CN106526389B - 一种基于微波技术的线缆实时在线检测装置 - Google Patents
一种基于微波技术的线缆实时在线检测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于微波传输线技术领域，提供一种基于微波技术的线缆实时在线检测装置，包括：检测段外壳、两个耦合结构、两个布拉格反射器及矢量网络分析仪，检测段外壳采用金属圆筒，检测段外壳两端分别设置一个耦合结构，矢量网络分析仪通过同轴接头分别与两个耦合结构连接，两个耦合结构的另一侧还分别连接一个布拉格反射器。本发明通过待测线缆产品与检测段外壳共同构成的同轴传输线中电磁场的相互作用得到的其传输反射特性，观测其S参数的改变来反推产品的质量变化；该检测装置通过对S参数的实时监测能够得到对产品不均匀性的准确判断，提供对介电系数变化、同心度变化、产品瑕疵等不均匀性的灵敏测量。
Description
技术领域
本发明属于微波传输线技术领域，具体涉及一种基于微波技术的线缆实时在线检测装置。
背景技术
在线缆生产领域，产品的质量检测至关重要，检测的内容包括尺寸检测、材质检测以及电气性能检测等等。质量检测的方法多种多样，其中非接触式的实时在线检测方法特别适合大规模工业生产，因而得到广泛的应用。较为成熟的非接触检测手段包括光学检测、超声波检测和电磁检测等。
目前，线缆产品检测领域，实用化的实时在线检测方法主要有三类。第一类如申请号为CN201510715491.2的“一种线缆表面缺陷在线检测装置”所公开的基于图像处理的检测设备。这种设备利用高速摄像机配合复杂光路拍摄产品图像，然后将所拍图像与标准图像进行对比，得到对线缆表面瑕疵的检测；第二类如申请号为CN201210047541.0的“一种无间隙多探头阵列扫描超声波探伤设备”所公开的基于超声波反射成像原理的检测设备，这种设备利用一组超声波发生器阵列，对目标物进行可视化图像处理，得到样品表面以及内部的图像；第三类如申请号为CN201210139470.7的“X射线无损探伤设备”所公开的利用X射线与物质的相互作用得到样品表面和内部的图像。
上述三种检测方法的基本思想是利用光线、超声波或者X射线对目标物进行成像，然后通过与标准样的图像比对，得到对目标物质量的判断。第一种作为应用最广泛的方法，只能检测样品表面的瑕疵；第二种方法存在的主要问题是分辨率不高，难以得到精细化的图像；第三种方法装置复杂，投入较大且存在一定安全隐患。上述三种方法普遍存在装置复杂，安装调试困难以及应用范围局限等问题，并且这几类方法都无法对介质层的介电系数进行检测。因此，如果有一种检测设备，既能检测介电系数的变化，又能做到对外部缺陷，内部缺陷以及同轴度等的准确检测，同时保证高速高效，那么将会极大的提高线缆工业的产品检测水平。
本发明旨在提供一种综合的线缆检测装置，特别的，该装置能提供对介电系数变化的准确，其他检测内容包括外部缺陷、内部缺陷、同轴度、内芯形变以及介质层厚度等，此外，本发明所使用的微波频段为漏缆的工作频段，在该频段下对介电系数的变化进行检测更接近其实际应用场景。该装置还具有安装调试简单，结构紧凑，检测精准等优点。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种实时在线检测装置，其检测对象是线缆产品如电力线缆、同轴线缆和漏缆等。本发明利用线缆中不均匀性对传输特性的影响来判断产品质量是否合格，对传输线理论的创新性应用以及能够对包括介电系数变化在内的多种不均匀性进行精确快速测量同时保证装置的易用性、紧凑性和安全性是本发明的创新点和优势。
为实现上述目的，本发明采用的解决方案为：
一种基于微波技术的线缆实时在线检测装置，包括：检测段外壳、两个耦合结构、两个布拉格反射器及矢量网络分析仪，其中，所述检测段外壳采用金属圆筒，检测段外壳两端分别设置一个耦合结构，所述矢量网络分析仪通过同轴接头分别与两个耦合结构连接，两个耦合结构的另一侧还分别连接一个布拉格反射器。
进一步的，所述检测装置中，待测线缆穿过检测段外壳、与检测段外壳共同构成检测段同轴传输线，矢量网络分析仪发出信号，信号通过一端耦合结构馈入检测段同轴传输线，经过检测段同轴传输线后通过另一端耦合结构进入矢量网络分析仪；矢量网络分析仪实时监测检测段同轴传输线两端S参数。
从工作原理上，本发明采用耦合结构将矢量网络分析仪发出TEM模耦合到检测段，待测线缆产品穿过检测装置与检测段外壳共同构成检测段同轴传输线，矢量网络分析仪实时监测检测段同轴传输线两端S参数；如果产品质量稳定、结构均匀，则S参数保持不变；一旦不均匀性出现，比如同轴度变差、介电系数突变或者表面及内部瑕疵等都会使S参数发生较大改变；更进一步的，由于不同瑕疵类型对传输特性的影响是不同的，故其对S参数实部和虚部的影响也会不同，通过建立缺陷数据库，本发明能够实时的区分瑕疵类型，以便生产机构作出相应调整。
本发明中，待测线缆产品穿过检测装置与检测段外壳共同构成检测段同轴传输线，并发生电磁相互作用，检测段外壳为金属圆筒，用作同轴传输线的外导体。布拉格反射器则用来减小微波泄漏，同时隔绝外界干扰，保证检测装置的封闭性，其由至少三段变周期光栅构成，每段光栅分别对应一段频率截止区间，其结构经过优化能够得到对关心频段内泄露微波的明显抑制；通过三段布拉格反射器可以有效解决微波泄漏与干扰问题，其安全性符合国家相关标准。
综上所述，本发明的有益效果在于：通过待测线缆产品与检测段外壳共同构成的同轴传输线中电磁场的相互作用得到的其传输反射特性，观测其S参数的改变来反推产品的质量变化；该检测装置通过对S参数的实时监测能够得到对产品不均匀性的准确判断，提供对介电系数变化、同心度变化、产品瑕疵等不均匀性的灵敏测量；并且，待测线缆产品穿过整个检测装置，检测过程非接触、检测速度快，能够实现待测线缆产品的实时在线检测；同时，通过建立缺陷数据库，能够准确区分缺陷类型，能够更好的指导生产。
附图说明
图1为本发明基于微波技术的线缆实时在线检测装置的结构剖视图；
图2为本发明基于微波技术的线缆实时在线检测装置沿轴线垂直方向上(在b截面)的剖视图；
图3为本发明基于微波技术的线缆实时在线检测装置沿轴线垂直方向上(在a截面)的剖视图；
图4为本发明基于微波技术的线缆实时在线检测装置中耦合结构的剖视图；
图5为本发明基于微波技术的线缆实时在线检测装置中布拉格反射器的剖视图；
其中：
1：检测段，1-1：检测段外壳，1-2：内导体，1-3：介质层，1-4：空气隙，
2：耦合结构，2-1：矩形波导，2-2：圆柱腔，
3：布拉格反射器，3-1：光栅1，3-2：光栅2，3-3：光栅3。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，不能理解为对本发明的限制。
本实施例提供一种基于微波技术的线缆实时在线检测装置，其结构如图1所示，
本实施例中，为方便加工及连接，同时减轻重量，检测段外壳1-1与布拉格反射器3都采用铝合金材料；耦合结构2采用径向线耦合方式，由矩形波导2-1与圆柱腔2-2组成，该耦合结构能够将矩形波导中的TE10模有效的耦合到圆柱腔进而耦合到检测段同轴传输线中得到TEM场分布，耦合结构通过同轴接头与矢量网络分析仪连接；待测线缆穿过检测段外壳且预留空气隙、与检测段外壳共同构成检测段同轴传输线，即检测段1，该检测段同轴传输线的内导体为1-2，外导体为检测段外壳1-1，中间填充有两层介质，分别为介质层1-3和空气隙1-4；布拉格反射器3由三段(光栅1、光栅2、光栅3)变周期光栅构成，可有效减小微波泄露，同时隔绝外界电磁干扰，反射器上下两部分采用冼床分别加工，再将它们焊接在一起，因其频率较低，所以对于加工精度和表面粗糙度要求不高；待测线缆产品由内导体1-2与介质层1-3组成，产品经由牵引机构在检测段中匀速通过，空气隙1-4为预留空间。
检测装置通过耦合结构与矢量网络分析仪相连，矢网网络分析仪实时测量传输线两端的S参数，并实时的与标准曲线进行对比；对比某一个或某几个频点的S参数数值，当产品的不均匀性造成的S参数偏差超过设定阈值，装置则提醒相关部分采取干预措施；考虑到产品缺陷很小时过长的检测段会使S曲线的变化不是那么敏感，故在本实施例中采用相对较短的检测段；以外直径为42mm的漏缆为例，其检测装置的总长约为1.2米，检测段长为0.4米，三段变周期光栅对应的截止频段中心点分别为1GHz、2GHz、3GHz，空气隙厚度为5mm；因为矢网的反应时间小于100毫秒，在检测段长度为0.4米时，该检测速度完全满足100米每分钟及以上的生产。装置结构紧凑，无需对生产线进行改造即可安装，配合线缆位置稳定装置，减小线缆在检测段中的震动，可有效提高检测准确性。
另外说明的是：本实施例中选择TEM模是因为该场型的电场主要分布在产品周围，且不存在极化简并现象，适用于对不均匀性的精确测量，而在实际应用中具体场型和耦合方式的选择会因不同场合而有所不同，实施时可通过选择不同耦合结构，激励起所需场型；由于矢量网络分析仪在0～4GHz的扫描时间小于一百毫秒，采用单频点时其反应速度更快，这样的反应速度对现有的快速线缆生产线是足够的。并且本检测方法是非接触的，不影响生产进程。
与传统检测装置相比本发明的特点是采用传输线理论，以一种相对简单的方法，一个相对简单的结构得到对包括线缆的介电系数在内的多种不均匀性的准确测量；特别的，其检测频段为漏缆的工作段，在该频段下测量介电系数的变化更加贴近实际使用场景；装置具有抗干扰性强、反应速度快、应用范围广、安装调试方便、结构紧凑、安全性高等优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (1)
1.一种基于微波技术的线缆实时在线检测装置，包括：检测段外壳、两个耦合结构、两个布拉格反射器及矢量网络分析仪，其中，所述检测段外壳采用金属圆筒，检测段外壳两端分别设置一个耦合结构，所述矢量网络分析仪通过同轴接头分别与两个耦合结构连接，两个耦合结构的另一侧还分别连接一个布拉格反射器；所述检测装置中，待测线缆穿过检测段外壳、与检测段外壳共同构成检测段同轴传输线，矢量网络分析仪发出TEM模信号，TEM模信号通过一端耦合结构馈入检测段同轴传输线，经过检测段同轴传输线后通过另一端耦合结构进入矢量网络分析仪；矢量网络分析仪实时监测检测段同轴传输线两端S参数。
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