基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法与流程

1.本发明涉及一种绝缘芯棒的检测方法，具体涉及基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法。


背景技术：

2.目前，针对复合绝缘子芯棒缺陷检测的方法有红外热成像法、电压法、x射线法、超声波法、紫外线法、微波反射法等。红外热成像法可以通过感应在复合绝缘子芯棒材料不连续性带来的温升来检测内部缺陷，但是容易收到阳光、温度、风速、湿度等环境因素的影响。电场法是一种应用非常广泛的检测方法，它可以通过测量复合绝缘子轴向电场强度的畸变水平来定位内部缺陷。然而，它不能在中高压水平下检测复合绝缘子中的导电缺陷。x射线具有很强的穿透能力，可以检测界面和复合绝缘子内部的微小裂纹，但成本高，生物辐射风险高。超声波方法可以通过倾听声音信号的回声并分析其振幅、时间和相移来检测大多数缺陷，但在检测操作之前，必须在被测绝缘子芯棒上应用特定的化学耦合剂。紫外线检测方法可以通过感应绝缘子芯棒不同位置电晕放电来检测缺陷，但这种方法只能在高环境湿度下进行。国内外已对微波无损检测技术进行了大量研究，但主要用于航天航空与军事领域，将微波检测用于复合绝缘子检测的研究还很少。hinken等人用网络分析仪对树脂平板进行检测，证明可以检测到预设缺陷，qaddoumi等使用近场微波检测内置缺陷的复合绝缘子样品，识别出内部缺陷，其对气孔识别能力较好，对金属缺陷的识别能力较差。清华大学王黎明教授等利用微波反射法识别出预设的毫米级深度缺陷，但长度、宽度尺寸较大，同时探测的效率不高。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供了。
4.本发明采用如下技术方案实现：基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法，其特征在于：
5.(1)测量装置准备阶段
6.微波透射法测量复合绝缘子芯棒检测设备组成包括：矢量网络分析仪器、同轴传输线、射频发射端口(四端口器件)、射频接收端口(四端口器件)、无缺陷芯棒(直径30mm，长度2400mm)、有缺陷芯棒(直径30mm，长度2400mm)、电脑等仪器设备。
7.(2)测量装置连接阶段
8.矢量网络分析仪通电后连接同轴传输线，同轴传输线另一端与射频发射端口相接。射频发射端口固定在复合绝缘子芯棒一端，微波信号通过发射端口耦合进入芯棒内，芯棒另一端接射频接收端口，接收微波信号。射频接收端口再通过同轴传输线将微波信号传回矢量网络分析仪，并将实时数据反应在电脑上。
9.(3)数据测量阶段
10.选取无缺陷复合绝缘子芯棒，矢量网络分析仪通过同轴传输线连接射频发射端口
的port1，微波透射通过复合绝缘子芯棒，经射频接收端口port5由同轴线传输回矢量网络分析仪，此时，port2、port3、port4、port6、port7、port8接50ω匹配负载，经此过程测量即得无缺陷复合绝缘子芯棒15方向的s2
(5)1(1)
数据。
11.2.根据权利要求1所述的基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法，其特征在于：射频接收端口不动，发射端口改为port2，port1接50ω匹配负载，即可测量无缺陷复合绝缘子芯棒25方向的s2
(5)1(2)
数据。再将发射端口改为port3，port2接50ω匹配负载，即可测量无缺陷复合绝缘子芯棒35方向的s2
(5)1(3)
数据，同理，发射端口改为port4，port3接50ω匹配负载，即可测量无缺陷复合绝缘子芯棒45方向的s2
(5)1(4)
数据。经此过程即可得无缺陷复合绝缘子芯棒5接收端口的测量数据共4组；
12.照此类推，此后依次维持射频接收端口port6、port7、port8接同轴传输线不变，射频发射端口port1、port2、port3、port4轮换接同轴传输线，未接同轴线的port接50ω匹配负载，即可得剩余12组无缺陷复合绝缘子芯棒数据；
13.同理，针对有缺陷复合绝缘子芯棒进行同样数据测量，即得另外16组数据。
14.3.根据权利要求2所述的基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法，其特征在于：进入到数据处理阶段，将同一接收端口的四个不同port方向发射端口的数据叠加，来模拟等幅同相的射频信号同时激励。以射频接收端口5为例，其表达式为:
15.s2
(5)1(1 2 3 4)
＝s2
(5)1(1)
s2
(5)1(2)
s2
(5)1(3)
s2
(5)1(4)
16.同理可得s2
(6)1(1 2 3 4)
、s2
(7)1(1 2 3 4)
、s2
(8)1(1 2 3 4)
。有缺陷复合绝缘子芯棒的16组数据同样处理可得另外四个s2
(5)1(1 2 3 4)
、s2
(6)1(1 2 3 4)
、s2
(7)1(1 2 3 4)
、s2
(8)1(1 2 3 4)
。以s2
(7)1(1 2 3 4)
和s2
(5)1(1 2 3 4)
之差来表征受四端口等幅同相信号同时激励时激发的垂直极化射频信号，同理，以s2
(8)1(1 2 3 4)
和s2
(6)1(1 2 3 4)
之差来表征受四端口等幅同相信号同时激励时激发的水平极化射频信号。
17.反之，以垂直极化射频信号或者水平极化射频信号作为射频输入端的激励源，在接收端也同样能接受到受其激发的高阶模式。即在射频输入端口分别以port2端口和port4端口作为激励，二者之差等价于等幅反相信号，即可看做水平极化射频信号激励，在射频接收端口以port5、port6、port7、port8端口信号之和模拟受垂直极化射频信号激励的高阶模式。其表达式为：
18.s2
(5 6 7 8)1(2)-s2
(5 6 7 8)1(4)
＝s2
(5)1(2)
s2
(6)1(2)
s2
(7)1(2)
s2
(8)1(2)
[0019]-s2
(5)1(4)-s2
(6)1(4)-s2
(7)1(4)-s2
(8)1(4)
[0020]
有缺陷芯棒同样处理，同样可得其受四端口等幅同相信号同时激励的垂直极化信号以及受水平极化信号激励时产生的高阶信号。
[0021]
相比现有技术，本发明利用射频收发装置，通过射频透射法从复合绝缘子芯棒的两端测量其散射参数。与传统的缺陷检测方法相比，微波在非金属材料中的穿透性强，可根据发射探头的位置沿着指定方向传播，微波信号收发探头也不用和复合绝缘子芯棒本身相接触，不需要耦合剂，不会对芯棒本身的性能产生影响，也不需要严格的环境温度、湿度、光照、风速等条件的控制，在低压下易于操作，速度快。与目前提出的射频反射法相比，基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法数据采集、数据处理的速度更快，操作更加便捷，只需要测量不同方向数据，即可评估复合绝缘子芯棒的完好性。基于射频微波的透射检测方法能够有效的反应出有缺陷芯棒和无缺陷芯棒之间的异常，完善了射频透射测量复合绝
缘子芯棒的方法，为复合绝缘子生产厂商提供了有效的参考数据。
附图说明
[0022]
图1是复合绝缘子芯棒仿真结构图。
[0023]
图2是射频发射端口示意图。
[0024]
图3是射频接收端口示意图。
具体实施方式
[0025]
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0026]
基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法，其特征在于：
[0027]
(1)测量装置准备阶段
[0028]
微波透射法测量复合绝缘子芯棒检测设备组成包括：矢量网络分析仪器、同轴传输线、射频发射端口(四端口器件)、射频接收端口(四端口器件)、无缺陷芯棒(直径30mm，长度2400mm)、有缺陷芯棒(直径30mm，长度2400mm)、电脑等仪器设备。
[0029]
(2)测量装置连接阶段
[0030]
矢量网络分析仪通电后连接同轴传输线，同轴传输线另一端与射频发射端口相接。射频发射端口固定在复合绝缘子芯棒一端，微波信号通过发射端口耦合进入芯棒内，芯棒另一端接射频接收端口，接收微波信号。射频接收端口再通过同轴传输线将微波信号传回矢量网络分析仪，并将实时数据反应在电脑上。
[0031]
(3)数据测量阶段
[0032]
选取无缺陷复合绝缘子芯棒，矢量网络分析仪通过同轴传输线连接射频发射端口的port1，微波透射通过复合绝缘子芯棒，经射频接收端口port5由同轴线传输回矢量网络分析仪，此时，port2、port3、port4、port6、port7、port8接50ω匹配负载，经此过程测量即得无缺陷复合绝缘子芯棒15方向的s2
(5)1(1)
数据。
[0033]
2.根据权利要求1所述的基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法，其特征在于：射频接收端口不动，发射端口改为port2，port1接50ω匹配负载，即可测量无缺陷复合绝缘子芯棒25方向的s2
(5)1(2)
数据。再将发射端口改为port3，port2接50ω匹配负载，即可测量无缺陷复合绝缘子芯棒35方向的s2
(5)1(3)
数据，同理，发射端口改为port4，port3接50ω匹配负载，即可测量无缺陷复合绝缘子芯棒45方向的s2
(5)1(4)
数据。经此过程即可得无缺陷复合绝缘子芯棒5接收端口的测量数据共4组；
[0034]
照此类推，此后依次维持射频接收端口port6、port7、port8接同轴传输线不变，射频发射端口port1、port2、port3、port4轮换接同轴传输线，未接同轴线的port接50ω匹配负载，即可得剩余12组无缺陷复合绝缘子芯棒数据；
[0035]
同理，针对有缺陷复合绝缘子芯棒进行同样数据测量，即得另外16组数据。
[0036]
3.根据权利要求2所述的基于射频透射法的复合绝缘子芯棒缺陷检测方法，其特征在于：进入到数据处理阶段，将同一接收端口的四个不同port方向发射端口的数据叠加，来模拟等幅同相的射频信号同时激励。以射频接收端口5为例，其表达式为:
[0037]
s2
(5)1(1 2 3 4)
＝s2
(5)1(1)
s2
(5)1(2)
s2
(5)1(3)
s2
(5)1(4)
[0038]
同理可得s2
(6)1(1 2 3 4)
、s2
(7)1(1 2 3 4)
、s2
(8)1(1 2 3 4)
。有缺陷复合绝缘子芯棒的16组数据同样处理可得另外四个s2
(5)1(1 2 3 4)
、s2
(6)1(1 2 3 4)
、s2
(7)1(1 2 3 4)
、s2
(8)1(1 2 3 4)
。以s2
(7)1(1 2 3 4)
和s2
(5)1(1 2 3 4)
之差来表征受四端口等幅同相信号同时激励时激发的垂直极化射频信号，同理，以s2
(8)1(1 2 3 4)
和s2
(6)1(1 2 3 4)
之差来表征受四端口等幅同相信号同时激励时激发的水平极化射频信号。
[0039]
反之，以垂直极化射频信号或者水平极化射频信号作为射频输入端的激励源，在接收端也同样能接受到受其激发的高阶模式。即在射频输入端口分别以port2端口和port4端口作为激励，二者之差等价于等幅反相信号，即可看做水平极化射频信号激励，在射频接收端口以port5、port6、port7、port8端口信号之和模拟受垂直极化射频信号激励的高阶模式。其表达式为：
[0040]
s2
(5 6 7 8)1(2)-s2
(5 6 7 8)1(4)
＝s2
(5)1(2)
s2
(6)1(2)
s2
(7)1(2)
s2
(8)1(2)
[0041]-s2
(5)1(4)-s2
(6)1(4)-s2
(7)1(4)-s2
(8)1(4)
[0042]
有缺陷芯棒同样处理，同样可得其受四端口等幅同相信号同时激励的垂直极化信号以及受水平极化信号激励时产生的高阶信号。
[0043]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。