本實用新型涉及超聲導(dǎo)波測量與輸電設(shè)備結(jié)構(gòu)健康檢測領(lǐng)域，尤其是一種基于磁致式扭轉(zhuǎn)波的高壓電纜鋁護套檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代社會中，凡有人群生活的地方，凡有生產(chǎn)、交通以及一切經(jīng)濟活動的場合，凡一切需要探索、開發(fā)的所有活動中，以及任何一項科技開發(fā)創(chuàng)新項目的研制活動中，都離不開電力和電磁波的應(yīng)用。而電及電磁波的發(fā)生、傳輸及應(yīng)用都必須采用電線電纜作為連接、傳輸?shù)牟考蜃鳛橹鳈C的繞組材料。高壓電纜的大量使用伴隨而來的便是大量電纜故障的發(fā)生，電纜故障不僅影響工業(yè)與居民用電以及電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，嚴重時可能引發(fā)火災(zāi)，造成環(huán)境污染及生命財產(chǎn)損失。由此可見，電纜結(jié)構(gòu)健康檢測至關(guān)重要。

常規(guī)的無損檢測技術(shù)包括漏磁檢測、渦流檢測、超聲檢測、機器視覺檢測、射線檢測等。然而這些技術(shù)方法在實際應(yīng)用中存在需剝離外護套、逐點檢測等局限性，導(dǎo)致其檢測程序多、效率低，檢測成本偏高。當前，研發(fā)一種簡單高效、低成本、能夠?qū)崿F(xiàn)對高壓電纜鋁護套檢測的無損檢測技術(shù)迫在眉睫。

超聲導(dǎo)波以其傳輸距離遠、全截面覆蓋、檢測靈敏度高、安裝方便、耦合效率高和實用性強等優(yōu)點使其廣泛應(yīng)用于管道、橋梁纜索、鋼軌等重要結(jié)構(gòu)的快速檢測中，是一種較為理想的電纜鋁護套檢測方法。然而目前我國對于高壓電纜鋁護套超聲導(dǎo)波無損檢測技術(shù)的研究較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型提供一種基于磁致式扭轉(zhuǎn)波的高壓電纜鋁護套檢測系統(tǒng)，以提高高壓電纜鋁護套缺陷檢測能力。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：一種基于磁致式扭轉(zhuǎn)波的高壓電纜鋁護套檢測系統(tǒng)，包括：

上位機、信號處理與控制模塊、功率放大模塊、換能器和前置放大模塊；所述的信號處理與控制模塊包括激勵信號發(fā)生單元、回波信號處理單元和信號時序控制單元；

所述的激勵信號發(fā)生單元與功率放大模塊相連，功率放大模塊與換能器相連，所述的上位機將工作參數(shù)傳輸給激勵信號發(fā)生單元，所述的激勵信號發(fā)生單元產(chǎn)生相應(yīng)頻率的激勵信號，該激勵信號經(jīng)過功率放大模塊功率放大且經(jīng)信號時序控制單元時序調(diào)整后傳送到換能器中；

所述的換能器與前置放大模塊相連，前置放大模塊與回波信號處理單元相連，回波信號處理單元與上位機相連，在導(dǎo)波激勵過程中，換能器同時開始接收導(dǎo)波信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號通過前置放大模塊和回波信號處理單元后上傳到上位機。

使用換能器接收回波信號后，通過上位機對于檢測信號進行特征識別，從而實現(xiàn)對于被檢對象結(jié)構(gòu)健康進行評估。

本實用新型的實施無需剝離電纜鋁護套，裝置簡單，安裝方便，檢測效率較高。

進一步地，所述的換能器采用磁致伸縮式換能器，該換能器中有兩路線圈，間隔為1/4導(dǎo)波波長，通過控制激勵信號的延時，實現(xiàn)導(dǎo)波的方向控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：檢測系統(tǒng)的實施無需剝離電纜外護套；安裝簡便，檢測效率較高；檢測精度較高，靈敏度最高可達1％橫截面損失，可靠靈敏度達3％。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，并與背景技術(shù)的技術(shù)方案進行對比，下面將對本實用新型實施例和背景技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的本實用新型實施例附圖僅僅是一部分實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示出了本實用新型檢測系統(tǒng)的構(gòu)成圖；

圖2示出了厚度2.8mm的鋁護套的導(dǎo)波相速度頻散曲線；

圖3示出了厚度2.8mm的鋁護套的導(dǎo)波群速度頻散曲線；

圖4示出了高壓電纜鋁護套簡化示意圖；

圖5示出了高壓電纜鋁護裂紋實驗示意圖；

圖6示出了高壓電纜鋁護套3％裂紋缺陷檢測信號。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的本實用新型實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

參見圖1，示出了基于磁致式扭轉(zhuǎn)波的高壓電纜鋁護套檢測系統(tǒng)構(gòu)成圖。

在本實施例中，高壓電纜鋁護套檢測系統(tǒng)包括上位機、導(dǎo)波激勵信號發(fā)生單元、回波信號處理單元、信號時序控制單元、功率放大模塊、換能器和前置放大模塊；所述的導(dǎo)波激勵信號發(fā)生單元、回波信號處理單元和信號時序控制單元組成信號處理與控制模塊。

所述的激勵信號發(fā)生單元與功率放大模塊相連，功率放大模塊與換能器相連，所述的上位機將工作參數(shù)傳輸給激勵信號發(fā)生單元，所述的激勵信號發(fā)生單元產(chǎn)生相應(yīng)頻率的激勵信號，該激勵信號經(jīng)過功率放大模塊功率放大且經(jīng)信號時序控制單元時序調(diào)整后傳送到換能器中；

所述的換能器與前置放大模塊相連，前置放大模塊與回波信號處理單元相連，回波信號處理單元與上位機相連，在信號激勵過程中，換能器將接收到的信號通過前置放大模塊和回波信號處理單元后上傳到上位機。

所述的換能器采用磁致伸縮式換能器，該換能器中有兩路線圈，間隔為1/4導(dǎo)波波長，通過控制激勵信號的延時，可實現(xiàn)導(dǎo)波的方向控制。

利用上述高壓電纜鋁護套檢測系統(tǒng)進行檢測的步驟如下：

步驟一：確定檢測模態(tài)、頻率及群速度，將鋁護套簡化，視為波紋管，根據(jù)其材料和厚度參數(shù)，按頻散方程繪制出對應(yīng)的頻散曲線。

步驟二：設(shè)置工作參數(shù)，對導(dǎo)波激勵信號發(fā)生單元發(fā)出的秒沖進行設(shè)置，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的導(dǎo)波激勵信號，該導(dǎo)波激勵信號通過功率放大模塊傳送到換能器。

步驟三：換能器中通入兩路經(jīng)過漢寧窗調(diào)制的5個周期的正弦電信號，該兩路正弦電信號的相位差為90°，使用換能器在靠近鋁護套端面激發(fā)扭轉(zhuǎn)波，扭轉(zhuǎn)波與鋁護套中的缺陷相互作用產(chǎn)生回波；在導(dǎo)波激勵過程中，換能器同時開始接收導(dǎo)波信號，每個換能器接收到兩路導(dǎo)波信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號，這兩路電信號經(jīng)過信號時序控制單元時序控制后疊加在一起作為該換能器的接收信號；通入兩路相位差為90°的電信號后，在鋁護套中激勵的兩路導(dǎo)波信號在傳播的正向相干疊加，反向相互抵消，從而起到方向控制的作用。

步驟四：換能器接收到的兩路回波信號在通過前置放大模塊、回波信號處理單元依次經(jīng)過放大、調(diào)理、濾波、A/D轉(zhuǎn)換步驟數(shù)字化，數(shù)字化的回波信號經(jīng)步驟二發(fā)送的導(dǎo)波激勵信號歸一化處理；再將歸一化后的回波信號傳輸至上位機。

在上位機中輸入工作參數(shù)，上位機通過USB將參數(shù)傳輸給導(dǎo)波激勵信號發(fā)生單元，導(dǎo)波激勵信號發(fā)生單元依據(jù)工作參數(shù)選擇信號規(guī)定的頻率，產(chǎn)生導(dǎo)波激勵信號。

進一步，參見圖2示出了厚度2.8mm的鋁護套的導(dǎo)波相速度頻散曲線，圖3示出了厚度2.8mm的鋁護套的導(dǎo)波群速度頻散曲線。

從圖中可以看出，在0-1000kHz范圍內(nèi)，0-2階縱波模態(tài)都存在較為明顯的頻散現(xiàn)象，300kHz以下L(0,2)頻散特性較小，L(0,1)在300kHz以上頻段具有較好的頻散特性，但是在激勵過程中，無論選擇那個頻率點，這兩種模態(tài)總是被同時激勵出來。T(0,1)模態(tài)不頻散，T(0,2)模態(tài)的截止頻率在600kHz左右，因此，在600kHz以下的頻率點激勵扭轉(zhuǎn)波可激勵出純凈的非頻散的T(0,1)扭轉(zhuǎn)模態(tài)。此外，超聲導(dǎo)波在傳播過程中，低頻導(dǎo)波衰減慢但是檢測靈敏度低，高頻導(dǎo)波衰減快但檢測靈敏度高。實際選擇檢測頻率點應(yīng)考慮激勵模態(tài)、衰減率、檢測靈敏度等多方面因素。故本實用新型采用T(0,1)模態(tài)。

進一步，參見圖4示出了高壓電纜鋁護套簡化示意圖。

在本實施例中，鋁護套厚度為2.8mm，波谷內(nèi)徑為125mm，波峰外徑為145mm，軋紋深度為7.2mm，軋紋節(jié)距為30mm。建立的三維模型材料定義為鋁，密度為2700kg/m³，楊氏模量為70GPa，泊松比為0.28，模型軸向長度為1.5m。

進一步，參見圖5示出了高壓電纜鋁護套裂紋實驗示意圖。

在本實施例中，對于被檢測的鋁護套，換能器安裝在鋁護套的一端。試驗中在鋁護套上激勵單一模態(tài)，根據(jù)頻散曲線結(jié)論，選擇導(dǎo)波激勵頻率為32kHz，激勵模態(tài)為T(0,1)，周期數(shù)為1，增益為1dB。設(shè)定波速為2600m/s，檢測方式為脈沖回波。在距離換能器1.1m處人工設(shè)置裂紋缺陷，缺陷所占的截面百分比為3％。

進一步，參見圖6示出了高壓電纜鋁護套3％裂紋缺陷檢測信號。

在本實施例中，對于截面損失3％的缺陷，可以清楚地觀察到缺陷回波和端面回波，檢測信號信噪比高。

本實用新型的實施無需剝離電纜外護套，安裝便捷；本實用新型僅激勵一次即可完成對導(dǎo)波覆蓋區(qū)域的完整檢測，快速高效；本實用新型裝置檢測精度較高，靈敏度最高可達1％橫截面損失，可靠靈敏度達3％；符合實際檢測工作需求。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。