基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211785215 U(45)授权公告日 2020.10.27

(21)申请号 201921006452.5(22)申请日 2019.07.01

(73)专利权人 云南电网有限责任公司玉溪供电

局

地址 653100 云南省玉溪市红塔大道42号(72)发明人 徐鹏　王庸道　杨红伟　杨涛　

史玉清　党军朋　杨亮　王天宇　郑博文　张毅　龚伟　李达　(74)专利代理机构 深圳市顺天达专利商标代理

有限公司 44217

代理人 郭伟刚(51)Int.Cl.

G01N 22/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图1页

(54)实用新型名称

基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统(57)摘要

本实用新型公开了一种基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，包括直流源、微波源、导波装置、定向耦合器、低频放大器、信号采集卡和计算机，直流源连接于微波源，微波源连接于导波装置、导波装置连接于定向耦合器，定向耦合器连接于低频放大器，低频放大器连接于信号采集卡，信号采集卡连接于计算机，定向耦合器还连接于待测样品。本实用新型根据微波在固体介质中的传播特性，利用反射波与界面性能的对应性，实现聚氨酯灌注支柱绝缘子界面性能的评估检测。微波能够穿透到大部分非导体材料的内部；微波检测不需要耦合介质，通过空气就可以直接实现探头到试件的有效耦合；微波的相位幅值容易获得，且信号容易处理。

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权　利　要　求　书

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1.一种基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，其特征在于，包括直流源、微波源、导波装置、定向耦合器、低频放大器、信号采集卡和计算机，所述直流源连接于所述微波源，所述微波源连接于所述导波装置、所述导波装置连接于所述定向耦合器，所述定向耦合器连接于所述低频放大器，所述低频放大器连接于所述信号采集卡，所述信号采集卡连接于所述计算机，所述定向耦合器还连接于待测样品；所述直流源用于为所述微波源提供工作电压；所述微波源用于产生高频微波；所述导波装置用于将所述高频微波经由所述定向耦合器发送至所述待测样品；所述定向耦合器用于分离所述待测样品的反射波；所述低频放大器用于将所述反射波处理后发送至所述信号采集卡；所述数据采集卡用于将所述低频放大器输出的直流电压信号读取为数字信号，输入所述计算机；所述计算机用于根据所述数字信号，计算微波反射波强度幅值，并根据样品数据库进行后续数据分析，判定界面处是否出现缺陷以及缺陷位置。

2.根据权利要求1所述的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，其特征在于，所述微波源为全固态化微波源。

3.根据权利要求1所述的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，其特征在于，所述导波装置为金属波导管。

4.根据权利要求1所述的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，其特征在于，还包括连接于所述定向耦合器和所述低频放大器之间的检波器。

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说　明　书

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基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统

技术领域

[0001]本实用新型涉及一种基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统。背景技术

[0002]聚氨酯灌注式复合支柱绝缘子作为一种新型复合支柱绝缘子，自开发以来，已经在国内多个重点工程的母线支柱和隔离开关支柱绝缘子上大批量应用。这种典型的复合型支柱绝缘子通常由三种绝缘电介质材料构成，分别是外层的硫化硅橡胶护套(包括伞裙部分)、中间一圈圆筒状的环氧以及圆筒内部填充的体积占比最大的聚氨酯泡沫。在这种绝缘结构中，三种各具不同优良物理特性的材料最大程度地保障了绝缘子的电气绝缘强度、机械强度、耐老化度等最基本也最重要的性能要求，同时，在此基础上，由于聚氨酯的使用导致绝缘子质量大大减轻也是该类型绝缘子在应用中趋于热门的重要原因。

[0003]然而,即使是这样一种看似各方面性能已经十分不错的复合支柱绝缘子也并非无懈可击，其例常运维仍需尽量地去探测、发现并排除其中的故障缺陷等问题，以在最大程度上确保绝缘子的安全可靠。由聚氨酯灌注式复合支柱绝缘子的基本结构可知，三种材料的堆叠分层结构最容易导致的一种缺陷就是不同材料界面处的缺陷，而这种缺陷又常常表现为界面处的不贴合、材料缺失。这种缺陷的存在会使支柱绝缘子内的电场产生畸变，可能会引发局部放电甚至在严重时导致支柱绝缘子被击穿，因此，这种缺陷将给电力系统的安全稳定运行带来极大的隐患。现有的缺陷检测方法包括超声法和太赫兹探伤方法等。[0004]超声法需要探头与样品表面紧密接触并使用耦合剂确保超声的传播。复合绝缘子表面形状复杂，测试探头难以固连到绝缘子的外表面；只能接触式测量，尤其是需要在测量过程中使用耦合剂限制了超声检测法的应用范围。[0005]已有的一些太赫兹探伤方法，要么提前得到样品折射率，这个过程既增加操作复杂度也带来了更多的误差因子；要么需要引进一级回波分量，这既对实验条件提出了严格的要求，比如完全降低水蒸气吸收的影响使相对湿度接近于零且系统的试件窗口要足够宽等；也使被测量样品的厚度范围受到严重限制，因为在样品的厚度在光学上相对于波长较大时，由于可以忽略法布里-珀罗而使时域波形得不到一级回波。[0006]因此，由于聚氨酯灌注式复合支柱绝缘子的缺陷位置的隐蔽性，采取常规缺陷检测方法效果在准确度、可行性以及易操作性等指标上可能会差强人意。实用新型内容

[0007]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，以在较高的检测准确度及可操作性要求下完成对聚氨酯灌注式复合支柱绝缘子界面状态的评估工作。[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，包括直流源、微波源、导波装置、定向耦合器、低频放大器、信号采集卡和计算机，所述直流源连接于所述微波源，所述微波源连接于所述导波装

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置、所述导波装置连接于所述定向耦合器，所述定向耦合器连接于所述低频放大器，所述低频放大器连接于所述信号采集卡，所述信号采集卡连接于所述计算机，所述定向耦合器还连接于待测样品；所述直流源用于为所述微波源提供工作电压；所述微波源用于产生高频微波；所述导波装置用于将所述高频微波经由所述定向耦合器发送至所述待测样品；所述定向耦合器用于分离所述待测样品的反射波；所述低频放大器用于将所述反射波处理后发送至所述信号采集卡；所述数据采集卡用于将所述低频放大器输出的直流电压信号读取为数字信号，输入所述计算机；所述计算机用于根据所述数字信号，计算微波反射波强度幅值，并根据样品数据库进行后续数据分析，判定界面处是否出现缺陷以及缺陷位置。[0009]在本发明提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统中，所述微波源为全固态化微波。

[0010]在本发明提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统中，所述导波装置为金属波导管。

[0011]在本发明提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统中，还包括连接于所述定向耦合器和所述低频放大器之间的检波器。[0012]本实用新型的用于核电厂在线硼表标定的取样装置，具有以下有益效果：本实用新型提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，根据微波在固体介质中的传播特性，利用反射波与界面性能的对应性，实现聚氨酯灌注支柱绝缘子界面性能的评估检测。微波与材料的相互作用，受到材料的电导率、介电常数、磁导率等特性的影响，宏观表现出反射、折射、衍射、散射等效应；微波能够穿透到大部分非导体材料的内部；微波检测不需要耦合介质，通过空气就可以直接实现探头到试件的有效耦合，甚至不需要探头和试件之间有接触；微波的相位幅值容易获得，且信号容易处理；微波系统可以由固态器件组成，可以做到便携、坚固、可靠等品质。附图说明

[0013]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

[0014]图1是本实用新型提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统的原理图。

具体实施方式

[0015]为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。[0016]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

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为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上

述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

[0018]图1是本实用新型提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统的原理图。如图1所示，本实用新型提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，包括直流源10、微波源20、导波装置30、定向耦合器40、低频放大器50、信号采集卡60和计算机70，所述直流源10连接于所述微波源20，所述微波源20连接于所述导波装置30、所述导波装置 30连接于所述定向耦合器40，所述定向耦合器40连接于所述低频放大器50，所述低频放大器50连接于所述信号采集卡60，所述信号采集卡60连接于所述计算机70，所述定向耦合器40还连接于待测样品。[0019]具体地，在本实用新型一实施例中，直流源10提供满足微波源20工作的电压。[0020]具体地，在本实用新型一实施例中，微波源20用来产生微波振荡，传统的微波振荡器包括电真空器件和固态器件两部分。在本实用新型中使用的是全固态化微波源。全固态化微波源的优点是体积、重量、功耗大幅度减小，寿命和可靠性都大大提高。4GHz以上频率的固态器件有体效应二极管和碰撞雪崩渡越时间二极管。体效应管也叫耿氏二极管。雪崩二极管的原理是将二极管的反向电压加到雪崩区间，因为载流子存在的渡越时间，使得交流电压和交流电流反相，则二极管两端对外特性呈现交流负阻，产生微波振荡。[0021]具体地，在本实用新型一实施例中，微波属于高频电磁波，不能简单地使用导线来传播，而使用天线发射和接收、通过空间传播的话，由于微波的传播受到空间中媒质分布的影响，又容易损失掉很大一部分能量，所以需要特制的元件来传输，即微波传输线。因此，在本实用新型中，导波装置30采用金属波导管。更具体地，采用应用最广泛的是矩形波导管。[0022]具体地，在本实用新型一实施例中，定向耦合器40是一种具有方向性的功率分配元件，可以将主传输系统中的正向传输的微波信号按一定比例进行功率分配提取，并能够做到基本不从反向波中分配提取功率。[0023]具体地，在本实用新型一实施例中，还包括连接于所述定向耦合器和所述低频放大器之间的检波器。检波器是一种利用某些固态器件的非线性特性产生直流或低频电流及电压，用以检测微波功率的元件。[0024]具体地，在本实用新型一实施例中，检波器输出的直流(含一定量的低频信号)电压信号在低频放大器50中过滤杂散信号、放大直流信号。接入低频放大器之后可以提高识别缺陷的能力。[0025]具体地，在本实用新型一实施例中，数据采集卡40将低频放大器输出的直流电压信号读取为数字信号，输入计算机。[0026]具体地，在本实用新型一实施例中，计算机70通过得到的微波反射波强度幅值结合本批次样品数据库进行后续数据分析，即可判定界面处是否出现缺陷以及缺陷位置。[0027]本实用新型提供的基于微波反射信号的复合支柱绝缘子界面缺陷检测系统，根据微波在固体介质中的传播特性，利用反射波与界面性能的对应性，实现聚氨酯灌注支柱绝缘子界面性能的评估检测。微波与材料的相互作用，受到材料的电导率、介电常数、磁导率等特性的影响，宏观表现出反射、折射、衍射、散射等效应；微波能够穿透到大部分非导体材

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料的内部；微波检测不需要耦合介质，通过空气就可以直接实现探头到试件的有效耦合，甚至不需要探头和试件之间有接触；微波的相位幅值容易获得，且信号容易处理；微波系统可以由固态器件组成，可以做到便携、坚固、可靠等品质。

[0028]上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

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说　明　书　附　图

图1

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