一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法
专利汇可以提供一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法,步骤包括：建立双层杆复合绝缘子模型的频散方程；求解频散方程，并选择合适的导波模态、导波 频率 和导波周期；根据导波模态、导波频率和导波周期，编程调制得到激励 信号 ；选择复合绝缘子的合适检测长度，并对其分段进行检测，使用数字示波器接收并显示超声导波信号以及加载在首端压电片上的 激励信号 ；对超声导波信号的幅值与激励信号的幅值作比值，并定义为衰减系数；将衰减系数与完好复合绝缘子的衰减系数作比较，判断所 检测区域 内是否有脱粘现象。本发明利用扭转模态超声导波可在复合绝缘子内层玻璃 钢 芯棒和外层 硅 橡胶 上传播的特性，实现复合绝缘子脱粘 缺陷 的快速、准确的检测。，下面是一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法专利的具体信息内容。
1.一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据所检测复合绝缘子和硅橡胶的材料参数、几何尺寸，建立双层杆复合绝缘子模型的频散方程；
S2、求解频散方程，得到双层杆复合绝缘子模型的相速度频散曲线、群速度频散曲线，根据相速度频散曲线和群速度频散曲线选择合适的导波模态、导波频率和导波周期；
S3、根据导波模态、导波频率和导波周期，编程调制得到激励信号；所述激励信号经使用函数信号发生器读取和功率放大器放大后，加载于粘贴在复合绝缘子表面的压电片上；
S4、选择复合绝缘子的合适检测长度，并对其分段进行检测，复合绝缘子中玻璃芯棒属于弹性介质，硅橡胶属于粘弹性介质，弹性介质中波的能量损失为波的扩散和散射，粘弹性介质中能量损失包括波的扩散和散射，以及介质吸收造成损失；选取相距4个伞裙组作为复合绝缘子的合适检测长度时来激励和接收，以提高检测效率，其中每个伞裙组为10cm，在所检测分段的首端加载超声导波信号，在所检测分段的尾端连接数字示波器，数字示波器接收并显示尾端超声导波信号以及加载在首端压电片上的激励信号；
S5、对尾端接收到的超声导波信号的幅值与激励信号的幅值作比值，并定义为衰减系数，所述衰减系数表征传播过程的衰减；
S6、将步骤S5所得到的衰减系数与完好复合绝缘子的衰减系数作比较，判断所检测区域内是否有脱粘现象，并估计脱粘大小，具体为：若步骤S5所得到的衰减系数小于完好复合绝缘子的衰减系数，则所检测区域内有脱粘缺陷，并估计脱粘大小；若衰减系数大于或等于的衰减系数，则所检测区域内没有脱粘缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法，其特征在于，所述步骤S1的材料参数包括密度、杨氏模量和泊松比，所述几何尺寸包括玻璃钢芯棒直径和硅橡胶厚度。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法，其特征在于，所述步骤S1，其具体为：
复合绝缘子由于其伞裙大小对导波传播的衰减影响不大，因此将其简化为内层为玻璃钢芯棒、外层为硅橡胶的双层杆模型；而导波无论是在单层弹性、粘弹性和圆柱体结构中传播时，均满足Navier位移运动方程：
式中，λ、μ均为材料Lame常数，U为广义位移矢量，ρ为材料密度，t为时间；
将广义位移矢量U分解为标量势φ的梯度和矢量势H的旋度，且▽·H＝0,即得：
U＝▽φ+▽×H
当只考虑扭转模态时，则标量势φ必须为0，并且矢量势H的径向分量和周向分量均为
0，只保留轴向分量Hz，该分量为r、z和t的函数，则得：
综合扭转模态复合绝缘子的应力和位移边界条件，包括：
硅橡胶外边界r＝R2：
(σrθ)r＝R2＝0
硅橡胶与芯棒层的交界面r＝R1：
(uθ1)r＝R1＝(uθ2)r＝R1，(σrθ1)r＝R1＝(σrθ2)r＝R1
利用上述双层杆结构中边界条件和方程U＝▽φ+▽×H，建立频散方程：
[D]{A1 A2 B1 B2 A3 B3}T＝0
式中，[D]为6×6的系数矩阵，为使上式有非零解，其系数行列式必须为零，即[D]＝0。
4.根据权利要求1所述的一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法，其特征在于，所述步骤S2，在选择导波模态和导波频率时，要参考相速度频散曲线，确保导波模态在该导波频率下是非频散或者频散很小的，再依据群速度频散曲线选择该频率下群速度变化不大、传播速度最快的导波模态；其中，群速度是由相速度计算得出的，具体关系如下：
式中：Cg为群速度，Cp为相速度，f为导波的频率，d为杆的半径。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法，其特征在于，所述步骤S2中合适的导波模态、导波频率，其标准为：在该导波频率下对应的导波模态有最大的传播速度，且在一定导波频率范围内该导波模态群速度变化不大，而其他导波模态传播速度小；
所述合适的导波周期，其标准为：选择传播衰减小、没有模态分离现象并且波包波形清晰、幅值易于观察的导波周期。
6.根据权利要求1所述的一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法，其特征在于，所述步骤S3的激励信号，其方程式为：
式中，f为超声导波信号的中心频率，n为超声导波信号的周期数。
一种基于扭转模态超声导波的复合绝缘子脱粘检测方法
技术领域
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
1241.7kg/m3。图2所示的复合绝缘子模型可简化为图3所示的双层杆模型，其中坐标轴Z轴为玻璃钢芯棒和硅橡胶中心轴线，R1为玻璃钢芯棒半径，R2为硅橡胶外半径。将复合绝缘子几何尺寸和材料参数代入其频散方程中，利用软件GUIGUW可求解画出绝缘子的相速度和群速度频散曲线，如图4、5所示，从频散曲线图可以看出在0-100kHZ，除了T(0，1)模态外，其他模态均存在截止频率，由于实验发现当频率过大(大于100kHZ)时，实验过程中波形容易发生模态分离现象，接收波出现多个小波包，影响检测效果，因此只画出了0-100kHZ范围内的频散曲线。由图4、图5可以看出，在15kHZ、30kHZ、50kHZ、65kHZ、80kHZ频率附近，对应的T(0，
2)、T(0，3)、T(0，4)、T(0，5)和T(0，6)模态群速度均最大，而对应的其他模态群速度很小，可用于缺陷检测。经试验发现，针对本次实验所用试件，采用Hanning窗调制的10个周期正弦信号为激励，即可清晰辨认波形，又不易发生频散现象，同时每次检测区间长度为4个伞裙组(40cm)时，能保证波形清晰可见且检测效率高。
48.17mm、60.27mm、71.91mm和脱粘一周进行的检测。从图中可以看出：当检测区域存在脱粘缺陷时，衰减系数会小于无缺陷时；不同的是当周向缺陷长度增加时，衰减系数会增加，不过始终没有无缺陷时衰减系数大。因此可以通过衰减系数的大小来判断检测区域内是否存在脱粘缺陷，同时也可以利用轴向和周向缺陷的衰减曲线来估计脱粘的大小。
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