本技术涉及信息检测，尤其涉及一种gis断路器的弹簧储能检测方法、系统、设备及介质。
背景技术：
1、gis断路器弹簧储能系统在长期运行中面临潜在技术难题。频繁的充放电循环和持续的机械应力会导致弹簧材料逐渐失效，这一过程隐蔽且渐进，常规检测难以及时发现。这种失效可能使储能功能失效。
2、因此急需开发一种实时、无损的检测技术，能够动态调整储能比，从而及时发现弹簧异常并延长其使用寿命。
技术实现思路
1、本技术提供一种gis断路器的弹簧储能检测方法、系统、设备及介质，其解决了难以及时发现弹簧材料逐渐失效的技术问题，达到了及时发现弹簧异常并延长其使用寿命的技术效果。
2、为了达到上述目的，本技术采用的主要技术方案包括：
3、第一方面，本技术实施例提供一种gis断路器的弹簧储能检测方法，所述方法包括：
4、基于所述gis断路器外表面多个测点获取的光栅反射波长，确定所述gis断路器内部弹簧对应的应力集中系数和材料结构变化指标，其中，所述材料结构变化指标表征晶粒尺寸变化率；
5、基于所述应力集中系数和所述材料结构变化指标对所述弹簧的剩余寿命进行预测，确定所述弹簧的预测剩余寿命；
6、在所述预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值的情况下，确定所述gis断路器中弹簧储能系统的实时储能密度；
7、确定所述实时储能密度对应的预测储能需求，并根据所述预测储能需求动态调整所述弹簧储能系统的机械-液压储能比。
8、本实施例提供的一种gis断路器的弹簧储能检测方法，通过监测光栅反射波长的变化来获取gis断路器内部弹簧的应力集中系数和材料结构变化指标。这些参数将用于预测弹簧的剩余寿命，其中应力集中系数反映了可能出现裂纹的位置，而材料结构变化指标影响其抗疲劳能力和强度。综合考虑这些因素可以提高剩余寿命预测的准确性。当预测的剩余寿命低于预设阈值时，需要评估弹簧储能系统的状态，通过确定实时储能密度来进行。实时储能密度定义为弹簧储能系统中总储能量与液压缸总体积的比值。根据实时储能密度的预测，进一步调整机械-液压储能比，以优化弹簧和液压缸之间的储能分配比例，确保弹簧储能系统处于最佳运行状态。
9、可选地，所述基于所述gis断路器外表面多个测点获取的光栅反射波长，确定所述gis断路器内部弹簧对应的应力集中系数和材料结构变化指标，包括：
10、根据所述光栅反射波长，利用布拉格波长漂移原理计算所述gis断路器外表面每个所述测点的应变值以及应变最大值；
11、使用空间插值算法对所述应变值处理，生成连续的应变分布场；
12、对所述应变分布场中的每个空间点进行梯度计算，得到每个所述空间点的梯度值以及梯度最大值；
13、将所述梯度值大于预设梯度阈值对应的空间点确定为应力集中区域；
14、根据所述应变最大值、所述梯度最大值和所述应力集中区域的面积，通过预设的应变分布-应力模型，确定所述应力集中系数和所述材料结构变化指标。
15、本实施例首先利用布拉格波长漂移原理计算每个测点的应变值。随后，采用空间插值算法处理这些应变值，生成连续的应变分布场，从而有效推算出整个gis断路器外表面的应变分布情况，提供精确的空间数据。接着，对应变分布场进行梯度计算，获取每个空间点的梯度值，这些值反映了应变变化的速率，有助于确定结构中的应力集中区域。通过设定的梯度阈值，识别和标记出应变分布场中的应力集中区域，这些区域可能是结构中关键的应力集中部位，需要特别关注和分析。最后，利用预设的应变分布-应力模型建立应变分布模式与内部弹簧应力状态的映射关系，进而预测应力集中系数和材料结构变化指标，有助于实时监测和分析gis断路器中弹簧的性能。
16、可选地，所述基于所述应力集中系数和所述材料结构变化指标对所述弹簧的剩余寿命进行预测，确定所述弹簧的预测剩余寿命，包括：
17、获取所述弹簧的图像，并提取所述图像的微观损伤特征，其中，所述微观损伤特征表征所述弹簧的损伤和缺陷；
18、对所述微观损伤特征进行分类，确定不同的损伤等级；
19、确定所述弹簧对应的应力积累因子和疲劳指数；
20、将所述应力集中系数、所述材料结构变化指标、所述损伤等级、所述应力积累因子和所述疲劳指数输入至预设的随机森林树算法模型中，得到所述预测弹簧剩余寿命。
21、本实施例通过获取弹簧的图像，然后进行图像预处理和otsu阈值分割，以提取微观损伤特征，这些特征能够准确地表征弹簧的损伤和缺陷情况。接着对提取的微观损伤特征进行分类，以确定不同损伤等级(低、中、高)。然后对弹簧在过去循环中的应力累积因子和疲劳指数进行预测，得到预测的应力积累因子和疲劳指数。最后将应力集中系数、材料结构变化指标、损伤等级、应力积累因子和疲劳指数作为输入，利用随机森林算法模型预测弹簧的剩余寿命。
22、可选地，所述在所述预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值的情况下，确定所述gis断路器中弹簧储能系统的实时储能密度，包括：
23、在所述预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值的情况下，构建所述弹簧储能系统中弹簧与液压缸之间的能量转换模型；
24、根据所述能量转换模型计算储能过程中的能量转换数据；
25、根据所述能量转换数据和所述液压缸的总体积，确定所述实时储能密度。
26、本实施例在预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值时，通过调节储能比例，减少对弹簧的依赖，从而降低弹簧的应力，延长其使用寿命。通过构建弹簧与液压缸之间的能量转换模型，能够根据实时能量转换数据得到实时储能密度，为后续结合实时储能密度来调节储能比确保弹簧储能系统在最佳性能范围内运行，优化弹簧储能系统的整体性能。
27、可选地，所述构建所述弹簧储能系统中弹簧与液压缸之间的能量转换模型，包括：
28、获取弹簧压缩位移、所述弹簧受到的作用力、液压缸压力以及所述液压缸的总体积；
29、根据所述作用力和所述弹簧压缩位移，建立所述弹簧的力-位移关系函数；
30、根据所述液压缸压力和所述总体积，建立所述液压缸的压力-体积关系函数；
31、综合所述力-位移关系函数和所述压力-体积关系函数，得到所述能量转换模型。
32、本实施例通过传感器获取的数据，结合力学特性，构建力-位移关系函数和压力-体积关系函数，能够准确计算机械储能和液压储能，通过综合调整后的机械储能和液压储能，得到一个全面的能量转换模型，可以更好地预测和优化整个弹簧储能系统的能量效率和性能。
33、可选地，所述确定所述实时储能密度对应的预测储能需求，并根据所述预测储能需求动态调整所述弹簧储能系统的机械-液压储能比，包括：
34、根据所述实时储能密度，采用预设的长短期记忆网络预测未来时间段的储能需求，得到所述未来时间段内每个时间点对应的所述预测储能需求；
35、针对任一时间点对应的预测储能需求，计算从当前状态到下一状态的储能变化；
36、以储能效率最大化为目标，动态规划所有所述储能变化，确定最优路径；
37、根据所述最优路径，确定每个时间点的最优机械-液压储能比；
38、根据所述最优机械-液压储能比动态调整所述弹簧储能系统的机械-液压储能比。
39、本实施例通过使用长短期记忆网络，能够预测未来时间段内每个时间点的储能需求，确保了预测结果的准确性。接着通过动态规划确定最优路径，从而优化储能变化过程，实现储能效率的最大化。然后，根据确定的最优路径，确定每个时间点的机械-液压储能比，从而在不同时间点上实现最佳的储能配置，确保储能系统在各个时间点的性能都能达到最优。通过动态调整机械-液压储能比，能够实时响应储能需求的变化，使得系统在实际运行中始终保持高效和稳定。
40、可选地，所述方法还包括：
41、获取针对gis断路器中弹簧的反射波信号；
42、对所述反射波信号进行波形分析，并提取波形特征向量；
43、将所述波形特征向量与预设标准特征库中的标准波形特征向量计算欧氏距离；
44、在所述欧氏距离大于预设距离阈值的情况下，确定所述弹簧存在微观损伤。
45、本实施例通过获取反射波信号，并对其进行波形分析和特征向量提取，实现了对弹簧内部结构和状态的准确描述。这种方法有助于识别弹簧的工作状态及潜在问题。进一步，通过将波形特征向量与标准特征库中的数据进行比较，并计算欧氏距离，能够准确判断弹簧是否存在微观损伤，从而快速定位异常并有效评估弹簧的健康状态。
46、可选地，所述波形特征向量包括幅值、频率和相位；所述方法还包括：
47、根据所述幅值与初始幅值的比率，确定幅值衰减率；
48、根据所述频率与初始频率的差值，确定频率偏移量；
49、根据所述相位与初始相位的差值，确定相位差异；
50、基于所述幅值衰减率、所述频率偏移量和所述相位差异，确定所述弹簧对应的健康状态总分。
51、本实施例通过测量并计算反射波信号的幅值衰减率、频率偏移量和相位差异，能够准确评估弹簧的健康状态。综合各个参数的分数将弹簧健康状态分为不同等级(严重异常、中度异常、轻微异常或正常)。能够提供明确的健康状况，帮助决策者根据实际健康状况采取相应的措施。
52、可选地，所述方法还包括：
53、获取针对gis断路器中弹簧的原始应变信号；
54、对所述原始应变信号进行时频分析，提取时域特征和频域特征；
55、将所述时域特征和所述频域特征输入至预设的应变信号特征-弹性模量模型中，获取弹性模量估计值；
56、确定所述弹性模量估计值对应的弹性模量降低程度；
57、在所述弹性模量降低程度超过预设降低程度阈值的情况下，确定所述弹簧存在异常。
58、本实施例通过对获取到的原始应变信号提取时域特征和频域特征能有效表征信号的变化和特征。这些特征为后续的弹性模量估计提供了重要的信息，有助于准确识别弹簧的状态。通过应变信号特征-弹性模量模型将时域和频域特征映射到弹簧的弹性模量估计值，能够准确的得到弹性模量估计值。计算弹性模量降低程度能够量化弹簧的性能变化，提供了一个明确的标准来评估弹簧是否存在异常。通过设定阈值来判断弹簧是否存在异常，能够自动化地监测和报警。若弹性模量降低程度超过预设阈值，会触发警报。这种机制可以及时发现弹簧的性能下降，从而防止潜在的故障或设备损坏，确保设备的可靠性和安全性。
59、第二方面，本技术实施例提供一种gis断路器的弹簧储能检测系统，所述系统包括：
60、集中系数和变化指标确定模块，用于基于所述gis断路器外表面多个测点获取的光栅反射波长，确定所述gis断路器内部弹簧对应的应力集中系数和材料结构变化指标，其中，所述材料结构变化指标表征晶粒尺寸变化率；
61、预测剩余寿命模块，用于基于所述应力集中系数和所述材料结构变化指标对所述弹簧的剩余寿命进行预测，确定所述弹簧的预测剩余寿命；
62、确定储能密度模块，用于在所述预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值的情况下，确定所述gis断路器中弹簧储能系统的实时储能密度；
63、动态调整模块，用于确定所述实时储能密度对应的预测储能需求，并根据所述预测储能需求动态调整所述弹簧储能系统的机械-液压储能比。
64、本实施例提供的一种gis断路器的弹簧储能检测系统，通过监测光栅反射波长的变化来获取gis断路器内部弹簧的应力集中系数和材料结构变化指标。这些参数将用于预测弹簧的剩余寿命，其中应力集中系数反映了可能出现裂纹的位置，而材料结构变化指标影响其抗疲劳能力和强度。综合考虑这些因素可以提高剩余寿命预测的准确性。当预测的剩余寿命低于预设阈值时，需要评估弹簧储能系统的状态，通过确定实时储能密度来进行。实时储能密度定义为弹簧储能系统中总储能量与液压缸总体积的比值。根据实时储能密度的预测，进一步调整机械-液压储能比，以优化弹簧和液压缸之间的储能分配比例，确保弹簧储能系统处于最佳运行状态。
65、可选地，所述集中系数和变化指标确定模块，包括：
66、根据所述光栅反射波长，利用布拉格波长漂移原理计算所述gis断路器外表面每个所述测点的应变值以及应变最大值；
67、使用空间插值算法对所述应变值处理，生成连续的应变分布场；
68、对所述应变分布场中的每个空间点进行梯度计算，得到每个所述空间点的梯度值以及梯度最大值；
69、将所述梯度值大于预设梯度阈值对应的空间点确定为应力集中区域；
70、根据所述应变最大值、所述梯度最大值和所述应力集中区域的面积，通过预设的应变分布-应力模型，确定所述应力集中系数和所述材料结构变化指标。
71、本实施例首先利用布拉格波长漂移原理计算每个测点的应变值。随后，采用空间插值算法处理这些应变值，生成连续的应变分布场，从而有效推算出整个gis断路器外表面的应变分布情况，提供精确的空间数据。接着，对应变分布场进行梯度计算，获取每个空间点的梯度值，这些值反映了应变变化的速率，有助于确定结构中的应力集中区域。通过设定的梯度阈值，识别和标记出应变分布场中的应力集中区域，这些区域可能是结构中关键的应力集中部位，需要特别关注和分析。最后，利用预设的应变分布-应力模型建立应变分布模式与内部弹簧应力状态的映射关系，进而预测应力集中系数和材料结构变化指标，有助于实时监测和分析gis断路器中弹簧的性能。
72、可选地，所述预测剩余寿命模块，包括：
73、获取所述弹簧的图像，并提取所述图像的微观损伤特征，其中，所述微观损伤特征表征所述弹簧的损伤和缺陷；
74、对所述微观损伤特征进行分类，确定不同的损伤等级；
75、确定所述弹簧对应的应力积累因子和疲劳指数；
76、将所述应力集中系数、所述材料结构变化指标、所述损伤等级、所述应力积累因子和所述疲劳指数输入至预设的随机森林树算法模型中，得到所述预测弹簧剩余寿命。
77、本实施例通过获取弹簧的图像，然后进行图像预处理和otsu阈值分割，以提取微观损伤特征，这些特征能够准确地表征弹簧的损伤和缺陷情况。接着对提取的微观损伤特征进行分类，以确定不同损伤等级(低、中、高)。然后对弹簧在过去循环中的应力累积因子和疲劳指数进行预测，得到预测的应力积累因子和疲劳指数。最后将应力集中系数、材料结构变化指标、损伤等级、应力积累因子和疲劳指数作为输入，利用随机森林算法模型预测弹簧的剩余寿命。
78、可选地，所述确定储能密度模块，包括：
79、在所述预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值的情况下，构建所述弹簧储能系统中弹簧与液压缸之间的能量转换模型；
80、根据所述能量转换模型计算储能过程中的能量转换数据；
81、根据所述能量转换数据和所述液压缸的总体积，确定所述实时储能密度。
82、本实施例在预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值时，通过调节储能比例，减少对弹簧的依赖，从而降低弹簧的应力，延长其使用寿命。通过构建弹簧与液压缸之间的能量转换模型，能够根据实时能量转换数据得到实时储能密度，为后续结合实时储能密度来调节储能比确保弹簧储能系统在最佳性能范围内运行，优化弹簧储能系统的整体性能。
83、可选地，所述构建所述弹簧储能系统中弹簧与液压缸之间的能量转换模型，包括：
84、获取弹簧压缩位移、所述弹簧受到的作用力、液压缸压力以及所述液压缸的总体积；
85、根据所述作用力和所述弹簧压缩位移，建立所述弹簧的力-位移关系函数；
86、根据所述液压缸压力和所述总体积，建立所述液压缸的压力-体积关系函数；
87、综合所述力-位移关系函数和所述压力-体积关系函数，得到所述能量转换模型。
88、本实施例通过传感器获取的数据，结合力学特性，构建力-位移关系函数和压力-体积关系函数，能够准确计算机械储能和液压储能，通过综合调整后的机械储能和液压储能，得到一个全面的能量转换模型，可以更好地预测和优化整个弹簧储能系统的能量效率和性能。
89、可选地，所述动态调整模块，包括：
90、根据所述实时储能密度，采用预设的长短期记忆网络预测未来时间段的储能需求，得到所述未来时间段内每个时间点对应的所述预测储能需求；
91、针对任一时间点对应的预测储能需求，计算从当前状态到下一状态的储能变化；
92、以储能效率最大化为目标，动态规划所有所述储能变化，确定最优路径；
93、根据所述最优路径，确定每个时间点的最优机械-液压储能比；
94、根据所述最优机械-液压储能比动态调整所述弹簧储能系统的机械-液压储能比。
95、本实施例通过使用长短期记忆网络，能够预测未来时间段内每个时间点的储能需求，确保了预测结果的准确性。接着通过动态规划确定最优路径，从而优化储能变化过程，实现储能效率的最大化。然后，根据确定的最优路径，确定每个时间点的机械-液压储能比，从而在不同时间点上实现最佳的储能配置，确保储能系统在各个时间点的性能都能达到最优。通过动态调整机械-液压储能比，能够实时响应储能需求的变化，使得系统在实际运行中始终保持高效和稳定。
96、可选地，所述系统还包括：
97、获取针对gis断路器中弹簧的反射波信号；
98、对所述反射波信号进行波形分析，并提取波形特征向量；
99、将所述波形特征向量与预设标准特征库中的标准波形特征向量计算欧氏距离；
100、在所述欧氏距离大于预设距离阈值的情况下，确定所述弹簧存在微观损伤。
101、本实施例通过获取反射波信号，并对其进行波形分析和特征向量提取，实现了对弹簧内部结构和状态的准确描述。这种方法有助于识别弹簧的工作状态及潜在问题。进一步，通过将波形特征向量与标准特征库中的数据进行比较，并计算欧氏距离，能够准确判断弹簧是否存在微观损伤，从而快速定位异常并有效评估弹簧的健康状态。
102、可选地，所述波形特征向量包括幅值、频率和相位；所述系统还包括：
103、根据所述幅值与初始幅值的比率，确定幅值衰减率；
104、根据所述频率与初始频率的差值，确定频率偏移量；
105、根据所述相位与初始相位的差值，确定相位差异；
106、基于所述幅值衰减率、所述频率偏移量和所述相位差异，确定所述弹簧对应的健康状态总分。
107、本实施例通过测量并计算反射波信号的幅值衰减率、频率偏移量和相位差异，能够准确评估弹簧的健康状态。综合各个参数的分数将弹簧健康状态分为不同等级(严重异常、中度异常、轻微异常或正常)。能够提供明确的健康状况，帮助决策者根据实际健康状况采取相应的措施。
108、可选地，所述系统还包括：
109、获取针对gis断路器中弹簧的原始应变信号；
110、对所述原始应变信号进行时频分析，提取时域特征和频域特征；
111、将所述时域特征和所述频域特征输入至预设的应变信号特征-弹性模量模型中，获取弹性模量估计值；
112、确定所述弹性模量估计值对应的弹性模量降低程度；
113、在所述弹性模量降低程度超过预设降低程度阈值的情况下，确定所述弹簧存在异常。
114、本实施例通过对获取到的原始应变信号提取时域特征和频域特征能有效表征信号的变化和特征。这些特征为后续的弹性模量估计提供了重要的信息，有助于准确识别弹簧的状态。通过应变信号特征-弹性模量模型将时域和频域特征映射到弹簧的弹性模量估计值，能够准确的得到弹性模量估计值。计算弹性模量降低程度能够量化弹簧的性能变化，提供了一个明确的标准来评估弹簧是否存在异常。通过设定阈值来判断弹簧是否存在异常，能够自动化地监测和报警。若弹性模量降低程度超过预设阈值，会触发警报。这种机制可以及时发现弹簧的性能下降，从而防止潜在的故障或设备损坏，确保设备的可靠性和安全性。
115、第三方面，本技术实施例提供一种计算机设备，包括：
116、存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行上述所述的gis断路器的弹簧储能检测方法。
117、第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述所述的gis断路器的弹簧储能检测方法。
1.一种gis断路器的弹簧储能检测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述gis断路器外表面多个测点获取的光栅反射波长，确定所述gis断路器内部弹簧对应的应力集中系数和材料结构变化指标，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述应力集中系数和所述材料结构变化指标对所述弹簧的剩余寿命进行预测，确定所述弹簧的预测剩余寿命，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述预测剩余寿命低于预设剩余寿命阈值的情况下，确定所述gis断路器中弹簧储能系统的实时储能密度，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述构建所述弹簧储能系统中弹簧与液压缸之间的能量转换模型，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述实时储能密度对应的预测储能需求，并根据所述预测储能需求动态调整所述弹簧储能系统的机械-液压储能比，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述波形特征向量包括幅值、频率和相位；所述方法还包括：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
10.一种gis断路器的弹簧储能检测系统，其特征在于，所述系统包括：
11.一种计算机设备，其特征在于，包括：
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至9中任一项所述的gis断路器的弹簧储能检测方法。
