一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于无损检测技术领域，提供了一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统及方法，本发明专利技术提出了一种适用于电缆绝缘等空心圆柱型试样的旋转平移装置，并配套快速检测方案在保证精度下减少检测时间，实现对XLPE电缆试样快速、全面检测；所述扫描控制模块可根据预输入扫描步长与缺陷判断结果控制旋转平移装置完成对试样的移动；所述信号处理系统，可对太赫兹波接收器检测到的时域反射信号进行数据处理，计算出脉冲信号之间时间间隔并得到试样内部缺陷的详细信息，同时提出利用脉冲时间间隔计算平均折射率以验证试样内部缺陷的存在，本发明专利技术提供的方法和系统能够实现对XLPE电缆缺陷中气泡缺陷的快速非接触检测。XLPE电缆缺陷中气泡缺陷的快速非接触检测。XLPE电缆缺陷中气泡缺陷的快速非接触检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统及方法


[0001]本专利技术属于无损检测
，尤其涉及一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]输电线路中高压电缆绝缘保护层的质量和可靠性，直接影响到电力系统的安全经济运行和人民群众的日常生活。但在电缆绝缘生产过程中会由于材料潮湿、冷却不充分等原因导致距纤芯等距位置出现圆弧形气泡缺陷，高压环境下将导致气泡缺陷周围产生强而不均匀的电场，进而可能引发局部放电影响绝缘性能，并逐渐发展成为影响电力系统稳定、安全运行的因素，因此对电缆绝缘进行全面准确的出厂缺陷检测是十分重要的。
[0004]目前对于电缆绝缘的常用无损检测与评估方法包括超声、红外、射线、太赫兹波法等，其中超声法利用超声波进行接触式检测，因此需要配合耦合剂使用，同时因波在传播过程中发生衍射而不利于准确判断缺陷情况，使其难以在工业上直接使用；当前使用红外法进行无损检测时仍有诸多不足，如难以生产合适的热激励、如何进一步提高红外热像仪分辨率等问题使得红外法无法在工业普及应用；采用射线法进行无损检测时X射线会对人体造成一定危害，所以为保护检测人员安全应避免使用。
[0005]常用的太赫兹无损检测方法受限于试样平移装置限制无法实现周向的360度全面扫描，因此现有的太赫兹无损检测方法的检测对象也多为微米级平板薄片试样，同时通常采用单一的扫描点步长的划分方式会造成扫描时间过长等问题，尤其对于毫米级空心圆柱形XLPE电缆绝缘试样，因其形状与尺寸特殊性，使常用的太赫兹无损检测方法难以准确、全面、快速的对试样内部缺陷情况进行检测。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统及方法，其结合扫描控制模块驱动旋转平移装置实现对试样的全面扫描，克服了传统太赫兹检测中无法对圆柱形试样进行全面检测的缺点；并提出配套快速检测方案，采用初步
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精细扫描方法分别制定了两种不同步长的扫描方案，在保证精度的基础上减少了扫描点数目以达到节约时间的效果。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面提供一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统，包括：太赫兹波发射器、太赫兹波接收器、旋转平移装置、扫描控制模块以及信号处理系统；
[0009]所述太赫兹波发射器用于产生太赫兹电磁波并照射至待检测电缆绝缘试样；
[0010]所述太赫兹波接收器用于接收待检测电缆绝缘试样以及内部气泡缺陷反射的太赫兹波；
[0011]所述扫描控制模块依据初步扫描点步长控制旋转平移装置对待检测电缆绝缘试样进行初步扫描得到对应扫描点的时域光谱信号；
[0012]所述信号处理系统将初步扫描到的时域光谱信号和无缺陷处时域光谱信号进行对比，判断扫描点下方是否存在气泡缺陷，若存在，将该扫描点定义为初步缺陷点；所述扫描控制模块基于各初步缺陷点控制旋转平移装置对待检测电缆绝缘试样进行精细扫描，所述信号处理系统根据精细扫描得到的时域光谱信号确定气泡缺陷的位置和大小。
[0013]作为一种实施例，所述信号处理系统包括信号截断模块、信号对齐模块、缺陷判断模块、脉冲间隔模块和缺陷计算模块；
[0014]所述信号截断模块用于对各扫描点的时域光谱信号进行时域截断；
[0015]所述信号对齐模块用于将各扫描点的时域光谱信号中第一个反射脉冲进行时域对齐；
[0016]所述缺陷判断模块用于将经时域截断、信号对齐处理后的太赫兹波接收器接收的时域光谱信号与无缺陷处时域光谱信号进行对比，以判断扫描点下方是否存在气泡缺陷；
[0017]所述脉冲间隔模块，用于计算含缺陷时域光谱信号中反射太赫兹波脉冲之间的时间间隔；
[0018]所述缺陷计算模块用于利用脉冲间隔模块中计算的反射脉冲峰之间的时间间隔计算得出该处的平均折射率以及缺陷的详细信息。
[0019]作为一种实施例，所述扫描控制模块基于各初步缺陷点控制旋转平移装置对待检测电缆绝缘试样进行精细扫描包括：
[0020]依次对各初步缺陷点处进行轴向位置固定的顺时针周向扫描，根据所测时域光谱信号判断缺陷情况并将结果传至扫描控制模块，直至扫描点下方无内部缺陷时，扫描控制模块控制旋转平移装置结束该轴向位置的顺时针周向扫描，并控制其返回原周向位置进行反方向周向扫描，直至扫描点无内部缺陷时结束逆时针周向扫描，即完成该轴向扫描点的周向精细扫描；
[0021]扫描控制模块驱动旋转平移装置返回原初步缺陷点周向位置后，进行周向位置固定的轴向移动，使太赫兹波发射器对准下一轴向扫描点，在该点重复周向扫描直至顺、逆时针方向的周向扫描时域光谱信号均不反应内部缺陷，即完成下一轴向扫描点的周向精细扫描；直至初步缺陷点两侧的轴向扫描点时域光谱信号均不反应内部缺陷为止，扫描控制模块控制旋转平移装置结束轴向、周向精细扫描，即完成待检测电缆绝缘试样在该初步缺陷点的精细扫描。
[0022]作为一种实施例，所述旋转平移装置包括试样固定装置、旋转轴和水平轴；
[0023]所述旋转轴一端连接试样固定装置，另一端连接水平轴，所述试样固定装置用于固定试样，通过旋转轴与水平轴的配合对试样进行旋转、平移运动；
[0024]其中，所述旋转轴用于对试样进行水平轴向位置不变的周向旋转，所述水平轴用于对试样进行周向位置不变的水平轴向运动。
[0025]作为一种实施例，信号处理系统判断扫描点下方是否存在气泡缺陷的依据是：基于时域光谱信号进行缺陷判断，若在空气与试样上部内、外界面反射脉冲之间出现一对相位相反的反射脉冲，即为绝缘内部缺陷上、下界面所引起的太赫兹波反射，判断该扫描点下方存在缺陷。
[0026]作为一种实施例，所述无缺陷处时域光谱信号的获取方式为：通过旋转平移装置将待检测电缆绝缘试样固定，记录待检测电缆绝缘试样距太赫兹波发射器探头之间距离，始终保证探头垂直于试样待测位置所在平面，调制太赫兹波发射器的发射脉冲波形，太赫兹波接收器与太赫兹波发射器处于同一竖直方向，在开始时选取一个无缺陷位置作为初始检测点，记录下待检测电缆绝缘试样的初始位置与太赫兹波接收器接收的时域光谱信号作为无缺陷参考信号。
[0027]本专利技术的第二个方面提供一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测方法，包括如下步骤：
[0028]根据待检测电缆绝缘试样的缺陷尺寸确定初步扫描点的步长；
[0029]依据初步扫描点的步长对待检测电缆绝缘试样进行初步扫描得到对应扫描点的时域光谱信号；
[0030]将初步扫描到的时域光谱信号和无缺陷处时域光谱信号进行对比，判断扫描点下方是否存在气泡缺陷，若存在，将该扫描点定义为初步缺陷点，基于各初步缺陷点对待检测电缆绝缘试样进行精细扫描，基于精细扫描得到的时域光谱信号确定气泡缺陷的位置和大小。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统，其特征在于，包括：太赫兹波发射器、太赫兹波接收器、旋转平移装置、扫描控制模块以及信号处理系统；所述太赫兹波发射器用于产生太赫兹电磁波并照射至待检测电缆绝缘试样；所述太赫兹波接收器用于接收待检测电缆绝缘试样以及内部气泡缺陷反射的太赫兹波；所述扫描控制模块依据初步扫描点步长控制旋转平移装置对待检测电缆绝缘试样进行初步扫描得到对应扫描点的时域光谱信号；所述信号处理系统将初步扫描到的时域光谱信号和无缺陷处时域光谱信号进行对比，判断扫描点下方是否存在气泡缺陷，若存在，将该扫描点定义为初步缺陷点；所述扫描控制模块基于各初步缺陷点控制旋转平移装置对待检测电缆绝缘试样进行精细扫描，所述信号处理系统根据精细扫描得到的时域光谱信号确定气泡缺陷的位置和大小。2.如权利要求1所述的一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统，其特征在于，所述信号处理系统包括信号截断模块、信号对齐模块、缺陷判断模块、脉冲间隔模块和缺陷计算模块；所述信号截断模块用于对各扫描点的时域光谱信号进行时域截断；所述信号对齐模块用于将各扫描点的时域光谱信号中第一个反射脉冲进行时域对齐；所述缺陷判断模块用于将经时域截断、信号对齐处理后的太赫兹波接收器接收的时域光谱信号与无缺陷处时域光谱信号进行对比，以判断扫描点下方是否存在气泡缺陷；所述脉冲间隔模块，用于计算含缺陷时域光谱信号中反射太赫兹波脉冲之间的时间间隔；所述缺陷计算模块用于利用脉冲间隔模块中计算的反射脉冲峰之间的时间间隔计算得出该处的平均折射率以及缺陷的详细信息。3.如权利要求1所述的一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统，其特征在于，所述扫描控制模块基于各初步缺陷点控制旋转平移装置对待检测电缆绝缘试样进行精细扫描包括：依次对各初步缺陷点处进行轴向位置固定的顺时针周向扫描，根据所测时域光谱信号判断缺陷情况并将结果传至扫描控制模块，直至扫描点下方无内部缺陷时，扫描控制模块控制旋转平移装置结束该轴向位置的顺时针周向扫描，并控制其返回原周向位置进行反方向周向扫描，直至扫描点无内部缺陷时结束逆时针周向扫描，即完成该轴向扫描点的周向精细扫描；扫描控制模块驱动旋转平移装置返回原初步缺陷点周向位置后，进行周向位置固定的轴向移动，使太赫兹波发射器对准下一轴向扫描点，在该点重复周向扫描直至顺、逆时针方向的周向扫描时域光谱信号均不反应内部缺陷，即完成下一轴向扫描点的周向精细扫描；直至初步缺陷点两侧的轴向扫描点时域光谱信号均不反应内部缺陷为止，扫描控制模块控制旋转平移装置结束轴向、周向精细扫描，即完成待检测电缆绝缘试样在该初步缺陷点的精细扫描。4.如权利要求1所述的一种基于太赫兹波的电缆绝缘中气泡缺陷检测系统，其特征在于，所述旋转平移装置包括试样固定装置、旋转轴和水平轴；所述旋转轴一端连接试样固定装置，另一端连接水平轴，所述试样固定装置用于固定
试样，通过旋转轴与水平轴的配合对试样进行旋转、平移运动；其中，所述旋转轴用于对试样进行水平轴向位置不变的周向...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长云，高明睿，于永进，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：