一种用于带电作业绝缘棒的超声检测装置的制作方法

本发明涉及一种超声检测装置，尤其涉及一种用于带电作业绝缘棒的超声检测装置。

背景技术：

带电作业绝缘管材一般采用玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料制成，具备良好的机械和绝缘性能。由于绝缘工具在长期使用中受到高压电和机械应力的联合作用，内部容易形成分层、气隙、杂质等微观缺陷，导致其机械和绝缘性能下降，最终危及作业人员和检修设备的安全。目前常用的预防性试验通过开展耐压检测、泄漏电流检测、动负荷检测等试验，对绝缘管材的整体性能进行判断，但对材料内部缺陷的情况不能给出定量分析，同时定期试验只能保征工具的当前状态，并不能保证使用时的性能。超声检测技术作为一种无损检测方法，具有操作便捷、设备简单、无损伤等显著优点，但绝缘棒直径小，典型直径为20mm，曲率大，超声耦合困难，且为复合材料，超声波在其内部衰减大，传播复杂，虽然水浸法能够实现超声耦合，但对于绝缘棒的水浸法超声检测，所需的水浸装置大，只适合实验室检测，不适合做成便携的装置，无法在现场进行绝缘棒的超声检测。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种用于带电作业绝缘棒的超声检测装置，以方便实现对带电作业绝缘棒的内创检测为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种用于带电作业绝缘棒的超声检测装置，包括检测头、与检测头相连的检测仪，所述的检测头包括楔块、设于楔块上的发射探头和接收探头；发射探头与接收探头之间的楔块上设有隔声层；所述的楔块的底面设有与绝缘杆相配的内凹弧面，楔块的顶面设有发射探头、接收探头；发射探头、接收探头朝向内凹弧面，且所述的发射探头与接收探头之间具有夹角；发射探头和接收探头通过探头线连接到超声检测仪上，超声检测仪具有收发分离的功能，实现发射探头和接收探头的一发一收，超声检测仪利用高压脉冲激励发射探头，并放大和采集接收探头收到的超声回波，根据超声回波判断绝缘棒的内部缺陷情况。超声检测时，把绝缘棒设于楔块的内凹弧面中，开启高压电源，利用高压脉冲激励发射探头，并放大和采集接收探头收到的超声回波，根据超声回波判断绝缘棒的内部缺陷情况，结构简单、轻便，方便携带，操作方便，能够方便有效实现对绝缘棒的内创检测。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

所述的楔块的顶面设有两对称的斜面，一斜面上设有所述的发射探头、另一斜面上设有所述的接收探头，所述的内凹弧面的中间位置上开设一轴向贯通的隔声槽，所述的隔声槽中嵌入隔声层。隔声槽便于嵌设隔声层，通过隔声层，发射探头的发射的超声波不会直接传递给接收探头，滤除了无效的超声杂波，使超声探测更清晰。

所述的斜面上开设螺孔，所述的发射探头、接收探头的前端设有螺纹，所述的发射探头、接收探头与对应的螺孔螺纹连接。通过螺纹连接方式，便于拆卸更换发射探头和接收探头。

所述的检测头设有多个楔块，多个楔块形成具有不同曲率半径的内凹弧面的楔块组，在检测时根据待检绝缘棒的直径择一选取。通过多种不同曲率的内凹弧面的楔块，可以方便的根据不同的绝缘棒直径进行对应选择，使绝缘棒的内创检测更加快捷精确。

两斜面上的螺丝孔轴线相交于内凹弧面的曲率半径内。便于发射探头和接收探头的发射及接收方向对准绝缘棒内部，使超声的探测结果更加清晰精确。

发射探头、接收探头的中心线相交点与内凹弧面圆心重合。便于发射探头和接收探头的发射和接收方向对准绝缘棒中心，并使超声波在绝缘棒内部具有较好的反射效果，做到最大程度的接收超声波，超声检测更清晰。

所述的发射探头、接收探头的头部均为压电晶片；压电晶片设有多种频率；在检测时，根据绝缘棒的类型选用对应不同频率和不同直径的压电晶片择一选取。采用压电晶片，产生的超声强度大，耐压高；通过针对不同的绝缘棒，选择相应的压电晶片，能够较好的实现有效的超声检测。

所述的压电晶片的频率包括5mhz和10mhz两种。该两种压电晶片应用普遍，使用效果好。

发射探头采用高d33系数的压电晶片以产生大的超声强度；所述的接收探头采用高g33系数的压电晶片以具有高灵敏度和高带宽。高d33系数的压电晶片产生的超声强度大，并且接收的灵敏度高，接收的声波带宽相对较大，能够更有效地实现内创探测。

所述的发射探头与接收探头之间具有夹角为α，42°≤α≤62°。该角度范围超声波在绝缘棒内的反射效果较好，使接收探头能够最大限度的接收超声波。

所述的检测仪包括t/r收发开关、前置放大器、时间增益控制器、滤波器、模数转换器、控制器、高压发送器及高压模拟开关，所述的控制器与时间增益控制器、高压发送器、模数转换器、显示器相连；所述的控制器通过高压发送器与发射探头相连；所述的t/r收发开关、前置放大器、时间增益控制器、滤波器、模数转换器串联设置，接收探头的信息依次通过t/r收发开关、前置放大器、时间增益控制器、滤波器、模数转换器、接入控制器。双探头一发一收时，高压模拟开关关断，收发分离，高压发送器产生高压脉冲激励发射探头，接收电路将接收探头的信号经过t/r收发开关、前置放大器、时间增益控制器、滤波器的放大滤波后通过模数转换器采集转换成数字信号，再进行处理和波形显示；由于绝缘棒为复合材料，复合材料中超声衰减大的特点，需要增大超声发射强度，同样由于复合材料超声衰减大的原因，超声回波弱，所以需要前置低噪声放大，而且需要时间增益控制，来实现高灵敏度的超声接收，从而发现绝缘棒中的缺陷。

有益效果：

1、结构简单、轻便，方便携带，能够方便有效的实现对绝缘棒的内创检测。

2、通过可更换不同的楔块及楔块上的发射探头与接收探头，能够有效地对不同直径及材质规格的绝缘棒进行检测。

3、通过在发射探头和接收探头之间的楔块上设置隔声槽，能够有效减少无效的超声杂波，使超声探测更清晰。

4、通过发射探头和接收探头发射和接收的角度方向的优化，使超声波在绝缘棒内部具有较好的反射效果，做到最大程度的接收超声波，超声检测更清晰。

5、通过优先压电晶片，产生的超声强度大，耐压高，并且接收的灵敏度高，接收的声波带宽相对较大，能够更有效地实现内创探测。

6、通过完善的电路控制，可有效地增强超声波发射强度，实现高灵敏度的超声接收，从而更加容易发现绝缘棒中的缺陷。

附图说明

图1是本发明检测头工作原理结构示意图。

图2是本发明检测仪工作原理图。

图中：1-楔块；2-接收探头；3-发射探头；4-隔声层；5-高压模拟开关；6-t/r收发开关；7-前置放大器；8-时间增益控制器；9-滤波器；10-模数转换器；11-高压发送器；12-显示器；13-控制器；14-绝缘棒。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1-2所示，一种用于带电作业绝缘棒的超声检测装置，包括检测头、与检测头相连的检测仪，检测头包括楔块1、设于楔块1上的发射探头3和接收探头2；发射探头3与接收探头2之间的楔块1上设有隔声层4；楔块1的底面设有与绝缘杆相配的内凹弧面，楔块1的顶面设有发射探头3、接收探头2；发射探头3、接收探头2朝向内凹弧面，且发射探头3与接收探头2之间具有夹角；发射探头3和接收探头2通过探头线连接到超声检测仪上，超声检测仪具有收发分离的功能，实现发射探头3和接收探头2的一发一收，超声检测仪利用高压脉冲激励发射探头3，并放大和采集接收探头2收到的超声回波，根据超声回波判断绝缘棒14的内部缺陷情况。

为了隔绝无效的超声杂波，楔块1的顶面设有两对称的斜面，一斜面上设有发射探头3、另一斜面上设有接收探头2，内凹弧面的中间位置上开设一轴向贯通的隔声槽，隔声槽中嵌入隔声层4。通过隔声层，发射探头3的发射的超声波不会直接传递给接收探头2，隔绝了无效的超声杂波，使超声探测更清晰。

为了便于拆卸更换，斜面上开设螺孔，发射探头3、接收探头2的前端设有螺纹，发射探头3、接收探头2与对应的螺孔螺纹连接。通过螺纹连接方式，便于拆卸更换发射探头3和接收探头2。

为了适应不同直径的绝缘棒14，检测头设有多个楔块1，多个楔块1形成具有不同曲率半径的内凹弧面的楔块1组，在检测时根据待检绝缘棒14的直径择一选取。通过多种不同曲率的内凹弧面的楔块1，可以方便的根据不同的绝缘棒14直径进行对应选择，使绝缘棒14的内创检测更加快捷精确。

为了取得较好的探测结果，两斜面上的螺丝孔轴线相交于内凹弧面的曲率半径内。便于发射探头3和接收探头2的发射和接收方向对准绝缘棒14内部，使超声的探测结果更加清晰精确。

为了取得更好的探测结果，发射探头3、接收探头2的中心线相交点与内凹弧面圆心重合。便于发射探头3和接收探头2的发射和接收方向对准绝缘棒14中心，并使超声波在绝缘棒14内部具有较好的反射效果，做到最大程度的接收超声波，超声检测更清晰。

为了较好地实现超声检测，发射探头3、接收探头2的头部均为压电晶片；在检测时，根据绝缘棒14的类型选用对应频率和直径的压电晶片。采用压电晶片，产生的超声强度大，耐压高，通过针对不同的绝缘棒14，选择相应的压电晶片，能够较好的实现有效的超声检测。

为了更好地实现超声检测，发射探头3采用高d33系数的压电晶片以产生大的超声强度；接收探头2采用高g33系数的压电晶片以具有高灵敏度和高带宽。高d33系数的压电晶片产生的超声强度大，并且接收的灵敏度高，接收的声波带宽相对较大，能够更有效地实现内创探测。

为了获得较好地超声反射效果，发射探头3与接收探头2之间的夹角为45度。该角度超声波在绝缘棒14内的反射效果较好，使接收探头2能够较好地接收超声波。

为了实现完善的超声发射、接收和处理，检测仪包括t/r收发开关6、前置放大器7、时间增益控制器8、滤波器9、模数转换器10、控制器13、高压发送器11及高压模拟开关5，控制器13与时间增益控制器8、高压发送器11、模数转换器10、显示器相连；控制器13通过高压发送器11与发射探头3相连；t/r收发开关6、前置放大器7、时间增益控制器8、滤波器9、模数转换器10串联设置，接收探头2的信息依次通过t/r收发开关6、前置放大器7、时间增益控制器8、滤波器9、模数转换器10、接入控制器13。双探头一发一收时，高压模拟开关5关断，收发分离，高压发送器11产生高压脉冲激励发射探头3，接收电路将接收探头2的信号经过t/r收发开关6、前置放大器7、时间增益控制器8、滤波器9的放大滤波后通过模数转换器10采集转换成数字信号，再进行处理和波形显示；由于绝缘棒14为复合材料，复合材料中超声衰减大的特点，需要增大超声发射强度，同样由于复合材料超声衰减大的原因，超声回波弱，所以需要前置低噪声放大，而且需要时间增益控制，来实现高灵敏度的超声接收，从而发现绝缘棒14中的缺陷。

超声检测时，先在绝缘棒14的探测弧面涂上耦合剂，再把绝缘棒14设于楔块1的内凹弧面中，开启高压电源，，双探头一发一收，高压模拟开关5关断，收发分离，高压发送器11产生高压脉冲激励发射探头3，接收电路将接收探头2的信号经过t/r收发开关6、前置放大器7、时间增益控制器8、滤波器9的放大滤波后通过模数转换器10采集转换成数字信号，再进行处理和在显示器12上显示波形，操作人员根据显示的超声回波信号判断绝缘棒14的内部缺陷情况，结构简单、轻便，方便携带，操作方便，能够方便有效实现对绝缘棒14的内创检测。

本实例中，压电晶片的频率为10mhz。

以上图1-2所示的一种用于带电作业绝缘棒的超声检测装置是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。