CN112179297A - 基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法，涉及绝缘子检测领域。它包括确保微波信号能够正常的由飞秒激光源依次通过导波装置、交换端口和录波器，到达数据分析模块，并确保交换端口和被测试件之间能够正常的互相交换微波信号；每次检测时，在每个复合绝缘子上沿绝缘子串从高压侧至低压侧的护套上选取多个位置，分别对多个位置处的护套绕圆周隔30°测得12个点的反射波形，并结合上述步骤S2中模拟计算出的绝缘子串的厚度，计算出绝缘子的偏心度。本发明能够求得绝缘子护套的偏心度，进而对绝缘子沿串进行偏心度的提取，可用于产品的出厂性能检测、退运产品性能跟踪评估等方面。

Description

基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法

技术领域

本发明涉及绝缘子检测领域，尤其涉及一种基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法。

背景技术

复合绝缘子护套是包裹芯棒的绝缘部件，用于保护芯棒免受户外环境下各种因素作用，使芯棒维持较高的机械性能和电气性能。绝缘子护套主要成分是硅橡胶，生产工艺是利用挤出装置，把混炼好的护套胶料沿着产品芯棒长度，连续均匀包裹厚度为3～5mm的圆形绝缘套，经饱和蒸汽升温加压硫化而成的。护套需要有密实、均匀的结构，才能保证芯棒在产品使用寿命期间内，维持较高的机械强度和良好的绝缘性能。护套和芯棒应具有良好的同轴对称性，但由于模具变形、温度波动等因素，生产过程中护套可能出现薄厚不均匀，发生了轴不对称情况，同心度未能达到要求，即芯棒与护套的偏心。偏心会影响护套与芯棒的界面，危机所保护的芯棒性能，引发护套与芯棒界面击穿或断裂事故。

目前，对绝缘子复合护套的偏心度的检测方法主要是超声检测。绝缘子复合护套比较薄，超声检测法的检测精度不高，同时超声测量还需要耦合剂，表面需接触，对被检测对象表面可能造成损害，以及存在零点偏移和材料特性受温度影响，因此测量结果有误差，需要设置严格的校正方法，检测效率较低。

目前，现有技术对绝缘子偏心度的检测方法还是存在一些缺陷，具体如下：

1、超声法需要探头与样品表面紧密接触并使用耦合剂确保超声的传播。复合绝缘子表面形状复杂，测试探头难以固连到绝缘子的外表面；只能接触式测量，尤其是需要在测量过程中使用耦合剂限制了超声检测法的应用范围。

2、已有的一些太赫兹测厚方法，要么需要提前获得样品折射率，这个过程既增加操作复杂度也带来更多的误差因子；要么需要引进一级回波分量，这既对实验条件提出了足够严格的要求，比如完全降低水蒸气吸收的影响使相对湿度接近于零且系统的时间窗口要足够宽等；也使被测量样品的厚度范围受到严重限制，因为在样品的厚度在光学上相对于波长较大时，由于可以忽略法布里—珀罗而使时域波形得不到一级回波。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提出了一种基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法，它包括如下工艺步骤，

S1：确保微波信号能够正常的由飞秒激光源依次通过导波装置、交换端口和录波器，到达数据分析模块，并确保交换端口和被测试件之间能够正常的互相交换微波信号；

S2：对绝缘子串上个每个监测点进行检测，在绝缘子串上个每个监测点进行检测时，先通过飞秒激光源产生宽度为飞秒级别激光脉冲信号，接着通过导波装置将飞秒激光源产生的激光脉冲信号无损的传输到发射端，然后交换端口将发射端的入射信号α经过分波镜面后，分解为透射信号α1和反射信号α2，透射信号α2入射复合绝缘子材料后，会在其各个交界面上产生不同的反射回波波形，将所有反射回波总述为反射信号β。反射信号β经过分波镜面后分解为反射信号β1和透射信号β2，再接着录波器捕捉所述反射信号β2并上传至数据分析单元进行处理，最后数据分析模块通过对原始信号α及反射信号β2进行时域分析，根据时域信号的幅度能模拟计算出复合绝缘子在被测点的基本情况，从而进行厚度计算；

S3：每次检测时，在一支复合绝缘子上沿绝缘子串从高压侧至低压侧的护套上选取多个位置，分别对多个位置处的护套绕圆周隔30°测得12个点的反射波形，并结合上述步骤S2中模拟计算出的绝缘子串的厚度，计算出绝缘子的偏心度。

在上述技术方案中，所述透射信号α1和反射信号α2波形完全相同，强度各占原始入射信号α能量的50％；所述原始信号α及反射信号β2波形完全相同，强度各占反射信号β的50％。

在上述技术方案中，步骤S3包括如下工艺步骤，

S3.1：在绝缘子串1上选取多个测试位置；

S3.2：在对绝缘子串上的某处进行测试时，以绝缘子串某一待测位置处的圆周以30°为间隔，选取12个点的时域反射波，通过微波探头对绝缘子进行检测；

S3.3:获取绝缘子每一个监测点处保护套表面与截面信号的幅度，模拟计算出改点厚度；

S3.4：按照绝缘子偏心度的计算式计算每一个监测点的偏心度，其中绝缘子偏心度的计算式为：

与现有技术相比，在复合材料标准件的材料参数未知的情况下，本发明能够通过提取绝缘子护套表面和内部交界面的反射波信号幅度求得绝缘子护套的偏心度，进而对绝缘子沿串进行偏心度的提取，可用于产品的出厂性能检测、退运产品性能跟踪评估等方面。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明所述复合绝缘子护套偏芯度检测装置的结构示意图；

图2为本发明所述复合绝缘子护套偏芯度检测方法中绝缘的检测方法；

图3为本发明所述微波探头在复合绝缘子串上进行测试时的结构示意图；

图4为本发明中的微波信号传播路径原理图。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是：现有技术在对绝缘子进行偏心度检测时，主要采用超声波检测，但是超声波检测需要微波探头与样品表面紧密接触并使用耦合剂确保超声的传播，这种采用超声波进行检测的方式或者需要提前获得样品折射率，或者需要引进一级回波分量，同时，现有的超声波检测也使被测量样品的厚度范围受到严重限制。针对上述技术问题，本发明的发明构思为：本发明主要是采用微波技术对绝缘子的偏心度进行测量，并结合微波技术的特点，提出一种能够对绝缘子串进行测量的方法。

为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供一种基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法，它包括如下步骤，(S1)先确保微波信号能够正常的由飞秒激光源依次通过导波装置、交换端口和录波器，到达数据分析模块，并确保交换端口和被测试件之间能够正常的互相交换微波信号。

实际工作时，如图1所示，本发明可以先确定本发明中的飞秒激光源、导波装置、交换端口和录波器、数据分析模块处于完好的连接状态，然后在被测试件放置到防止到图1所示的复合绝缘子护套偏芯度检测进行初步判断，看上述各个部件是否处于完好连接状态。

接着(S2)，对绝缘子串上个每个监测点进行检测，具体检测方法如下：当需要检测时，先通过飞秒激光源产生宽度为飞秒级别激光脉冲信号，接着通过导波装置将飞秒激光源产生的激光脉冲信号无损的传输到发射端，然后交换端口将发射端的入射信号α经过分波镜面后，分解为透射信号α1和反射信号α2，透射信号α2入射复合绝缘子材料后，会在其各个交界面上产生不同的反射回波波形，将所有反射回波总述为反射信号β，反射信号β经过分波镜面后分解为反射信号β1和透射信号β2，再接着录波器捕捉所述反射信号β2并上传至数据分析单元进行处理，最后数据分析模块通过对原始信号α及反射信号β2进行时域分析，根据时域信号的幅度能模拟计算出复合绝缘子在被测点的基本情况，从而进行绝缘子串的厚度进行计算。

实际工作时，通过上述方式对每个绝缘子串进行检测后，可以计算出复合绝缘子在绝缘子串1上每个检测点的基本情况，从而知道绝缘子串的厚度在每个节点的厚度。

最后(S3)，在对绝缘子串上的每个监测点进行检测时，在每个复合绝缘子上沿绝缘子串从高压侧至低压侧的护套上选取多个位置，分别对多个位置处的护套绕圆周隔30°测得12个点的反射波形，并结合上述步骤(S2)中模拟计算出的绝缘子串的厚度，计算出绝缘子的偏心度。

实际工作时，更详细的，如图3所示，对绝缘子进行检测的方法如下：

S3.1：在绝缘子串1上选取多个测试位置；

S3.2：在对绝缘子串上的某处进行测试时，以绝缘子串某一待测位置处的圆周以30°为间隔，选取12个点的时域反射波，通过微波探头2对绝缘子进行检测；

S3.3:获取绝缘子每一个监测点处保护套表面与截面信号的幅度，模拟计算出改点厚度；

S3.4：按照绝缘子偏心度的计算式计算每一个监测点的偏心度，其中绝缘子偏心度的计算式为：

近年，人们逐渐将微波检测技术应用到复合绝缘子的无损检测上。微波检测一般被用于航空航天等精密领域的材料检测和判定，具有许多优点和特性。微波技术为主动激发式离线检测手段，不依赖电网等外部条件，直接由飞秒激光源产生激励信号并进行检测。采用该方法分析厚度均匀性具有精度高，操作简单，对人体无危害等优点，可用于实时检测复合材料的生产和柔性装配过程，有利于缩减生产周期，保证工程质量。

实际工作时，透射信号α1和反射信号α2波形完全相同，强度各占原始入射信号α能量的50％；所述原始信号α及反射信号β2波形完全相同，强度各占反射信号β的50％。

实际工作时，本发明的技术关键点在于：

1、以飞秒激光源作为飞秒脉冲激光发生及传导的部件，该部件能稳定触发宽度为10飞秒左右的信号并以非常小的失真传递到交换端口。

2、以硅玻璃材料为主要构成元素的对微波波段信号具有双向通透性的镜面为主体的交换端口。该端口是信号传递过程中最重要也最具开创性的环节。常见的微波发射和接收端口尺寸都在10cm量级，而精确测量要求入射波和反射波均垂直于被测物体表面，这使发射和接收端口的安装出现困难，也容易造成入射信号和反射信号混叠的情况，极大的干扰了检测的结果和有效性。通过使用该结构，能清晰的分离入射信号和反射信号，同时解决了设备的体积问题。

3、数据分析模块中，我们采用了波峰检测方式来判定复合绝缘子在该检测点位置的情况，波峰检测只需要判定波峰是否存在及其信号延迟，对波峰的大小强度无过高要求，因此，本发明能够极大的抵抗外界环境(电磁干扰、空气介质杂质)和操作误差(微波探头2固定角度偏差、绝缘子表面坑洼)等不利因素对检测结果带来的干扰。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种能够实现实施例1中复合绝缘子护套偏芯度检测方法复合绝缘子护套偏芯度检测方法的装置，包括飞秒激光源、导波装置、交换端口、录波器和数据分析模块。

飞秒激光源为本测试方法所需的检测信号的产生器。其产生的激光脉冲信号宽度为飞秒级别，具有良好的穿透特性和反射特性。

导波装置为连接飞秒激光源与交换端口的物理结构，旨在保证原始脉冲信号能够无损传输到发射端。

交换端口是以硅玻璃材料为主要构成元素的对微波波段信号具有双向通透性的镜面为主体的部件。

从导波装置传递过来的入射信号α经过分波镜面后，分解为透射信号α1和反射信号α2，两者波形完全相同，强度各占原始信号α能量的50％。透射信号α2 入射复合绝缘子材料后，会在其各个交界面上产生不同的反射回波波形，将所有反射回波总述为反射信号β。反射信号β经过分波镜面后分解为反射信号β1和透射信号β2，两者波形完全相同，强度各占原始信号β能量的50％。

录波器是具有极高动作灵敏性的飞秒级别信号捕捉装置，用于捕捉前文提到的反射信号β2并上传至数据分析单元进行处理。

数据分析模块通过对原始信号α及反射信号β2进行时域分析，根据时域信号的幅度能模拟计算出复合绝缘子在被测点的基本情况，从而进行厚度计算。

每次检测时，在一支复合绝缘子上沿串从高压侧至低压侧的护套上选取多个位置，分别对多个位置处的护套绕圆周隔30°测得12个点的反射波形，测试示意图如下图所示。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法，其特征在于：它包括如下工艺步骤，

S1：确保微波信号能够正常的由飞秒激光源依次通过导波装置、交换端口和录波器，到达数据分析模块，并确保交换端口和被测试件之间能够正常的互相交换微波信号；

S2：对绝缘子串上个每个监测点进行检测，在绝缘子串上个每个监测点进行检测时，先通过飞秒激光源产生宽度为飞秒级别激光脉冲信号，接着通过导波装置将飞秒激光源产生的激光脉冲信号无损的传输到发射端，然后交换端口将发射端的入射信号α经过分波镜面后，分解为透射信号α1和反射信号α2，透射信号α2入射复合绝缘子材料后，会在其各个交界面上产生不同的反射回波波形，将所有反射回波总述为反射信号β。反射信号β经过分波镜面后分解为反射信号β1和透射信号β2，再接着录波器捕捉所述反射信号β2并上传至数据分析单元进行处理，最后数据分析模块通过对原始信号α及反射信号β2进行时域分析，根据时域信号的幅度能模拟计算出复合绝缘子在被测点的基本情况，从而进行厚度计算；

S3：每次检测时，在每个复合绝缘子上沿绝缘子串从高压侧至低压侧的护套上选取多个位置，分别对多个位置处的护套绕圆周隔30°测得12个点的反射波形，并结合上述步骤S2中模拟计算出的绝缘子串的厚度，计算出绝缘子的偏心度。

2.根据权利要求1所述基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法，其特征在于：所述透射信号α1和反射信号α2波形完全相同，强度各占原始入射信号α能量的50％；所述原始信号α及反射信号β2波形完全相同，强度各占反射信号β的50％。

3.根据权利要求1或2所述基于微波反射技术的复合绝缘子护套偏芯度检测方法，其特征在于：步骤S3包括如下工艺步骤，

S3.1：在绝缘子串1上选取多个测试位置；

S3.2：在对绝缘子串上的某处进行测试时，以绝缘子串某一待测位置处的圆周以30°为间隔，选取12个点的时域反射波，通过微波探头对绝缘子进行检测；

S3.3:获取绝缘子每一个监测点处保护套表面与截面信号的幅度，模拟计算出改点厚度；

S3.4：按照绝缘子偏心度的计算式计算每一个监测点的偏心度，其中绝缘子偏心度的计算式为：

Images