CN112881947A - 基于电涡流传感器的架空地线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，包括电涡流探头、激励信号产生模块、对数检波模块、信号调理模块、差分放大模块和成像模块；激励信号产生模块产生不同频率和幅值的激励信号，对数检波模块主要是通过对数放大器和LPF实现，信号调理模块通过AD7670数模转换芯片和STM芯片实现，差分放大模块是通过差分电桥电路实现。本发明采用电涡流检测装置和方法，解决了当前实际使用中架空地线检测存在的成本高、设备笨重、过程繁琐费时等问题，具有不破坏架空地线使用性能、检测速度快、仪器成本低等优点，可实现高压输电线路地线、钢丝绳的检测，也可以扩展到钢丝绳、拉线及OPGW绞线层损伤等方面的检测。
Description
技术领域
本发明属于电力设备技术和无损检测技术领域，具体涉及一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置。
背景技术
由于电力线路及杆塔长期暴露在野外，易受各种环境因素影响，导致导、地线性能下降。相对于导线，架空线路地线一般采用钢绞线、铝包钢绞线，受影响的程度更大。由此不可避免地会产生局部疲劳损伤引起局部断股锈蚀，材料脆段等缺陷。如果存在断股缺陷的输电线不及时维修更换，严重时会造成地线断裂，直接威胁到电力线路的安全运行。尤其是对于高速、高铁、通航河流等重要交跨，对交通安全有极大的隐患，极易引发舆情事件。同样各类电力施工中经常遇到钢丝绳，经年使用后或保养不当也会造成钢丝绳的锈蚀断股，进而在施工时引发事故，造成设备损失，人身伤害。因此需要定期对线路设备巡检，及时发现早期损伤和缺陷并加以评估，安排必要的更换或修复，从而确保供电可靠性。
目前，针对地线、钢丝绳的评估仅局限于对局部进行拉力试验，尚无针对一段地线开展的检测、评估装置。现有的检测方法主要为人工观察法、机器视觉法和射线检测法，人工观察法主要由工作人员使用肉眼凭经验进行状态判断，或者采用高精度游标卡尺测量钢丝绳直径作为辅助观测，检测存在误差较大，机器视觉法使用多个相机及光源，对移动的钢丝绳进行实时拍照，将图像保存到计算机中，最后通过人机交互半自动化地识别出钢丝绳的损伤，基于机器视觉技术的钢丝绳无损探伤系统，依靠机器视觉技术，通过后台模式识别技术分析出受损情况，但检测仍存在较大误差，射线检测法使用 X 射线实时成像检测仪，检测线缆的使用状态，成像技术成熟，对于钢丝绳外部存在的断丝等缺陷成像效果明显，但在钢丝绳内部出现的损伤及试品材料特性等效果不佳，成像能力有限，且设备笨重使用不便。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，解决了检测效果不佳和损坏检测线的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，包括电涡流探头、激励信号产生模块、对数检波模块、信号调理模块、差分放大模块和成像模块，所述激励信号产生模块与对数检波模块相连，所述对数检波模块与信号调理模块相连，所述信号调理模块与成像模块相连，所述差分放大模块介于信号产生模块和对数检波模块之间。
优选的，所述电涡流探头为外穿式涡流探头，主要由探头外壳、参考线圈、检测线圈、激励线圈和磁芯构成。
优选的，所述电涡流探头外壳的规格尺寸与测试件的规格尺寸相适配。
优选的，所述激励信号产生模块由DDS模块实现。
优选的，所述检波模块主要通过对数放大器和LPF实现。
优选的，所述信号调理模块主要通过AD7670数模转换芯片和STM芯片实现。
优选的，所述差分放大模块通过差分电桥电路实现。
优选的，所述成像模块通过串口显示屏与STM芯片实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用电涡流检测装置和方法，解决了当前实际使用中架空地线检测存在的成本高、设备笨重、过程繁琐费时等问题，具有不破坏架空地线使用性能、检测速度快、仪器成本低等优点，可实现高压输电线路地线、钢丝绳的检测，并探测导地线散股、断股、钢芯腐蚀、材料脆变程度，也可以扩展到钢丝绳、拉线及OPGW 绞线层损伤等方面的检测。
附图说明
图1为本发明的原理框图示意图；
图2为本发明的电涡流探头立体外观结构示意图；
图3为本发明的检测方法的标定检测流程示意图；
图4为本发明采集的无缺陷信号、笼股变形缺陷信号、断丝缺陷信号融合结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，包括电涡流探头、激励信号产生模块、对数检波模块、信号调理模块、差分放大模块和成像模块，所述激励信号产生模块与对数检波模块相连，所述对数检波模块与信号调理模块相连，所述信号调理模块与成像模块相连，所述差分放大模块介于信号产生模块和对数检波模块之间，所述激励信号产生模块由DDS模块实现，所述检波模块主要通过对数放大器和LPF实现，所述信号调理模块主要通过AD7670数模转换芯片和STM芯片实现，所述差分放大模块通过差分电桥电路实现，所述成像模块通过串口显示屏与STM芯片实现。
本实施方案中，激励信号产生模块产生不同频率和幅值的激励信号，通过检波模块检取信号，并通过信号调理模块实现信号的调理，经差分放大模块获取由涡流产生的变化信号，最后通过成像模块交互实现数据和波形的实时显示，第一步进行标定，将导线穿插至外穿式涡流探头内，先测定电缆无缺陷处的涡流阻抗信号，采集出不同位置处的信号，获取不同位置的成像结果；测定导线断丝和笼股变形缺陷处的涡流阻抗信号变化，采集出电缆不同位置处的信号，获取不同位置的成像结果；通过比较无缺陷处、导线断丝和笼股变形缺陷处的涡流阻抗信号变化，设定缺陷阈值，第二步进行检测，通过所述的基于电涡流传感器的架空地线检测装置，获取测试位置的涡流阻抗信号，由于无损伤处的检测信号明显小于设定的缺陷阈值，连续采集的笼股变形和断丝缺陷处的检测信号都始终大于设定的缺陷阈值，通过检测的成像结果与设定的阈值，区分出无缺陷处和有笼股变形和断丝处。
实施例二：
如图1-4所示，在实施例一的基础上，本发明提供一种技术方案：所述电涡流探头为外穿式涡流探头，主要由探头外壳、参考线圈、检测线圈、激励线圈和磁芯构成，所述电涡流探头外壳的规格尺寸与测试件的规格尺寸相适配。
本实施例中，电涡流探头外壳采用特制外壳，可使线圈紧贴测试件，从而可以更好地对测试件进行检测，提升检测效果和质量。
本发明的工作原理及使用流程：第一步进行标定，将导线穿插至外穿式涡流探头内，先测定电缆无缺陷处的涡流阻抗信号，采集出不同位置处的信号，获取不同位置的成像结果；测定导线断丝和笼股变形缺陷处的涡流阻抗信号变化，采集出电缆不同位置处的信号，获取不同位置的成像结果；通过比较无缺陷处、导线断丝和笼股变形缺陷处的涡流阻抗信号变化，设定缺陷阈值，第二步进行检测，通过所述的基于电涡流传感器的架空地线检测装置，获取测试位置的涡流阻抗信号，由于无损伤处的检测信号明显小于设定的缺陷阈值，连续采集的笼股变形和断丝缺陷处的检测信号都始终大于设定的缺陷阈值，通过检测的成像结果与设定的阈值，区分出无缺陷处和有笼股变形和断丝处，如图4所示，将连续采集的不同线段的无缺陷信号、笼股变形缺陷信号、断丝缺陷信号融合在一个图形中，可以发现无缺陷处连续采集的信号始终小于设定的阈值，而连续采集的笼股变形和断丝缺陷处的检测信号都始终大于设定的缺陷阈值，能够明显区分电缆完好无缺陷处和有笼股变形和断丝处，采用的电涡流检测装置和方法，可以解决当前实际使用中架空地线检测存在的成本高、设备笨重、过程繁琐费时等问题，且具有不破坏架空地线使用性能、检测速度快、仪器成本低等优点，可实现高压输电线路地线、钢丝绳的检测，并探测导地线散股、断股、钢芯腐蚀、材料脆变程度，也可以扩展到钢丝绳、拉线及OPGW 绞线层损伤等方面的检测，条件成熟后也可以应用到接头及耐张线夹的探伤中。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，包括电涡流探头、激励信号产生模块、对数检波模块、信号调理模块、差分放大模块和成像模块，其特征在于：所述激励信号产生模块与对数检波模块相连，所述对数检波模块与信号调理模块相连，所述信号调理模块与成像模块相连，所述差分放大模块介于信号产生模块和对数检波模块之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，其特征在于：所述电涡流探头为外穿式涡流探头，主要由探头外壳、参考线圈、检测线圈、激励线圈和磁芯构成。
3.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，其特征在于：所述电涡流探头外壳的规格尺寸与测试件的规格尺寸相适配。
4.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，其特征在于：所述激励信号产生模块由DDS模块实现。
5.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，其特征在于：所述检波模块主要通过对数放大器和LPF实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，其特征在于：所述信号调理模块主要通过AD7670数模转换芯片和STM芯片实现。
7.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，其特征在于：所述差分放大模块通过差分电桥电路实现。
8.根据权利要求1所述的一种基于电涡流传感器的架空地线检测装置，其特征在于：所述成像模块通过串口显示屏与STM芯片实现。
9.一种基于电涡流传感器的架空地线检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：标定，将导线穿插至外穿式涡流探头内，先测定电缆无缺陷处的涡流阻抗信号，采集出不同位置处的信号，获取不同位置的成像结果；测定导线断丝和笼股变形缺陷处的涡流阻抗信号变化，采集出电缆不同位置处的信号，获取不同位置的成像结果；通过比较无缺陷处、导线断丝和笼股变形缺陷处的涡流阻抗信号变化，设定缺陷阈值；
S2：检测，通过所述的基于电涡流传感器的架空地线检测装置，获取测试位置的涡流阻抗信号；由于无损伤处的检测信号明显小于设定的缺陷阈值，连续采集的笼股变形和断丝缺陷处的检测信号都始终大于设定的缺陷阈值，通过检测的成像结果与设定的阈值，区分出无缺陷处、有笼股变形和断丝处。
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