环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法
【专利摘要】本发明涉及环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法，首先，检测在待测绝缘材料中的超声波速度；然后对待测绝缘件发射超声波脉冲，并且检测反射波，将反射波转换为时间?电压信号，找到波形的突变点，并且突变点对应的时间，波形突变点即对应着绝缘材料内部的气孔缺陷，根据突变点对应的时间和上一步骤获得的超声波速度计算气孔缺陷的位置和尺寸。使用本发明的方法进行检测，使得在环氧绝缘件这种超声衰减系数很大的材料中应用超声检测成为可能。而且，搭建一个实施该方法的检测系统，需要的器件成本较低，也没有射线检测方法的辐射危害。
【专利说明】
环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及高压开关设备用环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波检测方法。
【背景技术】
[0002]环氧浇注绝缘件是高压开关设备的关键零部件之一，起到绝缘、支撑、分割气室等重要作用，其性能将直接决定高压开关设备的绝缘性能及运行可靠性。对于环氧浇注绝缘件质量检测，目前常用的手段是X射线实时成像检测技术。该方法虽然具有效率高、速度快、长期使用成本低、便于图像处理及容易存储的优点，但射线对人体有辐射危害，需要在专用的防护房内进行检测，不利于现场、在线条件下开展。同时，X射线实时成像设备的一次性投入较大，对于绝缘件的特定部位如金属嵌件与浇注树脂界面处的气孔缺陷，由于透照方向的限制存在检测盲区。因此，寻找一种对人体无害、操作灵活、检测灵敏度高的无损检测方法对于进一步提升环氧浇注绝缘件的质量具有重要意义。
[0003]对于绝缘产品的质量检测，目前比较常见的手段是射线检测技术。从上世纪60年代开始，超声检测作为无损检测技术的一种方式，获得了快速发展。然而，这种检测技术的应用主要集中于金属和混凝土材料，因为这两种材料具有很好的声传播特性。与常规金属材料相比，环氧浇注绝缘件的超声衰减系数较大，给缺陷信号的提取造成很大困难。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种高压开关设备用环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波检测方法，以替代X射线检测，从而避免X射线检测的对人体危害大、操作不便等问题。
[0005]为实现上述目的，本发明的方案包括:
[0006]环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法，步骤如下:
[0007]首先，检测在待测绝缘材料中的超声波速度；
[0008]然后，在然后对待测绝缘件发射超声波脉冲，并且检测反射波，将反射波转换为时间-电压信号，找到波形的突变点，并且突变点对应的时间，波形突变点即对应着气孔缺陷，根据突变点对应的时间和上一步骤获得的超声波速度计算气孔缺陷的位置和尺寸。
[0009]对待测绝缘件表面进行扫描，对于有一个气孔缺陷的位置，其波形的第一个突变点即表示气孔缺陷上表面，第二个突变点表示气孔缺陷下表面，通过第一个时间确定气孔缺陷的上表面位置，通过第二个时间确定气孔缺陷的下表面位置，通过时间差确定气孔缺陷尺寸。
[0010]检测在待测绝缘材料中的超声波速度时，选择与待测绝缘件相同材料的绝缘件进行检测，或者选择待测绝缘件的无缺陷位置进行检测。
[0011 ]对于一般用于金属和混凝土材料的超声检测，主要是依靠超声波衰减系数进行检测，本发明将其应用于环氧浇注绝缘件的缺陷检测。由于环氧浇注绝缘材料的超声衰减系数大，无法直接应用一般用于金属和混凝土材料的超声波检测方法，因此本发明提出了一种超声波时域检测方法，首先检测超声波在待测绝缘件介质中的传播速度，然后对待测绝缘件发射脉冲超声波，并且检测反射波，将反射波转换为电信号，找到波形的突变点，记录对应的时间即可检测出气孔缺陷;例如，第一个突变点即表示气孔缺陷的上表面，第二个突变点表示气孔缺陷的下表面，记录突变点的时间，结合超声波传播速度计算出气孔缺陷的位置和尺寸。
[0012]使用本发明的方法进行检测，使得在环氧绝缘件这种超声衰减系统很大的材料中应用超声检测成为可能。而且，搭建一个实施该方法的检测系统，需要的器件成本较低，也没有射线检测方法的辐射危害。
[0013]实验表明，本发明的一种基于超声波时域波形分析的环氧浇注绝缘件气孔损伤定位、定量测量技术，对于埋藏深度在30mm范围内直径从5.0mm到2.0mm的气孔损伤能够进行准确的定位、定量检测，对于埋藏深度在30mm-60mm范围内直径从5.0mm到4.0mm的气孔损伤能够进行准确的定位、定量检测。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的一种检测系统；
[0015]图2是本发明的另一种检测系统；
[0016]图3是检测流程图；
[0017]图4是超声波速度检测原理图；
[00? 8]图5是30mm深度5.0mm直径气孔缺陷检测结果；
[0019]图6是30mm深度2.0mm直径气孔缺陷上下表面反射信号测试结果；
[0020]图7是60mm深度5.0mm直径气孔缺陷检测结果；
[0021]图8是60_深度4.0mm直径气孔缺陷上下表面反射信号测试结果。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0023]如图1所示为超声波检测系统的一种实施例，包括超声波发射器、超声波接收器、探头、示波器和后台计算机。超声波发射器通过探头向待测绝缘件发出超声波、超声波接收器接收反射波，通过示波器转换为时间-电压波形，通过后台计算机进行分析和计算。探头与待测绝缘件之间涂有耦合剂。
[0024]如图2为超声波检测系统的另一种实施例，包括超声波探伤仪、接头、探头、示波器和后台计算机。超声波探伤仪通过导线连接接头，接头连接探头，同时接头还连接示波器，示波器连接后台计算机。探头与待测绝缘件之间涂有耦合剂，探头即发射超声波也接收反射波。这种方式之间采用市场上购买的超声波探伤仪，实现更为方便，也较为便携。另外，还可以通过U盘等存储设备将示波器的数据转移到后台计算机上进行分析。
[0025]需要说明的是，以上两种超声波检测系统均为现有技术，与现有技术中用于金属探伤的检测系统是相同的。也就是说，本发明的检测系统还可以采用现有技术中用于金属探伤的其他形式的检测系统。
[0026]下面对本发明的检测方法进行具体说明。
[0027]本发明的检测方法的特点，主要是不依赖超声波衰减，适合环氧绝缘材料。
[0028]具体的，环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法，步骤如下:
[0029]首先，检测在待测绝缘材料中的超声波速度。可以选择与待测绝缘件相同材料的绝缘件进行检测，也可以选择待测绝缘件的无缺陷位置进行检测，以获得在待测绝缘材料中的超声波速度。
[0030]然后，在然后对待测绝缘件发出脉冲超声波，并且检测反射波，将反射波转换为时间-电压信号，找到波形的突变点，并且突变点对应的时间，波形突变点即对应着气孔缺陷，根据突变点对应的时间和上一步骤获得的超声波速度计算气孔缺陷的位置和尺寸。
[0031 ]所谓波形的突变点，即电压发生突变的点，波形突变点即对应着气孔位置。对待测绝缘件表面进行扫描，对于有一个气孔缺陷的位置，其波形的第一个突变点即表示气孔缺陷上表面，第二个突变点表示气孔缺陷下表面，通过第一个时间确定气孔缺陷的上表面位置，通过第二个时间确定气孔缺陷的下表面位置，通过时间差确定气孔缺陷上下表面间距离，即气孔缺陷的尺寸。
[0032]为了对本发明的方法进行验证，本发明搭建了检测系统，检测系统由便携式超声波探伤仪、数据连接线、三通连接器、超声波探头、耦合剂、环氧浇注绝缘件试块、数字示波器、USB闪存盘、计算机组成。本专利中便携式超声波探伤仪选用的是美国GE公司生产的USMGo超声波探伤仪，超声波探头的型号为2.5Z10N，环氧浇注绝缘件试块为自制含气孔缺陷标准试块。第一和第二级台阶的高度分别为30mm和60mm，在台阶的上表面分别浇注有直径5.0mm、4.0mm、3.0mm、2.0mm、l.0mm、0.5mm 6个气孔，气孔的深度分别与各自的直径相等。数字示波器是美国泰克公司生产的TDS2012C数字示波器。利用数据连接线将便携式超声波探伤仪和三通连接器3之间实现电气连接，三通连接器的一端通过数据连接线与超声波探头之间实现电气连接，三通连接器的另一端通过数据连接线与数字示波器之间实现电气连接，将耦合剂涂抹到环氧浇注绝缘件试块的待检测部位，利用超声波探头对环氧浇注绝缘件试块上涂抹耦合剂的部位进行气孔损伤检测。采用脉冲反射式检测方式进行气孔缺陷检测，超声波探头的发射信号和接收信号通过三通连接器传送到数字示波器进行波形记录。利用USB闪存盘将数字示波器记录到的波形信号传送到计算机中进行信号分析。
[0033]首先进行环氧浇注绝缘件超声波声速测量:利用USMGo超声波探伤仪的高电压、高能量激发方式对超声波探头进行激励。在环氧浇注绝缘件试块的30mm厚度无气孔缺陷位置处，用数字示波器分别记录下始发脉冲和试块下底面超声波反射信号，经USB闪存盘将波形数据传输到计算机上进行分析，结果见图4所示。之后，在图4中测量出始发脉冲和试块下底面超声波反射信号之间的时间间隔为19.36us，据此计算出绝缘件内部的声速为(30 X 2X10-3)m/(19.36X10-6)s = 3099m/so
[0034]然后进行气孔缺陷定位、定量检测:对环氧浇注绝缘件试块上不同埋藏深度、不同直径的气孔缺陷进行检测。利用USM Go超声波探伤仪的高电压、高能量激发方式对超声波探头进行激励。将耦合剂涂抹到环氧浇注绝缘件试块6的待检测部位。利用超声波探头在环氧浇注绝缘件试块的30mm厚度和60mm厚度不同直径气孔缺陷位置处进行扫查，用数字示波器分别记录下始发脉冲、气孔缺陷上表面超声波反射信号(第一个突变点)和气孔缺陷下底面超声波反射信号(第二个突变点)，经USB闪存盘将波形数据传输到计算机上进行分析。分别测量出气孔缺陷上表面和下底面超声波反射信号与始发脉冲之间的时间间隔，在环氧浇注绝缘件内部声速已经由上一步骤计算得出的情况下，可以计算出气孔缺陷上表面和下底面的出现位置。气孔缺陷上表面的出现位置即为气孔缺陷的埋藏深度，下底面的出现位置和上表面出现位置的差值即为气孔缺陷的直径尺寸。
[0035]图5所示为30mm深度处5.0mm直径气孔缺陷检测结果，5.0mm直径气孔上表面和下表面反射波与始发脉冲之间的时间间隔分别为16.16us和19.36us，计算出气孔缺陷上表面对应位置为(16.16 X 10—6s X3099m/s)/2 = 25.04mm，气孔缺陷下表面对应位置为(19.36 XICT6S X 3099m/s)/2 = 30mm，据此计算出气孔尺寸为4.96mm。气孔缺陷定位误差为0.16%，气孔缺陷尺寸测量误差为0.8%。
[0036]图6所示为30mm深度处2.0mm直径气孔缺陷上表面和下表面反射波的放大显示结果，其中上表面和下表面反射波与始发脉冲之间的时间间隔分别为18.09us和19.32us，计算出气孔缺陷上表面对应位置为(18.09 X 10—6s X 3099m/s)/2 = 28.03mm，气孔缺陷下表面对应位置为(19.32\10—68\3099111/8)/2 = 29.94臟，据此计算出气孔尺寸为1.91臟。气孔缺陷定位误差为0.11%，气孔缺陷尺寸测量误差为4.5%。
[0037]图7所示为60mm深度处5.0mm直径气孔缺陷检测结果，5.0mm直径气孔上表面和下表面反射波与始发脉冲之间的时间间隔分别为35.60us和38.92us，计算出气孔缺陷上表面对应位置为(35.60 X 10—6s X3099m/s)/2 = 55.16mm,气孔缺陷下表面对应位置为(38.92 X10-6s X 3099m/s)/2 = 60.31mm，据此计算出气孔尺寸为5.15mm。气孔缺陷定位误差为
0.29%,气孔缺陷尺寸测量误差为3.0 %。
[0038]图8所示为60mm深度处4.0mm直径气孔缺陷上表面和下表面反射波的放大显示结果，其中上表面和下表面反射波与始发脉冲之间的时间间隔分别为35.84us和38.60us，计算出气孔缺陷上表面对应位置为(35.84X10—6sX3099m/s)/2 = 55.53mm，气孔缺陷下表面对应位置为(38.60 X I O—6sX 3099m/s )/2 = 59.81mm，据此计算出气孔尺寸为4.28mm。气孔缺陷定位误差为0.84%,气孔缺陷尺寸测量误差为7.0 %。
[0039]综上所述，采用本专利给出的检测方法可以对埋藏深度在3Omm范围内直径从5.0mm到2.0mm的气孔缺陷和埋藏深度在30mm-60mm范围内直径从5.0mm到4.0mm的气孔缺陷能够进行准确的定位、定量检测。气孔缺陷的定位误差小于I %，尺寸测量误差不超过7.0%。
[0040]以上给出了本发明涉及的【具体实施方式】，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法，其特征在于，步骤如下: 首先，检测在待测绝缘材料中的超声波速度； 然后，在然后对待测绝缘件发射超声波脉冲，并且检测反射波，将反射波转换为时间-电压信号，找到波形的突变点，并且突变点对应的时间，波形突变点即对应着绝缘材料内部的气孔缺陷，根据突变点对应的时间和上一步骤获得的超声波速度计算气孔缺陷的位置和尺寸。2.根据权利要求1所述的环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法，其特征在于，对待测绝缘件表面进行扫描，对于有一个气孔缺陷的位置，其波形的第一个突变点即表示气孔缺陷上表面，第二个突变点表示气孔缺陷下表面，通过第一个时间确定气孔缺陷的上表面位置，通过第二个时间确定气孔缺陷的下表面位置，通过时间差确定气孔缺陷尺寸。3.根据权利要求1所述的环氧浇注绝缘件气孔缺陷的超声波时域检测方法，其特征在于，检测在待测绝缘材料中的超声波速度时，选择与待测绝缘件相同材料的绝缘件进行检测，或者选择待测绝缘件的无缺陷位置进行检测。
【文档编号】G01N29/07GK106053603SQ201610395454
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】李继承, 田 浩, 林生军, 袁端鹏, 郝留成, 侯亚峰, 刘恒
【申请人】平高集团有限公司, 国家电网公司