本發(fā)明涉及復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，特別是一種基于微波波段反射特性的復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

復(fù)合絕緣子的物理性能極大地影響著其掛網(wǎng)使用時(shí)的電氣性能。一旦其護(hù)套或芯棒產(chǎn)生裂痕、氣隙、貫穿等內(nèi)部或表皮缺陷，就極易導(dǎo)致電網(wǎng)線(xiàn)路出現(xiàn)泄漏電流增大甚至閃絡(luò)等情況。目前，常見(jiàn)的復(fù)合絕緣子缺陷檢測(cè)方法分為在線(xiàn)法和離線(xiàn)法。其中，在線(xiàn)法中的紅外檢測(cè)法與離線(xiàn)法中的連續(xù)波微波檢測(cè)法是現(xiàn)有技術(shù)中常用的兩種方法。

專(zhuān)利cn103760480b公開(kāi)了一種采用紅外測(cè)溫技術(shù)的復(fù)合絕緣子故障判斷方法。檢測(cè)時(shí)在距離電力桿塔30～80米的距離使用紅外熱像儀進(jìn)行拍照測(cè)溫，如果發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子導(dǎo)線(xiàn)側(cè)均壓環(huán)位置溫升大于2℃或?qū)Ь€(xiàn)側(cè)均壓環(huán)以外位置大于溫升大于1℃，則判定絕緣子發(fā)生故障。然而，在炎熱天氣下，紅外熱像儀成像的背景空間圖像噪點(diǎn)嚴(yán)重，紅外檢測(cè)無(wú)法對(duì)絕緣子溫升情況進(jìn)行正確判斷。同時(shí)紅外檢測(cè)只能對(duì)絕緣子的表面溫升數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，無(wú)法深入了解絕緣子內(nèi)部的發(fā)熱狀況。這種特性會(huì)使紅外檢測(cè)難以對(duì)絕緣子內(nèi)部的微小缺陷造成的弱溫升進(jìn)行識(shí)別，從而導(dǎo)致事故。

專(zhuān)利cn104568991a公開(kāi)了一種采用連續(xù)波微波檢測(cè)技術(shù)的復(fù)合絕緣子故障判斷方法。檢測(cè)時(shí)通過(guò)微波振蕩源向復(fù)合絕緣子發(fā)射幅值一定的固定頻率連續(xù)波，并通過(guò)測(cè)量發(fā)射波信號(hào)強(qiáng)度并判斷其是否處于正常范圍對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行缺陷檢測(cè)。連續(xù)波微波檢測(cè)方法是基于連續(xù)波信號(hào)源的微波檢測(cè)方法，其反射信號(hào)經(jīng)過(guò)整流后只保留了強(qiáng)度信息，無(wú)法讀取相位、波形畸變等其他信息。同時(shí)，由于連續(xù)波檢測(cè)是對(duì)穩(wěn)態(tài)反射信號(hào)進(jìn)行收集并分析，所以該方法無(wú)法對(duì)微波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間等暫態(tài)信息進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)。因?yàn)橐陨细鞣N特性，連續(xù)波微波檢測(cè)方法無(wú)法對(duì)缺陷類(lèi)型、夾層厚度等信息進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。此外，連續(xù)波信號(hào)分析沒(méi)有卷積及去噪等運(yùn)算過(guò)程，會(huì)因?yàn)闄z測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的各種微小因素產(chǎn)生巨大的誤判。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于微波波段反射特性的復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)的判斷復(fù)合絕緣子的缺陷情況，同時(shí)由于該脈沖式檢測(cè)方法基于反射波的峰值計(jì)算，所以受到檢測(cè)角度變化、外界電磁干擾等因素的影響較小。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于微波波段反射特性的復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，包括飛秒激光源、導(dǎo)波裝置、交換端口、錄波器和數(shù)據(jù)分析模塊；

所述飛秒激光源用于產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)；

所述導(dǎo)波裝置用于連接飛秒激光源與交換端口；

所述交換端口包括對(duì)微波波段信號(hào)具有雙向通透性的分波鏡面，從導(dǎo)波裝置傳遞過(guò)來(lái)的入射信號(hào)α經(jīng)過(guò)分波鏡面后，分解為透射信號(hào)α1和反射信號(hào)α2；透射信號(hào)α1入射復(fù)合絕緣子材料后，在其各個(gè)交界面上產(chǎn)生不同的反射回波波形，將所有反射回波總述為反射信號(hào)β；反射信號(hào)β經(jīng)過(guò)分波鏡面后分解為反射信號(hào)β1和透射信號(hào)β2；

所述錄波器用于捕捉反射信號(hào)β1并上傳至數(shù)據(jù)分析模塊；

所述數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)入射信號(hào)α及反射信號(hào)β1進(jìn)行時(shí)域分析，模擬計(jì)算出復(fù)合絕緣子在被測(cè)點(diǎn)的基本情況，從而進(jìn)行缺陷判定。

一種復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)方法，包括以下步驟：

飛秒激光源產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)；

導(dǎo)波裝置將檢測(cè)信號(hào)無(wú)損傳輸?shù)桨l(fā)射端；發(fā)射端是由定向耦合器及喇叭口微波天線(xiàn)構(gòu)成的進(jìn)行微波信號(hào)發(fā)射的端口；

從導(dǎo)波裝置傳遞過(guò)來(lái)的入射信號(hào)α經(jīng)過(guò)分波鏡面后，分解為透射信號(hào)α1和反射信號(hào)α2；透射信號(hào)α1入射復(fù)合絕緣子材料后，在其各個(gè)交界面上產(chǎn)生不同的反射回波波形，將所有反射回波總述為反射信號(hào)β；反射信號(hào)β經(jīng)過(guò)分波鏡面后分解為反射信號(hào)β1和透射信號(hào)β2；

錄波器捕捉反射信號(hào)β1并上傳至數(shù)據(jù)分析模塊；

數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)入射信號(hào)α及反射信號(hào)β1進(jìn)行時(shí)域分析，模擬計(jì)算出復(fù)合絕緣子在被測(cè)點(diǎn)的基本情況，從而進(jìn)行缺陷判定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：

(1)本發(fā)明采用新的復(fù)合絕緣子缺陷檢測(cè)方式，能有效檢測(cè)復(fù)合絕緣子內(nèi)部的缺陷；

(2)本發(fā)明為主動(dòng)激發(fā)式離線(xiàn)檢測(cè)手段，不依賴(lài)電網(wǎng)等外部條件，直接由飛秒激光源產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)并進(jìn)行檢測(cè)；

(3)本發(fā)明可集成度高，交換端口的結(jié)構(gòu)使其能夠?qū)l(fā)射探頭和接收探頭集成到一個(gè)小體積的交換端，并避免了因信號(hào)散射造成的檢測(cè)失敗；

(4)本發(fā)明基于暫態(tài)波峰識(shí)別的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠獲得反射信號(hào)的相位、頻譜等數(shù)據(jù)信息，有利于對(duì)復(fù)合絕緣子的真實(shí)狀況進(jìn)行分析。

附圖說(shuō)明

圖1為基于微波波段反射特性的復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖。

圖2為交換端口主要原理圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1，一種基于微波波段反射特性的復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，包括飛秒激光源、導(dǎo)波裝置、交換端口、錄波器和數(shù)據(jù)分析模塊；

所述飛秒激光源用于產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)；

所述導(dǎo)波裝置用于連接飛秒激光源與交換端口；

如圖2所示，所述交換端口包括對(duì)微波波段信號(hào)具有雙向通透性的分波鏡面，從導(dǎo)波裝置傳遞過(guò)來(lái)的入射信號(hào)α經(jīng)過(guò)分波鏡面后，分解為透射信號(hào)α1和反射信號(hào)α2；透射信號(hào)α1入射復(fù)合絕緣子材料后，在其各個(gè)交界面上產(chǎn)生不同的反射回波波形，將所有反射回波總述為反射信號(hào)β；反射信號(hào)β經(jīng)過(guò)分波鏡面后分解為反射信號(hào)β1和透射信號(hào)β2；

所述錄波器用于捕捉反射信號(hào)β1并上傳至數(shù)據(jù)分析模塊；

所述數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)入射信號(hào)α及反射信號(hào)β1進(jìn)行時(shí)域分析，模擬計(jì)算出復(fù)合絕緣子在被測(cè)點(diǎn)的基本情況，從而進(jìn)行缺陷判定。

進(jìn)一步的，透射信號(hào)α1和反射信號(hào)α2的波形完全相同，強(qiáng)度各占入射信號(hào)α能量的50％；反射信號(hào)β1和透射信號(hào)β2的波形完全相同，強(qiáng)度各占反射信號(hào)β能量的50％。

進(jìn)一步的，交換端口以硅玻璃材料為主要構(gòu)成元素，采用高阻硅透鏡，主要材料為hrfz-si。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)入射信號(hào)α及反射信號(hào)β1進(jìn)行時(shí)域分析，模擬計(jì)算出復(fù)合絕緣子在被測(cè)點(diǎn)的基本情況，從而進(jìn)行缺陷判定；其中時(shí)域分析過(guò)程為：

(1)對(duì)時(shí)域返回信號(hào)的直方序列進(jìn)行滑動(dòng)平均處理；

(2)對(duì)滑動(dòng)平均處理后的曲線(xiàn)進(jìn)行識(shí)別，找到極大值與極小值序列；

(3)使用臨界閾值法對(duì)極大值與極小值序列進(jìn)行判定，找到峰值序列；

缺陷判定的過(guò)程為：

基于峰值識(shí)別的交界面識(shí)別方法，根據(jù)回波延遲計(jì)算出復(fù)合絕緣子內(nèi)部各夾層的厚度，從而判定是否有缺陷；

(1)根據(jù)峰值序列的時(shí)域分布，結(jié)合微波傳輸速度進(jìn)行計(jì)算，得到所有反射界面位置；

(2)對(duì)計(jì)算得出的反射界面位置進(jìn)行信度檢測(cè)，篩除誤識(shí)別界面；

(3)將計(jì)算得出的界面位置與實(shí)際的理論界面位置進(jìn)行比對(duì)，多出的界面即為缺陷界面，相應(yīng)位置信息為缺陷深度。

本發(fā)明還提供一種基于上述檢測(cè)系統(tǒng)的復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)方法，包括以下步驟：

飛秒激光源產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)；

導(dǎo)波裝置將檢測(cè)信號(hào)無(wú)損傳輸?shù)桨l(fā)射端；發(fā)射端是由定向耦合器及喇叭口微波天線(xiàn)構(gòu)成的端口，用于微波信號(hào)發(fā)射；

從導(dǎo)波裝置傳遞過(guò)來(lái)的入射信號(hào)α經(jīng)過(guò)分波鏡面后，分解為透射信號(hào)α1和反射信號(hào)α2；透射信號(hào)α1入射復(fù)合絕緣子材料后，在其各個(gè)交界面上產(chǎn)生不同的反射回波波形，將所有反射回波總述為反射信號(hào)β；反射信號(hào)β經(jīng)過(guò)分波鏡面后分解為反射信號(hào)β1和透射信號(hào)β2；

錄波器捕捉反射信號(hào)β1并上傳至數(shù)據(jù)分析模塊；

數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)入射信號(hào)α及反射信號(hào)β1進(jìn)行時(shí)域分析，模擬計(jì)算出復(fù)合絕緣子在被測(cè)點(diǎn)的基本情況，從而進(jìn)行缺陷判定。

進(jìn)一步的，透射信號(hào)α1和反射信號(hào)α2的波形完全相同，強(qiáng)度各占入射信號(hào)α能量的50％；反射信號(hào)β1和透射信號(hào)β2的波形完全相同，強(qiáng)度各占反射信號(hào)β能量的50％。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)入射信號(hào)α及反射信號(hào)β1進(jìn)行時(shí)域分析，模擬計(jì)算出復(fù)合絕緣子在被測(cè)點(diǎn)的基本情況，從而進(jìn)行缺陷判定；其中時(shí)域分析過(guò)程為：

(1)對(duì)時(shí)域返回信號(hào)的直方序列進(jìn)行滑動(dòng)平均處理；

(2)對(duì)滑動(dòng)平均處理后的曲線(xiàn)進(jìn)行識(shí)別，找到極大值與極小值序列；

(3)使用臨界閾值法對(duì)極大值與極小值序列進(jìn)行判定，找到峰值序列；

缺陷判定的過(guò)程為：

基于峰值識(shí)別的交界面識(shí)別方法，根據(jù)回波延遲計(jì)算出復(fù)合絕緣子內(nèi)部各夾層的厚度，從而判定是否有缺陷；

(1)根據(jù)峰值序列的時(shí)域分布，結(jié)合微波傳輸速度進(jìn)行計(jì)算，得到所有反射界面位置；

(2)對(duì)計(jì)算得出的反射界面位置進(jìn)行信度檢測(cè)，篩除誤識(shí)別界面；

(3)將計(jì)算得出的界面位置與實(shí)際的理論界面位置進(jìn)行比對(duì)，多出的界面即為缺陷界面，相應(yīng)位置信息為缺陷深度。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

結(jié)合圖1、圖2，一種基于微波波段反射特性的復(fù)合絕緣子缺陷無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，包括飛秒激光源、導(dǎo)波裝置、交換端口、錄波器和數(shù)據(jù)分析模塊；

飛秒激光源為本檢測(cè)方法所需的檢測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生器，其產(chǎn)生的激光脈沖信號(hào)寬度為飛秒級(jí)別，具有良好的穿透特性和反射特性。

導(dǎo)波裝置為連接飛秒激光源與交換端口的物理結(jié)構(gòu)，旨在保證原始脈沖信號(hào)能夠無(wú)損傳輸?shù)桨l(fā)射端。

交換端口是以硅玻璃材料為主要構(gòu)成元素的對(duì)微波波段信號(hào)具有雙向通透性的鏡面為主體的部件。

從導(dǎo)波裝置傳遞過(guò)來(lái)的入射信號(hào)α經(jīng)過(guò)分波鏡面后，分解為透射信號(hào)α1和反射信號(hào)α2，兩者波形完全相同，強(qiáng)度各占原始信號(hào)α能量的50％。透射信號(hào)α1入射復(fù)合絕緣子材料后，會(huì)在其各個(gè)交界面上產(chǎn)生不同的反射回波波形，將所有反射回波總述為反射信號(hào)β。反射信號(hào)β經(jīng)過(guò)分波鏡面后分解為反射信號(hào)β1和透射信號(hào)β2，兩者波形完全相同，強(qiáng)度各占原始信號(hào)β能量的50％。該端口是信號(hào)傳遞過(guò)程中最重要也最具開(kāi)創(chuàng)性的環(huán)節(jié)。常見(jiàn)的微波發(fā)射和接收端口尺寸都在10cm量級(jí)，而精確測(cè)量要求入射波和反射波均垂直于被測(cè)物體表面，這使發(fā)射和接收端口的安裝出現(xiàn)困難，也容易造成入射信號(hào)和反射信號(hào)混疊的情況，極大的干擾了檢測(cè)的結(jié)果和有效性。通過(guò)使用該結(jié)構(gòu)，能清晰的分離入射信號(hào)和反射信號(hào)，同時(shí)解決了設(shè)備的體積問(wèn)題。

錄波器是具有極高動(dòng)作靈敏性的飛秒級(jí)別信號(hào)捕捉裝置，用于捕捉前文提到的反射信號(hào)β1并上傳至數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)對(duì)原始信號(hào)α及反射信號(hào)β2進(jìn)行時(shí)域分析，能模擬計(jì)算出復(fù)合絕緣子在被測(cè)點(diǎn)的基本情況，從而進(jìn)行缺陷判定。

每次檢測(cè)時(shí)，對(duì)復(fù)合絕緣子的芯棒徑向的每個(gè)圓周進(jìn)行15個(gè)單點(diǎn)檢測(cè)，即每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)間隔24°。聯(lián)合此15個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)圓周的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，即可清晰的得出該徑向位置是否有缺陷以及缺陷的圓周大小情況。