環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法，首先，檢測(cè)在待測(cè)絕緣材料中的超聲波速度；然后對(duì)待測(cè)絕緣件發(fā)射超聲波脈沖，并且檢測(cè)反射波，將反射波轉(zhuǎn)換為時(shí)間?電壓信號(hào)，找到波形的突變點(diǎn)，并且突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，波形突變點(diǎn)即對(duì)應(yīng)著絕緣材料內(nèi)部的氣孔缺陷，根據(jù)突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間和上一步驟獲得的超聲波速度計(jì)算氣孔缺陷的位置和尺寸。使用本發(fā)明的方法進(jìn)行檢測(cè)，使得在環(huán)氧絕緣件這種超聲衰減系數(shù)很大的材料中應(yīng)用超聲檢測(cè)成為可能。而且，搭建一個(gè)實(shí)施該方法的檢測(cè)系統(tǒng)，需要的器件成本較低，也沒(méi)有射線檢測(cè)方法的輻射危害。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備用環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)氧澆注絕緣件是高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵零部件之一，起到絕緣、支撐、分割氣室等重要作用，其性能將直接決定高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的絕緣性能及運(yùn)行可靠性。對(duì)于環(huán)氧澆注絕緣件質(zhì)量檢測(cè)，目前常用的手段是X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)。該方法雖然具有效率高、速度快、長(zhǎng)期使用成本低、便于圖像處理及容易存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，但射線對(duì)人體有輻射危害，需要在專(zhuān)用的防護(hù)房?jī)?nèi)進(jìn)行檢測(cè)，不利于現(xiàn)場(chǎng)、在線條件下開(kāi)展。同時(shí)，X射線實(shí)時(shí)成像設(shè)備的一次性投入較大，對(duì)于絕緣件的特定部位如金屬嵌件與澆注樹(shù)脂界面處的氣孔缺陷，由于透照方向的限制存在檢測(cè)盲區(qū)。因此，尋找一種對(duì)人體無(wú)害、操作靈活、檢測(cè)靈敏度高的無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)于進(jìn)一步提升環(huán)氧澆注絕緣件的質(zhì)量具有重要意義。
[0003]對(duì)于絕緣產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)，目前比較常見(jiàn)的手段是射線檢測(cè)技術(shù)。從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，超聲檢測(cè)作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一種方式，獲得了快速發(fā)展。然而，這種檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要集中于金屬和混凝土材料，因?yàn)檫@兩種材料具有很好的聲傳播特性。與常規(guī)金屬材料相比，環(huán)氧澆注絕緣件的超聲衰減系數(shù)較大，給缺陷信號(hào)的提取造成很大困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備用環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波檢測(cè)方法，以替代X射線檢測(cè)，從而避免X射線檢測(cè)的對(duì)人體危害大、操作不便等問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
[0006]環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法，步驟如下:
[0007]首先，檢測(cè)在待測(cè)絕緣材料中的超聲波速度；
[0008]然后，在然后對(duì)待測(cè)絕緣件發(fā)射超聲波脈沖，并且檢測(cè)反射波，將反射波轉(zhuǎn)換為時(shí)間-電壓信號(hào)，找到波形的突變點(diǎn)，并且突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，波形突變點(diǎn)即對(duì)應(yīng)著氣孔缺陷，根據(jù)突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間和上一步驟獲得的超聲波速度計(jì)算氣孔缺陷的位置和尺寸。
[0009]對(duì)待測(cè)絕緣件表面進(jìn)行掃描，對(duì)于有一個(gè)氣孔缺陷的位置，其波形的第一個(gè)突變點(diǎn)即表示氣孔缺陷上表面，第二個(gè)突變點(diǎn)表示氣孔缺陷下表面，通過(guò)第一個(gè)時(shí)間確定氣孔缺陷的上表面位置，通過(guò)第二個(gè)時(shí)間確定氣孔缺陷的下表面位置，通過(guò)時(shí)間差確定氣孔缺陷尺寸。
[0010]檢測(cè)在待測(cè)絕緣材料中的超聲波速度時(shí)，選擇與待測(cè)絕緣件相同材料的絕緣件進(jìn)行檢測(cè)，或者選擇待測(cè)絕緣件的無(wú)缺陷位置進(jìn)行檢測(cè)。
[0011 ]對(duì)于一般用于金屬和混凝土材料的超聲檢測(cè)，主要是依靠超聲波衰減系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，本發(fā)明將其應(yīng)用于環(huán)氧澆注絕緣件的缺陷檢測(cè)。由于環(huán)氧澆注絕緣材料的超聲衰減系數(shù)大，無(wú)法直接應(yīng)用一般用于金屬和混凝土材料的超聲波檢測(cè)方法，因此本發(fā)明提出了一種超聲波時(shí)域檢測(cè)方法，首先檢測(cè)超聲波在待測(cè)絕緣件介質(zhì)中的傳播速度，然后對(duì)待測(cè)絕緣件發(fā)射脈沖超聲波，并且檢測(cè)反射波，將反射波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，找到波形的突變點(diǎn)，記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間即可檢測(cè)出氣孔缺陷;例如，第一個(gè)突變點(diǎn)即表示氣孔缺陷的上表面，第二個(gè)突變點(diǎn)表示氣孔缺陷的下表面，記錄突變點(diǎn)的時(shí)間，結(jié)合超聲波傳播速度計(jì)算出氣孔缺陷的位置和尺寸。
[0012]使用本發(fā)明的方法進(jìn)行檢測(cè)，使得在環(huán)氧絕緣件這種超聲衰減系統(tǒng)很大的材料中應(yīng)用超聲檢測(cè)成為可能。而且，搭建一個(gè)實(shí)施該方法的檢測(cè)系統(tǒng)，需要的器件成本較低，也沒(méi)有射線檢測(cè)方法的輻射危害。
[0013]實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明的一種基于超聲波時(shí)域波形分析的環(huán)氧澆注絕緣件氣孔損傷定位、定量測(cè)量技術(shù)，對(duì)于埋藏深度在30mm范圍內(nèi)直徑從5.0mm到2.0mm的氣孔損傷能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位、定量檢測(cè)，對(duì)于埋藏深度在30mm-60mm范圍內(nèi)直徑從5.0mm到4.0mm的氣孔損傷能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位、定量檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的一種檢測(cè)系統(tǒng)；
[0015]圖2是本發(fā)明的另一種檢測(cè)系統(tǒng)；
[0016]圖3是檢測(cè)流程圖；
[0017]圖4是超聲波速度檢測(cè)原理圖；
[00? 8]圖5是30mm深度5.0mm直徑氣孔缺陷檢測(cè)結(jié)果；
[0019]圖6是30mm深度2.0mm直徑氣孔缺陷上下表面反射信號(hào)測(cè)試結(jié)果；
[0020]圖7是60mm深度5.0mm直徑氣孔缺陷檢測(cè)結(jié)果；
[0021]圖8是60_深度4.0mm直徑氣孔缺陷上下表面反射信號(hào)測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0023]如圖1所示為超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的一種實(shí)施例，包括超聲波發(fā)射器、超聲波接收器、探頭、示波器和后臺(tái)計(jì)算機(jī)。超聲波發(fā)射器通過(guò)探頭向待測(cè)絕緣件發(fā)出超聲波、超聲波接收器接收反射波，通過(guò)示波器轉(zhuǎn)換為時(shí)間-電壓波形，通過(guò)后臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和計(jì)算。探頭與待測(cè)絕緣件之間涂有耦合劑。
[0024]如圖2為超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的另一種實(shí)施例，包括超聲波探傷儀、接頭、探頭、示波器和后臺(tái)計(jì)算機(jī)。超聲波探傷儀通過(guò)導(dǎo)線連接接頭，接頭連接探頭，同時(shí)接頭還連接示波器，示波器連接后臺(tái)計(jì)算機(jī)。探頭與待測(cè)絕緣件之間涂有耦合劑，探頭即發(fā)射超聲波也接收反射波。這種方式之間采用市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的超聲波探傷儀，實(shí)現(xiàn)更為方便，也較為便攜。另外，還可以通過(guò)U盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備將示波器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到后臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析。
[0025]需要說(shuō)明的是，以上兩種超聲波檢測(cè)系統(tǒng)均為現(xiàn)有技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)中用于金屬探傷的檢測(cè)系統(tǒng)是相同的。也就是說(shuō)，本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)還可以采用現(xiàn)有技術(shù)中用于金屬探傷的其他形式的檢測(cè)系統(tǒng)。
[0026]下面對(duì)本發(fā)明的檢測(cè)方法進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明的檢測(cè)方法的特點(diǎn)，主要是不依賴(lài)超聲波衰減，適合環(huán)氧絕緣材料。
[0028]具體的，環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法，步驟如下:
[0029]首先，檢測(cè)在待測(cè)絕緣材料中的超聲波速度。可以選擇與待測(cè)絕緣件相同材料的絕緣件進(jìn)行檢測(cè)，也可以選擇待測(cè)絕緣件的無(wú)缺陷位置進(jìn)行檢測(cè)，以獲得在待測(cè)絕緣材料中的超聲波速度。
[0030]然后，在然后對(duì)待測(cè)絕緣件發(fā)出脈沖超聲波，并且檢測(cè)反射波，將反射波轉(zhuǎn)換為時(shí)間-電壓信號(hào)，找到波形的突變點(diǎn)，并且突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，波形突變點(diǎn)即對(duì)應(yīng)著氣孔缺陷，根據(jù)突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間和上一步驟獲得的超聲波速度計(jì)算氣孔缺陷的位置和尺寸。
[0031 ]所謂波形的突變點(diǎn)，即電壓發(fā)生突變的點(diǎn)，波形突變點(diǎn)即對(duì)應(yīng)著氣孔位置。對(duì)待測(cè)絕緣件表面進(jìn)行掃描，對(duì)于有一個(gè)氣孔缺陷的位置，其波形的第一個(gè)突變點(diǎn)即表示氣孔缺陷上表面，第二個(gè)突變點(diǎn)表示氣孔缺陷下表面，通過(guò)第一個(gè)時(shí)間確定氣孔缺陷的上表面位置，通過(guò)第二個(gè)時(shí)間確定氣孔缺陷的下表面位置，通過(guò)時(shí)間差確定氣孔缺陷上下表面間距離，即氣孔缺陷的尺寸。
[0032]為了對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行驗(yàn)證，本發(fā)明搭建了檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)由便攜式超聲波探傷儀、數(shù)據(jù)連接線、三通連接器、超聲波探頭、耦合劑、環(huán)氧澆注絕緣件試塊、數(shù)字示波器、USB閃存盤(pán)、計(jì)算機(jī)組成。本專(zhuān)利中便攜式超聲波探傷儀選用的是美國(guó)GE公司生產(chǎn)的USMGo超聲波探傷儀，超聲波探頭的型號(hào)為2.5Z10N，環(huán)氧澆注絕緣件試塊為自制含氣孔缺陷標(biāo)準(zhǔn)試塊。第一和第二級(jí)臺(tái)階的高度分別為30mm和60mm，在臺(tái)階的上表面分別澆注有直徑5.0mm、4.0mm、3.0mm、2.0mm、l.0mm、0.5mm 6個(gè)氣孔，氣孔的深度分別與各自的直徑相等。數(shù)字示波器是美國(guó)泰克公司生產(chǎn)的TDS2012C數(shù)字示波器。利用數(shù)據(jù)連接線將便攜式超聲波探傷儀和三通連接器3之間實(shí)現(xiàn)電氣連接，三通連接器的一端通過(guò)數(shù)據(jù)連接線與超聲波探頭之間實(shí)現(xiàn)電氣連接，三通連接器的另一端通過(guò)數(shù)據(jù)連接線與數(shù)字示波器之間實(shí)現(xiàn)電氣連接，將耦合劑涂抹到環(huán)氧澆注絕緣件試塊的待檢測(cè)部位，利用超聲波探頭對(duì)環(huán)氧澆注絕緣件試塊上涂抹耦合劑的部位進(jìn)行氣孔損傷檢測(cè)。采用脈沖反射式檢測(cè)方式進(jìn)行氣孔缺陷檢測(cè)，超聲波探頭的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)通過(guò)三通連接器傳送到數(shù)字示波器進(jìn)行波形記錄。利用USB閃存盤(pán)將數(shù)字示波器記錄到的波形信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行信號(hào)分析。
[0033]首先進(jìn)行環(huán)氧澆注絕緣件超聲波聲速測(cè)量:利用USMGo超聲波探傷儀的高電壓、高能量激發(fā)方式對(duì)超聲波探頭進(jìn)行激勵(lì)。在環(huán)氧澆注絕緣件試塊的30mm厚度無(wú)氣孔缺陷位置處，用數(shù)字示波器分別記錄下始發(fā)脈沖和試塊下底面超聲波反射信號(hào)，經(jīng)USB閃存盤(pán)將波形數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖4所示。之后，在圖4中測(cè)量出始發(fā)脈沖和試塊下底面超聲波反射信號(hào)之間的時(shí)間間隔為19.36us，據(jù)此計(jì)算出絕緣件內(nèi)部的聲速為(30 X 2X10-3)m/(19.36X10-6)s = 3099m/so
[0034]然后進(jìn)行氣孔缺陷定位、定量檢測(cè):對(duì)環(huán)氧澆注絕緣件試塊上不同埋藏深度、不同直徑的氣孔缺陷進(jìn)行檢測(cè)。利用USM Go超聲波探傷儀的高電壓、高能量激發(fā)方式對(duì)超聲波探頭進(jìn)行激勵(lì)。將耦合劑涂抹到環(huán)氧澆注絕緣件試塊6的待檢測(cè)部位。利用超聲波探頭在環(huán)氧澆注絕緣件試塊的30mm厚度和60mm厚度不同直徑氣孔缺陷位置處進(jìn)行掃查，用數(shù)字示波器分別記錄下始發(fā)脈沖、氣孔缺陷上表面超聲波反射信號(hào)(第一個(gè)突變點(diǎn))和氣孔缺陷下底面超聲波反射信號(hào)(第二個(gè)突變點(diǎn))，經(jīng)USB閃存盤(pán)將波形數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上進(jìn)行分析。分別測(cè)量出氣孔缺陷上表面和下底面超聲波反射信號(hào)與始發(fā)脈沖之間的時(shí)間間隔，在環(huán)氧澆注絕緣件內(nèi)部聲速已經(jīng)由上一步驟計(jì)算得出的情況下，可以計(jì)算出氣孔缺陷上表面和下底面的出現(xiàn)位置。氣孔缺陷上表面的出現(xiàn)位置即為氣孔缺陷的埋藏深度，下底面的出現(xiàn)位置和上表面出現(xiàn)位置的差值即為氣孔缺陷的直徑尺寸。
[0035]圖5所示為30mm深度處5.0mm直徑氣孔缺陷檢測(cè)結(jié)果，5.0mm直徑氣孔上表面和下表面反射波與始發(fā)脈沖之間的時(shí)間間隔分別為16.16us和19.36us，計(jì)算出氣孔缺陷上表面對(duì)應(yīng)位置為(16.16 X 10—6s X3099m/s)/2 = 25.04mm，氣孔缺陷下表面對(duì)應(yīng)位置為(19.36 XICT6S X 3099m/s)/2 = 30mm，據(jù)此計(jì)算出氣孔尺寸為4.96mm。氣孔缺陷定位誤差為0.16%，氣孔缺陷尺寸測(cè)量誤差為0.8%。
[0036]圖6所示為30mm深度處2.0mm直徑氣孔缺陷上表面和下表面反射波的放大顯示結(jié)果，其中上表面和下表面反射波與始發(fā)脈沖之間的時(shí)間間隔分別為18.09us和19.32us，計(jì)算出氣孔缺陷上表面對(duì)應(yīng)位置為(18.09 X 10—6s X 3099m/s)/2 = 28.03mm，氣孔缺陷下表面對(duì)應(yīng)位置為(19.32\10—68\3099111/8)/2 = 29.94臟，據(jù)此計(jì)算出氣孔尺寸為1.91臟。氣孔缺陷定位誤差為0.11%，氣孔缺陷尺寸測(cè)量誤差為4.5%。
[0037]圖7所示為60mm深度處5.0mm直徑氣孔缺陷檢測(cè)結(jié)果，5.0mm直徑氣孔上表面和下表面反射波與始發(fā)脈沖之間的時(shí)間間隔分別為35.60us和38.92us，計(jì)算出氣孔缺陷上表面對(duì)應(yīng)位置為(35.60 X 10—6s X3099m/s)/2 = 55.16mm,氣孔缺陷下表面對(duì)應(yīng)位置為(38.92 X10-6s X 3099m/s)/2 = 60.31mm，據(jù)此計(jì)算出氣孔尺寸為5.15mm。氣孔缺陷定位誤差為
0.29%,氣孔缺陷尺寸測(cè)量誤差為3.0 %。
[0038]圖8所示為60mm深度處4.0mm直徑氣孔缺陷上表面和下表面反射波的放大顯示結(jié)果，其中上表面和下表面反射波與始發(fā)脈沖之間的時(shí)間間隔分別為35.84us和38.60us，計(jì)算出氣孔缺陷上表面對(duì)應(yīng)位置為(35.84X10—6sX3099m/s)/2 = 55.53mm，氣孔缺陷下表面對(duì)應(yīng)位置為(38.60 X I O—6sX 3099m/s )/2 = 59.81mm，據(jù)此計(jì)算出氣孔尺寸為4.28mm。氣孔缺陷定位誤差為0.84%,氣孔缺陷尺寸測(cè)量誤差為7.0 %。
[0039]綜上所述，采用本專(zhuān)利給出的檢測(cè)方法可以對(duì)埋藏深度在3Omm范圍內(nèi)直徑從5.0mm到2.0mm的氣孔缺陷和埋藏深度在30mm-60mm范圍內(nèi)直徑從5.0mm到4.0mm的氣孔缺陷能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位、定量檢測(cè)。氣孔缺陷的定位誤差小于I %，尺寸測(cè)量誤差不超過(guò)7.0%。
[0040]以上給出了本發(fā)明涉及的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對(duì)上述實(shí)施例中的技術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實(shí)現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法，其特征在于，步驟如下: 首先，檢測(cè)在待測(cè)絕緣材料中的超聲波速度； 然后，在然后對(duì)待測(cè)絕緣件發(fā)射超聲波脈沖，并且檢測(cè)反射波，將反射波轉(zhuǎn)換為時(shí)間-電壓信號(hào)，找到波形的突變點(diǎn)，并且突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，波形突變點(diǎn)即對(duì)應(yīng)著絕緣材料內(nèi)部的氣孔缺陷，根據(jù)突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間和上一步驟獲得的超聲波速度計(jì)算氣孔缺陷的位置和尺寸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)待測(cè)絕緣件表面進(jìn)行掃描，對(duì)于有一個(gè)氣孔缺陷的位置，其波形的第一個(gè)突變點(diǎn)即表示氣孔缺陷上表面，第二個(gè)突變點(diǎn)表示氣孔缺陷下表面，通過(guò)第一個(gè)時(shí)間確定氣孔缺陷的上表面位置，通過(guò)第二個(gè)時(shí)間確定氣孔缺陷的下表面位置，通過(guò)時(shí)間差確定氣孔缺陷尺寸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)氧澆注絕緣件氣孔缺陷的超聲波時(shí)域檢測(cè)方法，其特征在于，檢測(cè)在待測(cè)絕緣材料中的超聲波速度時(shí)，選擇與待測(cè)絕緣件相同材料的絕緣件進(jìn)行檢測(cè)，或者選擇待測(cè)絕緣件的無(wú)缺陷位置進(jìn)行檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N29/07GK106053603SQ201610395454
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】李繼承, 田 浩, 林生軍, 袁端鵬, 郝留成, 侯亞峰, 劉恒
【申請(qǐng)人】平高集團(tuán)有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司