(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107422035 A(43)申请公布日 2017.12.01
(21)申请号 201710591761.2(22)申请日 2017.07.19
(71)申请人 山东大学
地址 250061 山东省济南市经十路17923号申请人 北京华电云通电力技术有限公司(72)发明人 朱波 乔琨 于宽 梁轩伟 关勇
夏军 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限
公司 37221
代理人 郑华清(51)Int.Cl.
G01N 29/04(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图1页
(54)发明名称
一种碳纤维复合芯导线芯棒无损检测装置及方法(57)摘要
本发明提供一种碳纤维复合芯导线芯棒无损检测装置及方法。该设备包括：激振探头、导线定位装置、振荡信号拾取探头、振荡信号分析仪四部分组成。该设备将待检导线进行定位后，采用激振探头发射特定频率的振动波对导线内部的复合材料芯棒进行辐射；将透射出的反馈振荡波信号利用振荡信号拾取探头进行收集，将拾取探头收集的信号形成连续图谱并经过数字化处理。最终将处理后的信号图谱通过振荡信号分析仪与标准数字图谱进行比对分析，通过数据库分析软件得到分析结果，从而检测出芯棒特定位置的损伤情况。该设备可广泛应用于碳纤维复合材料导线芯棒的无损检测，其分析过程快速方便，检测过程便捷，对芯棒无损伤破坏。
CN 107422035 ACN 107422035 A
权 利 要 求 书
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1.一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备，其特征在于，包括：激振探头、导线定位装置、振荡信号拾取探头、振荡信号分析仪，所述激振探头、导线定位装置、振荡信号拾取探头、振荡信号分析仪依次设置，所述激振探头发射的发射特定频率的振动波经设置在导线定位装置上的碳纤维复合芯导线芯棒后，透射到振荡信号拾取探头，所述振荡信号拾取探头与振荡信号分析仪相连。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述发振动波的频率在100-100000Hz范围。3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述振荡信号拾取探头是可检测芯棒透射超声信号的频谱检测仪，该检测仪可检测经激振探头发射和碳纤维复合材料导线芯棒透射后的声波反馈信号。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述振荡信号分析仪配有特定的信号分析系统软件，该软件匹配特定的特征谱图数据库，该数据库中储备不同结构特征的碳纤维复合材料芯棒特征声波信号的数字化图谱，通过软件可快速调取数据库中的芯棒数字化图谱进行比对。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数字化图谱数据库通过前期大量的试验结果建成，其中包括标准信号数字图谱和特征损伤芯棒的数字化图谱数据。当进行检测时，激振探头发出的声波信号辐射待检样品，当透射出的声波信号被振荡信号拾取探头感知，将感知信号数字化之后导入分析软件，分析软件调取数据库中的标准无损伤数字信号图谱进行对比分析，将分析后的结果与特征损伤数字图谱进行快速匹配，最终确定待检样品的损伤特征，得到损伤问题的最终结论。
6.一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测方法，其特征在于，包括：将碳纤维复合芯导线芯棒固定在导线定位装置；
采用激振探头发射特定频率的振动波对导线内部的复合材料芯棒进行辐射；将透射出的反馈振荡波信号利用振荡信号拾取探头进行收集，将拾取探头收集的信号形成连续图谱并经过数字化处理；
最终将处理后的信号图谱通过振荡信号分析仪与标准数字图谱进行比对分析，通过数据库分析软件得到分析结果，从而检测出芯棒特定位置的损伤情况。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发振动波的频率在100-100000Hz范围。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数字化图谱数据库通过前期大量的试验结果建成，其中包括标准信号数字图谱和特征损伤芯棒的数字化图谱数据。当进行检测时，激振探头发出的声波信号辐射待检样品，当透射出的声波信号被振荡信号拾取探头感知，将感知信号数字化之后导入分析软件，分析软件调取数据库中的标准无损伤数字信号图谱进行对比分析，将分析后的结果与特征损伤数字图谱进行快速匹配，最终确定待检样品的损伤特征，得到损伤问题的最终结论。
9.权利要求1-5任一项所述的装置在电缆无损检测中的应用。
10.权利要求1-5任一项所述的装置在导线芯棒无损检测中的应用。
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CN 107422035 A
说 明 书
一种碳纤维复合芯导线芯棒无损检测装置及方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种碳纤维复合材料导线芯棒的检测方法，特别涉及一种利用特定频率超声波辐射方式对碳纤维复合材料导线芯棒的内部复合材料芯杆进行损伤检测的设备及方法。
背景技术
[0002]碳纤维复合材料导线芯棒是用于电力传输领域的高压导线重要部件，其主要作用是取代钢芯铝绞线中的金属钢芯，利用碳纤维树脂基复合材料作为材质的碳纤维导线芯棒，其自身的强度、刚度以及环境适应性较强，可有效减少远距离杆塔间高压输电线路的弧垂变形，因此碳纤维复合材料导线芯棒也成为高压输电和远距离输电领域的新型高科技产品，可有效替代金属芯所带来的诸多质量和寿命问题。[0003]然而作为新型复合材料材质的芯棒，在使用过程或施工架线过程中也存在诸多问题，其中较为典型和主要的就是碳纤维复合芯棒的表面和内部损伤，这种损伤有可能是产品制备过程中产生，也有可能是架线过程中施工工序的不完善造成，如果缺陷损伤不被及时发现和处理必然对输电线路的稳定使用带来隐患。[0004]而鉴于目前高压输电线的多层结构，碳纤维复合芯棒的外部有较厚的铝质绞线的包裹层和外部绝缘层，因此一旦线路架入，很难发现内部芯部复合材料棒材的损伤问题，传统的目测或表面探测手段无法达到及时发现损伤的目的。而目前国内外对于这种多层高压输电线路的检测处理研究和手段几乎为零，特别是碳纤维复合材料导线芯棒的检测方面即为困难。为了达到不损伤芯棒结构的目的，同时如何快速对碳纤维复合材料芯棒的表面及内部损伤进行方便探测和智能比对提取、分析以及综合评价，成为目前研究的热点。[0005]由于计算机技术以及超声探测技术的快速发展，对于新型碳纤维复合材料导线芯棒的快速无损智能化检测技术的发展也逐渐为研究者着眼，以计算机为基础的智能化快速无损检测设备以及检测方法的配备并进行产业化，将大大提高高压碳纤维复合材料导线的质量和使用寿命。
发明内容
[0006]为了克服上述不足，本发明提供一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备和方法，该设备包括：激振探头、导线定位装置、振荡信号拾取探头、振荡信号分析仪四部分组成。该设备将待检导线进行定位后，采用激振探头发射特定频率的振动波对导线内部的复合材料芯棒进行辐射；将透射出的反馈振荡波信号利用振荡信号拾取探头进行收集，将拾取探头收集的信号形成连续图谱并经过数字化处理。最终将处理后的信号图谱通过振荡信号分析仪与标准数字图谱进行比对分析，通过数据库分析软件得到分析结果，从而检测出芯棒特定位置的损伤情况。该设备可广泛应用于碳纤维复合材料导线芯棒的无损检测，其分析过程快速方便，检测过程便捷，对芯棒无损伤问题，可全面跟踪保证复合材料导线芯棒的分析过程。
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CN 107422035 A[0007]
说 明 书
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为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备，包括：激振探头、导线定位装置、振荡信号拾取探头、振荡信号分析仪，所述激振探头、导线定位装置、振荡信号拾取探头、振荡信号分析仪依次设置，所述激振探头发射的发射特定频率的振动波经设置在导线定位装置上的碳纤维复合芯导线芯棒后，透射到振荡信号拾取探头，所述振荡信号拾取探头与振荡信号分析仪相连。[0009]优选的，所述发振动波的频率在100-100000Hz范围。[0010]优选的，所述振荡信号拾取探头是可检测芯棒透射超声信号的频谱检测仪，该检测仪可检测经激振探头发射和碳纤维复合材料导线芯棒透射后的声波反馈信号。[0011]优选的，所述振荡信号分析仪配有特定的信号分析系统软件，该软件匹配特定的特征谱图数据库，该数据库中储备不同结构特征的碳纤维复合材料芯棒特征声波信号的数字化图谱，通过软件可快速调取数据库中的芯棒数字化图谱进行比对。[0012]优选的，所述数字化图谱数据库通过前期大量的试验结果建成，其中包括标准信号数字图谱和特征损伤芯棒的数字化图谱数据。当进行检测时，激振探头发出的声波信号辐射待检样品，当透射出的声波信号被振荡信号拾取探头感知，将感知信号数字化之后导入分析软件，分析软件调取数据库中的标准无损伤数字信号图谱进行对比分析，将分析后的结果与特征损伤数字图谱进行快速匹配，最终确定待检样品的损伤特征，得到损伤问题的最终结论。
[0013]本发明还提供了一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测方法，包括：[0014]将碳纤维复合芯导线芯棒固定在导线定位装置；
[0015]采用激振探头发射特定频率的振动波对导线内部的复合材料芯棒进行辐射；[0016]将透射出的反馈振荡波信号利用振荡信号拾取探头进行收集，将拾取探头收集的信号形成连续图谱并经过数字化处理；
[0017]最终将处理后的信号图谱通过振荡信号分析仪与标准数字图谱进行比对分析，通过数据库分析软件得到分析结果，从而检测出芯棒特定位置的损伤情况。[0018]优选的，所述发振动波的频率在100-100000Hz范围。[0019]优选的，所述数字化图谱数据库通过前期大量的试验结果建成，其中包括标准信号数字图谱和特征损伤芯棒的数字化图谱数据。当进行检测时，激振探头发出的声波信号辐射待检样品，当透射出的声波信号被振荡信号拾取探头感知，将感知信号数字化之后导入分析软件，分析软件调取数据库中的标准无损伤数字信号图谱进行对比分析，将分析后的结果与特征损伤数字图谱进行快速匹配，最终确定待检样品的损伤特征，得到损伤问题的最终结论。
[0020]本发明的有益效果[0021](1)该无损检测设备采用特定频率的超声信号对多层结构的复合材料芯棒高压导线进行微小损伤探测，可在不直接接触的条件下进行导线内部芯棒的损伤情况探测，对于芯棒表面、内部以及芯部的不同位置的微小损伤进行快速检测，同时对于芯棒安装、运输等动态条件下的损伤跟踪分析也可实施，具有快速方便的优异效果。[0022](2)该检测设备与自行建立的芯棒损伤特征数据库联动，能够对不同结构特征的碳纤维复合材料芯棒的损伤特征进行快速比对分析，发现不同的结构损伤问题，具有智能
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说 明 书
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快速分析的优势。[0023](3)本发明制备方法简单、检测效率高、实用性强，易于推广。
附图说明
[0024]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。[0025]图1是碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测系统组成结构示意图，其中包括激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4中四个部分，用于检测的样品芯棒5固定在定位装置2上，振荡信号拾取探头3与振荡信号分析仪4连接，振荡信号分析仪配有计算机，通过专用分析图谱比对软件进行声波信号缺陷图谱的智能化分析。具体实施方式
[0026]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备和方法，该设备包括：激振探头、导线定位装置、振荡信号拾取探头、振荡信号分析仪四部分组成。该设备将待检导线进行定位后，采用激振探头发射特定频率的振动波对导线内部的复合材料芯棒进行辐射；将透射出的反馈振荡波信号利用振荡信号拾取探头进行收集，将拾取探头收集的信号形成连续图谱并经过数字化处理。最终将处理后的信号图谱通过振荡信号分析仪与标准数字图谱进行比对分析，通过数据库分析软件得到分析结果，从而检测出芯棒特定位置的损伤情况。该设备可广泛应用于碳纤维复合材料导线芯棒的无损检测，其分析过程快速方便，检测过程便捷，对芯棒无损伤问题，可全面跟踪保证复合材料导线芯棒的分析过程。[0028]所述的激振探头是一种可以发射特定频率声波的振荡器，其发射的声波频率在100-100000Hz范围。
[0029]所述的振荡信号拾取探头是一种可以检测芯棒透射超声信号的频谱检测仪，该检测仪可检测经激振探头发射和碳纤维复合材料导线芯棒透射后的声波反馈信号。[0030]所述的振荡信号分析仪配有特定的信号分析系统软件，该软件匹配特定的特征谱图数据库。该数据库中储备不同结构特征的碳纤维复合材料芯棒特征声波信号的数字化图谱，通过软件可快速调取数据库中的芯棒数字化图谱进行比对。[0031]所述的数字化图谱数据库通过前期大量的试验结果建成，其中包括标准信号数字图谱和特征损伤芯棒的数字化图谱数据。当进行检测时，激振探头发出的声波信号辐射待检样品，当透射出的声波信号被振荡信号拾取探头感知，将感知信号数字化之后导入分析软件，分析软件调取数据库中的标准无损伤数字信号图谱进行对比分析，将分析后的结果与特征损伤数字图谱进行快速匹配，最终确定待检样品的损伤特征，得到损伤问题的最终结论。
[0032]实施例1[0033]利用该设备对碳纤维复合材料导线芯棒进行无损测试，具体实施方式如下：[0034](1)将复合材料材料芯棒固定在定位试验台上，保证激振探头辐射端、测试芯棒样
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说 明 书
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品的待测部位、信号拾取探头的接收端在同一水平线上；[0035](2)开启激振探头电源和信号拾取探头的电源，发射特定频率为1000Hz的声波信号，开启振荡信号分析仪的信号比对分析软件，对特定芯棒样品进行不同位置声波透射信号记录；[0036](3)经过透射后的声波信号记录完毕后，采用信号比对分析软件与标准无缺陷芯棒的数字信号谱图进行对比分析，记录特定位置的数值信号差别并得出相应的缺陷问题结论。
[0037]实施例2
[0038]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备，包括：激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4，所述激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4依次设置，所述激振探头1发射的发射特定频率的振动波经设置在导线定位装置2上的碳纤维复合芯导线芯棒后，透射到振荡信号拾取探头3，所述振荡信号拾取探头3与振荡信号分析仪4相连。[0039]实施例3
[0040]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备，包括：激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4，所述激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4依次设置，所述激振探头1发射的发射特定频率的振动波经设置在导线定位装置2上的碳纤维复合芯导线芯棒后，透射到振荡信号拾取探头3，所述振荡信号拾取探头3与振荡信号分析仪4相连。
[0041]所述发振动波的频率在100-100000Hz范围。[0042]实施例4
[0043]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备，包括：激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4，所述激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4依次设置，所述激振探头1发射的发射特定频率的振动波经设置在导线定位装置2上的碳纤维复合芯导线芯棒后，透射到振荡信号拾取探头3，所述振荡信号拾取探头3与振荡信号分析仪4相连。
[0044]所述振荡信号拾取探头3是可检测芯棒透射超声信号的频谱检测仪，该检测仪可检测经激振探头1发射和碳纤维复合材料导线芯棒透射后的声波反馈信号。[0045]实施例5
[0046]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备，包括：激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4，所述激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4依次设置，所述激振探头1发射的发射特定频率的振动波经设置在导线定位装置2上的碳纤维复合芯导线芯棒后，透射到振荡信号拾取探头3，所述振荡信号拾取探头3与振荡信号分析仪4相连。
[0047]所述振荡信号分析仪4配有特定的信号分析系统软件，该软件匹配特定的特征谱图数据库，该数据库中储备不同结构特征的碳纤维复合材料芯棒特征声波信号的数字化图谱，通过软件可快速调取数据库中的芯棒数字化图谱进行比对。[0048]实施例6
[0049]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测设备，包括：激振探头1、导线定位装置2、
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振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4，所述激振探头1、导线定位装置2、振荡信号拾取探头3、振荡信号分析仪4依次设置，所述激振探头1发射的发射特定频率的振动波经设置在导线定位装置2上的碳纤维复合芯导线芯棒后，透射到振荡信号拾取探头3，所述振荡信号拾取探头3与振荡信号分析仪4相连。
[0050]所述数字化图谱数据库通过前期大量的试验结果建成，其中包括标准信号数字图谱和特征损伤芯棒的数字化图谱数据。当进行检测时，激振探头1发出的声波信号辐射待检样品，当透射出的声波信号被振荡信号拾取探头3感知，将感知信号数字化之后导入分析软件，分析软件调取数据库中的标准无损伤数字信号图谱进行对比分析，将分析后的结果与特征损伤数字图谱进行快速匹配，最终确定待检样品的损伤特征，得到损伤问题的最终结论。
[0051]实施例7
[0052]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测方法，包括：[0053]将碳纤维复合芯导线芯棒固定在导线定位装置；
[0054]采用激振探头发射特定频率的振动波对导线内部的复合材料芯棒进行辐射；[0055]将透射出的反馈振荡波信号利用振荡信号拾取探头进行收集，将拾取探头收集的信号形成连续图谱并经过数字化处理；
[0056]最终将处理后的信号图谱通过振荡信号分析仪与标准数字图谱进行比对分析，通过数据库分析软件得到分析结果，从而检测出芯棒特定位置的损伤情况。[0057]所述发振动波的频率在100-100000Hz范围。[0058]实施例8
[0059]一种碳纤维复合芯导线芯棒的无损检测方法，包括：[0060]将碳纤维复合芯导线芯棒固定在导线定位装置；
[0061]采用激振探头发射特定频率的振动波对导线内部的复合材料芯棒进行辐射；[0062]将透射出的反馈振荡波信号利用振荡信号拾取探头进行收集，将拾取探头收集的信号形成连续图谱并经过数字化处理；
[0063]最终将处理后的信号图谱通过振荡信号分析仪与标准数字图谱进行比对分析，通过数据库分析软件得到分析结果，从而检测出芯棒特定位置的损伤情况。[0064]所述发振动波的频率在100-100000Hz范围。
[0065]所述数字化图谱数据库通过前期大量的试验结果建成，其中包括标准信号数字图谱和特征损伤芯棒的数字化图谱数据。当进行检测时，激振探头发出的声波信号辐射待检样品，当透射出的声波信号被振荡信号拾取探头感知，将感知信号数字化之后导入分析软件，分析软件调取数据库中的标准无损伤数字信号图谱进行对比分析，将分析后的结果与特征损伤数字图谱进行快速匹配，最终确定待检样品的损伤特征，得到损伤问题的最终结论。
[0066]以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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