基于拟合的接触角算法在硅橡胶憎水性检测中的应用

准确获得水珠的接触角对硅橡胶憎水性的研究具有重要意义。在手动获得水珠边缘点的基础上,根据水珠体积很小时其所拍得图像中的水珠边缘成圆形的原理运用最小二乘算法拟合水珠边缘,根据圆方程计算获得接触角,结果表明,本文方法的精确度远高于常用的量角器方法。通过实验分析了多种因素对计算所得接触角精确度和实时性的影响。实验结果表明:拟合点数选择3个即可,点数的增加对精确度提高作用不大但会增加计算时间;选择的拟合点应在水珠边缘圆弧上均匀分布;接触角的真实值对拟合精度影响不大,但会影响最小乘法的最佳拟合次数,从而影响计算时间;噪声的存在使误差增大,此时选择3个边缘点对多次选择边缘点的计算结果求平均可很大程度减少误差;放大倍数和图像倾斜程度对精确度和实时性影响都很小。所得结论有利于该方法更准、更快获得接触角。     

憎水性材料接触角算法的选择及在硅橡胶憎水性检测中的应用

为了准确获得硅橡胶材料的静态接触角,研究了不同水珠体积和憎水性下接触角算法的选择问题。考虑到水珠表面服从Young-Laplace方程,仿真分析了硅橡胶处于憎水性状态(静态接触角>90°)且水珠体积<100μL时接触角和水珠体积对椭圆拟合算法准确性的影响。结果表明:接触角不变且接触角≥105°时,随着水珠体积的增加椭圆拟合算法误差增大,水珠体积<100μL且接触角为(90°,105°)时可选用椭圆拟合算法;水珠体积不变,随着接触角的增加椭圆拟合算法误差有增大的趋势;在大接触角或大体积时ASDA-P算法具有更高的准确性。洁净硅橡胶接触角时计算可选用椭圆拟合算法,染污后憎水性迁移或超疏水硅橡胶的接触角时计算应选用ASDA-P算法。文中给出了不同水珠体积和接触角下的算法选择策略。最后用不同憎水性和水珠体积下硅橡胶的静态接触角测量实验验证了分析结论。     

修正的圆拟合法及在硅橡胶憎水性检测中的应用

为提高硅橡胶材料静态接触角计算的准确性,提出了一种修正圆拟合法的静态接触角算法。基于Young-Laplace方程产生水珠边缘曲线,研究了水珠体积<1 000μL且接触线≤2cm,静态接触角>5°且<179°时水珠体积和接触角对圆拟合算法准确性的影响。结果表明:随着水珠体积的增加,圆拟合算法误差逐渐增大,误差甚至可能超过100°。利用以上计算结果基于线性2维插值获得了不同水珠体积和接触角时更加准确的接触角计算结果,当水珠体积<1 000μL且接触线≤2cm时,可修正圆拟合算法计算所得的接触角。将所提方法应用于仿真得到的不同憎水性和体积的水珠图像以及不同水珠体积下硅橡胶图像静态接触角的计算,结果证明了该方法可有效提高静态接触角测量的准确性,其中仿真计算结果的最大误差<1°,且它实现较为容易、计算量也相对较小。该方法也可提高其他材料静态接触角测量的准确性。     

基于水平集的接触角算法及在RTV憎水性检测中的应用

静态接触角是表征材料憎水性能的一个重要指标,但其难以自动准确获得。本文使用基于水平集的几何活动轮廓模型方法获得液滴的轮廓,该方法基于求解偏微分方程获得图像边缘,在边缘较清晰时能自动获得具有一定准确性的液滴轮廓。当试验液滴体积较小时,图像中液滴边缘为圆形的一部分,因此将所得边缘点按照一定准则分离为圆弧部分和水平线部分,考虑到它们满足相关方程的基础上采用最小二乘算法进行拟合获得了圆心、半径和水平线的纵坐标,据此即可获得静态接触角。针对仿真和实际拍摄的室温硫化硅橡胶涂层的液滴图像使用本文方法与基于手动获得液滴边缘然后拟合的算法进行比较,多幅图像的计算结果表明本文方法具有较高的准确性。该方法的提出为静态接触角的自动准确测量提供了一种思路。     

亲水性时静态接触角算法及在硅橡胶憎水性检测中的应用

为了提高亲水性时静态接触角计算的准确性,提出了一种考虑水珠体积和憎水性的静态接触角算法。基于Young-Laplace方程产生水珠边缘曲线,同时在其上叠加一定的噪声来模拟水珠边缘提取时的误差,研究了接触角≤90°、水珠体积<200μL且接触线长度≤1cm时,水珠体积和接触角对圆拟合算法和椭圆拟合算法准确性的影响,同时分析了噪声含量对2种算法准确性的影响。研究结果表明:噪声对椭圆拟合算法准确性的影响大于圆拟合算法,随着接触角的增大,噪声的影响减弱;随着水珠体积的增加,圆拟合算法的误差明显增大,椭圆拟合算法的误差略有增加;接触角≤15°时应选择圆拟合算法;接触角>15°而≤70°且水珠体积≤7μL时应选择圆拟合算法,接触角>15°而≤70°且水珠体积>7μL时应选择椭圆拟合算法;接触角>70°且≤90°时应选择椭圆拟合算法。将2种算法应用于不同憎水性的硅橡胶试样静态接触角的测量,结果验证了分析结论。所提出的静态接触角算法可有效提高硅橡胶材料处于亲水性状态时静态接触角计算的准确性。     

鲁棒的轴对称液滴边缘形状分析算法及其在超疏水材料憎水性检测中的应用

为了提高处于超疏水状态下材料表面静态接触角测量的准确性,实现了1种将液滴顶点、倾斜程度和形状参数作为变量的鲁棒的轴对称液滴边缘形状分析(axisymmetric drop shape analysis-profile,ADSA-P)算法,并将其应用于超疏水材料憎水性检测。基于Young-Laplace方程仿真产生了不同体积、接触角、倾斜程度和顶点坐标的超疏水的水珠边缘,使用圆拟合算法、椭圆拟合算法与ADSA-P算法计算接触角,结果表明:随水珠体积与接触角增加,圆拟合算法与椭圆拟合算法拟合得到的边缘偏离仿真得到的液滴边缘,接触角计算误差增大,2种算法在该研究仿真设定的水珠体积和接触角范围内得到最大误差分别为-47.57°和-22.51°;ADSA-P算法在不同的水珠体积、接触角、倾斜程度和顶点坐标下拟合得到的边缘均能与仿真得到的水珠边缘非常符合,获得的接触角具有很高的准确性,误差<0.1°。基于实际超疏水材料水珠图像的接触角计算验证了圆与椭圆拟合算法误差较大而AD-SA-P算法准确性较高的分析结论。     

考虑液滴体积的接触角拟合算法

当液滴体积较小时其边缘近似为圆形,基于圆方程进行拟合的算法有望准确获得接触角;当液滴体积增加时其边缘趋向于椭圆,此后基于椭圆方程进行拟合的算法有望能准确获得接触角。为了加快拟合速度,使用了一种直接计算获得椭圆参数的算法,避免了迭代且提高了计算效率。用圆拟合算法与椭圆拟合算法对不同接触角的圆和椭圆仿真图像进行计算,结果表明:当接触角较小时,无论是对圆图像还是对椭圆图像使用圆拟合算法都有较小的误差;当接触角较大时,如果是圆图像则两种算法都有较高精确度,如果是椭圆图像则基于椭圆的算法的误差更小。因此,接触角较小时使用基于圆的拟合算法,否则使用基于椭圆的算法。且针对不同的椭圆离心率给出了算法选择的临界接触角。对室温硫化(RTV)硅橡胶拍照所得水珠图像进行拟合,发现结果与仿真分析相近,且随着体积的增加液滴边缘的离心率增大,两种算法所得结果的差距也增大。     

憎水性对量角法用于静态接触角计算时准确性的影响

为获得量角法的适用性,系统地研究了憎水性对其计算准确性的影响。基于Young-Laplace方程产生了接触角在5°~175°范围内的水珠边缘,同时用接触角测量仪和数码相机从近似超亲水到超疏水材料表面分别拍摄了15和10张水珠图像,选择多个测试者对所得图像运用量角法计算接触角。结果表明:1张图像平均计算时间为6~14s;不同人和不同次计算结果之间存在差别,不同测试者之间计算结果最大差距可达15.65°,同一测试者10次计算结果的最大差距可达28.10°;数码相机拍摄得到液滴图像的计算误差要大于接触角测量仪所得图像的;随着接触角的增加,量角法计算误差幅值有增大的趋势,在超疏水情况下量角法计算结果往往较准确值偏小,偏小2.40°~26.86°,此时量角法不适合用于接触角计算。当试验对接触角测量准确性有一定要求时,可选用一种根据憎水性和水珠体积大小自适应选择圆拟合算法、椭圆拟合算法和轴对称液滴边缘形状分析算法的方法。当试验对接触角测量结果的准确性要求不高,且需要测试的液滴图像数量不大时,可选用量角法计算接触角,此时应该选择熟练的操作人员。     

基于动态接触角的硅橡胶憎水性表征方法的研究

当硅橡胶受到侵蚀和染污时,由于表面变得粗糙和溶质沉淀,导致接触角测量存在滞后效应,为了更合理表征硅橡胶的憎水性,将动态接触角方法用于硅橡胶憎水性的表征。该方法对材料表面通过注水/抽水的方式获得前进角/后退角。对洁净、浸泡、电晕和表面染污后的室温硫化硅橡胶涂层样本分别使用静态接触角方法、动态接触角方法进行测量。结果发现,浸泡、染污、电晕后的样本两种方法所得结果差别较大,静态接触角测量随机性较大且易受拍照时延的影响,对表面憎水性的表征能力不够,后退角能很好地表征材料的憎水性,后退角越小,则材料表面越容易被浸润。文中同时对浸泡、电晕、染污前后表面的粗糙度增加、溶质沉淀原因进行了分析,理论上解释了接触角测量的滞后效应。笔者的研究对硅橡胶及高分子材料的憎水性研究具有一定参考价值。     

影响硅橡胶静态接触角测量结果的相关因素分析

为了更加准确地获得硅橡胶材料的静态接触角,有必要研究接触角测量时各种因素对测量结果的影响。基于接触角测量仪和数码相机及动静态接触角自动计算软件DSCA(dynamic static contact angle),研究了座滴法测量硅橡胶静态接触角时水珠体积、拍照延迟时间、温度、水电导率和样本纵向倾斜程度对测量所得接触角的影响。结果表明:水珠体积对静态接触角测量没有明显影响,但不同体积水珠的最佳接触角算法不同;随拍照延迟时间增加,接触角有下降趋势,洁净样本、电晕样本、染污完全迁移样本下降速度较慢,浸泡和染污未完全迁移样本下降速度较快;温度对测量所得接触角有影响,低温下静态接触角偏小;水电导率对测量得到的接触角未见明显影响;反向倾斜可能会导致大误差,正向倾斜时,无论是大接触角图像还是小接触角图像,倾斜程度对测得的接触角影响不大,但倾斜的水珠图像会给自动计算带来难度。因此,低温中取出的试样要恢复到室温后测量,而高温试样则关系不大;水珠体积选择2～4μL;拍照可选择滴水后5s左右进行;水应选择去离子水,如无也可用自来水或具有一定电导率的盐水替换;尽量选择镜头平面垂直于硅橡胶平面时进行拍摄。     

220 kV变电站10 kV直供负荷的改善措施及其经济分析

为了协调220 kV与110 kV变电站布点关系,结合某省220 kV变电站三卷变压器10 kV低压侧直接向负荷供电（简称直供）的实际情况,对全省220 kV变电站进行统计分析,研究其直接供电的现状及运行中反映的问题,并有针对性地从技术和经济层面提出解决办法：对10 kV直供负荷供电时,将配电网规划和10 kV直供负荷相结合,优化配电网的结构,合理利用220 kV变电站的容量,由220 kV变电站向周边10 kV负荷系统直接供电,在确保供电可靠性的情况下,控制10 kV线路的送电距离。以上措施可挖掘现有电网的供电潜能,降低线路损耗,使电网布局更趋合理。     

微电网概率性最优的储能容量研究

针对可再生能源发电受外界环境影响较大、难以控制,接入微电网后对其安全运行带来很大挑战的问题,指出在微电网中接入储能装置可有效地解决此问题;研究了微电网孤岛运行时储能容量的确定方法,提出了一种概率性最优的储能容量确定方法：计算了微电网调度出力与负荷需求的功率差额,并根据其概率函数密度曲线确定储能系统的最大充放电功率;根据储能系统不同时刻其充、放电量累计值的概率函数密度曲线,求出其最优储能容量,使电网能实现经济效益最优和可再生能源利用率最大。采用该方法确定微电网储能容量,具有求解方法简捷、所需储能容量小的特点。     

智能变电站中高频开关电源技术应用

高频开关电源因其性能可靠、体积小、效率高等优点,已广泛应用于智能变电站直流系统中,为变电站安全、可靠运行提供保障。首先简单介绍了交直流一体化电源系统,然后分别对直流充电模块、通信电源模块、UPS电源模块作了详细分析,重点研究了高频开关电源的N+1冗余技术和均流技术。通过研究发现,这2种技术的应用提高了高频开关电源模块的可靠性。高频开关电源能够满足智能变电站对直流系统可靠性的要求。     

基于先验方差的发电机惯量辨识数据质量评估

发电机惯量是电力系统频率特性分析与在线应用的重要参数。基于发电机正常运行时机端有功功率和频率的类噪声信号可对发电机惯量进行实时辨识。然而实测数据质量存在的缺陷,导致现有算法对实测数据辨识效果较差。为解决该问题,本文以谱分析与系统辨识理论为基础,通过参考系统估计、模型参数方差估计、惯量方差估计三个步骤,建立惯量辨识结果的先验方差统计量,在进行辨识前对类噪声数据段进行评价和筛选,提升了惯量辨识的准确度。基于仿真数据和实测数据的数据评估筛选结果验证了本文提出方法的有效性。结果表明,先验方差较小的数据段,惯量辨识的准确度较高。     

基于暂态相关性分析的小电流接地故障选线方法

小电流接地系统发生单相接地故障时,接地点产生的暂态故障电流包含了整个系统中全部的暂态故障电流特征量。非故障线路的三相暂态电流主要表现为对地电容电流,考虑到系统中存在的电感影响,健全线路中的两相电流差非常小,且波形与自身的暂态零序电流明显不相关,而故障线路的两相电流差与其暂态零序电流表现出明显的相关性。利用这一特征,首先对母线电压进行小波变换,通过三相近似系数比例AR检测配电网是否发生了单相接地故障,并找出故障相;然后,运用相关性分析比较各条线路的两相电流差与零序电流的相关性,能够正确地选出故障线路,文章通过MATLAB/SIMULINK建模,验证了该方法的正确性。     

East China Market in Dire Need of Three Major Breakthroughs

Since started as a pilot project of regional power marketin June, 2003, East China power market has been actively andsteadily progressing, and has promulgated in succession amarket establishing program, market operating rules andspecifications for the functions of technical support systems.The technical support systems have been built up by stagesincluding the master station system in East China region and     

12th International Conference on Electronic Measurement & Instruments(ICEMI'2015)

正Qingdao,China 7.16-19,2015 The International Conference on Electronic MeasurementInstruments(ICEMI)is the world's premier conference dedicated to the electronic measurement and test of devices,boards and systems that is covering the complete cycle from design,verification,test,diagnosis,failure analysis and process of manufactory and products     

电解铝整流系统建模与稳流协调控制策略

介绍了大功率直流电解铝供电系统结构,建立了包括电解槽负载模型、饱和电抗器（ＳＲ）模型以及有载调压变压器（OLTC）的整流系统模型,提出了稳流协调控制策略：OLTC可对系列电流进行离散性的粗调,SR可在一定范围内实现对系列电流的连续性微调,两者结合能有效地解决机组投入与退出、阳极效应发生等大扰动下的稳流精确控制问题。基于电磁暂态分析软件包（ＥＭＴＤＣ）搭建了6机组整流系统,对网侧电压波动、负荷波动等工况进行了仿真分析,仿真结果表明：所提协调控制策略能保持直流系统处于最佳的运行状态,可实现电解铝生产过程中电流的平稳。     

基于改进动态灵敏度的配电网无功优化规划

目前配电网无功优化规划多采用网损灵敏度分析等方法来确定配电网候选无功补偿点,可能选择虚假高灵敏度节点,选点分布较集中。提出一种基于改进动态灵敏度选点的配电网无功优化方法,对灵敏度和负荷阻抗矩进行修正结合并进行层次聚类,避免选择虚假高灵敏度节点,使得选点分布均匀。通过实例仿真分析,验证了该方法的有效性,并对几种灵敏度选点方法进行了比较研究,得出了一些有益的结论。     

1 000 kV特高压南阳站3/2主接线不平衡环流分析

特高压变电站1 000 kV系统采用3/2主接线,由于导电主回路电阻不平衡度较大及特高压变电站输送容量大,导致3/2主接线系统存在较大幅值的不平衡环流,极端情况下个别断路器相电流有过零甚至反相现象。结合特高压南阳站,从理论上分析不平衡环流中零序分量及其产生原因;论述了大负荷运行期间零序环流给站内二次系统带来的显著问题和严重后果;提出保护装置采用两断路器合流、单断路器最小相电流制动零序电流元件和两断路器合流制动单断路器零序电流元件的几种解决方案。以期后续交流特高压工程对此有足够的重视,供设计、施工和运行维护借鉴。