[发明专利]基于磁致式扭转波的高压电缆铝护套检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声导波测量与输电设备结构健康检测领域，尤其是一种基于磁致式扭转波的高压电缆铝护套检测系统及检测方法。

背景技术

在现代社会中，凡有人群生活的地方，凡有生产、交通以及一切经济活动的场合，凡一切需要探索、开发的所有活动中，以及任何一项科技开发创新项目的研制活动中，都离不开电力和电磁波的应用。而电及电磁波的发生、传输及应用都必须采用电线电缆作为连接、传输的部件或作为主机的绕组材料。高压电缆的大量使用伴随而来的便是大量电缆故障的发生，电缆故障不仅影响工业与居民用电以及电网系统的稳定运行，严重时可能引发火灾，造成环境污染及生命财产损失。由此可见，电缆结构健康检测至关重要。

常规的无损检测技术包括漏磁检测、涡流检测、超声检测、机器视觉检测、射线检测等。然而这些技术方法在实际应用中存在需剥离外护套、逐点检测等局限性，导致其检测程序多、效率低，检测成本偏高。当前，研发一种简单高效、低成本、能够实现对高压电缆铝护套检测的无损检测技术迫在眉睫。

超声导波以其传输距离远、全截面覆盖、检测灵敏度高、安装方便、耦合效率高和实用性强等优点使其广泛应用于管道、桥梁缆索、钢轨等重要结构的快速检测中，是一种较为理想的电缆铝护套检测方法。然而目前我国对于高压电缆铝护套超声导波无损检测技术的研究较少。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于磁致式扭转波的高压电缆铝护套检测系统，以提高高压电缆铝护套缺陷检测能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于磁致式扭转波的高压电缆铝护套检测系统，包括：

上位机、信号处理与控制模块、功率放大模块、换能器和前置放大模块；所述的信号处理与控制模块包括激励信号发生单元、回波信号处理单元和信号时序控制单元；

所述的激励信号发生单元与功率放大模块相连，功率放大模块与换能器相连，所述的上位机将工作参数传输给激励信号发生单元，所述的激励信号发生单元产生相应频率的激励信号，该激励信号经过功率放大模块功率放大且经信号时序控制单元时序调整后传送到换能器中；

所述的换能器与前置放大模块相连，前置放大模块与回波信号处理单元相连，回波信号处理单元与上位机相连，在导波激励过程中，换能器同时开始接收导波信号，并将其转换成电信号通过前置放大模块和回波信号处理单元后上传到上位机。

使用换能器接收回波信号后，通过上位机对于检测信号进行特征识别，从而实现对于被检对象结构健康进行评估。

本发明的实施无需剥离电缆铝护套，装置简单，安装方便，检测效率较高。

进一步地，所述的换能器采用磁致伸缩式换能器，该换能器中有两路线圈，间隔为1/4导波波长，通过控制激励信号的延时，实现导波的方向控制。

上述高压电缆铝护套检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤一：确定检测模态、频率及群速度，将铝护套简化，视为波纹管，根据其材料和厚度参数，按频散方程绘制出对应的频散曲线；

步骤二：设置工作参数，对导波激励信号发生单元发出的秒冲进行设置，产生相应频率的导波激励信号，该导波激励信号通过功率放大模块传送到换能器；

步骤三：换能器中通入两路经过汉宁窗调制的5个周期的正弦电信号，该两路正弦电信号的相位差为90°，使用换能器在靠近铝护套端面激发扭转波，扭转波与铝护套中的缺陷相互作用产生回波；在导波激励过程中，换能器同时开始接收导波信号，每个换能器接收到两路导波信号，并将其转换成电信号，这两路电信号经过信号时序控制单元时序控制后叠加在一起作为该换能器的接收信号；

通入两路相位差为90°的电信号后，在铝护套中激励的两路导波信号在传播的正向相干叠加，反向相互抵消，从而起到方向控制的作用；

步骤四：换能器接收到的两路回波信号在通过前置放大模块、回波信号处理单元依次经过放大、调理、滤波、A/D转换步骤数字化，数字化的回波信号经步骤二发送的导波激励信号归一化处理；再将归一化后的回波信号传输至上位机。

进一步地，步骤一中，检测模态选用零阶扭转波模态，即T(0,1)模态，激励频率为20-250kHz。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：检测系统的实施无需剥离电缆外护套；仅激励一次即可完成对导波覆盖区域的完整检测，快速高效；安装简便，检测效率较高；检测精度较高，灵敏度最高可达1％横截面损失，可靠灵敏度达3％。

附图说明