CN104181233A - 一种基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声b扫检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法，主要针对钢管与钢绞线压接段的内空缺陷，其步骤包括：（1）根据结构特点，选择检测配置；（2）选用超声仪的B扫功能及脉冲反射法，设定仪器参数，使探头从钢管底端向管口方向，沿钢管的压接面轴向中心线采集B扫数据；（3）对B扫数据进行特征增强处理，获取特征增强型矩阵；（4）从特征增强型矩阵中提取出对缺陷敏感的特征量C，绘制出C的变化曲线；（5）利用C曲线分析检测段内是否存在缺陷；（6）若存在缺陷，利用C曲线得到缺陷的长度。该方法增强了缺陷的辨识度，对缺陷定性定量可靠、精度高，对于控制耐张线夹压接质量具有重要意义。

Description

一种基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法

技术领域

本发明属于检测耐张线夹压接质量的技术领域，具体涉及一种耐张线夹钢管与钢绞线压接段压接质量的超声B扫检测方法。

背景技术

输电线路耐张线夹与绞线的连接安装常在高空进行，安装工艺为压接，要保证压接质量达到设计及相关规范要求，操作难度比较大，容易产生压接缺陷，导致电网输电线路事故频发。输电线路耐张线夹可分为导线耐张线夹和地线耐张线夹两种。地线耐张线夹只有钢锚，其压接即钢锚的钢管与钢绞线的压接；导线耐张线夹由钢锚、铝管两部分构成，其压接时，需先压接钢管和钢绞线，再压接铝管和钢芯铝绞线、钢锚凹槽。钢绞线未穿到钢管底部导致压接后钢管底部存在空段，是常见的高危压接缺陷。

目前，线夹压接施工中使用的外观检测及握力抽查的手段无法实现这类缺陷的无损检测。射线法和超声法是最常用的内部缺陷检测方法。射线法较超声法直观，但透照工艺需保证胶片和放射源在工件两侧，占用空间大。射线机高空架设、防护困难。且现有射线机重量较大，不利于高空操作。而超声法仪器设备占用空间小，现有掌上式超声A/B/C/TOFD-扫描成像系统，灵活高效。且超声对人体无害、检测成本低。因此，相对于射线法，超声检测高空作业优势较大。

B扫图像是由超声信号经灰度化后得到的数据矩阵形成，峰值及谷值分别对应灰度255和0，相对于A扫描，超声B扫更加高效、直观。钢管与钢绞线的压接结构较特殊，压接表面多压痕，影响耦合。且因绞线由多股线螺旋绞制而成，钢管和绞线压接后管内壁塑性变形呈螺旋特征，主声束反射角及残余孔隙率均沿轴、周向变化，导致该结构超声回波信号复杂，当主声束正对线股之间的间隙时，回波特征与内空缺陷类似。为进一步提高检测的可靠性、效率及智能性，需对B扫数据进行缺陷特征增强处理。

发明内容

本发明提供了一种耐张线夹钢管与钢绞线压接段压接质量的超声B扫检测方法，根据检测环境、线夹结构及缺陷特点，设计了最优检测工艺和缺陷特征优化方法，最终处理结果能够直观地反映检测段是否存在缺陷及缺陷的参数，以满足施工人员现场检测的要求。

本发明所采用的技术方案是：一种基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法，用于在钢管与钢绞线压接后针对钢管与钢绞线压接段的内空缺陷进行检测，适用于导线耐张线夹和地线耐张线夹；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定待检耐张线夹钢管原始尺寸，选用带楔块的纵波直探头，频率为5～10MHz，晶片尺寸根据钢管外径R选定；所述的楔块，其延迟时间需≥4μs，耦合剂选用机油；

步骤2：采用超声仪的B扫功能及脉冲反射法，时基范围m≥20㎜，仪器增益设定为43～47dB，使探头从钢管底端向管口方向，沿钢管的压接面轴向中心线采集B扫数据；

步骤3：针对结构及缺陷特点，对B扫数据进行特征增强处理，以获取特征增强型矩阵E。

步骤4：从特征增强型矩阵E中提取出对缺陷敏感的特征量C，绘制出特征量C的变化曲线，曲线的横轴表示各元素的序号，纵轴为元素值；

步骤5：通过特征量C的变化曲线分析检测段内是否存在内空缺陷，获取横轴与曲线第一个交点的横坐标m，若m不存在，则判断检测段内全部为空段；若m＞0，且横坐标在0和m之间时，曲线峰值≥6，则判定检测长度内存在内空缺陷；若不符合上述两种情况，则判定检测长度内不存在内空缺陷；

步骤6：若判定检测段内存在内空缺陷，计算m与特征量C元素总量M的比值δ，检测段空段占比φ即为δ。

作为优选，步骤1中所述的晶片尺寸根据钢管外径R选定，其选定标准为：当钢管外径R≤17㎜，晶片尺寸选为6㎜；当R＞17㎜且R≤22㎜，晶片尺寸选为8㎜；当R＞22㎜，晶片尺寸选为10㎜。

作为优选，步骤3中所述的对B扫数据进行特征增强处理以获取特征增强型矩阵E，其具体实现过程包含以下子步骤：

步骤3.1：读取B扫原始数据矩阵Z₀(M行N列)，选取一定的列阈值A以去除固定界面波，得到新的矩阵Z(M行N-A列)，A值等于固定界面波所占的数据宽度；

步骤3.2：设定列间隔T，从Z矩阵第1列开始以T列为间隔，连续选定3组M行T列的矩阵数据Z1、Z2、Z3，其中Z1的起始列为第1列，Z2的起始列为第(T+1)列，Z3的起始列为第(2T+1)列，所述的列间隔T为N×b/s舍尾取整，其中，b为受压前待检耐张线夹钢管壁厚，N为原始检测数据矩阵Z₀的列数，s为时基范围的设定值；

步骤3.3：以255与Z1、Z2、Z3各矩阵每行数据最大值的比值为该行数据的补偿系数，使Z1、Z2、Z3每行的各元素分别乘以该行的补偿系数，得到新的矩阵E1、E2、E3；

步骤3.4：采用Ostu算法对E1、E2、E3进行二值化，构建一个新的M行T列的矩阵E，其元素E_ij＝Max{E1_ij，E2_ij，E3_ij}，E矩阵即特征增强型矩阵。

作为优选，步骤4中所述的特征量C，其元素C_i值为非负数，i为元素序号当E矩阵第i行最大值元素所在的列数U_i>2时，C_i等于U_i，否则，C_i等于0。

本发明提供了钢管与钢绞线压接段内空缺陷的检测方法，对于防控该类缺陷具有重要意义，该方法具有如下优点：设计的缺陷特征增强方法使得缺陷特征更加明显，缺陷边界更加清晰，降低了缺陷定性定量的难度，增加了检测的可靠性；对于钢管与钢绞线压接段的内空缺陷定量精度高，定量误差可控制在0.5㎜以内。

附图说明

图1：为本发明的耐张线夹钢管与钢绞线的压接试样示意图，图中1为钢绞线、2为钢管；

图2：为本发明实施例的试样S1的原始B扫矩阵数据；

图3：为本发明实施例的试样S2的原始B扫矩阵数据；

图4：为本发明实施例的试样S1的C曲线，横坐标为元素序号，纵坐标为元素值；

图5：为本发明实施例的试样S2的C曲线。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所采用的技术方案是：一种基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法，用于在钢管与钢绞线压接后针对钢管与钢绞线压接段的内空缺陷进行检测，适用于导线耐张线夹和地线耐张线夹；包括以下步骤：

步骤1：确定待检耐张线夹钢管原始尺寸，选用带楔块的纵波直探头，频率为5～10MHz，晶片尺寸根据钢管外径R选定，其选定标准为：当钢管外径R≤17㎜，晶片尺寸选为6㎜；当R＞17㎜且R≤22㎜，晶片尺寸选为8㎜；当R＞22㎜，晶片尺寸选为10㎜；楔块，其延迟时间需≥4μs，耦合剂选用机油；

步骤2：采用超声仪的B扫功能及脉冲反射法，时基范围m≥20㎜，仪器增益设定为43～47dB，使探头从钢管底端向管口方向，沿钢管的压接面轴向中心线采集B扫数据；

步骤3：针对结构及缺陷特点，对B扫数据进行特征增强处理，以获取特征增强型矩阵E，其具体实现过程包含以下子步骤：

步骤3.1：读取B扫原始数据矩阵Z₀(M行N列)，选取一定的列阈值A以去除固定界面波，得到新的矩阵Z(M行N-A列)，A值等于固定界面波所占的数据宽度；

步骤3.2：设定列间隔T，从Z矩阵第1列开始以T列为间隔，连续选定3组M行T列的矩阵数据Z1、Z2、Z3，其中Z1的起始列为第1列，Z2的起始列为第(T+1)列，Z3的起始列为第(2T+1)列，所述的列间隔T为N×b/s舍尾取整，其中，b为受压前待检耐张线夹钢管壁厚，N为原始检测数据矩阵Z₀的列数，s为时基范围的设定值；

步骤3.3：以255与Z1、Z2、Z3各矩阵每行数据最大值的比值为该行数据的补偿系数，使Z1、Z2、Z3每行的各元素分别乘以该行的补偿系数，得到新的矩阵E1、E2、E3；

步骤3.4：采用Ostu算法对E1、E2、E3进行二值化，构建一个新的M行T列的矩阵E，其元素E_ij＝Max{E1_ij，E2_ij，E3_ij}，E矩阵即特征增强型矩阵。

步骤4：从E矩阵中提取出对缺陷敏感的特征量C，其元素C_i值为非负数，i为元素序号当E矩阵第i行最大值元素所在的列数U_i>2时，C_i等于U_i，否则，C_i等于0，绘制出特征量C的变化曲线，曲线的横轴表示各元素的序号，纵轴为元素值；

步骤5：通过特征量C的变化曲线分析检测段内是否存在内空缺陷，获取横轴与曲线第一个交点的横坐标m，若m不存在，则判断检测段内全部为空段；若m＞0，且0＜横坐标＜m时，曲线峰值≥6，则判定检测长度内存在内空缺陷；若不符合上述两种情况，则判定检测长度内不存在内空缺陷；

步骤6：若判定检测段内存在内空缺陷，计算m与特征量C元素总量M的比值δ，检测段空段占比φ即为δ。

实施例一：

请见图1，本实施例的制备导线耐张线夹钢管与钢绞线压接试样S1、S2。S1、S2的型号为NY-300/40，钢管的原始壁厚为4㎜。选用带楔块的纵波直探头，晶片尺寸为6㎜，频率为10MHz，楔块延迟时间为15μs。时基范围设定为20.76㎜，增益设定为43dB。在试样S1～S3钢管与钢绞线压接段底端向管口方向的100㎜范围内，使探头沿压接面中轴线方向进行B扫检测，采集数据。请见图2、图3，分别为本实施例的试样S1的原始B扫矩阵数据和为本实施例的试样S2的原始B扫矩阵数据；

对原始B扫矩阵进行特征增强处理，列阈值A选定为40，原始矩阵列数为352，经计算，列间隔T为67。经过缺陷特征增强后，从处理后的B扫数据中提取出的C曲线见图4、图5。S1的C曲线呈现出台阶特征，曲线可分为峰值区和谷值区，峰值区的C值多为5～16，谷值区的C值多为0，个别达到2，S2的C曲线，90％的C值为0，仅存在3个峰值≤5的孤峰。S1的C曲线m值为352，且横坐标在0＜横坐标＜352时，曲线峰值≥6，S2的C曲线m值为0。上述表明，S1试样检测长度内有空段，经计算，空段占比φ为39.46％，S2检测长度内无空段。检测结果与真实情况一致。

实施例二：

制备导线耐张线夹钢管与钢绞线压接试样S3、S4、S5。S3、S4的型号为NY-300/40，S5的型号为NY-400/50。选用带楔块的纵波直探头，晶片尺寸为6㎜，频率为10MHz，楔块延迟时间为15μs。增益设定为43dB。S3、S4的检测长度为100㎜，S5试样的检测长度为130㎜。增益设定为43dB。试样检测结果可见表1，方法的定量结果与真实缺陷情况一致，本实施例中最大定量误差为0.5㎜。

表1试样检测结果

试样编号	S3	S4	S5
				空段占比φ/％	23.57	9.5	31.4
缺陷定量结果/㎜	23.57	9.5	40.82
				真实缺陷长度/㎜	24	9	41

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法，用于在钢管与钢绞线压接后针对钢管与钢绞线压接段的内空缺陷进行检测，适用于导线耐张线夹和地线耐张线夹；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定待检耐张线夹钢管原始尺寸，选用带楔块的纵波直探头，频率为5～10MHz，晶片尺寸根据钢管外径R选定；所述的楔块，其延迟时间需≥4μs，耦合剂选用机油；

步骤2：采用超声仪的B扫功能及脉冲反射法，时基范围s≥20㎜，仪器增益设定为43～47dB，使探头从钢管底端向管口方向，沿钢管的压接面轴向中心线采集B扫数据；

步骤3：针对结构及缺陷特点，对B扫数据进行特征增强处理，以获取特征增强型矩阵E。

步骤4：从特征增强型矩阵E中提取出对缺陷敏感的特征量C，绘制出特征量C的变化曲线，曲线的横轴表示各元素的序号，纵轴为元素值；

步骤5：通过特征量C的变化曲线分析检测段内是否存在内空缺陷，获取横轴与曲线第一个交点的横坐标m，若m不存在，则判断检测段内全部为空段；若m＞0，且横坐标在0和m之间时，曲线峰值≥6，则判定检测长度内存在内空缺陷；若不符合上述两种情况，则判定检测长度内不存在内空缺陷；

步骤6：若判定检测段内存在内空缺陷，计算m与特征量C元素总量M的比值δ，检测段空段占比φ即为δ。

2.根据权利要求1所述的基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法，其特征在于：步骤1中所述的晶片尺寸根据钢管外径R选定，其选定标准为：当钢管外径R≤17㎜，晶片尺寸选为6㎜；当R＞17㎜且R≤22㎜，晶片尺寸选为8㎜；当R＞22㎜，晶片尺寸选为10㎜。

3.根据权利要求1所述的基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法，其特征在于：步骤3中所述的对B扫数据进行特征增强处理以获取特征增强型矩阵E，其具体实现过程包含以下子步骤：

步骤3.1：读取B扫原始数据矩阵Z₀(M行N列)，选取一定的列阈值A以去除固定界面波，得到新的矩阵Z(M行N-A列)，A值等于固定界面波所占的数据宽度；步骤3.2：设定列间隔T，从Z矩阵第1列开始以T列为间隔，连续选定3组M行T列的矩阵数据Z1、Z2、Z3，其中Z1的起始列为第1列，Z2的起始列为第(T+1)列，Z3的起始列为第(2T+1)列，所述的列间隔T为N×b/s舍尾取整，其中，b为受压前待检耐张线夹钢管壁厚，N为原始检测数据矩阵Z₀的列数，s为时基范围的设定值；

步骤3.3：以255与Z1、Z2、Z3各矩阵每行数据最大值的比值为该行数据的补偿系数，使Z1、Z2、Z3每行的各元素分别乘以该行的补偿系数，得到新的矩阵E1、E2、E3；

步骤3.4：采用Ostu算法对E1、E2、E3进行二值化，构建一个新的M行T列的矩阵E，其元素E_ij＝Max{E1_ij，E2_ij，E3_ij}，E矩阵即特征增强型矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于特征增强的耐张线夹压接缺陷超声B扫检测方法，其特征在于：步骤4中所述的特征量C，其元素C_i值为非负数，i为元素序号当E矩阵第i行最大值元素所在的列数U_i>2时，C_i等于U_i，否则，C_i等于0。