CN107367482B - 一种用于检测电力设备复合材料无损的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测电力设备复合材料无损的装置及方法，所述方法包括：激光器经过分束器和过渡平面镜入射至色散补偿器，传输到控制单元；激光在控制单元内部被分为泵浦光和探测光，泵浦光传输至太赫兹发射器，激发出脉冲太赫兹辐射；探测光传输至太赫兹接收器，实现对太赫兹辐射的瞬间电场强度测量；调节延迟装置改变两束光的时间延迟，扫描得到太赫兹脉冲的时域波形；通过分析接收信号的时域幅值、时延、与参考曲线欧式距离信息，确定复合材料是否有损。通过本发明，可以准确检测电力设备中复合材料的有无缺陷，提高电网运作的安全性。

Description

一种用于检测电力设备复合材料无损的方法
技术领域
本发明涉及电力领域，特别涉及一种用于检测电力设备复合材料无损的方法。
背景技术
电力系统是一个由上万个元器件通过复杂联系构成的系统。如果任一个元器件出现问题，都会影响整个系统的安全与稳定。日常工作中，电力工人需要经常性地对设备进行巡检，而在建设过程中，也需要耗费大量人力物力来检测元器件的完好性。在大力发展全球能源互联网输电的背景下，复合材料已成为特高压交直流设备、输电线路的主流选择，在各电压等级，全复合化变电站、全复合横担线路的工程设计和应用也将在电网中占据越来越重要的比重。在输变电工程推广使用复合材料设备前，应确保各类复合产品到货后进行抽样试验，并进行严格质量考核。但现状是，复合材料件内部隐蔽缺陷检测能力严重缺失，不利于此类产品大面积入网前的质量管控和运维管理。
由于制造工艺的原因，很多复合材料产品内部存在着多种界面。如果在运行中,有一个界面出现缝隙,会在绝缘件中形成薄弱环节，特别是当水分或潮气进入缝隙中,绝缘件的绝缘性能会急剧下降,引起放电和击穿故障。
但是由于复合材料件的特殊性质，传统的X射线、超声波均因为衰减或散射等原因无法对其内部的微小气隙、裂纹等缺陷进行精确检测，导致很多带有缺陷的设备部件投运后短时间内即发生了击穿、断裂等故障。国内外针对变电站空心复合套管、复合横担的内部缺陷在出厂或到货现场，尚未提出行之有效的内部缺陷检测手段，无法检验是否存在运输、安装过程中的隐蔽损伤。
发明内容
本发明旨在于针对上述存在的问题和不足，提供一用于检测电力设备复合材料无损的方法，用来检测电力设备中复合材料的生产质量和运行情况，尽早发现故障隐患，避免发生故障威胁到电网安全。
本发明的目的在于提出一用于检测电力设备复合材料无损的方法。
为了实现上述目的，本发明具体提出一种用于检测电力设备复合材料无损的装置，包括激光器、分束镜、过渡平面镜、色散补偿器、控制单元、计算机控制及数据采集系统、太赫兹发射器、平移台、太赫兹接收器，其中：激光器，输出经过分束镜和过渡平面镜进入色散补偿器；色散补偿器，输出端与控制单元相连；控制单元，输出端分别与太赫兹发射器和太赫兹接收器相连；数据采集系统，与控制单元和平移台相连。
进一步地，所述激光器为飞秒激光器。
进一步地，所述色散补偿器为光纤色散补偿器。
进一步地，所述控制单元为延迟扫描控制单元。
进一步地，所述太赫兹发射器为光导天线太赫兹发射器。
进一步地，所述太赫兹接收器为光导天线太赫兹接收器。
进一步地，所述平移台为二维机械扫描平移台。
进一步地，所述色散补偿器、控制单元、太赫兹发射器和太赫兹接收器之间通过光纤连接。
进一步地，所述控制单元、计算机控制及数据采集系统和平移台之间通过数据线连接。
为达到上述目的，本发明还提出了一用于检测电力设备复合材料无损的方法，该方法包括以下步骤：激光器经过分束器和过渡平面镜入射至色散补偿器，然后耦合进入光纤，并经过光纤传输到控制单元；激光在控制单元内部被分为泵浦光和探测光，泵浦光由光纤传输至太赫兹发射器，激发低温生长的光导天线辐射出脉冲太赫兹辐射；探测光经过控制单元中的延迟线由光纤传输至太赫兹接收器，激发光导天线实现对太赫兹辐射的瞬间电场强度测量；调节延迟装置改变两束光的时间延迟，扫描得到太赫兹脉冲的时域波形；通过测量与样品作用前后的太赫兹信号能够提取出样品的太赫兹光谱信息；通过平移台对样品进行二维栅格式扫描就能够实现太赫兹光谱监测；通过时域太赫兹波幅值、时延、其与参考曲线的欧式距离等参数与待测对象位置和尺寸确定对应关系，通过太赫兹波频谱在特定频率处的幅值、相位与待测对象组成确定对应关系；进而确定样品内部是否无损。
进一步地，所述太赫兹发射器，激发低温生长的光导天线后辐射出的脉冲太赫兹辐射其时域保持时间为5ps、频谱范围0.02-2太赫兹、平均功率为100nW。
进一步地，所述太赫兹频谱检测是测量样品各点的反射太赫兹脉冲波形，经过傅里叶变换得到对应的频谱。
进一步地，所述一用于检测电力设备复合材料无损的方法还包括：若样品内部有缺陷，通过分析接收信号的时域幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离，确定样品内部缺陷的位置和尺寸；通过分析接收信号频谱在特定频率处的幅度和相位，确定样品内部缺陷各部分的物质组分，进而识别内部缺陷的类型。
由此可知，本发明提出的一用于检测电力设备复合材料无损的装置及方法，能够解决传统X射线、超声波检测技术无法对复合材料内部缺陷的检测难题。同时以极大的提升电力系统的技术水平，保障电网的安全运行。
附图说明
图1为本发明一种用于检测电力设备复合材料无损的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的太赫兹波频谱关系曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的元件表示相同或类似的元件或具有相同类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的一种用于检测电力设备复合材料无损的装置及方法。
如图1所示，本发明实施例的一种用于检测电力设备复合材料无损的装置，其特征是，包括：激光器、分束镜、过渡平面镜、色散补偿器、控制单元、计算机控制及数据采集系统、太赫兹发射器、平移台、太赫兹接收器，其中：激光器，输出经过分束镜和过渡平面镜进入色散补偿器；色散补偿器，输出端与控制单元相连；控制单元，输出端分别与太赫兹发射器和太赫兹接收器相连；数据采集系统，与控制单元和平移台相连。
优选的，以上所述激光器为飞秒激光器。
优选的，以上所述色散补偿器为光纤色散补偿器。
优选的，以上所述控制单元为延迟扫描控制单元。
优选的，以上所述太赫兹发射器为光导天线太赫兹发射器。
优选的，以上所述太赫兹接收器为光导天线太赫兹接收器。
优选的，以上所述平移台为二维机械扫描平移台。
优选的，以上所述色散补偿器、控制单元、太赫兹发射器和太赫兹接收器之间通过光纤连接。
优选的，以上所述控制单元、计算机控制及数据采集系统和平移台之间通过数据线连接。
对应上述实施例，本发明还提出一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，包括以下步骤：激光器经过分束器和过渡平面镜入射至色散补偿器，然后耦合进入光纤，并经过光纤传输到控制单元；激光在控制单元内部被分为泵浦光和探测光，泵浦光由光纤传输至太赫兹发射器，激发低温生长的光导天线辐射出脉冲太赫兹辐射；探测光经过控制单元中的延迟线由光纤传输至太赫兹接收器，激发光导天线实现对太赫兹辐射的瞬间电场强度测量；调节延迟装置改变两束光的时间延迟，扫描得到太赫兹脉冲的时域波形；通过测量与样品作用前后的太赫兹信号能够提取出样品的太赫兹光谱信息；通过平移台对样品进行二维栅格式扫描就能够实现太赫兹光谱监测；通过时域太赫兹波幅值、时延、其与参考曲线的欧式距离等参数与待测对象位置和尺寸确定对应关系，通过太赫兹波频谱在特定频率处的幅值、相位与待测对象组成确定对应关系；进而确定样品内部是否无损。
优选的，以上所述太赫兹发射器，激发低温生长的光导天线后辐射出的脉冲太赫兹辐射其时域保持时间为5ps、频谱范围0.02-2太赫兹、平均功率为100nW。
优选的，以上所述太赫兹频谱检测是测量样品各点的反射太赫兹脉冲波形，经过傅里叶变换得到对应的频谱。
如图2所示，根据时域信息构建的太赫兹波频谱关系曲线图。
在本发明的实施例中，一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，还包括：若样品内部有缺陷，通过分析接收信号的时域幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离等参数，确定样品内部缺陷的位置和尺寸；通过分析接收信号频谱在特定频率处的幅度和相位，确定样品内部缺陷各部分的物质组分，进而识别内部缺陷的类型。
以上所述的实施例，只是本发明的较优选的具体方式之一，本领域的技术员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，其特征在于，所述方法基于一种用于检测电力设备复合材料无损的装置，所述装置包括激光器、分束镜、过渡平面镜、色散补偿器、控制单元、计算机控制及数据采集系统、太赫兹发射器、平移台、太赫兹接收器，其中：
激光器，输出经过分束镜和过渡平面镜进入色散补偿器；
色散补偿器，输出端与控制单元相连；
控制单元，输出端分别与太赫兹发射器和太赫兹接收器相连；
数据采集系统，与控制单元和平移台相连；
所述激光器为飞秒激光器，所述色散补偿器为光纤色散补偿器，所述控制单元为延迟扫描控制单元，所述太赫兹发射器为光导天线太赫兹发射器，所述太赫兹接收器为光导天线太赫兹接收器，所述平移台为二维机械扫描平移台；
所述方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：激光器经过分束器和过渡平面镜入射至色散补偿器，然后耦合进入光纤，并经过光纤传输到控制单元；
步骤(2)：激光在控制单元内部被分为泵浦光和探测光，泵浦光由光纤传输至太赫兹发射器，激发低温生长的光导天线辐射出脉冲太赫兹辐射；
步骤(3)：探测光经过控制单元中的延迟线由光纤传输至太赫兹接收器，激发光导天线实现对太赫兹辐射的瞬间电场强度测量；
步骤(4)：调节延迟装置改变两束光的时间延迟，扫描得到太赫兹脉冲的时域波形；
步骤(5)：通过测量样品作用前后的太赫兹信号提取出样品的太赫兹光谱信息；
步骤(6)：通过平移台对样品进行二维栅格式扫描实现太赫兹光谱监测；
步骤(7)：通过时域太赫兹波幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离与待测对象位置和尺寸确定对应关系，通过太赫兹波频谱在特定频率处的幅值、相位与待测对象组成确定对应关系；
步骤(8)：确定样品内部是否无损。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，其特征在于，所述色散补偿器、控制单元、太赫兹发射器和太赫兹接收器之间通过光纤连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，其特征在于，所述控制单元、计算机控制及数据采集系统和平移台之间通过数据线连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，其特征在于，所述太赫兹发射器，激发低温生长的光导天线后辐射出的脉冲太赫兹辐射的时域保持时间为5ps、频谱范围为0.02-2太赫兹、平均功率为100nW。
5.根据权利要求1所述的一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，其特征在于，太赫兹频谱检测是测量样品各点的反射太赫兹脉冲波形，经过傅里叶变换得到对应的频谱。
6.根据权利要求1所述的一种用于检测电力设备复合材料无损的方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤(9)：若样品内部有缺陷，通过分析接收信号的时域幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离，确定样品内部缺陷的位置和尺寸；
步骤(10)：通过分析接收信号频谱在特定频率处的幅度和相位，确定样品内部缺陷各部分的物质组分，进而识别内部缺陷的类型。
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