CN211179645U - 一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，包括激光激励模块、激光接收模块、控制与同步模块和缺陷判断模块，所述激光激励模块、激光接收模块、缺陷判断模块和控制与同步模块通讯相连接；激光超声的全光型耐张线夹无损检测方法采用激光超声激励耐张线夹表面，借助超声回波法，利用非接触式激光方法接收回波信号，通过扫描方式实现耐张线夹表面的全面扫描，最终对接收到的回波超声信号进行分析和图像可视化方式实现耐张线夹内部缺陷的判断。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力领域，尤其涉及一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置。
背景技术
在电力领域，尤其是在架空输电线路中，耐张线夹的作用是将导线固定在非直线杆塔的绝缘子串上，它既承受了导线的全部压力，还承受了载流任务。耐张线夹压接质量的好坏直接关系到输电线路的安全稳定运行。然而耐张线夹的压接属于隐蔽工程，受施工人员技能水平及高空压接环境等共同影响，输电线路中耐张线夹的压接质量往往难以得到有效保障。
耐张线夹不仅起到承受线路张力的作用，还起到流通负荷电流的作用。就500kV架空线路而言，张线夹电接触的运行温度超过最大承受温度时，就会引起线夹过热，直接影响电能的输送质量，轻者由于发热造成电能损耗；重者线夹脱断造成大面积停电事故。
目前为止，对耐张线夹的压接质量的常用检测方法主要有：外观检测、尺寸测量、力学性能抽查检测、x射线无损检测以及温度检测等。其中外观检测、力学性能检测在工程实际应用中得到了广泛应用，但对钢锚是否存在毛刺、欠压等缺陷的检测则无法实现；国内将x射线无损检测技术应用到部分电气设备的检测中，如变电站的GIS设备内部缺陷检测、复合绝缘子内部缺陷检测等取得了良好的检测效果。随着x射线无损检测技术在电气设备检测中的逐步推广，该技术在耐张线夹压接质量检测中也取得了成效，能有效判断出耐张线夹的缺陷类型并作出响应。但该技术存在的主要问题是x射线有辐射，对操作人员以及设备的运行都存在一定的危害。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，准确性高，且无辐射。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
本实用新型提供了一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置：包括激光激励模块、激光接收模块、控制与同步模块和缺陷判断模块，所述激光激励模块、激光接收模块、缺陷判断模块和控制与同步模块通讯相连接；
所述激光激励模块包括脉冲激光器、激光准直系统和凸透镜；
所述控制与同步模块控制所述脉冲激光器发射脉冲激光，脉冲激光经过所述激光准直系统进行光束准直后浸入所述凸透镜，通过控制所述凸透镜的位置确定出射的激光焦斑的大小。
进一步，激光接收模块包括检测探头、光纤分束器、连续激光器和双波混频干涉仪；所述控制与同步模块控制控制所述连续激光器产生连续激光，产生的激光可以直接耦合到所述光纤分束器，所述光纤分束器将激光分为两束。
进一步，所述两束激光中，一束作为参考光直接耦合到所述双波混频干涉仪；另一束输入到所述检测探头，经耐张线夹反射后，也进入所述双波混频干涉仪。
进一步，所述控制与同步模块包括三维扫描平台、控制脉冲激光器、连续激光器和信号检测处理系统；所述控制与同步模块的信号发生装置发送同步信号给所述脉冲激光器、所述连续激光器、所述三维扫描平台和信号检测处理系统，实现激光超声激励与接收的同步；
同时，所述三维扫描平台的控制部分控制所述检测探头和整个所述激光激励模块的移动，实现所述耐张线夹的全面扫描检测。
所述的缺陷判断模块包括对激光接收模块接收的信号的分析和图像可视化处理，激光接收模块通过振动方式接收到缺陷存在时和非缺陷状态下的激光超声激励后的超声回波信号，通过对回波信号的时差进行对比分析可判断是否存在缺陷，最后通过缺陷判断模块实现对回波信号的分析结果进行重建。
进一步，所述脉冲激光器的波长为可见光或红外光，所述脉冲激光器的激光脉冲宽度小于20ns。
进一步，所述凸透镜的个数大于或等于一个。
进一步，所述连续激光器产生532nm或1550nm的连续光。
本实用新型的有益效果为：激光超声的全光型耐张线夹无损检测方法采用激光超声激励耐张线夹表面，借助缺陷时超声回波法，利用非接触式激光方法接收回波信号，通过扫描方式实现耐张线夹表面的全面扫描，最终利用缺陷判断模块对接收到的回波超声信号进行分析判断耐张线夹内部是否存在缺陷。
附图说明
图1为本实用新型的一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置的检测原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
该全光型耐张线夹无损检测装置包括激光激励模块、激光接收模块、控制与同步模块和缺陷判断模块，所述激光激励模块、激光接收模块、缺陷判断模块和控制与同步模块通讯相连接；
所述激光激励模块包括脉冲激光器1、激光准直系统2和凸透镜3；
所述控制与同步模块控制所述脉冲激光器1发射脉冲激光，脉冲激光经过所述激光准直系统2进行光束准直后浸入所述凸透镜3，通过控制所述凸透镜3的位置确定出射的激光焦斑的大小。
为进一步增强激光超声信号，在耐张线夹4表面涂覆一层超声增强介质，该介质可以是固体涂层或液体涂层两种，介质为碳纳米介质。
激光接收模块包括检测探头6、光纤分束器7、连续激光器8和双波混频干涉仪9；所述控制与同步模块控制控制所述连续激光器8产生532nm 或1550nm的连续激光，产生的激光可以直接耦合到所述光纤分束器7，所述光纤分束器7将激光分为两束。
所述两束激光中，一束作为参考光直接耦合到所述双波混频干涉仪9；另一束输入到所述检测探头6，经耐张线夹反射后，也进入所述双波混频干涉仪9。
所述控制与同步模块包括三维扫描平台5、控制脉冲激光器1、连续激光器8和信号检测处理系统10；所述的三维扫描平台5包括三维扫描平台的移动执行部件和移动控制部件，移动执行部件与移动控制部件通过信号线连接，移动执行部分三个维度各有一个步进电机，移动控制部分通过导线控制每一个维度的步进电机则可实现三维扫描平台5的移动执行部件的移动。移动控制部分相当于一个具有同步功能的多路信号发生装置，移动控制部分还有一个功能用于发送一个同步控制信号，即多路信号发生装置发送一个同步信号同时通过导线传送给给所述脉冲激光器1、所述连续激光器8、所述三维扫描平台5和信号检测处理系统10，当所述脉冲激光器1、所述连续激光器8、所述三维扫描平台5和信号检测处理系统10，接收到这个同步信号时则每一部分开始启动自己的功能，即实现了激光超声激励与接收的同步。
三维扫描平台5的移动控制部分通过导线与脉冲激光器1、连续激光器8和信号检测处理系统10连接，通过三维扫描平台5的移动控制部分发送一个特定的时间序列信号用于实现三者的有机协调工作。
三维扫描平台5的移动控制部分通过导线与脉冲激光器1的外触发激励管脚连接，当脉冲激光器的外触发激励管脚接收到来自三维扫描平台5 的移动控制部分的时间序列信号时则开始发射激光。同理三维扫描平台5 的移动控制部分通过导线与连续激光器8的外触发激励管脚连接，当连续激光器的外触发激励管脚接收到来自三维扫描平台5的移动控制部分的时间序列信号时则开始发射连续激光。
同时，所述三维扫描平台5的移动控制部件控制三维扫描平台5的移动执行部件，移动执行部件是两个独立的在移动控制部件控制下的具有三维移动功能的平台载体，检测探头6位于其中的一个平台载体上，激光激励模块则位于另一个平台载体上，由移动控制部件分别通过导线传输控制信号给每一个维度的步进电机实现检测探头6和激光激励模块的移动，目的是实现对所述耐张线夹4的全面扫描检测。
所述脉冲激光器1的波长为可见光或红外光，所述脉冲激光器1的激光脉冲宽度小于20ns。脉冲激光器1可以是Nd：YAG激光器，也可以是飞秒激光器。
激光准直系统2可调，准直系数可以根据凸透镜3的尺寸调节，
所述凸透镜3的个数大于或等于一个。为便于检测，可以通过发射镜变换激光光束的角度后再进行聚焦。
所述连续激光器8产生532nm或1550nm的连续光。
该全光型耐张线夹无损检测装置，采用激光超声激励耐张线夹表面，借助超声回波法，利用非接触式激光方法接收回波信号，通过扫描的方式实现耐张线夹表面的全秒扫描，最终对接收到的回波超声信号进行分析和图像可视化方式实现耐张线夹内部缺陷的判断。
首先，脉冲激光器1发出脉冲激光后，激光束经过激光准直系统2在凸透镜3的聚焦作用下，产生聚焦激光束，聚焦激光束照射被测样本耐张线夹4的表面，由于光声效应在耐张线夹4中产生声波信号，由于缺陷声波回波信号被检测探头6接收，通过调整凸透镜3与耐张线夹4试件之间的距离，改变照射到试件表面光斑的大小，即改变能量的大小。
在接收端，连续激光器8产生连续激光，在光线分束器7的作用下连续激光信号被分为参考光和信号光，参考光浸入双波混频干涉仪9，信号光通过检测探头6照射到耐张线夹4表面，经过调制的信号光被耐张线夹 4表面发射，由检测探头6接收后浸入双波混频干涉仪9的内部，在双波混频干涉仪9内与参考光发生干涉，最后由信号检测处理系统10接收并对信号进行处理，获取激光超声激励产生的超声信号通过耐张线夹内部后携带缺陷特征的回波信号。
检测探头6接收到一束信号光，信号光与参考光进行干涉处理后如果在超声传播路径上有缺陷，则携带缺陷声波回波信号的特征。
信号光和参考光是用于激光干涉接收方法的一种处理手段，为了高灵敏度的获取微弱的超声回波信号在耐张线夹表面产生的微小振动，缺陷声波回波信号是缺陷存在下的回波信号。
其中，激光激励模块的目的是通过激光激励耐张线夹，使其内部产生高频超声，激光接收模块则利用激光干涉方法接收，由于超声的产生而对耐张线夹表面产生的振动信号；
控制与同步模块则是实现对激光激励模块、激光接收模块和激光缺陷模块的同步控制。
缺陷判断模块的目的是实现缺陷的定位和判断，缺陷判断模块由上位机完成，由信号检测处理系统10处理过的信号通过数据采集卡直接输送到上位机，上位机利用下面提到的信号处理方法实现回波信号的提取，今儿判断缺陷状态。(没有指出由哪些模块组成)
脉冲激光器1型号：Nd：YAG激光器，比如型号Nimma-600
激光准直系统2：由光澜和扩束系统组成
光纤分束器7型号：1:9光纤分束器
连续激光器8型号：连续型YAG激光器
在具体检测方法中，考虑到检测的信号的不稳定性和激光激励超声信号的宽频特性，很难通过使用单个时域或频域分析方法完全描述信号特征。
时频分析是联合时频分析的缩写，提供给定信号的时间与频率分量存在的关系，它表示了信号在不同时间和频率下的能量密度或强度。
利用时频分析方法，可以有效地获取激光超声激励信号在每个频率下的能量密度，这有助于实现更准确的检测回波信号提取。
该全光型耐张线夹无损检测装置提出采用双线性时频提取方法，与线性分析方法相比，双线性时频提取方法具有良好的时频聚焦特性，其适用于处理非平稳和多频信号，提出采用双线性时频分析方法中的 Wigner-Ville分布(WVD)和伪Wigner-Ville分布(PWVD)来分析并提取激光超声激励信号的回波延时信息。
WVD可以提供具有高时频分辨率并且几乎可以满足所有预期的时频分布特征的优点。它是以多出信号交叉项为代价的。WVD算法定义为：
在式(1)中，t表示时间，f表示频率。s*是复共轭，被积函数
称为WVD的瞬时自动校正函数，积分是从-∞到+∞。当包含多个频率成分时，WVD中存在一个交叉项，会影响信号的判断和分析。为了消除交叉项分布的干扰，在公式(1)中使用时域窗函数h(τ)对
进行加窗处理，即变为PWVD算法，为
其中h(τ)是时域窗函数，相当于对频域中的信号进行低通滤波。因此，仅考虑在有限时间-频率范围内的分布。因此，使用窗函数可以减少干扰。通过这样的数据处理办法，即可实现对回波信号的精确提取，也就实现了缺陷的精确诊断。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，其特征在于：包括激光激励模块、激光接收模块、控制与同步模块和缺陷判断模块，所述激光激励模块、激光接收模块、缺陷判断模块和控制与同步模块通讯相连接；
所述激光激励模块包括脉冲激光器(1)、激光准直系统(2)和凸透镜(3)；
所述控制与同步模块控制所述脉冲激光器(1)发射脉冲激光，脉冲激光经过所述激光准直系统(2)进行光束准直后浸入所述凸透镜(3)，通过控制所述凸透镜(3)的位置确定出射的激光焦斑的大小。
2.根据权利要求1所述的一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，其特征在于：激光接收模块包括检测探头(6)、光纤分束器(7)、连续激光器(8)和双波混频干涉仪(9)；所述控制与同步模块控制所述连续激光器(8)产生连续激光，产生的激光可以直接耦合到所述光纤分束器(7)，所述光纤分束器(7)将激光分为两束。
3.根据权利要求2所述的一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，其特征在于：所述两束激光中，一束作为参考光直接耦合到所述双波混频干涉仪(9)；另一束输入到所述检测探头(6)，经耐张线夹反射后，也进入所述双波混频干涉仪(9)。
4.根据权利要求2所述的一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，其特征在于：所述控制与同步模块包括三维扫描平台(5)、控制脉冲激光器(1)、连续激光器(8)和信号检测处理系统(10)；所述控制与同步模块的信号发生装置发送同步信号给所述脉冲激光器(1)、所述连续激光器(8)、所述三维扫描平台(5)和信号检测处理系统(10)，实现激光超声激励与接收的同步；
同时，所述三维扫描平台(5)的控制部分控制所述检测探头(6)和整个所述激光激励模块的移动，实现所述耐张线夹(4)的全面扫描检测。
5.根据权利要求1所述的一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，其特征在于：所述脉冲激光器(1)的波长为可见光或红外光，所述脉冲激光器(1)的激光脉冲宽度小于20ns。
6.根据权利要求1所述的一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，其特征在于：所述凸透镜(3)的个数大于或等于一个。
7.根据权利要求2所述的一种激光超声的全光型耐张线夹无损检测装置，其特征在于：所述连续激光器(8)产生532nm或1550nm的连续光。
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Cited By (2)
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| CN112658454A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-16 | 清华大学 | 一种电子束熔丝沉积缺陷在线检测系统及方法 |
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