一种GIS中心导电构件现场三维成像检测方法技术领域
本发明涉及特高压电网技术领域，尤其是涉及一种GIS中心导电构件现场三维成
像检测方法。
背景技术
GIS中文全称为金属绝缘金属封闭开关,是现代电网的核心部件。GIS部件由中心
导体及操作件、壳体、盆式绝缘子组成，内部空间充六氟化硫气体绝缘气体。GIS内部中心导
体用于电流的导通，是实现GIS功能的主要构件，主要由管状导线、断路器、灭弧罩等构成。
变电站GIS设备由外壳、支撑绝缘件和中心导体组成，中心导体依靠绝缘子和六氟化硫气体
进行绝缘隔离。中心导电构件在制造、装配、运行和检修过程中会发生部件脱落、局部开裂、
材质错用和运动机构错位等缺陷，导致GIS设备放电烧毁，影响到电网安全运行。运行中，需
要采用射线对内部构件进行检测，常规采用数字射线检测内部中心构件的缺陷，将立体的
部件压缩成平面图形，无法实现有效检测和精确测量。本办法利用常规数字射线检测设备，
在不停电和不拆解的情况下对GIS设备进行三维成像，实现了GIS设备现场状态监测和测
量。
公开号CN 104991133的发明专利公开了一种基于CR成像的GIS可视化无损检测方
法,包括如下步骤：A.对GIS设备进行局放检测，将检测到的局放数据进行分析，确定缺陷大
致位置；B.将CR胶片固定在检测出缺陷的GIS罐体上，利用X射线发射机，对局放出现异常的
区域照射X射线投影于CR胶片上；C.将经过X射线照射的CR胶片放置在CR扫描仪中，并与电
脑相连，将胶片上的数据读入电脑中,形成可视化图像；D.分析结果，确定GIS设备缺陷的位
置及其性质。该方法首先采用超声波进行局放检测，确定缺陷大致位置，将X射线透照GIS罐
体缺陷部位，并投射到CR胶片上进行成像，最终确定GIS设备缺陷的位置及性质，该方法仅
能用于GIS设备缺陷检测，而不能对GIS设备内部中心导电构件的构件尺寸、装配间隙、表面
状况等整体状况进行有效检测和精确测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种GIS中心导电构件现场
三维成像检测方法，用以利用常规数字射线检测设备，在不停电和不拆解的情况下对GIS设
备进行三维成像，实现GIS设备中心导电构件现场状态监测和测量。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种GIS中心导电构件现场三维成像检测方法，包括如下步骤：
步骤1，在被检测物体两侧分别设置X射线源和探测器，所述X射线源发出强度为I0
的X射线，所述X射线经被检测物体到达探测器的强度为I，并记录X射线的发出强度I0和到
达探测器的强度I；
步骤2，将X射线源与探测器在观测平面内同步平移一定的步数Nt，每平移一步均
作同样的测量，测得射线的发出强度I0和到达探测器的强度I；旋转一定角度再同步平
移Nt步，测得角度下的另一组数据；如此重复，直至旋转次，旋转次数与每次旋转
角度的积至少为180°，即取得组数据后采样停止；
步骤3，被检测物体对于X射线的线性衰减系数为μ，衰减系数μ＝μ(x，y)，则在某一
方向上，沿某一路径L的总衰减为：
式中，∫μd1为被检测物体的射线投影；
步骤4，从射线投影组中求解出断面各点的线性衰减系数μ的分布，得到被检测物
体某断层的密度分布，利用图像灰度值表示密度大小分布得到该断层三维图像；
步骤5，利用锥形投影重建方法，形成被检测物体的空间三维数据和图像。
优选的，所述X射线源发出的X射线经准直后成为单束X射线。
优选的，所述被测物体包括GIS中心导电构件。
本发明的有益效果是：
本发明采用数字射线检测技术，垂直于GIS轴线，沿圆周方向对GIS中心导电构件
多次透照，获得数字射线检测图像。将射线图片转换为jpg、BMP、TIFF等格式，利用锥形投影
重建方法，形成中心导电构件的空间三维数据(工件三维空间的每一个点都用灰度值来表
达，形成三维数据)和图像，来测量GIS内部构件尺寸、装配间隙、表面状况。
本发明用于GIS设备内部中心构件的状态测试和观察，通过采用普通数字射线检
测设备，实现准确、有效的测量GIS内部构件尺寸、装配间隙、表面状况。现场适用性强，检测
速度快，容易实现现场检测。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变
得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明
书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，当一束X射线射入某种物质时，将发生光电效应、康—吴散射及电子对
的生成等三种形式的作用，其结果是入射线的强度随入射深度的增加而减弱，并服从比尔
指数规律。取一理想的X射线源，它发出的X射线经准直后成为极细的单束X射线，在其对面
放置一个探测器。测出X射线源发出的强度I0(初始强度)，以及经过一定厚度物体衰减以后
到达探测器的强度I，再将X射线源与探测器在观测平面内同步平移一定的步数Nt，平移的
步长决定了系统的测量精度，每平移一步均作同样的测量，如此取得一组数据；旋转一定角
度(例如1°)，再同步平移Nt步，取得新角度下的另一组数据；如此重复，直至旋转次，
旋转次数与每次旋转角度的积至少应为180°，即取得组数据后采样
停止。
先假设物体是均匀的，物体对于X射线的线性衰减系数为μ，当强度为I0的X射线在
该物体中行进距离x后衰减为I，按比尔指数定律有：
I＝I0e-μχ或μx＝Ln(I0/I) (1-1)
若物体是分段均匀的，各段的线性衰减系数分别为μ1，μ2，μ3，…，相应的长度为
x1，x2，x3，…，则下式成立；
μ1x1+μ2x2+μ3x3+…＝ln(I0/I) (1-2)
更一般的，物体在X，Y平面内都不均匀，即衰减系数μ＝μ(x，y)，则在某一方向上，
沿某一路径L的总衰减为：
此公式称为射线投影。显然，测得I0与I，即可知道∫μd1，而我们的任务是根据一系
列的投影∫μd1，推求出被积函数μ。这样就能得出相应于μ分布,从而得出密度分布的图像。
所以，三维成像的工作过程大致可以分为两步，第一，利用组成三维成像系统的各硬件获得
被检测物体多个角度下的射线投影，第二，运用数学方法从射线投影组中求解出断面各点
的线性吸收系数分布，即被检物体某断层的密度分布，利用图像灰度值表示密度大小分布
可得该断层三维图像。
三维成像图像分辨率通常分为空间分辨率(几何分辨率)和密度分辨率两个方面。
空间分辨率也称几何分辨率，是指从三维图像中能够辨别最小物体的能力。密度分辨率是
三维成像装置的重要性能指标，它是利用图像的灰度去分辨被检物体材质的基本方法(因
为灰度是直接反映密度的)。密度分辨率又称对比分辨率，其表示方法通常以密度(通过灰
度)变化的百分比(％)表示相互变化关系。理论和实践均表明，在辐射剂量一定的情况下，
空间分辨率和密度分辨率是矛盾的。被检物体大小改变时，密度分辨率也会发生变化，两者
之积为一常数，称为对比度细节常数，它取决于射线的剂量和ICT装置的性能。从三维成像
装置的对比度细节曲线中得知，密度分辨率越高(％值越小，如0.2)空间分辨率就越低，反
知，密度分辨率越低(％值越大，如2％)则空间分辨率就越高。
密度分辨率表征三维成像图像再现材料密度变化的能力。通常用图像上可以识别
的最小物体对比度来定义：
式中，μf--细节特征的衰减系数值；
μb--背景材料的衰减系数值；
μref--参考衰减系数(一般指μb)；
影响物体的对比度的因素是材料的组分特性、密度及射线能量。研究表明：在低能
下(低于1Mev)，射线和材料的相互作用主要是光电效应，此时，材料的组分特性对衰减起主
要作用；在高能量下，康普顿散射占主导地位，此时材料的密度与衰减系数成近似比例关
系，对于均匀的材料，密度与线性衰减系数值直接成比例。影响密度分辨率的主要因素是信
噪比，噪声的来源主要是辐射源的量子噪声、射源强度的统计涨落及射线源的不稳定性、射
线强度数据采集系统的噪声、位置测量系统的误差以及图像重建算法近似性。其中量子噪
声是最主要的，它与辐射源剂量之间的关系按Brooks公式计算，要提高密度分辨率，则源的
剂量要增加。
采用数字射线检测技术，垂直于GIS轴线，沿圆周方向对GIS中心导电构件多次透
照，获得数字射线检测图像。将射线图片转换为jpg、BMP、TIFF等格式，利用锥形投影重建方
法，形成中心导电构件的空间三维数据和图像，来测量GIS内部构件尺寸、装配间隙、表面状
况。
说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术
人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精
神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。