CN2368033Y - 监控复合绝缘子端部联接压接过程的声发射检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高电压外绝缘制造技术领域,包括固定并耦合于压接机构的压头、金具或芯棒上的一个或一个以上的声发射信号采集探头,声发射信号后处理与分析单元,还可包括输出与控制单元。本实用新型运用声发射无损检测技术,对压接过程中的声发射信号进行采集、特征提取和波形分析,鉴别异常信号,提供控制信号,对异常情况进行报警,从而实现对压接过程的监控,保证压接式产品的质量,提高压接工艺的自动化程度和效率。

Description

监控复合绝缘子端部联接压接过程的声发射检测装置

本实用新型属于高电压外绝缘制造技术领域，特别涉及将声发射无损检测技术应用于复合绝缘子端部联结压接制造过程的监控。

复合绝缘子因其耐污闪性能好、比强度高、无零值、运行维护方便等优点，近十几年来在电力系统外绝缘领域得到了广泛的应用。其基本结构为玻璃钢芯棒套装有机材料伞套的复合结构，两端由金属金具分别与输电线路的杆塔和导线相连。复合绝缘子的基本结构剖面示意图见图1。其中11为玻璃钢芯棒，12为有机材料伞套，13为金属金具，图中所示为国际通用的球头金具，14为芯棒和金具的连接部分即端部联接。端部联接的机械性能是决定整个复合绝缘子机械性能优劣的主要因素。国内外复合绝缘子目前所采用端部联接的接头结构可分为图2所示意的三种。其中图2a为压接式，图2b为内楔式，图2c为外楔式，内楔式和外楔式的金具均以球头联接为例。在压接式接头中，芯棒11和金具13靠压接力直接压接在一起，使金具产生塑性变形，依靠芯棒的弹性变形承受载荷；在内楔式接头中，内楔15打入带有预加工锯缝的芯棒11的端部，撑开的芯棒卡在金具锥腔14中共同承受载荷，金具锥腔与球头金具13之间通过螺纹连接；在外楔式接头中，芯棒11和金具锥腔14之间打入外楔16，通过芯棒和外楔之间的摩擦力以及外楔和金具锥腔之间的正压力承受载荷，金具锥腔与球头金具13之间通过螺纹连接。内楔式和外楔式可统称为楔接式，和楔接式接头相比，压接式接头生产自动化程度较高，外形美观，尺寸较小，为电力部门的用户所欢迎，目前国内不少厂家开始了压接式复合绝缘子的研究与试制。

压接式接头结构属于非自锁性结构，必须完全靠予压力产生金具塑性变形和芯棒弹性变形来防止芯棒在试验及运行中可能出现的任何滑移。因此必须保证在不压坏芯棒的前提下对芯棒有最大的压缩力，而且芯棒与金具之间压缩力的局部过应力要小。同时由于芯棒与金具的热膨胀系数有较大差异，两者之间的应力状态会因环境温度的变化而不同，因此必须在压接过程中考虑诸多因素，例如施加以强度适中、分布均匀的压接力，必要时还需对端部联接分若干级进行压接等等。这就对芯棒与金具压接过程中的监测以及压接力对芯棒损伤程度的探测等都有较高的要求。目前国内厂家均未很好地解决在生产中对压接过程进行有效监测的问题。

本实用新型的目的是为解决在复合绝缘子生产中对端部联接压接过程进行有效监测的问题，设计出一种监控复合绝缘子端部联接压接过程的声发射检测装置，运用声发射无损检测技术，对压接过程中由压接引起的声发射信号进行采集、特征提取和波形分析，鉴别异常信号，提供控制信号，对异常情况进行报警，从而实现对压接过程的监控，保证压接式产品的质量，提高压接工艺的自动化程度和效率。

本实用新型提出的一种监控复合绝缘子端部联接压接过程的声发射检测装置，其特征在于，包括固定并耦合于压接机构的压头、金具或芯棒上的一个或一个以上的声发射信号采集探头，以及对探头所采集到的信号进行分析的声发射信号后处理与分析单元。该声发射信号后处理与分析单元可由前置放大器、计算机、安装在计算机上的一个或一个以上的声发射信号采集处理卡和声信号分析软件构成；此外还可包括对声发射后处理与分析单元所得结果进行进一步处理的输出与控制单元，该输出与控制单元可由前述的计算机及相应控制软件和反馈控制回路组成。

本实用新型的工作原理结合图3简述如下：进行复合绝缘子端部联接压接时，压头21、金具22和芯棒23在巨大的压接力下紧密接触在一起，三者的接触面对声发射信号的传播构成良好的耦合接触面，因此可将声发射信号采集探头24固定并耦合于压头或金具上。如果压接金具时芯棒无伞套，还可以将声发射信号采集探头直接固定并耦合于芯棒上。声发射信号采集探头及其它相关仪器设备的安装位置需注意避免引入外界的干扰，同时保证良好的界面耦合，使声发射信号的衰减和畸变程度控制在可接受的范围以内，这样可以将在压接过程中由于压接引起的声发射信号采集放大并传输到声发射后处理与分析单元25。

声发射信号采集探头采集到的声发射信号通过声发射后处理与分析单元进行特征提取、波形记录及其它分析。该单元由前置放大器、计算机、安装在计算机上的一个或一个以上的声发射采集处理卡和声发射分析软件构成。每一个声发射采集处理卡可实现单通道或多通道信号采集，声发射特征参数采集处理和瞬态波形记录同步进行；声发射信号分析软件可同时控制声发射信号的采集并进行分析处理，得到初步的用于压接过程监测的分析结果，同时将其提供至输出与控制单元26。

输出与控制单元由计算机(可与声发射采集与分析单元的计算机共用一台)、专家系统和反馈控制回路组成。专家系统可对声发射采集与分析所需的参数进行设定，并提供不同的分析方法，通过辅助软件对压接过程中关键参数及状态进行显示与输出，同时可生成对压接过程及压接质量进行控制的信号；该控制信号经反馈控制回路反馈至压接机构，可对其操作进行控制。这样通过使用声发射无损检测技术对压接式产品的制造过程进行监控，大大提高生产过程的自动化程度和可靠性。

本实用新型的主要特点是将声发射无损检测技术用于复合绝缘子端部联接压接过程的监测，是声发射这一在其它领域已经得到广泛应用的无损检测技术在外绝缘产品制造上的全新应用。同时还运用了已有的自动控制技术、数字信号处理技术以及相关的基于人工智能基础上的专家系统技术。在研制及生产过程中使得对压接程度的控制有一个明确、直观的控制指标，从而使生产成本降低，生产质量和效率得到大幅度的提高。因此本实用新型具有很高的实用价值。

附图简要说明：

图1为复合绝缘子基本结构剖面示意图。

图2为复合绝缘子几种端部联接的结构示意图。

图3为本实用新型的压接监控声发射无损检测装置实施例示意图。

下面结合图3，详细介绍本实用新型的实施例。

本实施例为在复合绝缘子端部联接压接过程的研究中采用本声发射无损检测装置进行监控，被测试品为未加伞套的直径φ24mm的芯棒23，三个声发射信号采集探头24分别固定并耦合于压接机构的压头21、金具22和芯棒23上，该探头采用市售的位移量型谐振探头，谐振频率范围为100kHz～400kHz，具体数值依实验条件而定。前置放大器、声发射采集与处理卡及声发射信号分析与处理软件25为市售产品。其中前置放大器为20/40/60dB可变增益宽带放大器，声发射采集与处理卡的最大采样频率可达10MHz，其分析处理软件可同时进行信号采集、特征提取以及波形记录。上述组件安装在自组装的计算机中。同时还包括安装在接口与报警控制箱内的专家系统和反馈控制回路26。

本实施例工作过程如下：

在实施端部联结的压接之前，将声发射信号采集探头的耦合面涂抹上耦合剂，如真空硅脂等，粘贴并固定于被压接芯棒的预留耦合面上，使得探头耦合面与被测芯棒耦合面紧密接触没有气隙，以利于声发射信号的传播。确保耦合良好后开始进行压接。通过调节压接力的大小，对压接过程中由于压接产生的声发射信号进行采集。探头采集到的信号经电缆输入前置放大器，前置放大器放大倍数设定为20dB，在其它条件下，放大倍数的具体数值可按采集要求而定。频率响应需与声探头的频带相配合。前置放大器输出的信号通过电缆传输至声发射采集处理卡，声发射采集处理卡和有关声发射分析软件对采集到的声发射信号进行分析、处理和显示。所得到的初步分析结果输入到接口与报警控制箱。本实施例预先根据不同压接试品材料、不同压接状态以及不同压接方式的压接过程监测结果，建立了判据数据库，在此基础上编制的专家系统可对上述结果进行进一步分析。由此得到在不同压接力大小下，及不同的压接状态下(压力不够、压力适中、压力过大)声发射信号在时域和频域中具有不同特征信号的实验结果，在此基础上确定压接过程监控的报警阈值，当信号超出阈值水平时进行报警；同时还可生成对压接机构进行控制的信号，将控制信号输入继电器的控制端，用继电器控制压接机构的基本按钮动作，包括压头启动、暂停、恢复以及切断电源等，实现控制压接机构的操作。

Claims (3)

1.一种监控复合绝缘子端部联接压接过程的声发射检测装置，其特征在于，包括固定并耦合于压接机构的压头、金具或芯棒上的一个或一个以上的声发射信号采集探头，以及对探头所采集到的信号进行分析的声发射信号后处理与分析单元。

2.如权利要求1所述的一种监控复合绝缘子端部联接压接过程的声发射检测装置，其特征在于，所说的声发射信号后处理与分析单元由前置放大器、计算机、安装在计算机上的一个或一个以上的声发射信号采集处理卡和声信号分析软件构成。

3.如权利要求1所述的一种监控复合绝缘子端部联接压接过程的声发射检测装置，其特征在于，还包括对声发射后处理与分析单元所得结果进行进一步处理的输出与控制单元，该输出与控制单元由所说的计算机及相应控制软件和反馈控制回路组成。

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