一种基于空气耦合超声的电缆保护管材料密度检测系统及方法与流程

本发明涉及超声检测，尤其是一种基于空气耦合超声的电缆保护管材料密度检测系统及方法。

背景技术：

1、塑料材质的电缆保护管是电力系统中应用量巨大的电缆保护产品，由于各个厂家原材料、生产工艺、设备千差万别，市场竞争加剧，产品质量良莠不齐，导致塑料材质电缆保护管成品存在较多质量问题，而电缆保护管材料密度是表征电缆保护管质量性能的重要指标，是保护管质量检测的重要指标之一。为保证电缆保护管质量合格，在安装前必须对其密度进行检测，特别是现场检测保护管密度很有必要。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测系统及方法，解决了安装前在现场难以完成电缆保护管材料密度的问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测系统，包括超声激励组件，所述超声激励组件包括超声发射接收器以及与超声发射接收器连接的空气耦合超声探头和计算机；

4、所述空气耦合超声探头通过一带卡槽的底座设置在待检电缆保护管试件的外侧表面，空气耦合超声探头与待检电缆保护管试件表面距离为l，所述带卡槽的底座用于固定探头的压电晶片与待检电缆保护管试件表面之间径向对心，同时确保所述空气耦合超声探头水平放置；

5、所述超声发射接收器，用于使空气耦合超声探头激发入射角为零度的超声纵波；

6、所述计算机，用于提取反馈超声信号时域范围内内外壁回波的最大幅值、电缆保护管内外壁回波最大幅值处对应的时间差及电缆保护管壁厚，计算出声波在电缆保护管中传播的速度c；通过提取外壁反射波最大幅值并且将其与入射波幅值结合，计算出空气-电缆保护管界面的反射系数r1；通过温度计测出实时温度，计算出对应温度下空气中的声速和空气密度进而得出实时空气声阻抗z2，结合空气-电缆保护管界面的反射系数r1计算出电缆保护管的声阻抗z1；最终，根据电缆保护管的声阻抗z1和声波在电缆保护管中传播的速度c计算出电缆保护管材料密度ρ。

7、进一步的，还包括卡座组件，所述卡座组件连接卡座和空耦探头，用于保持探头与电缆保护管相对位置固定且满足要求。

8、进一步的，所述卡座组件包括基底和与基底连接的卡扣。

9、进一步的，所述计算机内设置有与高功率超声发射接收器相连的usb数据接口。

10、一种基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测方法，其采用上述统进行，所述检测方法包括：

11、通过数据传输线将高功率超声发射接收器的发射/接收端口与空气耦合超声发射探头连接；通过usb数据接口将所述计算机与高功率超声发射接收器的数据端口连接；

12、将空气耦合超声探头通过底座设置在待检电缆保护管试件的外侧表面，且空气耦合超声探头与待测试件外侧表面之间的距离设定为l；

13、启动大功率超声发射接收器，使空气耦合超声探头激发特定频率的超声纵波；

14、提取反馈超声信号时域范围内内外壁回波的最大幅值、电缆保护管内外壁回波最大幅值处对应的时间差及电缆保护管壁厚，计算出声波在电缆保护管中传播的速度c；通过提取外壁反射波最大幅值并且将其与入射波幅值结合，计算出空气-电缆保护管界面的反射系数r1；通过温度计测出实时温度，计算出对应温度下空气中的声速和空气密度进而得出实时空气声阻抗z2，结合空气-电缆保护管界面的反射系数r1计算出电缆保护管的声阻抗z1；最终，根据电缆保护管的声阻抗z1和声波在电缆保护管中传播的速度c计算出电缆保护管材料密度ρ。

15、进一步的，声波在电缆保护管中传播的速度表示为：

16、

17、其中，δt指电缆保护管内外壁回波最大幅值处对应的时间差,δ指电缆保护管壁厚；

18、外表面反射声波幅值a2满足如下关系式：

19、a2＝ a0e-2×l×αr1(1-r2) (3)

20、其中，α指超声波在空气中的衰减率，r1指空气和电缆保护管之间的反射率，r2指空气和探头之间的反射率，a0指入射声波幅值；

21、由公式(3)推出空气-电缆保护管界面的反射系数r1：

22、

23、由声学基础公式推得：

24、

25、其中，z1指电缆保护管声阻抗，z2指空气声阻抗；

26、最终，得出电缆保护管密度为：

27、

28、本发明的有益效果如下：

29、1、本发明通过设置入射角度和位置，将空气耦合超声探头放在待测电缆保护管试件的外侧面，即可实现对电缆保护管密度的检测，适用各类电缆保护管的检测，特别适用于安装前电缆保护管的现场检测；

30、2、本发明还可通过动力组件驱动探头沿特定路径移动，实现线性扫描，并利用扫描结果获得电缆保护管密度图像，通过所得到的密度变化图像直接判断电缆保护管内的退化及损伤情况，提高了可视化程度。

技术特征：

1.一种基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测系统，其特征在于，包括超声激励组件，所述超声激励组件包括超声发射接收器(4)以及与超声发射接收器(4)连接的空气耦合超声探头(1)和计算机(5)；

2.根据权利要求1所述的一种基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测系统，其特征在于，还包括卡座组件，所述卡座组件连接卡座和空耦探头，用于保持探头与电缆保护管相对位置固定且满足要求。

3.根据权利要求2所述的基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测系统，其特征在于，所述卡座组件包括基底和与基底连接的卡扣。

4.根据权利要求2所述的基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测系统，其特征在于，所述计算机(5)内设置有与高功率超声发射接收器(4)相连的usb数据接口。

5.一种基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测方法，其特征在于，其采用权利要求1-4中任一项所述的系统进行，所述检测方法包括：

6.根据权利要求5所述的基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种基于空气耦合超声的电缆保护管密度检测系统及方法，该系统包括超声激励组件，超声激励组件包括超声发射接收器以及与超声发射接收器连接的空气耦合超声探头和计算机；空气耦合超声探头通过一带卡槽的底座设置在待检电缆保护管试件的外侧表面，所述带卡槽的底座用于固定探头的压电晶片与待检电缆保护管试件表面之间径向对心，同时确保所述空气耦合超声探头水平放置；超声发射接收器用于使空气耦合超声探头激发入射角为零度的超声纵波。本发明通过超声波在电缆保护管外壁反射前后信号幅值变化以及内外壁反射回波时间差，同时考虑环境温度的因素确定了超声波在电缆保护管中的声阻抗和声速，进而得出电缆保护管的密度。

技术研发人员：熊虎,周游,刘桂梅,李家源,吴漾,李卓凡,蔡成良
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15