с фотокатодом 56 для собирания света, испускаемого электрическим разрядом, например, в ультрафиолетовом спектре.
Фотокатод 56 выполнен из материала, обеспечивающего преобразование потока фотонов в принимаемом оптическом излучении в поток электронов, например из двухщелочных материалов, которые отвечают запасу энергии фотонов в ультрафиолетовом спектре, связанному с оптическим излучением. В соответствии с приведенным в качестве примера предпочтительным вариантом осуществления фотокатод 56 выполнен из круглого диска из цезия теллурида (Cs-Te), ширина запрещенной зоны для электронов атомов цезия теллурида совпадает с запасом энергии фотона в ультрафиолетовом спектре (например, от 200 до 280 нм). Таким образом, фотокатод 56 селективно преобразует фотоны в фотоэлектроны или генерирует электрические сигналы только в ответ на получение потока фотонов в требуемом ультрафиолетовом диапазоне спектра, связанного с оптическим излучением, испускаемым коронным разрядом. Также следует понимать, что коэффициент преобразования фокальной плоскости устройства 54 сохраняется на уровне, определенном коэффициентом квантовой эффективности материала фотокатода (Cs-Te). Ток фотокатода линейно пропорционален количеству фотонов, преобразуемых в фотоэлектроны в секунду.
Следует понимать, что ток фотокатода, Ip, непосредственно связан с количеством падающих на него фотонов. Таким образом, ток фотокатода Ip можно определить, используя напряжение, Vr, проходящее по 1ГΩ резистору, связанному с фотокатодом 56, и с помощью уравнения Ip=Vr/R.
6
МКП 58, соединенная с фотокатодом 56, выполняет функцию фотоэлектронного умножителя для умножения фотоэлектронов, выходящих из фотокатода 56, на конкретное значение коэффициента усиления или на коэффициент G, который далее для краткости буде называться просто коэффициентом усиления G. В соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления МКП 58 представляет собой двухкомпонентную пластину 58 и может обеспечивать переменный коэффициент усиления G до 2×10. В случае двухкомпонентной пластины 58 электроны от фотокатода 56 притягиваются к входной пластине за счет нулевого потенциала, а выходная пластина имеет более высокий потенциал +1500 В, так что электроны, проходящие через нее, умножаются на коэффициент усиления G, как было указано ранее. Другими словами, пластина 58 усиливает электрический сигнал или сигналы, поступающие от фотокатода 56.
Анод 60 соединен с МКП 58 и выполнен с возможностью преобразования усиленного потока электронов в выходной поток фотонов. Электроны, выходящие из МКП 58, притягиваются к аноду 60 за счет его относительно высокого потенциала, равного приблизительно от +5000 В до +7000 В, предпочтительно +5500 В. Анод 60 содержит люминесцентный экран для преобразования электронов или вторично испускаемых электронов в фотоны. Ток, притягиваемый анодом 60, определяется количеством полученных таким образом электронов.
Анод 60 может характеризоваться анодным током, Ia, определяемым посредством умножения тока фотокатода Ip на коэффициент усиления G пластины 58 согласно такому уравнению:
Ia = G⋅Ip
Необходимо отметить, что анодный ток Ia прямо пропорционален току фотокатода Ip, и за счет коэффициента усиления G его измерение значительно упрощается.
В герметичном цилиндрическом корпусе или вакуумной трубке могут быть расположены, по меньшей мере, указанные выше компоненты устройства 54. Фотокатод 56, пластина 58 и анод 60 могут представлять собой плоские круглые диски, расположенные в корпусе на заданном расстоянии друг от друга, а их большие рабочие поверхности параллельны друг другу.
Хоть это и не показано, следует понимать, что система 50 может содержать источник питания, например блок аккумуляторных батарей или т.п., для ее питания, а также питания оптического детектора 54. Более того, для наглядности, электронная схема (например, схема возбуждения, периферийная схема и компоненты) и т.п., связанная с системой 50, не показана. В соответствии с одним приведенным в качестве примера вариантом осуществления питание на систему 50, как правило, подается источником 28 питания камеры 10. Система 50 использует мощность режима переключения и схему удвоителей напряжения для генерирования высокого напряжения, необходимого для приведения в действие/питания отдельных компонентов 56, 58 и 60, дифференциальные усилители для измерения отдельных электрических параметров представленных компонентов (56, 58 и 60).
Система 50 также необязательно содержит средство 62 для формирования изображений, содержащее КМОП-устройство или ПЗС, выполненный с возможностью преобразования принятых фотонов в электрические сигналы. КМОП-средство 62 функционально соединено с анодом 60 посредством световода, упрощающего формирование изображений фотонов, созданных анодом 60, традиционным способом. Эти фотоны, как правило, могут быть указаны на созданном изображении в виде отдельных белых точек или скоплений. Таким образом коронный разряд будет отображаться в виде точек или в виде одной большой точки на изображении. Одна или несколько точек коронного разряда накладываются (привязываются) с помощью средства 18 для формирования изображений на видимое изображение и геометрически представляют точное расположение коронного разряда на оборудовании высокого напряжения. Для точек коронного разряда можно выбрать любой цвет. Средство 18 форматирования изображений содержит электронную схему и программное средство для удаления фотонного шума за счет дифференциации случайного шума и сигнала коронного разряда и увеличения коэффициента усиления интегрированием по времени фотонов коронного разряда. Устройство 24 обработки изображений может быть выполнено с возможностью наложения изображений, созданных средством 62, на традиционные видеоизображения, сформированные средством 18 для формирования изображений. Таким образом, помимо количественного показателя, связанного с электрическими разрядами, пользователь получает изображение исследуемого места, на котором показаны одно или несколько скоплений, соответствующих одному или нескольким возможным электрическим разрядам, связанным с исследуемым устройством (ИУ) на месте.
Как бы то ни было, система 50 содержит модуль 64 измерения электрического тока, выполненный с возможностью измерения тока, по меньшей мере, анода 60. Это можно выполнить традиционным способом с помощью закона Ома, в частности на основании напряжения, например, в 1 кΩ резисторе, связанном с анодом 60. Для этого модуль 64 может быть электрически связан с анодом 60, например, посредством жесткого соединения.
Необходимо отметить, что в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления, которые не были показаны или описаны, модуль 64 может быть функционально подключен к фотокатоду 56 для определения тока фотокатода Ip. Однако это может оказаться более сложным, чем измерение анодного тока Ia, поскольку ток фотокатода Ip относительно мал по сравнению с анодным током Ia.
Система 50 также содержит процессор или процессор в сборе 66. Процессор 66 может содержать запоминающее устройство 68 или может быть соединен с ним с возможностью передачи данных для сохранения данных и набора энергонезависимых машиночитаемых команд для управления или регулирования работы процессора 66 и, следовательно, системы 50. Запоминающее устройство 68 может содержать энергозависимое или энергонезависимое запоминающее устройство. Необходимо понимать, что процессор 66 может содержать один или несколько микропроцессоров, контроллеров или любое другое подходящее вычислительное устройство, ресурс, аппаратное средство, программное средство или встроенную логику. Более того, все процессоры, описанные в настоящем документе, могут образовывать часть процессора 24 съемочного устройства 10. Однако процессоры будут описаны более подробно для упрощения описания.
Процессор 66 может содержать несколько компонентов или модулей, способных выполнять функциональные задачи, выполняемые процессором 66 и, следовательно, системой 50. В связи с этим под термином «модуль», приведенным в этом контексте, следует понимать идентифицируемую часть кода, вычислительные или выполняемые команды, данные или вычислительный объект, например, хранящийся в устройстве 68, обеспечивающие достижение конкретной функции, операции, обработки или процедуры. Из этого следует, что модуль не должен быть обязательно встроен в программное обеспечение; модуль может быть реализован в программном обеспечении, аппаратном средстве или сочетании программного обеспечения и аппаратного средства. Кроме того, модули не обязательно должны быть объединены в одном устройстве, они также могут быть распределены между несколькими устройствами.
Процессор 66 содержит модуль 70 определения освещенности, выполненный с возможностью использования анодного тока Ia, определенного с помощью модуля 64 измерения тока, совместно с заданными калибровочными данными, хранящимися в запоминающем устройстве 68, для определения количества входного оптического излучения, падающего на оптический детектор 54. Калибровочные данные могут храниться в запоминающем устройстве 68 и могут содержать данные, указывающие на входное оптическое излучение и соответствующие электрические значения анодного тока, связанные с ним. В частности, калибровочные данные могут содержать заданную калибровочную кривую или зависимость анодного тока Ia от входного оптического излучения, падающего на оптический детектор 54, так что модуль 70 выполнен с возможностью определения оптического излучения или освещенности, входящих в устройство 54, на основании анодного тока Ia или, в частности, за счет его использования. В соответствии с этим приведенным в качестве примера вариантом осуществления калибровочная кривая эффективно обеспечивает данные о взаимосвязи между анодным током Ia и входным оптическим излучением.
Необходимо отметить, что в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления калибровочные данные могут быть представлены в виде справочной таблицы, в которой для определения соответствующей входной освещенности в качестве входного значения используется анодный ток Ia.
Несмотря на то, что в описании ссылка делается на анодный ток Ia, поправочный коэффициент усиления G и т.д., специалистам в области техники настоящего изобретения будет понятно, что там, где это применимо, ссылка делается на данные, указывающие на эти значения, для обработки процессором 66 традиционным способом.
Калибровочные данные могут быть предварительно загружены в запоминающее устройство 68. Однако, в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления, например, показанным вариантом осуществления, процессор 66 содержит калибровочный модуль 72, выполненный с возможностью генерирования калибровочных данных посредством калибровки выходного сигнала детектора 54, например анодного тока Ia, по входной освещенности. Например, во время калибровки в ответ на приведение опорного источника в непосредственную близость с устройством 54 модуль 72 может обеспечивать запись анодного тока Ia в ответ на изменение освещенности источника, падающей на устройство 54, и наносить анодный ток Ia в зависимости от входной освещенности на калибровочную кривую. Каждое устройство 54 может быть откалибровано для определения калибровочных данных в соответствии с приведенным описанием.
2
2
Следует понимать, что для определения калибровочной характеристики может быть использована определенная калибровочная кривая, где в качестве входного значения выступает анодный ток Ia, а в качестве выходного значения - входная освещенность, или Ia=f (освещенность). Входная освещенность определяется в ваттах/см, или в ваттах/м, или в фотонах/с и т.д.
Под выражением «освещенность, попадающая на устройство 54» или «входная освещенность» следует понимать освещенность, попадающую на фотокатод 56 устройства 54 или, другими словами, излучение - поток излучения - источника коронного разряда. В связи с этим необходимо определять данные, указывающие на фактические потери мощности в источнике 12 коронного разряда, поскольку эти данные помогут упростить диагностику неисправности или установить ее серьезность и т.д.
Для этого процессор 66 также содержит модуль 74 для выполнения количественных измерений, выполненный с возможностью определения количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда источника 12, посредством входной освещенности, определенной модулем 70. В частности, модуль 70 эффективно определяет или оценивает величину потерь мощности (на излучение) в источнике 12 путем умножения определенной освещенности, принятой устройством 54, на единицу, деленную на квадрат отношения измеренного расстояния D между источником 12 и оптическим детектором 54 к опорному расстоянию между опорным источником и оптическим устройством 54. Калибровочное расстояние - это расстояние между опорным источником коронного разряда и устройством 54 во время калибровки устройства 54 для получения калибровочных данных. В качестве входного значения с помощью средств 26 пользовательского интерфейса система 50 может получать расстояние между предполагаемым источником 12 электрического разряда и устройством 54. Вместо этого или дополнительно система 50 может быть выполнена с возможностью предоставления пользователю с помощью средств 26 пользовательского интерфейса подсказки разместить устройство 54 по существу на заданном расстоянии от источника 12 коронного разряда. Вместо этого или дополнительно с помощью дальномера или средства (не показано) для определения расстояния в качестве входного значения система 50 может получать расстояние между предполагаемым источником 12 электрического разряда и устройством 54. Средство для определения расстояния может представлять собой лазерное средство для определения расстояния.
Модуль 74 для выполнения количественных измерений также выполнен с возможностью применения поправочного коэффициента на атмосферные условия или условия окружающей среды, например относительной влажности и температуры, для определения количественного показателя с целью обеспечить более точные результаты. Поправочный коэффициент может представлять собой один из множества коэффициентов, которые зависят от погодных условий и хранятся в запоминающем устройстве 68. Поправочный коэффициент может выбираться пользователем с помощью средств 26 пользовательского интерфейса в зависимости от преобладающих погодных условий на момент выполнения работ или эксплуатации системы 50, или в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления может выбираться системой 50.
Описанные в настоящем документе функциональные возможности позволяют системе 50 определять величину коронного разряда в конкретном месте. Однако необходимо отметить, что существует ряд трудностей, связанных с устройством 54, которые могут потенциально повлиять на определение и измерение коронного разряда. Например, отдельные каналы МКП характеризуются разными коэффициентами усиления G, в результате чего фотоны отображаются КМОП-средством 62 с разными размерами, хотя обладают одинаковой энергией. В связи с этим калибровка по коэффициенту усиления для каждой трубки, предполагающая усредненную по всем каналам калибровку, является малоэффективной, когда речь идет об отдельных фотонах. Необходимо отметить, что речь идет о фотонах, поскольку входной сигнал устройства 54 содержит по меньшей мере фотоны, испускаемые в коронном разряде.
С другой стороны, при высоких коэффициентах усиления или входной освещенности источник питания не в состоянии подавать на устройство 54 ток, достаточный для питания анода 60. Это приводит к падению коэффициента усиления G (меньше электронов/в с анода) устройства 54. Также размер зон коронного разряда на изображениях, созданных средством 62, колеблется между малым и большим и, независимо от величины источника коронного разряда; это, вероятно, происходит в связи с неспособностью блока питания подавать ток, достаточный для формирования точных зон коронного разряд на изображениях.
Более того, необходимо отметить, что коэффициент усиления G устройства 54 меняется в зависимости от входной освещенности, вероятно, из-за непостоянных электрических полей в пластинах 58 и/или накопления пространственного заряда при высоких значениях тока.
В других случаях на изображении, связанном со средством 62, перед началом подсчета фотонов на указанном изображении необходимо установить пороговое значение. Это также усложняется за счет очень низкой интенсивности фотонов при низких коэффициентах усиления, создавая практически невидимые зоны на изображениях или «ореолы» относительно высокой интенсивности при высоких коэффициентах усиления. Необходимо отметить, что методики автоматического задания порогового значения особым успехом не увенчались.
В другом случае развития событий при больших мощностях источника коронного разряда и больших коэффициентах усиления разделение и подсчет отдельных фотонов усложняется. На фиг. 6 показан график, иллюстрирующий увеличение количества фотонов в зависимости от коэффициента усиления G до отметки приблизительно 60% коэффициента усиления G, после которой наблюдается слияние фотонов в одно большое скопление, которое не подлежит разделению и подсчету, в результате чего эффективность подсчета падает.
Пользователь может решить эту проблему с помощью системы 80.
На фиг. 4 показано, что некоторые компоненты системы 80 аналогичны компонентам системы 50, и они обозначены аналогичными ссылочными позициями. Однако в соответствии с некоторыми аспектами похожие компоненты могут отличаться своими функциями, что будет описано далее. Следует понимать, что система 80, описанная в настоящем документе, обеспечивает, по меньшей мере, решение указанных выше проблем.
Система 50 и система 80 имеют одно существенное отличие - процессор или процессор в сборе 82 системы 80 отличается в некоторой степени от процессора 66. В частности, процессор 82 содержит модуль 84 контроля параметров, выполненный с возможностью получения данных, указывающих на по меньшей мере один выходной сигнал детектора, связанный с оптическим детектором 54, для определения отклонений выходного сигнала детектора относительно связанного заданного калибровочного параметра или реперной точки в ответ на воздействие на оптический детектор 54 испускаемым оптическим излучением.
Для этого модуль 84 выполнен с возможностью сравнения полученного выходного сигнала детектора с соответствующей реперной точкой калибровки. Модуль 84 может получать данные, указывающие на один или несколько выходных параметров, связанных с детектором 54 или выходными сигналами детектора, и, следовательно, эффективно контролировать их.
Выходные сигналы детектора, контролируемые модулем 84, могут предусматривать одно или несколько из анодного тока Ia, количества фотонов на изображении, созданном с помощью средства 62 для формирования изображений, общей площади, занимаемой фотонами на изображении, созданном с помощью средства 62, и один или несколько импульсов в МКП 58. В соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления термин «реперная точка» относится к фиксированному состоянию устройства 54 относительно указанных выходных сигналов детектора. Каждому выходному сигналу детектора может соответствовать по меньшей мере одна реперная точка калибровки, относительно которой калибруется устройство 54 для определения калибровочных данных, что будет описано далее.
В соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления с выходным параметром может быть связано несколько реперных точек. В соответствии с этим приведенным в качестве примера вариантом осуществления во время эксплуатации пользователь может иметь доступ к реперным точкам калибровки (из диапазона реперных точек) и выбирать их с помощью средств 26 пользовательского интерфейса, в зависимости от ситуации, возникающей во время работы системы 80. Также пользователь может необязательно выбирать выходные сигналы детектора, контролируемые или получаемые модулем 84, также в зависимости от ситуации, возникающей во время работы системы 80. Однако в соответствии с приведенным в качестве примера предпочтительным вариантом осуществления получение или контроль различных выходных сигналов детектора может осуществляться автоматически. В этом случае система 80 может генерировать и передавать необходимые сообщения, информирующие пользователя о том, что выходной сигнал детектора был проконтролирован.
Контроль анодного тока Ia может осуществляться в случае «высокой» мощности коронного разряда, общая занимаемая фотонами площадь (общее количество пикселей) будет контролироваться в случае «средней» мощности коронного разряда, количество фотонов (количество скоплений) или количество импульсов в пластине 58 будет контролироваться при очень «низкой» мощности коронного разряда.
Согласно варианту осуществления, при котором измеряют «высокую мощность» коронного разряда, модуль 84 может быть выполнен с возможностью контроля или получения данных, указывающих на анодный ток Ia, и их сравнения со связанной реперной точкой, хранящейся в устройстве 68. В соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления реперные точки калибровки могут содержать не только единичные значения, но также могут содержать калибровочные диапазоны, которые позволяют осуществлять количественное измерение коронного разряда согласно описанному в настоящем документе методу, но что еще важно, так это то, что соотношение полученного выходного сигнала детектора и калибровочных параметров или реперных точек необязательно содержит калибровочные диапазоны, если того требуют обстоятельства. В соответствии с приведенным в качестве примера предпочтительным вариантом осуществления полученный выходной сигнал детектора должен быть по существу равен реперной точке калибровки.
Как бы то ни было, если значение контролируемого анодного тока Ia меньше или равно соответствующей реперной точке калибровки для анодного тока Ia, модуль 84 отслеживает или получает данные, указывающие на общую занимаемую фотонами площадь. Аналогично, если контролируемое значение общей занимаемой фотонами площади меньше или равно соответствующей реперной точке калибровки для общей занимаемой фотонами площади, модуль 84 отслеживает количество фотонов или микроизменения в токе пластин. Необходимо отметить, что процессор 82 может содержать один или несколько модулей обработки изображений, выполненных с возможностью обработки изображений, созданных средством 62, для определения выходных сигналов детектора.
Что касается общей занимаемой фотонами площади на изображении, на фиг. 7 видно, что общая площадь скоплений на изображении, созданном средством 62, зависит от мощности входной освещенности или источника в ваттах. Аналогично между общей занимаемой фотонами площадью и коэффициентом усиления G устройства 54 существует соотношение, как показано на фиг. 8.
Как бы то ни было, для всех указанных выходных сигналов детектора коэффициент усиления G устройства 54 меняется в зависимости от изменений входной освещенности. В связи с этим процессор 82, как правило, содержит модуль 86 регулирования усиления, выполненный с возможностью автоматической регулировки коэффициента усиления G оптического детектора 54 по значению поправочного коэффициента усиления в ответ на определение модулем 84 отклонения полученного выходного сигнала детектора, таким образом сохраняя заданное отношение между полученным выходным сигналом детектора и соответствующей реперной точкой калибровки. Согласно заданному соотношению выходной сигнал детектора по существу равен реперной точке калибровки. Необходимо отметить, что значение поправочного коэффициента усиления не является заданным значением, а является значением коэффициента усиления, при котором коэффициент усиления G корректируется или регулируется, или поправочным коэффициентом, по которому коэффициент усиления G корректируется или регулируется, для выравнивания и/или сохранения выходного сигнала детектора по существу равным соответствующей реперной точке калибровки.
Модуль 86 осуществляет управление коэффициентом усиления устройства 54 посредством изменения напряжения микроканальной пластины 58 для изменения применяемого коэффициента усиления. Вместо этого или дополнительно, модуль 86 осуществляет управление коэффициентом усиления устройства 54 посредством изменения рабочего цикла стробирующего импульса, подаваемого на фотокатод 56. Другими словами, электронное перекрытие устройства 54 позволяет управлять количеством фотонов, обработанных устройством 54, для сохранения выходного сигнала детектора или анодного тока по существу на уровне реперной точки.
Коэффициент усиления G, как правило, изначально устанавливают на максимальное значение, и во время контроля анодного тока Ia, если оно превышает соответствующую реперную точку калибровки, модуль 86 регулирования усиления автоматически постепенно уменьшает коэффициент усиления G оптического детектора 54 до значения поправочного коэффициента усиления до тех пор, пока контролируемый анодный ток Ia не будет равен соответствующей реперной точке калибровки. Как было указано выше, значение поправочного коэффициента усиления представляет собой коэффициент усиления G, по которому регулируют устройство 54 для того, чтобы анодный ток Ia по существу равнялся соответствующей реперной точке калибровки.
Аналогично при контроле общей занимаемой фотонами площади, если общая занимаемая фотонами площадь превышает значение соответствующей реперной точки калибровки, модуль 86 регулирования усиления может постепенно уменьшать коэффициент усиления G оптического детектора 54 до значения поправочного коэффициента усиления, причем контролируемая общая занимаемая фотонами площадь равна значению соответствующей реперной точки калибровки при поправочном коэффициенте усиления.
Более того, при контроле количества фотонов или импульсов в микроканальной пластине, если общее количество превышает значение соответствующей реперной точки калибровки, модуль 86 регулирования усиления может уменьшать коэффициент усиления G оптического детектора 54 до значения поправочного коэффициента усиления, причем контролируемое количество равно соответствующей реперной точке калибровки.
Процессор 82 также содержит модуль 88 определения коэффициента усиления, выполненный с возможностью определения значения поправочного коэффициента усиления, при котором коэффициент усиления G корректируется или регулируется, или поправочным коэффициентом, по которому коэффициент усиления G устройства 54 корректируется или регулируется для сохранения контролируемого выходного сигнала детектора по существу равным реперной точке калибровки.
Хоть модуль 74 для выполнения количественных измерений процессора 82 имеет схожие с модулем 74 системы 50 согласно фиг. 3 функции, следует понимать, что он выполнен с возможностью использования определенного значения поправочного коэффициента усиления для определения количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда. В частности, модуль 74 выполнен с возможностью использования определенного значения поправочного коэффициента усиления совместно с заданными калибровочными данными, хранящимися в запоминающем устройстве 68, для определения количества входного оптического излучения, освещенности или температуры, связанных с ними, считываемых оптическим детектором 54, причем калибровочные данные в системе 80 содержат данные, указывающие на входное оптическое излучение, и соответствующие значения коэффициента усиления оптического детектора 54 (для конкретной реперной точки), связанного с ними. Необходимо отметить, что это отличается от определения входной освещенности, описанного выше со ссылкой на модуль 70 системы 50 согласно фиг. 3.
Затем модуль 74 системы 80 определяет количественный показатель электрического разряда источника или коронного разряда, используя определенную входную освещенность согласно описанному здесь способу. Однако эти данные также могут быть заданы и сохранены в соответствующей справочной таблице для нескольких разных расстояний от коронного разряда. В соответствии с этим приведенным в качестве примера вариантом осуществления пользователь получает подсказку или может выбирать расстояние от источника коронного разряда до устройства 54. Вместо этого или дополнительно расстояние может быть получено автоматически с помощью вспомогательных средств 38.
Необходимо отметить, что калибровочные данные, хранящиеся в запоминающем устройстве 68 системы 80, отличаются от калибровочных данных, хранящихся в запоминающем устройстве 68 системы 50. В частности, калибровочные данные, хранящиеся в запоминающем устройстве 68 системы 80, могут содержать калибровочную характеристику для каждой реперной точки калибровки, связанной с выходными сигналами детектора, как было описано выше. Калибровочная характеристика позволяет получить коэффициент усиления G, или значение коэффициента усиления, оптического детектора 54 в качестве функции входной освещенности для каждой реперной точки калибровки, так что значения поправочного коэффициента усиления могут использоваться в качестве входного значения калибровочной характеристики для определения соответствующей входной освещенности.
В соответствии с приведенным в качестве примера предпочтительным вариантом осуществления калибровочные данные могут содержать калибровочную кривую зависимости входной освещенности от коэффициента усиления G, при этом модуль 74 может использовать определенное значение поправочного коэффициента усиления в качестве входного значения калибровочной кривой для определения соответствующей входной освещенности, соответствующей ей для конкретной связанной реперной точки калибровки. Калибровочные кривые могут быть предоставлены для каждой реперной точки калибровки, связанной с выходными сигналами детектора.
В соответствии с конкретным приведенным в качестве примера вариантом осуществления калибровочные данные могут содержать справочную таблицу коэффициентов усиления G с соответствующим значением входной освещенности для конкретной реперной точки калибровки, так что значение поправочного коэффициента усиления, выбранное для сохранения заданного соотношения между полученным выходным сигналом детектора и связанной реперной точкой калибровки для конкретной входной освещенности, используется в качестве входного значения справочной таблицы, связанного с реперной точкой калибровки, для получения соответствующего значения освещенности. Каждая реперная точка калибровки может характеризоваться конкретными калибровочными данными, например соответствующей справочной таблицей, связанными с ней. Например, на фиг. 9 показана калибровочная кривая зависимости входной освещенности от коэффициента усиления G для постоянного выходного сигнала детектора для площади фотонов, где реперная точка калибровки составляет 2000 пикселей.
Поскольку все выходные сигналы детектора связаны с током через устройство 54, ожидается, что посредством сохранения тока, проходящего через устройство 54, постоянным, будут устранены такие проблемы, как непостоянные электрические поля, насыщение блока питания и другие указанные выше проблемы.
Для получения калибровочных данных система 80 содержит калибровочный модуль 90, обеспечивающий определение реперных точек калибровки для каждого контролируемого выходного сигнала детектора, а также калибровочных данных, связанных с ними. Калибровочный модуль 90 также может обеспечивать калибровку оптического детектора 54 посредством калибровки его коэффициента усиления G по переменному входному оптическому излучению, таким образом сохраняя по меньшей мере один выходной сигнал детектора оптического детектора 54 по существу постоянным по меньшей мере для одной связанной реперной точки калибровки. Модуль 90 может обеспечивать выбор реперной точки калибровки для конкретного выходного сигнала детектора при его максимальном значении 10%. Выбор коэффициента усиления G может осуществляться с заданным шагом, а входная освещенность может меняться, например, в зависимости от изменения опорного источника разряда до достижения выбранной реперной точки калибровки. Таким образом, модуль 90 может осуществлять запись коэффициента усиления G и конкретной входной освещенности, при которой для переменной входной освещенности достигается каждая реперная точка калибровки. Модуль 90 может задействоваться для каждого значения коэффициента усиления и для реперных точек калибровки для каждого выходного сигнала детектора, как было описано выше.
В случае измерительных систем, описанных в настоящем документе, которые предоставляются в камере 10, каждая камера 10 калибруется аналогично определению калибровочных данных, как описано в настоящем документе.
На фиг. 5 показана другая высокоуровневая схема системы в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления. Система согласно фиг. 5 представляет собой один из вариантов системы в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения, где система содержит процессор для обработки входных сигналов, поступающих из люминесцентного экрана и/или ПЗС, и усилитель изображений для управления усилением изображений и определения количественного показателя электрического разряда описанным в настоящем документе способом.
Далее со ссылками на фиг. 10-15 будут подробно описаны варианты осуществления. Примеры способов, показанных на фиг. 10-15, будут описаны со ссылкой на фиг. 1-5, хотя необходимо понимать, что такие приведенные в качестве примера способы могут применяться и для других систем и устройств (не показанных).
На фиг. 10 показана высокоуровневая блок-схема способа 92 в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения. Съемочное устройство 10, как правило, доставляют к месту, в котором необходимо обнаружить коронный разряд, например к месту, находящемуся рядом с электрическим изолятором. Затем съемочное устройство 10 располагают по существу на заданном расстоянии от электрического изолятора. Пользователь выбирает средства для измерения электрического разряда, например систему 50 или 80, или выбирает параметры, такие как реперные точки калибровки и т.д. Как описано в настоящем документе, реперные точки для контролируемого выходного сигнала детектора или анодного тока могут быть заданы и зафиксированы.
Затем пользователь использует съемочное устройство 10, направляя съемочное устройство 10 на место, в котором находится электрический изолятор. На этой стадии по существу обеспечивают оптическое центрирование, по меньшей мере, апертуры 14.1 относительно изолятора.
В блоке 94 способ 92 предусматривает получение оптического излучения, испускаемого из места, на которое направлено съемочное устройство 10. Принятое оптическое излучение направляется через апертуру 14.1 в оптический приемник в сборе 16, в котором светоделитель 16.1 и светоделительные зеркала 16.2 делят его.
В блоке 95 свет, попавший на одно из светоделителя/зеркал 16.1, 16.2, используют для создания изображения видимого оптического излучения, полученного традиционным способом, с помощью средства 18 для формирования изображений.
В блоке 96 способ 92 предусматривает определение значения количественного показателя, связанного с величиной разрядного тока, например, с помощью системы 20 (50, 80), как описано в настоящем документе. Как было указано, полученный свет согласно этому аспекту представляет собой УФ-свет.
Затем в блоке 98 способ 92 предусматривает обработку изображений, созданных средством 18 для формирования изображений на стадии в блоке 95, посредством по меньшей мере накладывания данных, указывающих на определенное значение количественного показателя обнаруженного электрического разряда, на созданные изображения с помощью средства 18 для генерирования обработанных изображений. Далее способ 92 предусматривает управление устройством 22 отображения для отображения обработанных изображений по существу в режиме реального времени. Изображения разряда или фотонов, связанных с ними, созданные с помощью второго средства 62 для формирования изображений, соединенного с анодом оптического детектора, также объединяют с изображениями, созданными с помощью средства 18. Таким образом пользователь видит изолятор, например, через окуляр 14.3 съемочного устройства 10 и получает видеоизображения изолятора по существу в режиме реального времени, на которых на области изолятора с электрическим разрядом накладываются пятна или скопления, и на видеоизображениях отображается количественное значение разряда, например в углу дисплея. Таким образом пользователь может бесконтактно установить коронный разряд в изоляторе, а также определить потенциальную степень его повреждения на основе определенного количественного значения.
На фиг. 11 показана высокоуровневая блок-схема бесконтактного способа 100 измерения коронного разряда на удаленном расстоянии в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения. В блоке 102 способ 100 предусматривает стадии предоставления оптического детектора 54, как было описано выше. Детектор 54, как правило, располагают рядом с источником коронного разряда или на заданном или определенном расстоянии от него для дистанционного количественного измерения его величины. Как было указано, детектор 54 может представлять собой часть съемочного устройства 10 и обеспечивать визуальное определение в режиме реального времени величины коронного разряда, которая, например, может быть показана на фото или видеоизображении, созданном средством 62. Необходимо отметить, что способ 100 может быть описан со ссылкой на систему 50 согласно фиг. 3.
В блоке 104 способ 100 предусматривает определение анодного тока Ia, связанного с анодом 60, например, с помощью модуля 64.
Затем в блоке 106 способ 100 предусматривает определение входной освещенности, поступающей в устройство 54, на основании определенного анодного тока Ia и заданных калибровочных данных, хранящихся в устройстве 68. Калибровочные данные могут содержать калибровочную кривую зависимости анодного тока от входной освещенности, при этом соответствующую входную освещенность получают из калибровочной кривой, используя определенный анодный ток Ia в качестве ее входного значения. Калибровочную кривую обычно определяют во время калибровки устройства 54 и, следовательно, системы 50, как описано выше. Способ 100 может предусматривать предварительную стадию установки коэффициента усиления G на максимальное значение перед определением входной освещенности.
Затем в блоке 108 способ 100 может предусматривать определение количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда, путем использования определенного количества входного оптического излучения, падающего на оптический детектор 54, например, таким образом, как описано выше со ссылкой на модуль 74. Данная стадия является важной, поскольку входная освещенность представляет собой принятую мощность, и использование фотокатода 56 не представляет собой первостепенную необходимость для пользователя, поскольку количественный показатель, связанный с величиной электрического разряда, связан с фактическими потерями оптической мощности оборудования в месте возникновения коронного разряда, причем эти данные могут быть использованы для определения, например, уровня серьезности неисправности и т.д.
Необходимо отметить, что способ 100 может дополнительно предусматривать предварительную стадию калибровки анодного тока Ia устройства 54 относительно входной освещенности с помощью коэффициента усиления, установленного на максимальное значение, вследствие чего получают по меньшей мере калибровочные данные.
На фиг. 12 блок-схема другого способа в соответствии с настоящим изобретением в целом обозначена ссылочной позицией 110. Там где это применимо, некоторые комментарии, указанные выше со ссылкой на фиг. 11, можно в той же степени использовать при описании фиг. 12. Кроме того, необходимо отметить, что способ 110 будет описан со ссылкой на систему 80 в соответствии с фиг. 4.
В блоке 112 способ 110 предусматривает предоставление оптического детектора 54 аналогично стадии 102 способа 100.
В блоке 114 способ 110 предусматривает получение или контроль (например, с помощью модуля 84) по меньшей мере одного из выходного сигнала детектора и анодного тока, связанных с оптическим детектором 54, для определения отклонений получаемого или контролируемого выходного сигнала детектора и/или анодного тока относительно связанной заданной реперной точки калибровки в ответ на воздействие коронного разряда на оптический детектор 54.
Затем в блоке 116 способ 110 предусматривает автоматическое корректирование с помощью модуля 86 коэффициента усиления G оптического детектора 54 в соответствии со значением поправочного коэффициента усиления или с помощью поправочного коэффициента в ответ на отклонения принятого выходного сигнала детектора, сохраняя заданное отношение между принятым выходным сигналом детектора и соответствующей реперной точкой калибровки. В блоке 118 способ 110 может предусматривать стадию определения значения поправочного коэффициента усиления или поправочного коэффициента с помощью модуля 88, как описано выше.
Затем в блоке 120 способ 110 предусматривает стадию использования определенного значения поправочного коэффициента усиления или поправочного коэффициента в качестве входного значения калибровочных данных, хранящихся в устройстве 68, связанных с реперной точкой калибровки, связанной с контролируемым или принимаемым выходным сигналом детектора для определения соответствующей входной освещенности, падающей на устройство 54, таким же образом, как описано выше со ссылкой на модуль 74 системы 80.
Затем в блоке 122 способ 110 предусматривает стадию определения количественного показателя, связанного с величиной электрического разряда, с помощью модуля 74 вышеописанным образом.
На фиг. 13 другая блок-схема способа измерения или определения коронного разряда в количественном выражении в целом обозначена ссылочной позицией 130. Способ 130 может быть описан с помощью схемы более низкого уровня по сравнению со способом 110 в соответствии с фиг. 12. Однако следует понимать, что это не является обязательным. Как указано выше, может быть предусмотрено несколько выходных сигналов детектора, контроль которых может осуществляться с помощью, например, системы 80, для определения коронного разряда в количественном выражении. Хотя в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления эти выходные сигналы детектора могут быть выбраны пользователем, в соответствии с некоторыми приведенными в качестве примера вариантами осуществления их определяют автоматически или независимо в зависимости от рабочих условий и т.д., связанных с системой 80.
Как бы то ни было, в блоке 132 способ 130 предусматривает установку напряжения усиления микроканальной пластины (МКП) на уровне постоянного напряжения. Коэффициент усиления усилителя изображения или оптического детектора регулируют путем изменения ширины стробирующего импульса (ШСИ) вместо напряжения усиления. Преимущество вышеуказанного заключается в том, что размер и интенсивность скоплений остаются независимыми от коэффициента усиления усилителя изображения.
Затем в блоке 133 способ 130 предусматривает расфокусировку камеры, если выходным сигналом детектора является количество фотонов или количество скоплений, поскольку таким образом упрощается процесс подсчета на изображении. Необходимо отметить, что если выходными параметрами является анодный ток и количество импульсов МКП, расфокусировка не нужна. В блоке 134 находят реперную точку, а ширина стробирующего импульса, необходимая для получения реперной точки для любого источника мощности, определяется автоматически. В связи с этим, далее со ссылкой на фиг. 14 будет описана блок-схема способа определения реперной точки, в целом обозначенного ссылочной позицией 150.
В частности, в блоке 151 сохраняются две переменные (низкая и высокая), которые определяют низкий и высокий предел ширины стробирующего импульса, в пределах которых осуществляют бинарный поиск для определения реперной точки.
В блоке 152 ширину стробирующего импульса (ШСИ) устанавливают равной 50%.
Затем в блоке 153 измеряют выходной сигнал/выходной параметр детектора или анодный ток. Выходной сигнал детектора может содержать общую площадь скопления фотонов (предпочтительный параметр), количество фотонов, количество импульсов МКП. Площадь скоплений, количество фотонов и количество импульсов МКП измеряют посредством усреднения параметров по 80 видеокадрам. Анодный ток можно считывать сразу, поскольку он уже усреднен.
Если значение выходного параметра меньше реперной точки (в пределах допускаемого уровня шума), в блоке 154 ширина стробирующего импульса будет увеличена.
Если значение выходного параметра больше реперной точки (в пределах допускаемого уровня шума), в блоке 155 ширина стробирующего импульса будет уменьшена.
В блоке 156, если нижнее предельное значение ШСИ больше или равно верхнему предельному значению ШСИ, появится ошибка, указывающая на то, что реперная точка не была найдена.
В блоке 157 верхнее предельное значение для поиска ширины стробирующего импульса уменьшается до текущей ширины стробирующего импульса. В блоке 158 нижнее предельное значение для поиска ширины стробирующего импульса может быть увеличено до текущей ширины стробирующего импульса.
В блоке 159 новое значение ширины стробирующего импульса выбирают равным половине промежутка между нижним и верхним пределами.
На фиг. 13 ширину стробирующего импульса согласно фиг. 12, описанную выше, используют в блоке 135 для интерполирования калибровочного графика или данных в соответствии с настоящим изобретением для определения «температуры коронного разряда».
Затем в блоках 136, 137, 138 определенную температуру используют для вычисления мощности в ваттах согласно формуле Планка для черного тела:
На фиг. 15 показана другая блок-схема способа 160. Способ 160 может представлять собой способ калибровки системы 80 для получения, по меньшей мере, калибровочных данных. Способ 160 применим для любых выходных сигналов детектора и/или анодного тока, как было описано выше. Однако он будет описан в более широком смысле без привязки к какому-либо конкретному выходному сигналу детектора, если не будет указано другое. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, не описанными подробно, калибровка может применяться для диапазона реперных точек каждого выходного сигнала детектора, так что каждый выходной сигнал детектора характеризуется диапазоном реперных точек калибровки, причем каждая реперная точка имеет связанные калибровочные данные, такие как калибровочные кривые, справочные таблицы и т.д., связанные с ней.
Как бы то ни было, в блоке 162 напряжение усиления микроканальной пластины (МКП) устанавливают постоянным. Как было указано выше, коэффициент усиления усилителя изображений или оптического детектора можно регулировать путем изменения ширины стробирующего импульса (ШСИ) вместо напряжения усиления. Преимущество вышеуказанного заключается в том, что размер и интенсивность скоплений остаются независимыми от коэффициента усиления усилителя изображения.
Необходимо отметить, что способ 160 предназначен для калибровки камеры, как было описано выше. Поэтому в блоке 164 способ 160 предусматривает расфокусировку камеры, если выходным сигналом детектора является количество фотонов или количество скоплений, поскольку таким образом упрощается процесс подсчета на изображении. Для анодного тока и количества импульсов МКП расфокусировка не нужна.
В блоке 166 уровень шума камеры определяют, закрывая переднюю линзу и линейно меняя модулированный сигнал ширины стробирующего импульса (ШСИ) от 0% до 100%, при этом измеряя для каждого значения ширины стробирующего импульса выходной сигнал детектора или анодный ток. Для каждой ШСИ получают шум темнового тока.
В блоке 168 минимальную температуру черного тела, которая поддается измерению, определяют путем установки ШСИ на 100% и последующего постепенного увеличения температуры черного тела до достижения параметра, на 10% превышающего уровень шума. На минимальную температуру, которая поддается измерению, влияет, главным образом, оптическая система камер.
В блоке 170 способ 160 предусматривает установку температуры черного тела на минимальную температуру, которая поддается измерению.
В блоке 172 выходной сигнал детектора и/или анодный ток определяют при максимальном значении ШСИ (100%).
В блоке 174 реперную точку выбирают на уровне 90% от параметра, измеренного на стадии 172. Следует понимать, что в контексте настоящего описания выходной сигнал детектора и/или анодный ток могут рассматриваться как выходные параметры. Анодный ток может быть усилен с помощью описанной в настоящем документе системы посредством подходящей схемы обработки, обеспечивающей измерение этого тока.
Способ 160 затем выполняют в соответствии со способом 150, как описано выше, причем ширину стробирующего импульса, необходимую для получения реперной точки для любого источника мощности, определяют автоматически.
В блоке 176 температуру и ширину стробирующего импульса записывают в виде одной точки калибровки, составляющей часть калибровочных данных камеры. Указанные данные хранятся в справочной таблице или т.п.
На основании блоков 178 и 180 следует понимать, что калибровка будет продолжаться, пока температура черного тела не достигнет 1500°С, для генерирования нескольких значений зависимости температуры от ШСИ, чтобы задать реперную точку.
Расстояние между опорным источником и оптическим детектором или усилителем изображения записывают для использования его при вычислении мощности измеренного электрического разряда. В ходе измерения оно может предусматривать умножение определенной мощности электрического разряда на квадрат отношения расстояний, причем отношение расстояний - это отношение расстояния, определенного между оптическим детектором и электрическим разрядом, к опорному расстоянию между оптическим детектором и источником электрического разряда, в соответствии с которым оптический детектор был откалиброван, как описано в настоящем документе.
Калибровку системы 80 выполняют с помощью способа 160 для получения калибровочных данных, которые способствуют быстрой обработке при определении коронных разрядов в количественном выражении.
Следует понимать, что калибровка системы 50 или 80, как описано в настоящем документе, по существу включает калибровку вышеописанного съемочного устройства 10.
На фиг. 16 показано схематическое представление компьютерной системы 200, в которой может быть выполнен набор команд для выполнения одного или нескольких способов, описанных в настоящем документе. В соответствии с другими приведенными в качестве примера вариантами осуществления, машина работает как независимое устройство или может быть соединена (например, по сети) с другими машинами. В приведенном в качестве примера варианте осуществления, при подключении по сети машина может работать в качестве сервера или клиентской машины в сетевой среде сервер-клиент, или в качестве узловой машины в одноранговой (или распределенной) сетевой среде. Машина может представлять собой персональный компьютер (ПК), планшетный ПК, телевизионную приставку (ТП), карманный персональный компьютер (КПК), сотовый телефон, устройство для доступа к сети, сетевой маршрутизатор, коммутатор или мост, или любую машину, выполненную с возможностью выполнения набора команд (последовательно или иным образом), указывающего на действия, которые должны быть выполнены этой машиной. Кроме того, хотя для удобства показана только одна машина, следует понимать, что термин «машина» также включает любую группу машин, которые по отдельности или совместно выполняют набор (или несколько наборов) команд для выполнения любого из одного или нескольких описанных в настоящем документе способов.
Как бы то ни было, приведенная в качестве примера компьютерная система 200 содержит процессор 202 (например, центральный процессор (ЦП), графический процессор (ГП) или оба), оперативную память 204 и статическую память 206, которые связаны друг с другом с помощью шины 208. Компьютерная система 200 может также содержать устройство 210 визуального отображения (например, жидкокристаллический (ЖК) дисплей или дисплей на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ)). Компьютерная система 200 также содержит буквенно-цифровое устройство 212 ввода (например, клавиатуру), устройство 214 навигации по пользовательскому интерфейсу (UI) (например, мышь или сенсорная панель), дисковый накопитель 216, устройство 218 генерирования сигналов (например, громкоговоритель) и сетевое интерфейсное устройство 220.
Дисковый накопитель 216 содержит машиночитаемый носитель 222, хранящий один или несколько наборов команд и структур данных (например, программное средство 224), реализующих или применяемых в любом из одного или нескольких способов или функций, описанных в настоящем документе. Программное средство 224 также может находиться, полностью или по меньшей мере частично, в оперативной памяти 204 и/или в процессоре 202 во время выполнения этого средства с помощью компьютерной системы 200, причем оперативная память 204 и процессор 202 также представляют собой машиночитаемые носители.
Программное средство 224 может также быть передано или получено по сети 226 с помощью сетевого интерфейсного устройства 220, использующего любой из множества широко известных коммуникационных протоколов (например, HTTP).
Хотя машиночитаемый носитель 222 показан в приведенном в качестве примера варианте осуществления как единственный носитель, термин «машиночитаемый носитель» может относиться к одному носителю или нескольким носителям (например, централизованной или распределенной базе данных и/или связанных устройств кэшпамяти и серверов), в которых хранится один или несколько наборов команд. Термин «машиночитаемый носитель» также может рассматриваться как включающий любой носитель, выполненный с возможностью хранения, кодирования или передачи набора команд для выполнения с помощью машины, выполняющей любой из одного или нескольких способов согласно настоящему изобретению, или выполненный с возможностью хранения, кодирования или передачи структур данных, используемых или связанных с таким набором команд. Термин «машиночитаемый носитель» соответственно может включать, кроме прочего, твердотельные запоминающие устройства, оптические и магнитные накопители и несущие сигналы.
Настоящее изобретение, которое обеспечивает эффективную калибровку детектора 54 в фиксированном состоянии (постоянный анодный ток Ia или постоянное количество импульсов МКП) независимо от входной освещенности, предоставляет решение для устранения проблем, связанных с количеством фотонов, посредством наложения фотонов на изображение, проблем, связанных с отдельными каналами микроканальной пластины, характеризующимися разными коэффициентами усиления, за счет чего некоторые фотоны на изображении не видны. Настоящее изобретение обеспечивает удобное средство бесконтактного обнаружения и количественной оценки коронного разряда.