CN107941913A - 输电线超声导波检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输电线超声导波检测装置及方法，输电线超声导波检测装置包括环形夹持部，包括上半圆夹持部和下半圆夹持部；导波激励接收单元沿圆形夹持部中心呈放射状分布于圆形夹持部；环形夹持部开设有导向槽；导波激励接收单元包括检测针及压电换能器；检测针穿设于导向槽，检测针伸于环形夹持部内圆的一端与输电线的一根线路接触，检测针伸于环形夹持部外圆的一端设有压电换能器；压紧部件与环形夹持部配合；耦合剂添加装置包括装设于环形夹持部的耦合剂容器、至少一个装设于环形夹持部两侧的喷嘴及连通耦合剂容器与喷嘴的管路。本发明提供的输电线超声导波检测装置及方法，结构及操作简单，能节省大量检测时间，提高检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及输电线损伤快速检测领域，特别是涉及输电线超声导波检测装置及方法。
背景技术
目前输电线损伤检测方法可分为非导波检测和导波检测。导波传播探测方式克服了非导波方法面临的复杂媒质穿透等问题，适合长距离在役探测，逐渐成为近年来绞线结构损伤检测领域主要研究方向之一。导波检测方法主要包括声发射法、超声波反射法和主动声发射法。
现今常用的方式需要将换能器固定于被检测输电线上，以实现电信号-超声导波信号间的转化。换能器固定需要一定的时间，因此该方法用于有大量检测目标的输电线在役检测时就显得非常低效了。
发明内容
基于此，有必要针对采用换能器固定于被检测输电线上而导致检测效率低的问题，提供一种输电线在役检测时效率高的输电线超声导波检测装置及方法。
一种输电线超声导波检测装置，包括环形夹持部，包括上半圆夹持部和下半圆夹持部，用于夹持输电线；至少一个导波激励接收单元，沿该圆形夹持部中心呈放射状分布于该圆形夹持部，用于检测该输电线损伤；该环形夹持部开设有与该导波激励接收单元配合的导向槽；该导波激励接收单元包括检测针及压电换能器；该检测针穿设于该导向槽，该检测针伸于该环形夹持部内圆的一端与该述输电线的一根线路接触，该检测针伸于该环形夹持部外圆的一端设有压电换能器；压紧部件，该压紧部件与该环形夹持部配合，用于使该检测针与该输电线紧密贴合；耦合剂添加装置，该耦合剂添加装置包括耦合剂容器、至少一个喷嘴及连通该耦合剂容器与该喷嘴的管路；所述耦合剂容器装设于所述环形夹持部，所述喷嘴装设于所述环形夹持部两侧。
上述输电线超声导波检测装置，采用环形夹持部夹持输电线，且其上设有与每根输电线的线路配合的检测针，检测针上设有压电换能器对超声导波进行检测，使用耦合剂充盈至导波激励接收单元与输电线之间，这种检测方式不需要在每根输电线的线路上固定压电换能器，使得输电线损伤检测操作简单，能节省大量检测时间，提高在役检测效率，且导波激励接收单元与输电线之间的耦合性好，保证了检测的准确性。
在其中一个实施例中，上述压紧部件为弹簧，上述检测针上设有凸缘；该弹簧套设于上述检测针，且被压缩装设限制于上述导向槽与该凸缘之间。
在其中一个实施例中，上述输电线超声导波检测装置还包括隔声垫片，该隔声垫片装设于上述导向槽的两端。
在其中一个实施例中，上述上半圆夹持部与上述下半圆夹持部相互贴合的端部上设有锁紧机构，用于当上述环形夹持部夹持上述输电线后，将上述输电线固定于上述上半圆夹持部与上述下半圆夹持部之间。
在其中一个实施例中，上述锁紧机构包括装设于上述上半圆夹持部的挂钩、与该挂钩连接的锁紧螺栓及与该锁紧螺栓连接的锁紧扳手；该锁紧机构还包括装设于上述下半圆夹持部的活动挡块，当扳动该锁紧扳手时，通过该锁紧螺栓牵动该挂钩锁紧或脱离该活动挡块。
在其中一个实施例中，上述输电线超声导波检测装置还包括手柄装置，该手柄装置包括与上述上半圆夹持部匹配连接的上半圆中空套、与该上半圆中空套端部连接的第一手持部、与上述下半圆夹持部匹配连接的下半圆中空套及与该下半圆中空套端部连接的第二手持部；该上半圆中空套的一端与该下半圆中空套对应的一端可旋转地连接。
在其中一个实施例中，上述输电线超声导波检测装置还包括外部控制设备，该控制设备包括控制电路及与该控制电路连接的处理模块，上述压电换能器包括两个输出端，该控制电路与该两个输出端连接，该控制设备用于控制上述压电换能器在激励或接收状态切换。
在其中一个实施例中，上述压电换能器为锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷。
在其中一个实施例中，上述锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷粘接于上述检测针，该粘接材质为环氧树脂胶。
一种输电线超声导波检测方法，使用上述输电线超声导波检测装置，具体检测步骤如下：
(1)、设置两个上述输电线超声导波检测装置；其中一个用于激励超声导波信号，另一个用于接收超声导波信号；
(2)、将两个上述输电线超声导波检测装置间隔地夹持于输电线；每根上述检测针与对应的一根上述输电线的线路紧密贴合；
(3)、利用上述耦合剂添加装置通过上述喷嘴将存储在上述耦合剂容器中的耦合剂充盈至上述导波激励接收单元与上述输电线之间；
(4)、利用检测设备发出检测信号至一个上述输电线超声导波检测装置；上述导波激励接收单元产生激励超声导波信号至上述输电线，当检测到上述输电线存在损伤时会产生损伤信号；该损伤信号传送至另一个上述输电线超声导波检测装置，上述导波激励接收单元接收该损伤信号，回传至检测设备对该损伤信号进行分析。
附图说明
图1本发明一实施方式的超声导波检测装置的结构示意图；
图2是图1所示的超声导波检测装置的部分结构示意图；
图3是图1所示的超声导波检测装置的部分结构剖视图；
图4为使用图1所示的超声导波检测装置检测输电线的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1～3，一种输电线超声导波检测装置100，包括环形夹持部10、至少一个导波激励接收单元20、压紧部件30、耦合剂添加装置40。
环形夹持部10包括上半圆夹持部11和下半圆夹持部12，用于夹持输电线 200；导波激励接收单元20，沿圆形夹持部呈放射状分布于圆形夹持部，用于检测输电线200损伤；环形夹持部10开设有与导波激励接收单元20配合的导向槽13。
导波激励接收单元20包括检测针21及压电换能器22；检测针21穿设于导向槽13，检测针21伸于环形夹持部10内圆的一端与输电线200的一根线路接触，检测针21伸于环形夹持部10外圆的一端设有压电换能器22；压紧部件30 与环形夹持部10配合，用于使检测针21与输电线200紧密贴合。耦合剂添加装置40包括装设于环形夹持部的耦合剂容器41、装设于环形夹持部10两侧的至少一个喷嘴42及连通耦合剂容器41与喷嘴42的管路43。
上述输电线超声导波检测装置100，采用环形夹持部10夹持输电线200，且其上设有与每根输电线200的线路配合的检测针21，检测针21上设有压电换能器22对超声导波进行检测，使用耦合剂充盈至导波激励接收单元20与输电线200之间，这种检测方式不需要在每根输电线200的线路上固定压电换能器 22，使得输电线200损伤检测操作简单，能节省大量检测时间，提高在役检测效率，且导波激励接收单元20与输电线200之间的耦合性好，保证了检测的准确性。
应当理解的是，压电换能器22为进行电信号与超声导波信号间的转换元件；检测针21作为超声导波在压电换能器22与输电线200之间的传播媒介。
在一个实施例中，上述输电线超声导波检测装置100可以对不同种类的输电线200进行损伤检测，例如芯铝绞线输电线、耐张管压接输电线、直线管压接输电线等。
在一个实施例中，输电线超声导波检测装置100包括12个导波激励接收单元20，12个导波激励接收单元20相互间隔地、均匀地、沿环形夹持部10中心呈放射状分布于上半圆夹持部11和下半圆夹持部12。输电线200超声导波检测装置尽可能多的包含导波激励接收单元20，能够在同一检测时刻，对多根输电线200的线路进行损伤检测，提高检测效率。
请参阅图3，在一个实施例中，检测针21与输电线200线路接触的一端面为圆弧形凹面。用圆弧形凹面能够提高与输电线200线路间的接触面积。
在一个实施例中，压电换能器22为锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷。锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷具有高介质常数、耦合性及较好的环境适应性。具体地，可选择锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷型号为PZT-5H，长宽高为8mm×8mm×1mm。在其他实施例中，也可为其他种类的压电晶片，在此不做限制。
在一个实施例中，锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷粘接于检测针21，粘接材质为环氧树脂胶。使用粘接方式在其他实施例中，也可为其他种类得到粘胶，或者其他固定方式，在此不做限制。
在一个实施例中，压紧部件30为弹簧31，检测针21上设有凸缘211，弹簧31套设于检测针21，且被压缩装设限制于导向槽13与凸缘之间。当输电线 200相对于检测针21有一定移动时，检测针21能够依弹簧31适当调节其与输电线200线路的位置关系，在使检测针21与输电线200紧密贴合的同时，也能避免错位或者刮伤输电线200。
进一步地，导向槽13呈圆柱体形，其中，上表面和下表面都设有开口，检测针21穿设于上表面和下表面的开口，检测针21的凸缘211位于导向槽13内，弹簧31被压缩在上表面与凸缘211之间，凸缘211与下表面之间存在间距，使得检测针21受到弹簧31的预紧力会趋向于传感器的圆心方向。
在一个实施方式中，在凸缘211与弹簧31之间设有金属垫片50，金属垫片 50抵接于凸缘211，弹簧31被压缩在上表面与金属垫片50之间；凸缘211与下表面之间设有金属垫片50，金属垫片50抵接于下表面。
更进一步地，输电线超声导波检测装置100还包括隔声垫片60，隔声垫片 60装设于导向槽13的两端。
具体地，在弹簧31与上表面之间、金属垫片50与下表面之间设有隔声垫片60，用于将检测针21产生的超声导波与环形夹持部10隔离，减少检测过程中的噪声，保证导波激励接收单元20的独立性。具体地，隔声垫片60为硫化橡胶垫圈。
在一个实施例中，压紧部件30可为设置在检测针21上的螺纹，导向槽13 内设有与检测针21螺纹相配合的螺纹，旋转检测针21则可使检测针21压紧至输电线200的线路。在其他实施例中，压紧部件30也可为其他能使检测针21 压紧至输电线200的结构，例如，在环形夹持部10上装设搭扣，搭扣可按压检测针21使其压紧至输电线200的线路，在此不做限定。
请参阅图1，在一个实施例中，耦合剂容器41上设有耦合剂添加开关411，管路43分布于环形夹持部10的侧壁上，喷嘴42向内弯折，喷射角度与检测针 21的轴线相交。
在其他实施方式中，耦合剂容器41也可不设置耦合剂添加开关411，使用挤压的方式将耦合剂充耦合剂容器41中挤压至喷嘴42处。
在一个实施例中，上半圆夹持部11与下半圆夹持部12相互贴合的端部上设有锁紧机构(图未示)，用于当环形夹持部10夹持输电线200后，将输电线 200固定于上半圆夹持部11与下半圆夹持部12之间。一方面，当检测人员需使用输电线200超声导波检测装置对输电线200进行损伤检测时，为保持对输电线200的夹紧力，需一直按压夹紧上半圆夹持部11与下半圆夹持部12；另一方面，若上半圆夹持部11与下半圆夹持部12出现夹持力不够等现象，影响检测效果时。设置锁紧机构，在无需人力的情况下，也可保证上半圆夹持部11与下半圆夹持部12相对于输电线200的夹持力矩及稳固性，保证检测精准。
进一步地，锁紧机构包括装设于上半圆夹持部11的挂钩、与挂钩连接的锁紧螺栓及与锁紧螺栓连接的锁紧扳手；锁紧机构还包括装设于下半圆夹持部12 的活动挡块，当扳动锁紧扳手时，通过锁紧螺栓牵动挂钩锁紧或脱离活动挡块。
在一个实施例中，环形夹持部10使用3D打印加工而成，在保证机械强度的条件下尽可能轻量化。
请参阅图1，在一个实施例中，输电线超声导波检测装置100还包括手柄装置，手柄装置包裹上半圆夹持部11与下半圆夹持部12。设置手柄装置可方便检测人员操作，提高检测效率，亦可保护上半圆夹持部11与下半圆夹持部12避免损坏。
具体地，手柄装置包括与上半圆夹持部11匹配连接的上半圆中空套71、与上半圆中空套71端部连接的第一手持部72、与下半圆夹持部12匹配连接的下半圆中空套73及与下半圆中空套73端部连接的第二手持部74；上半圆中空套 71的一端与下半圆中空套73对应的一端可旋转地连接。
更具体地，上半圆夹持部11与下半圆夹持部12的侧壁上开设有螺纹孔，上半圆中空套71与下半圆中空套73开设有与该螺纹孔对应的通孔，使用螺钉穿过通孔与螺纹孔连接，以实现手柄装置与上半圆夹持部11和下半圆夹持部12 的连接。
在一个实施例中，输电线超声导波检测装置100还包括外部控制设备，控制设备包括控制电路及与控制电路连接的处理模块，压电换能器22包括两个输出端，控制电路与两个输出端连接，控制设备用于控制压电换能器22在激励或接收状态切换。当使用输电线超声导波检测装置100在实际使用过程中时，可以使用两个输电线超声导波检测装置100间隔夹持在输电线200上，其中一个输电线200超声导波检测装置可经控制设备调节为激励状态，则压电换能器22 在接收到检测信号后，能产生激励超声导波经检测针21传至输电线200；另一个输电线超声导波检测装置100可经控制设备调节为接收状态，则在经过输电线200的超声导波能够传至该压电换能器22转换为检测后信号。
请参阅图4，基于上述输电线超声导波检测装置100，本发明还提供一种输电线200超声导波检测方法，具体检测步骤如下：
(1)、设置两个输电线超声导波检测装置100；其中一个用于激励超声导波信号，另一个用于接收超声导波信号；
(2)、将两个输电线超声导波检测装置100间隔地夹持于输电线200；每根检测针21与对应的一根输电线200的线路紧密贴合；
(3)、利用耦合剂添加装置40通过喷嘴42将存储在耦合剂容器41中的耦合剂充盈至导波激励接收单元20与输电线200之间；
(4)、利用检测设备发出检测信号至一个输电线超声导波检测装置100；导波激励接收单元20产生激励超声导波信号至输电线200，当检测到输电线200 存在损伤时会产生损伤信号；损伤信号传送至另一个输电线超声导波检测装置 100，导波激励接收单元20接收损伤信号，回传至检测设备对损伤信号进行分析。
上述输电线超声导波检测方法，采用环形夹持部10夹持输电线200，且其上设有与每根输电线200的线路配合的检测针21，检测针21上设有压电换能器 22对超声导波进行检测，使用耦合剂充盈至导波激励接收单元20与输电线200 之间，这种检测方式不需要在每根输电线200的线路上固定压电换能器22，使得输电线200损伤检测操作简单，能节省大量检测时间，提高在役检测效率，且导波激励接收单元20与输电线200之间的耦合性好，保证了检测的准确性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种输电线超声导波检测装置，其特征在于，包括：
环形夹持部，包括上半圆夹持部和下半圆夹持部，用于夹持输电线；
至少一个导波激励接收单元，沿所述圆形夹持部中心呈放射状分布于所述圆形夹持部，用于检测所述输电线损伤；所述环形夹持部开设有与所述导波激励接收单元配合的导向槽；所述导波激励接收单元包括检测针及压电换能器；所述检测针穿设于所述导向槽，所述检测针伸于所述环形夹持部内圆的一端与所述输电线的一根线路接触，所述检测针伸于所述环形夹持部外圆的一端设有压电换能器；
压紧部件，所述压紧部件与所述环形夹持部配合，用于使所述检测针与所述输电线紧密贴合；
耦合剂添加装置，所述耦合剂添加装置包括耦合剂容器、至少一个喷嘴及连通所述耦合剂容器与所述喷嘴的管路,所述耦合剂容器装设于所述环形夹持部，所述喷嘴装设于所述环形夹持部两侧。
2.根据权利要求1所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述压紧部件为弹簧，所述检测针上设有凸缘；所述弹簧套设于所述检测针，且被压缩装设限制于所述导向槽与所述凸缘之间。
3.根据权利要求2所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述输电线超声导波检测装置还包括隔声垫片，所述隔声垫片装设于所述导向槽的两端。
4.根据权利要求1所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述上半圆夹持部与所述下半圆夹持部相互贴合的端部上设有锁紧机构，用于当所述环形夹持部夹持所述输电线后，将所述输电线固定于所述上半圆夹持部与所述下半圆夹持部之间。
5.根据权利要求4所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述锁紧机构包括装设于所述上半圆夹持部的挂钩、与所述挂钩连接的锁紧螺栓及与所述锁紧螺栓连接的锁紧扳手；所述锁紧机构还包括装设于所述下半圆夹持部的活动挡块，当扳动所述锁紧扳手时，通过所述锁紧螺栓牵动所述挂钩锁紧或脱离所述活动挡块。
6.根据权利要求1～5任一项所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述输电线超声导波检测装置还包括手柄装置，所述手柄装置包括与所述上半圆夹持部匹配连接的上半圆中空套、与所述上半圆中空套端部连接的第一手持部、与所述下半圆夹持部匹配连接的下半圆中空套及与所述下半圆中空套端部连接的第二手持部；所述上半圆中空套的一端与所述下半圆中空套对应的一端可旋转地连接。
7.根据权利要求1～5任一项所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述输电线超声导波检测装置还包括外部控制设备，所述控制设备包括控制电路及与所述控制电路连接的处理模块，所述压电换能器包括两个输出端，所述控制电路与两个所述输出端连接，所述控制设备用于控制所述压电换能器在激励或接收状态切换。
8.根据权利要求1～5任一项所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述压电换能器为锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷。
9.根据权利要求1～5任一项所述的输电线超声导波检测装置，其特征在于，所述锆钛酸铅厚度振动型压电陶瓷粘接于所述检测针，所述粘接材质为环氧树脂胶。
10.一种输电线超声导波检测方法，其特征在于，使用所述权利要求1～9任一项所述输电线超声导波检测装置，具体检测步骤如下：
(1)、设置两个所述输电线超声导波检测装置；其中一个用于激励超声导波信号，另一个用于接收超声导波信号；
(2)、将两个所述输电线超声导波检测装置间隔地夹持于输电线；每根所述检测针与对应的一根所述输电线的线路紧密贴合；
(3)、利用所述耦合剂添加装置通过所述喷嘴将存储在所述耦合剂容器中的耦合剂充盈至所述导波激励接收单元与所述输电线之间；
(4)、利用检测设备发出检测信号至一个所述输电线超声导波检测装置；所述导波激励接收单元产生激励超声导波信号至所述输电线，当检测到所述输电线存在损伤时会产生损伤信号；所述损伤信号传送至另一个所述输电线超声导波检测装置，所述导波激励接收单元接收所述损伤信号，回传至检测设备对所述损伤信号进行分析。
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