本发明涉及电力领域中复合绝缘子缺陷的超声检测技术领域，具体涉及一种用于复合绝缘子缺陷检测的超声阵列装置与成像方法。
背景技术：
复合绝缘子因其重量轻、强度高、可靠性高、耐污性能优良和运行维护方便等优点而在高压输电系统中应用越来越广泛。复合绝缘子由伞套、芯棒及两端金具组成，其基本结构为玻璃钢芯棒套装有机材料伞套的复合结构，两端为金属金具，其中玻璃钢芯棒作为内绝缘件和机械负荷的载体，其电气与机械性能直接关系到复合绝缘子的运行可靠性。
由于制造工艺、使用年限和运行环境的影响，复合绝缘子内部缺陷导致的芯棒脆断引发输电线路事故时有发生。检测复合绝缘子缺陷十分必要，当检测的复合绝缘子中有裂纹、分层、气隙等缺陷时，便形成了不同的界面，超声波传过时便产生折反射现象。超声波通过不同类型的缺陷，接收端会接收到不同的信息，从而可以对缺陷进行检测。超声检测是一种无损检测，不会对检测部件产生任何损伤，具有灵敏度较高、检测速度快、缺陷定位准确、成本低等突出优点。常规超声的声指向是固定的，需要依赖探头移动扫描实现全范围的扫查检测，而超声相控阵不改变超声探头位置，采用不同的延时规则，可实现不同的聚焦和不同指向的超声波束发射以及不同点和不同方向的信号接收，减少了探头移动，检测速度快，成像直观，对于复合绝缘子的现场检测尤为重要。
超声相控阵成像中，按照一定的延时规则进行波束成形，这种延时规则根据检测材料的声速进行计算，但是，由于复合绝缘子不是由单一材料构成，组成复合绝缘子的材料有高温硫化硅橡胶，以及玻璃钢材料，两者的材料不同，声速不同，且复合绝缘子为小直径圆棒结构，而且检测时的耦合介质的声速也不同，使得一般超声相控阵无法到达良好的成像结果。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种超声无损检测的超声阵列探头装置和成像方法，可用于复合绝缘子缺陷检测，实现利用超声阵列探头对复合绝缘子缺陷的准确检测。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种用于复合绝缘子缺陷检测的超声阵列装置，它包括盒体、耦合水囊、水嘴开关接头和超声阵列探头，所述盒体的盒口与耦合水囊的边缘固定连接，耦合水囊将盒体的盒口防水密封，盒体的底面开设有超声探头安装口，所述超声阵列探头安装在超声探头安装口上，超声阵列探头的壳体与超声探头安装口之间密封连接，超声探头的探测端面向耦合水囊，盒体上设置与耦合水囊连通的水嘴开关接头，其特征在于：它还包括处理器，所述处理器的通信端连接超声阵列探头的通信端，所述超声阵列探头中的各个阵列组分别通过耦合水囊向复合绝缘子发送超声波信号，并在复合绝缘子中产生对应的多个超声回波信号，该超声回波信号通过耦合水囊后被超声阵列探头接收，超声阵列探头将接收的超声回波信号传输给处理器；所述处理器根据依次接收的多个超声回波信号进行多次局部超声相控阵成像，并对多次局部超声相控阵成像的图像进行空间叠加，从而合成复合绝缘子缺陷超声检测的图像。
一种利用上述超声阵列装置的复合绝缘子缺陷检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：通过水嘴开关接头向盒体内注水，水压使得耦合水囊鼓起，再密封水嘴开关接头；
步骤2：将耦合水囊压在复合绝缘子的护套上，利用耦合水囊的柔性与水的流动性及水压作用，使耦合水囊紧贴在复合绝缘子的护套上，实现超声耦合；
步骤3：将超声阵列探头中的阵元数计为n，每次进行局部超声相控阵成像时超声阵列探头发射超声波的阵元数记为m，进行第一次局部超声相控阵成像时，控制超声阵列探头的第一个到第m个阵元同时发射超声波信号，处理器通过超声阵列探头得到对应的超声回波信号，从而得到局部超声相控阵图像p1；
步骤4：完成第一次局部超声成像后，控制超声阵列探头中的第1+k到第m+k个阵元同时发射超声波信号,第二次局部超声相控阵成像，处理器通过超声阵列探头得到对应的超声回波信号，从而得到局部超声相控阵图像p2；
步骤5：按照步骤3和4的方法，依次进行剩下的多次超声相控阵局部成像，得到的局部超声相控阵图像分别标记为p3、p4、……p[(n-m)/k]，其中，[]符号为取整数符号；
步骤6：完成全部的[(n-m)/k]次局部超声相控阵成像后，每个局部超声相控阵图像代表各自的扫描区域，将[(n-m)/k]个超声相控阵图像进行空间叠加，合成复合绝缘子缺陷超声检测的图像。
本发明的有益效果：
本发明中盒体和柔性隔水膜内水压使柔性膜膨胀鼓起，利用柔性膜的柔性与水的流动性及水压作用，使得本发明与复合绝缘子良好接触，实现超声耦合，超声通过耦合水囊的水层实现对复合绝缘子护套和芯棒的缺陷检测；检测中超声阵列局部发射和接收，进行局部相控阵超声成像，扫描角度小，声束近似垂直进入复合绝缘子护套和芯棒，容易根据水、硫化硅橡胶、玻璃钢的声速进行波束成形中的延时计算，使得能够准确检测复合绝缘子的内部缺陷，为电力系统的安全运行提供技术保障。
附图说明
图1是本发明的使用状态示意图；
图2a是本发明中第一次局部超声成像时的示意图；
图2b是本发明中第二次局部超声成像时的示意图；
图2c是本发明中第三次局部超声成像时的示意图；
图2d是本发明中第四次局部超声成像时的示意图；
图3为本发明中盒体的正面立体结构图。
其中，1—盒体、1.1—盒口、1.2—超声探头安装口、1.3—探测器安装沉孔、1.4—弧形边、2—水、3—耦合水囊、4—水嘴开关接头、5—超声阵列探头、6—护套、7—复合绝缘子、8—处理器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的用于复合绝缘子缺陷检测的超声阵列装置，如图1～3所示，它包括盒体1、耦合水囊3、水嘴开关接头4和超声阵列探头5，所述盒体1的盒口1.1与耦合水囊3的边缘固定连接，耦合水囊3将盒体1的盒口1.1防水密封，盒体1的底面开设有超声探头安装口1.2，所述超声阵列探头5安装在超声探头安装口1.2上，超声阵列探头5的壳体与超声探头安装口1.2之间密封连接，超声探头5的探测端面向耦合水囊3，盒体1上设置与耦合水囊3连通的水嘴开关接头4，其特征在于：它还包括处理器8，所述处理器8的通信端连接超声阵列探头5的通信端，所述超声阵列探头5中的各个阵列组分别通过耦合水囊3向复合绝缘子7发送超声波信号，并在复合绝缘子7中产生对应的多个超声回波信号，该超声回波信号通过耦合水囊3后被超声阵列探头5接收，超声阵列探头5将接收的超声回波信号传输给处理器8；所述处理器8根据依次接收的多个超声回波信号进行多次局部超声相控阵成像，并对多次局部超声相控阵成像的图像进行空间叠加，从而合成复合绝缘子缺陷超声检测的图像。
上述技术方案中，所述盒口1.1的两个长边为弧度相等的弧形边1.4。
上述技术方案中，所述超声探头安装口1.2四周的盒体1底面开设有探测器安装沉孔1.3，所述超声阵列探头5的壳体通过螺栓及探测器安装沉孔1.3安装在超声探头安装口1.2上。
一种利用上述超声阵列装置的复合绝缘子缺陷检测方法，它包括如下步骤：
步骤1：通过水嘴开关接头4向盒体1内注水2，水压使得耦合水囊3鼓起，再密封水嘴开关接头4；
步骤2：将耦合水囊3压在复合绝缘子7的护套6上，利用耦合水囊3的柔性与水的流动性及水压作用，使耦合水囊3紧贴在复合绝缘子7的护套6上，实现超声耦合；
步骤3：将超声阵列探头5中的阵元数计为n，每次进行局部超声相控阵成像时超声阵列探头5发射超声波的阵元数记为m，进行第一次局部超声相控阵成像时，控制超声阵列探头5的第一个到第m个阵元同时发射超声波信号，处理器8通过超声阵列探头5得到对应的超声回波信号，从而得到局部超声相控阵图像p1；
步骤4：完成第一次局部超声成像后，控制超声阵列探头5中的第1+k到第m+k个阵元同时发射超声波信号,第二次局部超声相控阵成像，处理器8通过超声阵列探头5得到对应的超声回波信号，从而得到局部超声相控阵图像p2；
步骤5：按照步骤3和4的方法，依次进行剩下的多次超声相控阵局部成像，得到的局部超声相控阵图像分别标记为p3、p4、……p[(n-m)/k]，其中，[]符号为取整数符号；
步骤6：完成全部的[(n-m)/k]次局部超声相控阵成像后，每个局部超声相控阵图像代表各自的扫描区域，将[(n-m)/k]个超声相控阵图像进行空间叠加，合成复合绝缘子缺陷超声检测的图像，技术人员通过该图像判断复合绝缘子缺陷。
上述技术方案中，局部超声相控阵成像时，控制超声阵列探头5中对应阵元的扫描中心线为本次局部成像的m个阵元的中心到复合绝缘子7的截面圆心的连线。
上述技术方案中，所述超声阵列探头5中对应阵元的扫描角度范围为-10°～10°。声束近似垂直入射到复合绝缘子护套以及芯棒中。
以上的成像方法中的局部超声相控阵成像，根据耦合水囊中水层的厚度与声速、复合绝缘子护套的厚度与声速以及复合绝缘子芯棒的声速进行超声相控阵中波束成形中的延时计算。
本发明中多次局部阵列的超声相控阵成像对复合绝缘子的检测如图2a～2d所示，探头的阵元数为24个，从左向右进行多次局部超声相控阵成像，第一次为第一个阵元到六个阵元进行局部超声成像；第二次为第四个阵元到九个阵元进行局部超声成像；第三次为第七个阵元到十二个阵元进行局部超声成像；第四次为第十个阵元到十五个阵元进行局部超声成像；并依次类推，完成全部的局部超声相控阵成像，每次扫描角度为±5°，局部相控阵成像中根据水、复合绝缘子护套和芯棒材料的声速进行延时计算。
本发明超声阵列探头通过耦合水囊实现超声的耦合，超声通过耦合水囊的水层实现对复合绝缘子护套和芯棒的缺陷检测；检测中超声阵列局部发射和接收，进行局部相控阵超声成像，扫描角度小，声束近似垂直进入复合绝缘子护套和芯棒，容易根据水、硫化硅橡胶、玻璃钢的声速进行波束成形中的延时计算，使得能够准确检测复合绝缘子的内部缺陷，为电力系统的安全运行提供技术保障。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。