本發(fā)明涉及地腳螺栓檢測(cè)，具體為一種基于微波檢測(cè)的地腳螺栓腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、桿塔地腳螺栓是輸電桿塔重要承重器件，在實(shí)際投入運(yùn)行過程中，桿塔各部分所受外力會(huì)對(duì)由地腳螺栓固定的桿塔基礎(chǔ)形成上拔力及下壓力，并通過混凝土基礎(chǔ)傳導(dǎo)至大地。在投運(yùn)過程中，由于長(zhǎng)期暴露在惡劣的野外環(huán)境中，桿塔地腳螺栓難以避免會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。腐蝕會(huì)減小地腳螺栓橫截面積，影響其機(jī)械強(qiáng)度，在強(qiáng)大的上拔和下壓力的作用下發(fā)生斷裂，引發(fā)桿塔倒塌等嚴(yán)重電力事故，造成大規(guī)模停電、大量經(jīng)濟(jì)損失乃至人員傷亡。因此，對(duì)桿塔地腳螺栓腐蝕的及時(shí)檢測(cè)與修復(fù)尤為重要。但由于地腳螺栓深度嵌入于塔基內(nèi)，腐蝕現(xiàn)象隱蔽，難以直接檢測(cè)，所以對(duì)于其有效的檢測(cè)方法一直以來是工程上的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

2、現(xiàn)有地腳螺栓檢測(cè)方式主要有柱面超聲導(dǎo)波法和磁粉檢測(cè)法，如圖1所示。柱面超聲導(dǎo)波法利用超聲波沿柱面?zhèn)鞑ゾ嚯x遠(yuǎn)的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)地腳螺栓腐蝕的檢測(cè)，當(dāng)超聲波遇到桿壁時(shí)會(huì)發(fā)生反射并繼續(xù)在柱面內(nèi)進(jìn)行傳播，且損耗較小，通過觀察其返回波形可得知其傳播過程，當(dāng)其傳播遇到缺陷時(shí)，可以在回波圖像中體現(xiàn)出缺陷的位置。但此方法需要耦合劑且操作復(fù)雜，耦合劑的處理不當(dāng)還會(huì)對(duì)螺栓以及環(huán)境造成影響。磁粉檢測(cè)法對(duì)待測(cè)物體施加磁場(chǎng)或直接通電，使其內(nèi)部感應(yīng)出方向大小規(guī)律的磁場(chǎng)，在其表面均勻潑灑具有磁性的磁粉，磁粉便會(huì)按照磁場(chǎng)規(guī)律分布，當(dāng)檢測(cè)對(duì)象表面或近表面出現(xiàn)腐蝕缺陷時(shí)，其周圍磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生畸變，通過觀察磁粉分布狀態(tài)便可清晰觀察到缺陷的存在。如中國(guó)專利申請(qǐng)(公開號(hào)為cn116448869a)公開了一種碳鋼不銹鋼復(fù)合管腐蝕程度的檢測(cè)方法，解決現(xiàn)有管道腐蝕檢測(cè)方法不準(zhǔn)確且不能普遍適用的問題，但該方法僅能檢測(cè)螺栓表面以及1～2mm深度的腐蝕，且檢測(cè)準(zhǔn)確率受檢測(cè)人員經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰τ绊?。因此，亟待提出一種能對(duì)地腳螺栓腐蝕情況進(jìn)行準(zhǔn)確有效檢測(cè)和評(píng)估的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明基于現(xiàn)階段地腳螺栓腐蝕檢測(cè)方法的局限性，提出一種基于微波檢測(cè)技術(shù)的地腳螺栓腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地腳螺栓腐蝕的非接觸式無損檢測(cè)，解決了超聲導(dǎo)波法需要耦合劑以及磁粉檢測(cè)法檢測(cè)深度小的問題。

2、本發(fā)明一方面提供了一種基于微波檢測(cè)的地腳螺栓腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)，包括硬件端和軟件端，其中硬件端至少包括微波發(fā)生器、發(fā)射天線、發(fā)射天線支架、接收天線、接收天線支架、頻譜分析儀，軟件端至少包括計(jì)算機(jī)和云端數(shù)據(jù)庫，發(fā)射天線固定于發(fā)射天線支架上，發(fā)射天線與微波發(fā)生器相連，接收天線固定于接收天線支架上，接收天線與頻譜分析儀相連，頻譜分析儀獲得的地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)并上傳云端數(shù)據(jù)庫，將地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜導(dǎo)入頻譜分析儀獲得的待測(cè)地腳螺栓透射系數(shù)頻域圖譜通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行差值分析即可。

3、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述接收天線支架和發(fā)射天線支架的高度可調(diào)且在-90～90°范圍內(nèi)彎曲。

4、作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述發(fā)射天線通過同軸電纜與微波發(fā)生器的微波輸出端口相連，接收天線通過同軸電纜與頻譜分析儀的信號(hào)輸入端口相連。

5、本發(fā)明另一方面提供了一種基于微波檢測(cè)的地腳螺栓腐蝕檢測(cè)方法，至少包括以下步驟：

6、(1)根據(jù)待測(cè)地腳螺栓的直徑，基于公式確定微波頻段，并根據(jù)頻段選擇端口尺寸對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線和接收天線，使檢測(cè)頻段包含在發(fā)射天線和接收天線天線頻率范圍內(nèi)；

7、(2)將發(fā)射天線通過夾具固定在發(fā)射天線支架上，將接收天線通過夾具固定在接收天線支架上；

8、(3)將發(fā)射天線通過同軸電纜與微波發(fā)生器的微波輸出端口相連，接收天線通過同軸電纜與頻譜分析儀的信號(hào)輸入端口相連，發(fā)射天線發(fā)出微波信號(hào)，接收電線接收透射信號(hào)；

9、(4)調(diào)節(jié)發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度，對(duì)未腐蝕地腳螺栓進(jìn)行微波檢測(cè)，頻譜分析儀獲得地腳螺栓各掃描點(diǎn)對(duì)應(yīng)的透射波頻域圖譜，作為地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)并上傳至云端數(shù)據(jù)庫；

10、(5)調(diào)節(jié)發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度，對(duì)待檢測(cè)地腳螺栓各掃描點(diǎn)進(jìn)行微波檢測(cè)，頻譜分析儀獲得待測(cè)地腳螺栓透射系數(shù)頻域圖譜；

11、(6)將地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜導(dǎo)入待測(cè)地腳螺栓透射系數(shù)頻域圖譜中進(jìn)行對(duì)比頻域響應(yīng)差異分析獲得檢測(cè)結(jié)果，通過檢測(cè)結(jié)果判定地腳螺栓是否出現(xiàn)腐蝕、腐蝕嚴(yán)重程度以及腐蝕點(diǎn)的位置；

12、(7)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)地腳螺栓提出修理或更換方案。

13、優(yōu)選的，所述公式為λ＝πd，其中λ為微波頻段，d為待測(cè)地腳螺栓的直徑。

14、優(yōu)選的，所述發(fā)射天線和接收天線均為喇叭天線，所述喇叭天線為扇形喇叭天線、角錐喇叭天線、圓錐喇叭天線、波紋喇叭天線、加脊喇叭天線、多模喇叭天線中的一種，優(yōu)選為加脊喇叭天線，進(jìn)一步優(yōu)選為角錐雙脊喇叭天線。

15、優(yōu)選的，所述發(fā)射天線和接收天線朝向待測(cè)地腳螺栓的角度r的范圍為控制-90°＜r＜90°。

16、優(yōu)選的，所述發(fā)射天線和接收天線朝向待測(cè)地腳螺栓的腐蝕層(中心位置)角度r1的范圍為控制0°＜r1＜90°。

17、優(yōu)選的，所述地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜中各掃描點(diǎn)與待測(cè)地腳螺栓透射系數(shù)頻域圖譜中各掃描點(diǎn)對(duì)應(yīng)。地腳螺旋在安裝后首先進(jìn)行檢測(cè)獲得地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜，上傳至云端數(shù)據(jù)庫中，地腳螺旋出現(xiàn)問題需要檢測(cè)時(shí)，從云端數(shù)據(jù)庫中調(diào)出匹配的地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜，按照地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜的掃描點(diǎn)調(diào)整發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度進(jìn)行檢測(cè)，獲得地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜具有相同掃描點(diǎn)的地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜，后續(xù)基于上述含有相同掃描點(diǎn)的地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜和地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜的對(duì)比頻域響應(yīng)差異分析結(jié)果確定是否發(fā)生腐蝕、腐蝕嚴(yán)重程度以及相應(yīng)的腐蝕點(diǎn)位置。

18、所述對(duì)比頻域響應(yīng)差異分析的檢測(cè)結(jié)果為s21幅值隨頻率變化曲線對(duì)比圖，若s21幅值隨頻率變化曲線對(duì)比圖中基準(zhǔn)曲線和待測(cè)曲線重合，則未發(fā)生腐蝕；若s21幅值隨頻率變化曲線對(duì)比圖中待測(cè)曲線相對(duì)基準(zhǔn)曲線出現(xiàn)s21幅值減小的部分，則判定發(fā)生腐蝕，且減小的s21幅值越大，表明腐蝕程度越嚴(yán)重，進(jìn)而根據(jù)腐蝕程度提出處理方案。

19、所述腐蝕點(diǎn)的位置基于發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度確定，其中發(fā)射天線和接收天線朝向角度為發(fā)射天線或接收天線與掃描點(diǎn)連線相對(duì)于水平位置之間的夾角，提離距離為發(fā)射天線或接收天線相對(duì)于地腳螺栓邊緣的水平距離，天線高度為發(fā)射天線或接收天線相對(duì)于地面的高度。

20、地腳螺栓包裹于混凝土塔基中，且腐蝕往往出現(xiàn)在近地面或地面以下位置，腐蝕發(fā)生后無法直接被觀察到，而傳統(tǒng)的地腳螺栓檢測(cè)方法需要耦合劑或存在檢測(cè)深度小的問題，傳統(tǒng)的微波檢測(cè)無法應(yīng)用于地腳螺栓檢測(cè)，本發(fā)明匹配提供的基于微波檢測(cè)技術(shù)的地腳螺栓腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)有效解決上述問題。尤其是采用微波檢測(cè)配合高度、角度可調(diào)的角錐雙脊喇叭天線，發(fā)射天線進(jìn)行微波信號(hào)發(fā)射，微波信號(hào)穿透塔基后作用于地腳螺栓的腐蝕部位，接收喇叭天線接收透射信號(hào)，通過頻譜分析儀獲得待測(cè)地腳螺栓透射系數(shù)頻域圖譜，通過對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)對(duì)地腳螺栓隱蔽性腐蝕的非接觸式微波檢測(cè)。進(jìn)一步的，通過調(diào)節(jié)發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度實(shí)現(xiàn)地不同型號(hào)地腳螺栓、不同螺栓下埋深度、不同塔基厚度、不同環(huán)境下地腳螺栓各掃描點(diǎn)的微波檢測(cè)，避免漏檢情況的發(fā)生?；诂F(xiàn)場(chǎng)條件，通過綜合調(diào)節(jié)發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度，實(shí)現(xiàn)在最低微波發(fā)散和衰減的調(diào)下下呈現(xiàn)更加明顯的檢測(cè)效果。本發(fā)明通過控制發(fā)射天線和接收天線朝向待測(cè)地腳螺栓的角度r的范圍為-90°＜r＜90°匹配不同類型、不同安裝條件和不同環(huán)境下的地腳螺栓各掃描點(diǎn)的覆蓋微波檢測(cè)，進(jìn)一步控制所述發(fā)射天線和接收天線朝向待測(cè)地腳螺栓的腐蝕層(中心位置)角度r1的范圍為0°≤r1＜90°，尤其是0°≤r1≤45°時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地腳螺栓處于地面之下部分的檢測(cè)，避免漏檢情況的發(fā)生同時(shí)呈現(xiàn)更加明顯的檢測(cè)效果。

21、優(yōu)選的，所述云端數(shù)據(jù)庫中包括不同提離距離及天線高度、不同型號(hào)地腳螺栓、不同螺栓下埋深度、不同塔基厚度、不同環(huán)境下地腳螺栓的地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜；

22、所述云端數(shù)據(jù)庫中還包括不同提離距離及天線高度、不同型號(hào)地腳螺栓、不同螺栓下埋深度、不同塔基厚度、不同環(huán)境下地腳螺栓的地腳螺栓透射系數(shù)基準(zhǔn)頻域圖譜和待測(cè)地腳螺栓透射系數(shù)頻域圖譜的對(duì)比頻域響應(yīng)差異分析的檢測(cè)結(jié)果。

23、本發(fā)明中云端數(shù)據(jù)庫的建立有助于簡(jiǎn)化檢測(cè)的過程，直接從云端調(diào)用地腳螺栓腐蝕的基準(zhǔn)頻域圖譜，省去了對(duì)未腐蝕地腳螺栓的檢測(cè)過程，實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下對(duì)不同型號(hào)地腳螺栓的快速檢測(cè)，同時(shí)還能通過對(duì)比頻域響應(yīng)差異分析的檢測(cè)結(jié)果確定特定頻率波段，且云端數(shù)據(jù)的上傳與調(diào)用對(duì)用戶全部開放權(quán)限，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的快速擴(kuò)充。

24、有益效果

25、1、本發(fā)明基于現(xiàn)階段地腳螺栓腐蝕檢測(cè)方法的局限性，提出一種基于微波檢測(cè)技術(shù)的地腳螺栓腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地腳螺栓腐蝕的非接觸式無損檢測(cè)，解決了超聲導(dǎo)波法需要耦合劑以及磁粉檢測(cè)法檢測(cè)深度小的問題。

26、2、本技術(shù)通過采用微波檢測(cè)配合高度、角度可調(diào)的角錐雙脊喇叭天線，發(fā)射天線進(jìn)行微波信號(hào)發(fā)射，微波信號(hào)穿透塔基后作用于地腳螺栓的腐蝕部位，接收喇叭天線接收透射信號(hào)，通過頻譜分析儀獲得待測(cè)地腳螺栓透射系數(shù)頻域圖譜，通過對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)對(duì)地腳螺栓隱蔽性腐蝕的非接觸式微波檢測(cè)。

27、3、本技術(shù)通過通過調(diào)節(jié)發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度實(shí)現(xiàn)地不同型號(hào)地腳螺栓、不同螺栓下埋深度、不同塔基厚度、不同環(huán)境下地腳螺栓各掃描點(diǎn)的微波檢測(cè)，避免漏檢情況的發(fā)生。

28、4、本發(fā)明提供的系統(tǒng)和方法，能夠基于現(xiàn)場(chǎng)條件，通過綜合調(diào)節(jié)發(fā)射天線和接收天線朝向角度、提離距離及天線高度，實(shí)現(xiàn)在最低微波發(fā)散和衰減的調(diào)下下呈現(xiàn)更加明顯的檢測(cè)效果。

29、5、本發(fā)明中云端數(shù)據(jù)庫的建立有助于簡(jiǎn)化檢測(cè)的過程，直接從云端調(diào)用地腳螺栓腐蝕的基準(zhǔn)頻域圖譜，省去了對(duì)未腐蝕地腳螺栓的檢測(cè)過程，實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下對(duì)不同型號(hào)地腳螺栓的快速檢測(cè)，同時(shí)還能通過對(duì)比頻域響應(yīng)差異分析的檢測(cè)結(jié)果確定特定頻率波段，且云端數(shù)據(jù)的上傳與調(diào)用對(duì)用戶全部開放權(quán)限，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的快速擴(kuò)充。