是壓電貼片粘貼方式示意圖。
[0035] 圖6是40kHz低頻L (0, 1)導(dǎo)波檢測(cè)無(wú)缺陷絕緣子波形圖。
[0036] 圖7是40kHz低頻L (0, 1)導(dǎo)波檢測(cè)有缺陷絕緣子波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0038] 實(shí)施例
[0039] 如圖1所示，為復(fù)合絕緣子理論分析的簡(jiǎn)化雙層桿模型，其中，坐標(biāo)軸z軸為 圓柱體中心線，R1和R2分別表示交界面處的半徑和外層的外半徑。本例中的實(shí)驗(yàn)試 件采用廣州市邁克林電力有限公司生產(chǎn)的絕緣子，型號(hào)為FXBW4-35/70、FXBW4-35/100 和FXBW4-110/100-A，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)試件進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量得到相關(guān)參數(shù)，其中型號(hào) FXBW4-110/100-A復(fù)合絕緣子技術(shù)參數(shù)為長(zhǎng)度1. 06m(絕緣子長(zhǎng)度為切除兩端金具后的長(zhǎng) 度），玻璃芯棒半徑9mm、密度2176. 17kg/m3、泊松比0. 3、彈性模量57Gpa，外層硅橡膠包 覆層厚度4mm、密度1241. 7kg/m3、泊松比0. 25、彈性模量0. 1245Gpa;利用頻散曲線軟件GUIGUW求解相關(guān)頻散方程，得到如圖2和圖3所示的頻散曲線，從圖中頻散曲線可以看出雙 層桿結(jié)構(gòu)頻散曲線的平滑程度低，故可適檢測(cè)頻率范圍小，頻率的選取要求高，由于雙層桿 外層為硅橡膠結(jié)構(gòu)，硅橡膠的密度小阻尼大，所以導(dǎo)致頻散曲線中的速度整體呈下降趨勢(shì)， 且速度變化快，相近頻率導(dǎo)波的速度相差很大。故采用激勵(lì)導(dǎo)波的模態(tài)為L(zhǎng)(0, 1)，頻率范圍 為40-100kHz，周期數(shù)為10。
[0040] 通過(guò)上述理論分析得到的結(jié)論進(jìn)行導(dǎo)波檢測(cè)，如圖4所示，為超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng) 簡(jiǎn)化示意圖，激勵(lì)信號(hào)通過(guò)電腦設(shè)計(jì)編程存儲(chǔ)到U盤，然后再插入信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行讀取調(diào) 制；由功率放大器進(jìn)行功率放大；通過(guò)將激勵(lì)導(dǎo)線細(xì)分為8個(gè)子線從而達(dá)到多個(gè)激勵(lì)，經(jīng)過(guò) 壓電貼片與探頭之間的連接在絕緣子結(jié)構(gòu)上激發(fā)特定頻率周期的超聲導(dǎo)波。當(dāng)導(dǎo)波在絕緣 子中傳播至尾端或遇到缺陷時(shí)，再由壓電貼片在尾端或靠近激發(fā)端進(jìn)行接收，然后在數(shù)字 示波器顯示，并通過(guò)示波器存儲(chǔ)功能將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波形存儲(chǔ)在U盤內(nèi)。
[0041] 如圖5和圖1所示，本發(fā)明采用壓電陶瓷（PZT)作為驅(qū)動(dòng)器和傳感器粘貼在絕緣 子結(jié)構(gòu)上（德國(guó)PI公司生產(chǎn)，材料編號(hào)為PIC151)。壓電貼片對(duì)稱等距的直接粘貼在除去 了硅橡膠包覆層的內(nèi)層玻璃芯棒上，壓電貼片個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)要求確定，個(gè)數(shù)越多激勵(lì) 信號(hào)的強(qiáng)度越大，抑制F彎曲模態(tài)的效果越好，檢測(cè)波形效果也越好。
[0042] 如圖6所示，為100kHz低頻L(0, 1)導(dǎo)波檢測(cè)1.06m無(wú)缺陷的絕緣子波形圖，激勵(lì) 方式為4個(gè)壓電貼片等距對(duì)稱激發(fā)，從圖5可以看出，絕緣子外層硅橡膠吸收超聲導(dǎo)波能力 強(qiáng)，導(dǎo)波在絕緣子中傳播衰減較大，傳播距離短，除了有效檢測(cè)波形L(0, 1)以外，中間還存 在其他扭轉(zhuǎn)模態(tài)和彎曲模態(tài)波形，波形復(fù)雜。
[0043] 如圖7所示，為100kHz低頻導(dǎo)波在缺陷絕緣子中傳播的波形，其中激勵(lì)和接收 均在剝離了硅橡膠的玻璃芯棒上，缺陷位置在53cm處，缺陷深度為14mm，缺陷周向長(zhǎng)度為 40_。對(duì)比圖6無(wú)缺陷時(shí)的絕緣子波形圖可以看出，缺陷使導(dǎo)波幅值減小，吸收了部分導(dǎo)波 能量，缺陷產(chǎn)生的導(dǎo)波與本身激勵(lì)的其他模態(tài)導(dǎo)波發(fā)生疊加，使T和F模態(tài)導(dǎo)波幅值增加。 [0044] 將各組無(wú)缺陷、有缺陷的檢測(cè)波形分別進(jìn)行小波變換，得到時(shí)頻轉(zhuǎn)換后的頻域特 征圖，提取相應(yīng)的特征量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，從而得到具體缺陷的大小、位置和類型。
[0045] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0046] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)合絕緣子缺陷的超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)、信 號(hào)發(fā)生器、功率放大器、壓電貼片和數(shù)字示波器； 所述系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)激勵(lì)導(dǎo)波的程序編寫調(diào)制和接收導(dǎo)波的存儲(chǔ)分析處 理； 所述信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)導(dǎo)波的模態(tài)頻率根據(jù)頻散曲線的結(jié)論確定，檢測(cè)復(fù)合絕緣子選用 低頻L(0，1)縱向模態(tài)導(dǎo)波； 所述功率放大器的放大倍數(shù)依據(jù)實(shí)際檢測(cè)構(gòu)件進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波能量的增強(qiáng)，便于 長(zhǎng)距離檢測(cè)； 所述壓電貼片的粘貼方式應(yīng)根據(jù)所選導(dǎo)波模態(tài)確定，壓電貼片個(gè)數(shù)越大激勵(lì)的導(dǎo)波能 量越強(qiáng)，抑制F彎曲模態(tài)導(dǎo)波的效果越好，由于在硅橡膠上激發(fā)和接收導(dǎo)波的效果不顯著， 硅橡膠密度小阻尼大容易吸收導(dǎo)波，阻止了導(dǎo)波在絕緣子上的傳播，故采用玻璃芯棒中激 發(fā)和接收，檢測(cè)絕緣子壓電貼片粘貼方式選為等距對(duì)稱直接粘貼在剝離了硅橡膠包覆層的 玻璃芯棒徑向表面上，從而激勵(lì)效果較好的單一模態(tài)低頻導(dǎo)波；所述檢測(cè)點(diǎn)的選取，是在絕 緣子上靠近尾端或中間部分間隔選??； 所述數(shù)字示波器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的直觀可視功能，多通道同時(shí)顯示便于進(jìn)行激勵(lì)信號(hào)和 不同接收點(diǎn)的波形對(duì)比分析。2. 如權(quán)利1所述的復(fù)合絕緣子缺陷的超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生 器的相應(yīng)參數(shù)是基于絕緣子頻散曲線進(jìn)行設(shè)置，所述絕緣子頻散曲線中，導(dǎo)波模式的傳播 問(wèn)題簡(jiǎn)化為導(dǎo)波在規(guī)則雙層桿中的傳播問(wèn)題。3. 如權(quán)利1所述的復(fù)合絕緣子缺陷的超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，把所述復(fù)合絕 緣子作為檢測(cè)對(duì)象，通過(guò)超聲導(dǎo)波信號(hào)在復(fù)合絕緣子內(nèi)部玻璃芯棒中的傳播，遇到復(fù)合絕 緣子缺陷發(fā)生反射和透射，最終在數(shù)字示波器上顯示出直觀的檢測(cè)波形。4. 一種應(yīng)用于權(quán)利1所述的復(fù)合絕緣子缺陷的超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征 在于，包括如下步驟： 步驟1、確定導(dǎo)波在復(fù)合絕緣子中傳播的頻散方程，測(cè)得相應(yīng)的絕緣子參數(shù)代入方程求 得頻散曲線，依據(jù)頻散曲線選取導(dǎo)波的模態(tài)頻率； 步驟2、所述系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)導(dǎo)波的程序編寫調(diào)制和接收導(dǎo)波的存儲(chǔ)分析處 理，所述壓電貼片連接信號(hào)發(fā)生器與復(fù)合絕緣子，在絕緣子內(nèi)部產(chǎn)生超聲導(dǎo)波檢測(cè)信號(hào)，導(dǎo) 波信號(hào)通過(guò)內(nèi)部玻璃芯棒傳播，遇到缺陷時(shí)發(fā)生反射和透射； 步驟3、所述數(shù)字示波器顯示并存儲(chǔ)導(dǎo)波檢測(cè)波形，將存儲(chǔ)的波形傳輸?shù)较到y(tǒng)主控計(jì)算 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析； 步驟4、對(duì)比分析波形，確定復(fù)合絕緣子缺陷大小、類型以及具體位置。5. 如權(quán)利4所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟2中，所述壓電貼片粘貼方式為直接 對(duì)稱等距的粘貼在絕緣子內(nèi)層玻璃芯棒徑向表面上，從而激勵(lì)和接收導(dǎo)波信號(hào)。6. 如權(quán)利4所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟2中，所述壓電貼片粘貼個(gè)數(shù)根據(jù)激 勵(lì)和接收點(diǎn)的個(gè)數(shù)來(lái)確定，所述的激勵(lì)點(diǎn)和接收點(diǎn)均至少為一個(gè)。7. 如權(quán)利4所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在步驟4中，所述對(duì)比分析波形采用的方法 為，首先確定無(wú)缺陷的復(fù)合絕緣子檢測(cè)波形為對(duì)照基波，再檢測(cè)不同缺陷時(shí)的復(fù)合絕緣子， 將檢測(cè)波形與基波進(jìn)行對(duì)比分析，采用導(dǎo)波和小波變換相結(jié)合的數(shù)據(jù)處理方法，將時(shí)域波 形轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行特征量的提取，得出復(fù)合絕緣子缺陷大小、類型以及具體位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合絕緣子缺陷的超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)，包括：系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、壓電貼片、數(shù)字示波器。本發(fā)明還公開(kāi)了一種應(yīng)用于復(fù)合絕緣子缺陷的超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括如下步驟：1、確定導(dǎo)波在復(fù)合絕緣子模型中傳播的頻散方程；2、利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的絕緣子試件相關(guān)參數(shù)求解相應(yīng)的頻散曲線；3、根據(jù)頻散曲線結(jié)論確定激勵(lì)導(dǎo)波頻率、周期和模態(tài)；4、選取激勵(lì)和接收點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波的缺陷檢測(cè)；5、將導(dǎo)波檢測(cè)波形放入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，判斷有無(wú)缺陷及缺陷大小類型。本發(fā)明具有準(zhǔn)確快速、長(zhǎng)距離、大范圍、低成本等檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N29/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105424802
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510762760
【發(fā)明人】鄧紅雷, 魯強(qiáng), 陳力
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日