基于壓電換能器側(cè)面加載f模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法
【專利摘要】基于壓電換能器側(cè)面加載F模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法，屬于電力設(shè)施無損檢測領(lǐng)域，本發(fā)明利用壓電晶片和楔塊組裝成斜探頭固定在拉線桿側(cè)面，激發(fā)出F(1,1)模態(tài)導(dǎo)波對電力鐵塔拉線桿缺陷進(jìn)行檢測，其方法步驟為：步驟一：確定F(1,1)模態(tài)的激勵(lì)頻率；步驟二：選擇激發(fā)出F(1,1)模態(tài)的楔塊角度；步驟三：斜探頭固定在拉線桿側(cè)面；步驟四：利用計(jì)算機(jī)、任意波形發(fā)生器、斜探頭搭建檢測裝置；步驟五：調(diào)節(jié)檢測參數(shù)，根據(jù)缺陷反射回波時(shí)間和F(1,1)模態(tài)的群速度可實(shí)現(xiàn)對缺陷進(jìn)行定位。本發(fā)明的技術(shù)效果是：利用F(1,1)模態(tài)導(dǎo)波能夠快速有效地探測出電力鐵塔拉線桿中的缺陷，并對缺陷進(jìn)行定位。
【專利說明】基于壓電換能器側(cè)面加載F模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無損檢測領(lǐng)域中超聲導(dǎo)波檢測方法，具體涉及一種基于壓電換能器側(cè)面加載F模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力鐵塔是架設(shè)高壓輸電線的關(guān)鍵設(shè)施，為使電力鐵塔穩(wěn)固可靠，需要采用拉線桿對其進(jìn)行加固。拉線桿實(shí)際是一種錨桿，其質(zhì)量狀況對電力鐵塔的加固作用影響很大，需要采用有效的無損檢測方法對其進(jìn)行監(jiān)測和評價(jià)。超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)具有一處激發(fā)，大面積和大范圍傳播的優(yōu)勢，因此適合于長距離快速檢測。
[0003]目前，國內(nèi)外有不少研究者利用L模態(tài)對桿狀構(gòu)件進(jìn)行超聲導(dǎo)波檢測，而利用F模態(tài)對桿狀構(gòu)件進(jìn)行檢測的研究還很少。北京工業(yè)大學(xué)利用壓電傳感器，在圓鋼棒的側(cè)面采用多個(gè)壓電晶片陣列加載，激發(fā)出L模態(tài)導(dǎo)波對圓鋼棒缺陷進(jìn)行檢測，雖然該方法能夠檢測出桿狀構(gòu)件缺陷，但需要采用多通道儀器同時(shí)對多個(gè)壓電晶片進(jìn)行控制，對檢測設(shè)備的要求較高。而本發(fā)明僅需要計(jì)算機(jī)、任意波形發(fā)生器、一個(gè)壓電換能器以及楔塊就能夠?qū)崿F(xiàn)利用F模態(tài)導(dǎo)波對電力鐵塔拉線桿缺陷進(jìn)行檢測，檢測成本低，而且能夠獲得豐富的缺陷信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種基于壓電換能器側(cè)面加載F模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法，可實(shí)現(xiàn)對電力鐵塔拉線桿缺陷進(jìn)行快速有效地檢測。
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，基于壓電換能器側(cè)面加載F模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法，其特征在于方法步驟如下:
步驟一:根據(jù)拉線桿的幾何尺寸及其材料參數(shù)計(jì)算出該構(gòu)件中超聲導(dǎo)波的相速度與群速度頻散曲線，在50?150kHz頻率范圍內(nèi)確定F(l，I)模態(tài)的激勵(lì)頻率；
步驟二:根據(jù)F(l，I)模態(tài)的相速度和楔塊中縱波傳播速度，選擇相應(yīng)角度的楔塊，該
楔塊角度根據(jù)5確定，C為楔塊中縱波速度，Cp為F(l，I)模態(tài)的相速度；
步驟三:將壓電晶片和楔塊組裝成斜探頭，為了使聲能最大限度地進(jìn)入拉線桿，壓電晶片和楔塊組裝時(shí)在其接觸面上涂一層耦合劑，把斜探頭固定在拉線桿側(cè)面；
步驟四:搭建檢測裝置，斜探頭連接任意波形發(fā)生器，任意波形發(fā)生器連接計(jì)算機(jī)；步驟五:調(diào)節(jié)檢測參數(shù)，檢測采用自發(fā)自收的方式，考慮到導(dǎo)波的頻散特性，任意波形發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的中心頻率應(yīng)與斜探頭頻率一致，且信號(hào)周期數(shù)調(diào)節(jié)為8?15，斜探頭在拉線桿中激發(fā)出F(l，I)模態(tài)的超聲導(dǎo)波，若沒有缺陷，則無任何缺陷反射回波存在，說明斜探頭至前一段距離10米)范圍內(nèi)拉線桿中無缺陷，檢測結(jié)束，此時(shí)可向前移動(dòng)斜探頭繼續(xù)對下一段拉線桿進(jìn)行檢測；若拉線桿中存在缺陷，則由探頭接收缺陷反射回波，并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來；通過缺陷反射回波到達(dá)探頭的時(shí)間，將該時(shí)間乘以F(l，I)模態(tài)的群速度后再除以2，即可確定缺陷與斜探頭之間的距離，從而對缺陷進(jìn)行定位。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)效果是:利用F(l，I)模態(tài)導(dǎo)波對電力鐵塔拉線桿進(jìn)行檢測，能夠快速有效地探測出拉線桿中是否存在缺陷，并對該缺陷進(jìn)行定位，從而對拉線桿進(jìn)行無損評估，確保電力鐵塔的穩(wěn)固性。
與目前的導(dǎo)波檢測方法相比，本發(fā)明僅需要計(jì)算機(jī)、任意波形發(fā)生器、一個(gè)壓電換能器以及楔塊就能夠?qū)崿F(xiàn)利用F模態(tài)導(dǎo)波對電力鐵塔拉線桿缺陷進(jìn)行檢測，檢測成本低，而且能夠獲得豐富的缺陷信息，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]圖2為本發(fā)明的相速度頻散曲線圖。
[0008]圖3為本發(fā)明的群速度頻散曲線圖。
[0009]圖4為本發(fā)明的距離斜探頭100mm處缺陷示意圖。
[0010]圖5為本發(fā)明的實(shí)施例中10kHz下拉線桿缺陷檢測結(jié)果。
[0011]在圖中:1、計(jì)算機(jī)，2、任意波形發(fā)生器，3、壓電換能器，4、楔塊，5、拉線桿，6、泥土，
7、電力鐵塔。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明是這樣來工作和實(shí)施的，基于壓電換能器側(cè)面加載F模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法，其特征在于方法步驟如下:
步驟一:根據(jù)拉線桿的幾何尺寸及其材料參數(shù)計(jì)算出該構(gòu)件中超聲導(dǎo)波的相速度與群速度頻散曲線，在50?150kHz頻率范圍內(nèi)確定F(l，I)模態(tài)的激勵(lì)頻率；
步驟二:根據(jù)F(l，I)模態(tài)的相速度和楔塊中縱波傳播速度，選擇相應(yīng)角度的楔塊，該楔塊角度根據(jù)確定，C為楔塊中縱波速度，Cp為F(l，I)模態(tài)的相速度；
步驟三:將壓電晶片和楔塊組裝成斜探頭，為了使聲能最大限度地進(jìn)入拉線桿，壓電晶片和楔塊組裝時(shí)在其接觸面上涂一層耦合劑，把斜探頭固定在拉線桿側(cè)面；
步驟四:搭建檢測裝置，斜探頭連接任意波形發(fā)生器，任意波形發(fā)生器連接計(jì)算機(jī)；步驟五:調(diào)節(jié)檢測參數(shù)，檢測采用自發(fā)自收的方式，考慮到導(dǎo)波的頻散特性，任意波形發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的中心頻率應(yīng)與斜探頭頻率一致，且信號(hào)周期數(shù)調(diào)節(jié)為8?15，斜探頭在拉線桿中激發(fā)出F(l，I)模態(tài)的超聲導(dǎo)波，若沒有缺陷，則無任何缺陷反射回波存在，說明斜探頭至前一段距離10米)范圍內(nèi)拉線桿中無缺陷，檢測結(jié)束，此時(shí)可向前移動(dòng)斜探頭繼續(xù)對下一段拉線桿進(jìn)行檢測；若拉線桿中存在缺陷，則由探頭接收缺陷反射回波，并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來；通過缺陷反射回波到達(dá)探頭的時(shí)間，將該時(shí)間乘以F(l，I)模態(tài)的群速度后再除以2，即可確定缺陷與斜探頭之間的距離，從而對缺陷進(jìn)行定位。
[0014]對一段長2000mm，直徑20mm的拉線桿進(jìn)行F (1，I)模態(tài)導(dǎo)波檢測實(shí)驗(yàn)，在距離拉線桿端部100m處有一個(gè)表面刻槽缺陷，刻槽深4mm，寬1.5mm，如圖4所示。[0015]計(jì)算得到該構(gòu)件中超聲導(dǎo)波的相速度和群速度頻散曲線，分別如圖2、3所示，該實(shí)驗(yàn)例選取10kHz頻率的壓電換能器，從步驟一計(jì)算出來的群速度頻散曲線可以看出，F(xiàn)(l, I)模態(tài)在10kHz頻率附近速度變化微弱，其群速度頻散曲線趨近平坦，幾乎沒有頻散，很適合選用該模態(tài)對拉線桿缺陷進(jìn)行檢測。
[0016]選擇相應(yīng)角度的楔塊，選用有機(jī)玻璃制成的楔塊，該材質(zhì)楔塊中縱波速度為2700m/s ； 10kHz頻率處F(l，I)模態(tài)的相速度為2700m/s，計(jì)算得到楔塊角度為90°。
[0017]將壓電晶片與楔塊組裝成斜探頭，為了使聲能最大限度地進(jìn)入拉線桿，壓電晶片和楔塊組裝時(shí)在其接觸面上涂一層耦合劑，然后把斜探頭固定在拉線桿一端的側(cè)面。
[0018]按照步驟四搭建檢測裝置，調(diào)節(jié)檢測參數(shù)，將任意波形發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的中心頻率設(shè)為100kHz，信號(hào)周期數(shù)設(shè)為10，斜探頭在拉線桿中產(chǎn)生F(l，I)模態(tài)的超聲導(dǎo)波，F(xiàn)(I1I)模態(tài)經(jīng)過缺陷時(shí)產(chǎn)生缺陷反射回波，如圖5所示，該反射回波的傳播時(shí)間為
0.616ms，從圖3得知10kHz頻率處F (1，I)模態(tài)的群速度為3334m/s，將此群速度乘以缺陷反射回波的傳播時(shí)間，再除以2即得到斜探頭至缺陷的距離為1026mm，相對誤差為2.6%，因此利用F(l，I)模態(tài)不僅可以檢測缺陷，還能夠精確定位缺陷位置。
[0019]以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了可以利用壓電晶片與楔塊組裝成斜探頭，置于拉線桿側(cè)面，激發(fā)出F(l，I)模態(tài)導(dǎo)波對電力鐵塔拉線桿缺陷進(jìn)行檢測。
【權(quán)利要求】
1.基于壓電換能器側(cè)面加載F模態(tài)導(dǎo)波檢測電力鐵塔拉線桿缺陷的方法，其特征在于方法步驟如下: 步驟一:根據(jù)拉線桿的幾何尺寸及其材料參數(shù)計(jì)算出該構(gòu)件中超聲導(dǎo)波的相速度與群速度頻散曲線，在50?150kHz頻率范圍內(nèi)確定F(l，I)模態(tài)的激勵(lì)頻率； 步驟二:根據(jù)F(l，I)模態(tài)的相速度和楔塊中縱波傳播速度，選擇相應(yīng)角度的楔塊；步驟三:將壓電晶片和楔塊組裝成斜探頭，楔塊與拉線桿接觸部位加工成弧面，把斜探頭固定在拉線桿側(cè)面； 步驟四:搭建檢測裝置，斜探頭連接任意波形發(fā)生器，任意波形發(fā)生器連接計(jì)算機(jī)；步驟五:調(diào)節(jié)檢測參數(shù)，檢測采用自發(fā)自收的方式，任意波形發(fā)生器所產(chǎn)生信號(hào)的中心頻率應(yīng)與斜探頭頻率一致，且信號(hào)周期數(shù)調(diào)節(jié)為8?15，斜探頭在拉線桿中激發(fā)出F(l，I)模態(tài)的超聲導(dǎo)波，若沒有缺陷，則無缺陷反射回波存在，若拉線桿中存在缺陷，則斜探頭接收缺陷反射回波，并在計(jì)算機(jī)上顯示出來；通過缺陷反射回波到達(dá)斜探頭的時(shí)間，將該時(shí)間乘以F(l，I)模態(tài)的群速度后再除以2，即可確定缺陷與斜探頭之間的距離，從而對缺陷進(jìn)行定位。
【文檔編號(hào)】G01N29/07GK104034806SQ201410218733
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】盧超, 戴翔, 陳果 申請人:南昌航空大學(xué)