基于DSP的電線電纜絕緣斷裂伸長率檢測圖像采集裝置設(shè)計

劉暢

（沈陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，遼寧沈陽 110022）

0.引言

電線電纜作為電力傳輸?shù)闹饕d體，廣泛應(yīng)用于照明線路、家庭裝修、設(shè)備供電等方面，其質(zhì)量的好壞直接影響到工程質(zhì)量及消費者的生命財產(chǎn)安全[1]。絕緣斷裂伸長率是電線電纜諸多檢驗項目中的一個，該項目不符合標(biāo)準(zhǔn)要求易導(dǎo)致在安裝使用過程中出現(xiàn)絕緣材料斷裂，致使帶電導(dǎo)體裸露，發(fā)生觸電危險。

1.現(xiàn)有檢測方法分析

目前對于斷裂伸長率的檢測有兩種方法：第一種是在絕緣上畫上間距為20mm的標(biāo)記線，進(jìn)行拉力試驗時需要人工使用直尺測量絕緣斷裂瞬間兩個標(biāo)記線間距離，通過計算得出斷裂伸長率。此方法的缺點是：人工手持直尺很難保證穩(wěn)定性，另外在絕緣斷裂的瞬間無法保證準(zhǔn)確和及時的讀出標(biāo)記線間距離，測量準(zhǔn)確度較差。

第二種方法是通過和拉力機配套使用的大變形測量裝置進(jìn)行檢測，通過將兩個間距固定為20mm的夾具夾到絕緣上，在斷裂的瞬間自動讀取數(shù)據(jù)得出斷裂伸長率。其缺點是：夾具在絕緣上產(chǎn)生的壓力易造成絕緣表面出現(xiàn)壓痕以導(dǎo)致在夾頭處拉斷。標(biāo)準(zhǔn)中明確指出在夾頭處拉斷的任何試件的試驗結(jié)果均應(yīng)作廢[2]。由此可知，在其他外力作用下導(dǎo)致拉斷的試驗結(jié)果也應(yīng)作廢。大變形夾具產(chǎn)生的壓痕以及在壓痕處斷裂瞬間如圖1所示。

圖1 大變形夾具產(chǎn)生的壓痕以及在壓痕處斷裂瞬間

2.圖像采集系統(tǒng)設(shè)計

目前，國內(nèi)外還沒有提出利用圖像采集的方式測量電線電纜絕緣斷裂伸長率的方法和裝置。本文設(shè)計了出一個圖像采集系統(tǒng)，能夠無接觸的完成脫機狀態(tài)下的斷裂伸長率檢測從拉伸開始至斷裂全過程的圖像采集。機械結(jié)構(gòu)以及光源的設(shè)計在圖像采集系統(tǒng)中對獲取可識別的圖像起到了極其重要的作用。以下提出一種簡單可行的定位方法。初始狀態(tài)與拉伸過程中的機械結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 初始狀態(tài)與拉伸過程中的機械結(jié)構(gòu)

目前，拉力機的夾具分為上端固定和下端固定兩種。本系統(tǒng)以夾具下端固定為例設(shè)計了攝像機相對于被試樣品的擺放位置。首先，攝像機應(yīng)固定到和下夾具同一個平臺上，以減少上夾具在拉伸移動過程中由于振動給采集到圖像質(zhì)量帶來影響。其次，電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，對于斷裂伸長率的規(guī)定一般最大為300%，而在實際的檢驗工作中，很少出現(xiàn)伸長率大于600%的情況。對于管狀試件，初始的標(biāo)志線間距為20mm，而按照600%的斷裂伸長率來計算，斷裂時的標(biāo)志線間距離為140mm。因此，在攝像機擺放距離試件100mm處時，對于視角在大于90°的cmos攝像機都能完成圖像的采集。本系統(tǒng)采用主動式紅外光源，現(xiàn)實環(huán)境中不同光源的影響將被降低，另外由于紅外光具有波長較長的特點，由此產(chǎn)生的陰影區(qū)域也將減小。

3.硬件原理

本系統(tǒng)由DSP處理控制器、圖像存儲器、CMOS攝像機，視頻解碼器，程序存儲器等部分組成。采用TMS320-DM6437作為核心處理器，其594MBPS的主頻可以滿足對于圖像的采集和處理[3]。開關(guān)經(jīng)復(fù)位芯片MAX706連接到一個GPIO口上，作為采集開始的控制鍵。攝像機輸出PAL制式的圖像通過視頻解碼芯片TVP5146將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號存儲至DDR2。系統(tǒng)上電后DSP的片外存儲器的程序被加載到TMS320dm6437芯片內(nèi)部的程序區(qū)。通過I2C對視頻解碼芯片TVP5416進(jìn)行初始化配置：將輸入信號選擇模式為PAL，需要將02H位設(shè)置為0x02；設(shè)置亮度和對比度為128，對09H和0AH位分別寫0x80。GPIO口的寄存器設(shè)置:GPIO口作為輸出使用，設(shè)置GPIO口對應(yīng)的方向寄存器DIR為0。視頻解碼器將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。攝像機采集到的圖像形式是Y:U:V=4:2:2，圖像處理過程中不需要U,V分量。因此，僅存儲Y分量。TVP5146視頻解碼芯片的像素時鐘信號為27MHz點[4]，像素時鐘為時鐘頻率的1/2，采集一幅320×240圖像所用時間約為0.006秒。利用CCS硬件仿真環(huán)境中的profiler功能[5]，可以得出采集一幅圖像共用120817686個時鐘周期。那么1秒的時間里此裝置可以采集到20幅圖像。

4.結(jié)論

本文針對目前國內(nèi)常見的電線電纜絕緣斷裂伸長率檢測方法進(jìn)行了優(yōu)缺點的分析，另外提出了一種基于DSP的斷裂伸長率檢測圖像采集裝置。通過采集數(shù)據(jù)分析，在從試驗開始到結(jié)束所采集到的圖像中，必定包含一幅絕緣在斷裂時的瞬間。通過算法分析得到斷裂瞬間的距離后便可計算出斷裂伸長率。本系統(tǒng)還可以應(yīng)用到電線電纜的啞鈴片絕緣和護(hù)套的斷裂伸長率以及熱延伸等檢測中，體現(xiàn)了系統(tǒng)的靈活性，具有實際應(yīng)用價值。