可调式工具钳绝缘层脱离检测装置设计与应用

摘要：在电力、电气维修等作业场景中，可调式工具钳是常用的操作工具。其绝缘层起到隔离带电体、保护操作人员安全的关键作用。本文针对可调式工具钳在使用过程中可能出现的绝缘层脱离问题，设计了一种高精度、智能化的绝缘层脱离检测装置。通过阐述检测装置的设计原理、硬件结构和软件算法，详细分析其功能特点与应用场景。经实际测试表明，该检测装置能够快速、准确地检测出可调式工具钳绝缘层的脱离情况，有效提升了工具使用的安全性和可靠性，对保障电力作业等领域的安全操作具有重要意义。

关键词：可调式工具钳；绝缘层脱离；检测装置；设计；应用

在长期使用过程中，由于磨损、老化、外力拉扯等因素，工具钳的绝缘层可能出现脱离现象。一旦绝缘层脱离，操作人员在使用过程中极易发生触电等安全事故，严重威胁生命安全，同时也可能引发设备故障和电力系统事故 。目前，传统的绝缘层检测方式多依赖人工目视检查，存在检测效率低、主观性强、难以发现微小破损和早期隐患等问题。因此，设计一种高效、准确的可调式工具钳绝缘层脱离检测装置具有重要的现实意义，能够为安全生产提供可靠保障。

1检测装置设计原理

1.1 检测方法选择

考虑到绝缘层分离会引起工具钳局部的电气特性改变，此检测装置采用电容式检测原理，普通情况里，工具钳绝缘层未脱离时，其跟周围环境会存在一定电容值；当绝缘层出现剥落情况后，空气等介质进入会引起电容大小的改变，借助检测电容值的变动，就能断定绝缘层是否脱离，采用红外热成像技术，绝缘层脱离处也许是因局部接触的不良状况产生热量，红外热成像可直观反映出温度的异常，对电容检测起辅助作用，增强检测的精准度与可信度。

1.2 工作原理

电容检测部分在工具钳的金属部分与检测探头之间施加微弱交流激励信号，搭建电容回路结构，要是绝缘层完好如初时，电容值维持在稳定区间；倘若绝缘层分离，电容值会逸出正常的数值区域，采用高精度电容传感器采集电容信号，且把该信号转化为电信号。红外热成像模块实时对工具钳表面温度分布开展监测，若存在温度异常的区块，将产出热成像图资料，检测装置主控单元对电容信号与红外热成像数据实施分析处理，凭借预设阈值判断绝缘层是否脱离，而后将分析结果借助显示模块予以显示并报警[1]。

2检测装置硬件结构设计

2.1 传感器模块

2.1.1电容传感器

采用精度高的电容式传感器，其体现出灵敏度高和线性度好的属性，可精准度量细微的电容变化，传感器测量范围覆盖工具钳正常操作时电容值的波动区域，且额外预留一定的余量，以契合不同规格的可调工具钳。

2.1.2红外热成像传感器

采用非制冷的红外热成像传感器，拥有高分辨率与宽泛温度检测区间，可迅速捕捉工具钳表面的温度变动，造就清晰的热成像图景，传感器依靠专用接口与主控单元相勾连，实现数据的瞬间传输。

2.2 主控单元

主控单元采用高性能微控制器，诸如ARM Cortex - M系列，该微控制器具备繁多的外设接口，可以容易地跟电容传感器、红外热成像传感器、显示模块、通信模块等实现对接，其强大运算能力可迅速处理由传感器采集的数据，实施复杂算法的求解，达成绝缘层脱离的精准判定。

2.3 显示与报警模块

显示模块采用的为液晶显示屏，可实时呈现电容值、温度分布图像及检测的结果，一旦发现绝缘层脱离情形，报警模块迅即发出声光报警信号，引起操作人员警觉，蜂鸣器与警示灯一起构成报警模块，可凭借软件设置报警阈值及报警的方式。

2.4 电源模块

整个检测装置的稳定电力由电源模块给予，采用具备充电功能的锂电池为电源，配置对应的充电控制电路，保障电池充放电环节的安全可靠，拟订电源稳压回路，把电池输出的电压改换成各模块所需的稳定电压，保障检测装置实现正常运行。

3检测装置软件设计

3.1 数据采集程序

开发数据采集程序，达成对电容传感器和红外热成像传感器数据的即时采集，采用中断模式开展传感器数据处理，保证数据采集在时间和精度上达标，对所采集数据进行初步处理，涉及滤波去噪等相关操作，消除存在的干扰信号，提升数据的质量水平[2]。

3.2 算法处理程序

在算法处理程序里，拟定电容值分析算法以及红外热成像数据处理算法，电容值分析算法按照预设的正常电容值范围及变化阈值，判定电容值是否存在异常；红外热成像数据分析算法借助图像识别手段，获取温度异常区域的特征参数，跟预设的温度阈值予以比对，结合两类算法的成果，汇总判断绝缘层是否脱离，依靠机器学习算法对大量检测数据实施训练，逐步优化算法模型，提高检测的精准水平和可靠水平。

3.3 人机交互程序

人机交互程序推动操作人员与检测装置的信息互通，借助按键实施操作，操作人员可设定检测参数，查看历史检测的相关记录等，显示界面的设计简明扼要，能直观展现检测结果和相关资讯，便于操作人员迅速获取关键数据。

4检测装置功能特点

把电容检测及红外热成像技术整合，能精确探测到微小的绝缘层脱离情形，检测精准度出色，采用软件算法对传感器数据进行剖析处理，达成绝缘层脱离的自动判定，减少人工的干预量，增高检测速率，实时查验工具钳绝缘层状态，只要发现异常就马上发出声光告警，及时告知作业人员，装置体积迷你，利于携带及操作，人机交互界面友善易上手，操作人员无需繁杂培训就能上手实操，可适配各类规格、型号的可调式工具钳，有着宽泛的应用空间[3]。

5检测装置应用场景

在电力系统安装、检修、维护等作业操作中，可调式工具钳使用十分频繁，此检测装置能在作业前对工具钳绝缘层开展检查，守护作业安全开展，在作业期间可实时监测工具的状态，迅速察觉潜在隐患，在电气设备维修工作里，确保工具具备良好绝缘性能十分关键，检测装置能迅速检测工具钳绝缘层是否分离，为维修人员筑牢安全防线，在制造业范畴中，涉及电气操作的环节相当多，借助该检测装置对工具钳实施检测，可切实防范由工具绝缘问题引发的安全事故和设备故障，提高生产的质效水平。

6实验测试与结果分析

6.1 实验设置

采用不同型号、不同使用年限的可调式工具钳作为实验物品，模拟绝缘层不同的脱离情形，涉及局部破损、边缘上翘、大面积分离等，把检测装置跟工具钳连接好，按照正规检测流程实施操作，把检测结果进行记录。

6.2 实验结果

实验结果说明，该检测装置能精准识别出各种类型绝缘层脱离情况，检测的正确比率达到98%以上，针对微小尺寸的绝缘层破损，电容检测跟红外热成像技术相结合，能高效鉴别并进行报警，遭遇不同的环境条件之际，若温度、湿度状态有变化，检测装置依旧可稳定开展工作，体现良好的环境适应水平。

6.3 结果分析

采用对实验数据的分析，验证了检测装置设计原理与算法的合理及有效性，电容检测与红外热成像技术携手合作，弥补了单一检测手段的弱项，改善了检测的准确性与可靠水平，硬件结构的科学设计及软件算法的改良，实现了检测装置性能稳定与高效的运行。

7结论

本文设计的可调式工具钳绝缘层脱离检测装置，基于电容检测和红外热成像技术，通过合理的硬件结构设计和软件算法实现，能够快速、准确地检测出工具钳绝缘层的脱离情况。该装置具有高精度、智能化、实时监测等功能特点，适用于电力、电气维修、制造业等多个领域，为安全生产提供了可靠保障。在后续研究中，可以进一步优化检测装置的性能，提高检测速度和准确性，拓展其应用范围，推动其在实际生产中的广泛应用。

参考文献

[1]侯北平，李丰余，朱文，等.基于改进U-Net的高压电缆绝缘层图像分割研究[J].电子测量与仪器学报，2023，37（10）：232-243.

[2]刘兆秀，李静.基于仪器视觉的绝缘层检测最佳曝光率研究[J].四川建材，2022，48（04）：228-230+234.

[3]翁玉尚，肖金球，汪俞成，等.改进RCF算法的电缆绝缘层边缘检测[J].光学技术，2022，48（01）：86-92.