CN102735706A - 一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器。该传感器由永磁体结构和平面射频线圈构成。永磁体结构主要由两片同样规格的圆柱形永磁体片相对同轴放置构成，用于产生静态主磁场B0，且配有滑动机构调节永磁体片间距，以适合不同厚度的伞裙。平面射频线圈由在同一平面上的两个螺旋线圈按磁场方向相反串联而成，用于在目标区域产生与主磁场正交的射频磁场B1，并检测样品产生的回波信号。复合绝缘子伞裙老化检测时，调节滑动机构使传感器夹住待测伞裙，测量伞群的横向弛豫时间T2值，根据T2值判断伞群的老化程度。该开放式核磁共振传感器体积小，重量轻，便于工程现场检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种核磁共振传感器，特别涉及一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器。
背景技术
复合绝缘子由于其重量轻，机械强度高，不易破碎，耐污性能好的优良性能广泛应用于高压输电线路中。复合绝缘子伞裙是复合绝缘子的外绝缘，用来保护芯棒不受大气的侵蚀，提供必要的爬电距离，提高耐污性能。在挂网运行过程中，复合绝缘子伞裙在承受电网过电压和自然环境的侵蚀下会出现老化或击穿问题，对供电可靠性构成潜在威胁，所以复合绝缘子伞裙材料在线无损检测意义重大。目前复合绝缘子伞裙材料在线检测方法主要有直接观察法、紫外成像法、红外成像法、憎水性检测法等。
直接观测法，即用双筒望远镜在塔下观察以发现伞裙表面有无开裂、电蚀损、粉化、漏电痕迹等缺陷。但地面观察不够可靠，还需登塔检测。
紫外成像法，利用电子紫外光学控伤仪带电检测复合绝缘子伞裙表面由于局部放电而形成的碳化通道和电蚀损，其原理是：局部放电过程中带电粒子复合会放出紫外线，当绝缘子伞裙表面形成导电性碳化通道时，局部放电加剧。但该方法要求在夜间、正常温度环境下操作，另外要求检测时正在发生局部放电，这要求检测应在高湿度甚至有降雨的环境中进行，这就加大了作业的难度和危险性。
红外成像法通过绝缘子局部温度升高成像来检测局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗等。但该方法仪器造价高且测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化因素的影响。
憎水性检测法，即喷水分级法。该方法将复合绝缘子伞裙表面的憎水性分为7级并给出分级判据和标准图片，HC-1级和HC-7级分别对应憎水性最强和最差（即完全亲水）的状态。试验中，用普通喷壶对试品表面喷洒水雾，观察水分在试品表面的分布情况，对比分级判据和标准图片，得出绝缘子表面的憎水性状况。近年来，数码摄像技术和计算机数字图像处理技术的发展为人们更为客观和精确地评价复合绝缘子表面的憎水性提供了一条新的道路。但该研究仅停留在实验室阶段，缺乏对复杂情况下复杂表面的分析；虽然对现场在线测试做了可行性预测，但并没有付诸实施。
以上提到的复合绝缘子伞裙老化在线检测方法都存在自身的不足，本发明从材料学角度，采用核磁共振技术来实现复合绝缘子伞裙老化无损检测，并设计出用于此目的的开放式核磁共振传感器。
核磁共振技术作为一种无损检测手段，广泛应用于生命医疗，食品分析，质量控制，材料科学领域和地球物理领域等。核磁共振技术利用H原子核的磁共振特性，得到H核的磁共振谱（MRS），并根据MRS的一些特征，如谱线的宽度、形状与面积来了解原子核的性质和所处的环境，以确定分子结构。
基于核磁共振的复合绝缘子伞裙老化无损检测原理是：复合绝缘子的伞裙主要成分为聚二甲基硅氧烷，分子中以重复的Si-O键为主链，Si原子上直接连接有甲基、乙烯基等聚合物。复合绝缘子伞裙材料在长期恶劣的环境下，Si-O键的键能会减弱，甚至断裂，使得分子式中H原子数量及状态的变化，通过核磁共振技术检测绝缘子伞群中含H量及状态的变化，对应的反演峰面积和横向弛豫时间变化,来衡量伞裙的老化程度。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的新方法，即采用核磁共振传感器对复合绝缘子伞裙的老化程度进行无损检测。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，包括永磁体结构和平面线圈；所述永磁体结构用于产生静态磁场；所述平面线圈用于产生激励射频磁场，并检测设置于永磁体结构之间的被测样品所产生的回波信号。
进一步，所述永磁体结构包括永磁体结构第一子模块和永磁体结构第二子模块；所述永磁体结构第一子模块和永磁体结构第二子模块通过可调距移动部件同轴设置。
进一步，所述可调距移动部件包括滑轨以及设置于滑轨上的固定件和滑动件；所述永磁体结构第一子模块设置于滑动件上，所述永磁体结构第二子模块设置于固定件上，所述固定件上开设有滑槽，所述滑动件通过滑块在滑槽中移动。
进一步，所述永磁体结构第一子模块和永磁体结构第二子模块为结构相同的两个永磁体结构子模块，所述每个永磁体结构子模块包括铝制托盘、铁片、永磁体片和铝制薄盖板；所述铝制托盘开设有与铁片相配合的空腔，所述铁片和永磁体片依次放置于铝制托盘的空腔内部，所述铝制薄盖板覆盖与铝制托盘的空腔上。
进一步，所述铁片为圆柱形铁片，所述永磁体片为圆柱形铷铁硼永磁体片。
进一步，所述平面线圈包括在同一平面上串联的两个螺旋线圈，所述两个螺旋线圈形成的射频磁场在平面线圈上方中心区域与平面线圈所在平面平行，所述两个螺旋线圈形成的射频磁场方向相反。
进一步，所述平面线圈是蚀刻在PCB板上的平面射频线圈，所述PCB板固定设置于永磁体结构第二子模块上靠近永磁体结构第一子模块一侧。
本发明的优点在于：本发明提供的这种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，结构简单、体积小、重量轻，性能可靠，可实现复合绝缘子的无损检测，便于工程现场检测。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明实施例提供的永磁体结构整体示意图；
图2为本发明实施例提供的平面射频线圈结构示意图；
图3为本发明实施例提供的永磁体结构子模块M1结构示意图；
图4为本发明实施例提供的永磁场在目标区域轴向磁场分布图；
图5为本发明实施例提供的目标区域B0场和B1场正交情况。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的永磁体结构整体示意图，图2为本发明实施例提供的平面射频线圈结构示意图，图3为本发明实施例提供的永磁体结构子模块M1结构示意图，图4为本发明实施例提供的主磁场在目标区域轴向磁场分布图，图5为本发明实施例提供的目标区域B0场和B1场正交情况。如图所示，本发明提供的一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，包括永磁体结构和平面线圈；所述永磁体结构用于产生静态磁场；所述平面线圈用于产生激励射频磁场，并检测设置于永磁体结构之间的被测样品所产生的回波信号。
所述永磁体结构包括永磁体结构第一子模块M1和永磁体结构第二子模块M2；所述永磁体结构第一子模块和永磁体结构第二子模块通过可调距移动部件同轴设置。通过移动可调距移动部件，可以调节两个永磁体结构子模块之间的距离，以适合不同厚度的绝缘子伞裙材料。
所述可调距移动部件包括滑轨以及设置于滑轨上的固定件和滑动件；所述永磁体结构第一子模块设置于滑动件上，所述永磁体结构第二子模块设置于固定件上，所述固定件上开设有滑槽，所述滑动件通过滑块在滑槽中移动。
所述永磁体结构第一子模块M1和永磁体结构第二子模块M2为结构相同的两个永磁体结构子模块，所述每个永磁体结构子模块包括铝制托盘1、铁片2、永磁体片3和铝制薄盖板4；所述铝制托盘1开设有与铁片2相配合的空腔，所述铁片2和永磁体片3依次放置于铝制托盘1的空腔内部，所述铝制薄盖板4覆盖于铝制托盘1的空腔上，并通过螺钉5将铝制薄盖板4固定于铝制托盘1上。所述铁片为圆柱形铁片，所述永磁体片为圆柱形铷铁硼永磁体片。
所述平面线圈包括在同一平面上串联的两个螺旋线圈，所述两个螺旋线圈形成的射频磁场与平面线圈所在平面平行，所述两个螺旋线圈形成的射频磁场方向相反，整体呈“8”字形结构，所述平面线圈是蚀刻在PCB板上的平面射频线圈，所述PCB板固定设置于永磁体结构第二子模块上靠近永磁体结构第一子模块一侧。
下面详细描述本发明实施例所提供的用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器：
本发明具体实施方式是由两片同样大小的圆柱形铷铁硼永磁体片构成永磁体结构，由“8”字形平面线圈构成射频线圈结构。
图1为永磁体结构整体示意图。M1、M2为永磁体结构子模块，其中子模块M1固定在可在轨道中移动的滑动件上，子模块M2固定在开槽的滑轨固定件上。两个永磁体结构子模块相对同轴放置，通过安装螺丝ZA，可以调节两个永磁体结构子模块之间的距离，以适合不同厚度的绝缘子伞裙材料。子模块之间的间隙区域即为本发明实施例所提供的传感器所产生的静态磁场均匀区域。
图2为平面射频线圈结构示意图。平面射频线圈由在同一平面上的两个螺旋线圈串联而成，两个螺旋线圈的磁场方向相反，整体呈“8”字形结构，在两个螺旋线圈的上方区域，产生与线圈所在平面水平的射频磁场B1。平面射频线圈安放在两个永磁体结构子模块之间，并固定在不可滑动的永磁体子模块M2的表面。
图3是永磁体结构子模块M1结构的具体实施方式。M1子模块包括1个覆盖永磁体片的铝制薄盖板、1个圆柱形铷铁硼永磁体片、1个圆柱形铁片和1个带有圆形槽的铝制材料托盘。如图3所示，将圆柱形铁片2放入铝制材料托盘1的圆形槽中，圆柱形铷铁硼永磁体片3摞在铁片上，盖上铝制薄盖板4后用4个不锈钢螺钉5将永磁片和铁片固定在铝制材料托盘上，从而得到永磁体结构子模块M1。子模块M2和子模块M1结构上基本相同，所不同的是蚀刻有平面射频线圈的圆形PCB板用强力胶固定在子模块M2上。该实施例中圆柱形永磁体片的直径为25.4mm，厚度为3.18mm；圆柱形铁片的直径为25.4mm，厚度为2mm；铝制材料托盘圆形槽的直径为25.4mm，深度为5.2mm；射频线圈的导体材料为铜，导体横截面为0.5mm×0.2mm的矩形，PCB板厚度为1.5mm。
图4为本发明实施例提供的永磁体在目标区域轴向磁场分布图。在y=0的层面上，1mm×2mm区域内产生均匀度为1400ppm的均匀磁场。
图5为本发明实施例提供的目标区域B0场和B1场正交情况。B0表示静磁场，B1表示射频磁场，分别取永磁体在z=0层面上沿x轴方向-1.5mm～1.5mm，沿y轴方向0～2mm区域的磁场分量数据和射频线圈在z=0层面上沿x轴（与线圈平行方向）-0.6mm～0.6mm，沿y轴（与线圈垂直方向）1mm～1.5mm区域（目标区域）的磁场分量数据，得到的B0场和B1场正交情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1. 一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，其特征在于：包括永磁体结构和平面线圈；所述永磁体结构用于产生静态磁场；所述平面线圈用于产生激励射频磁场，并检测设置于永磁体结构之间的被测样品所产生的回波信号。
2. 根据权利要求1所述的用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，其特征在于：所述永磁体结构包括永磁体结构第一子模块和永磁体结构第二子模块；所述永磁体结构第一子模块和永磁体结构第二子模块通过可调距移动部件同轴设置。
3. 根据权利要求2所述的用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，其特征在于：所述可调距移动部件包括滑轨以及设置于滑轨上的固定件和滑动件；所述永磁体结构第一子模块设置于滑动件上，所述永磁体结构第二子模块设置于固定件上，所述固定件上开设有滑槽，所述滑动件通过滑块在滑槽中移动。
4. 根据权利要求3所述的用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，其特征在于：所述永磁体结构第一子模块和永磁体结构第二子模块为结构相同的两个永磁体结构子模块，所述每个永磁体结构子模块包括铝制托盘、铁片、永磁体片和铝制薄盖板；所述铝制托盘开设有与铁片相配合的空腔，所述铁片和永磁体片依次放置于铝制托盘的空腔内部，所述铝制薄盖板覆盖与铝制托盘的空腔上。
5. 根据权利要求4所述的用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，其特征在于：所述铁片为圆柱形铁片，所述永磁体片为圆柱形铷铁硼永磁体片。
6. 根据权利要求5所述的用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，其特征在于：所述平面线圈包括在同一平面上串联的两个螺旋线圈，所述两个螺旋线圈形成的射频磁场在平面线圈上方中心区域与平面线圈所在平面平行，所述两个螺旋线圈形成的射频磁场方向相反。
7. 根据权利要求6所述的用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的核磁共振传感器，其特征在于：所述平面线圈是蚀刻在PCB板上的平面射频线圈，所述PCB板固定设置于永磁体结构第二子模块上靠近永磁体结构第一子模块一侧。
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