用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010794794.9 (22)申请日 2020.08.10 (71)申请人 国网江苏省电力有限公司电力科学 研究院 地址 211103 江苏省南京市江宁区帕威尔 路1号 申请人 国家电网有限公司 国网江苏省电力有限公司 江苏省电力试验研究院有限公司 (72)发明人 陈杰曹京荥陶风波刘建军 刘洋谭笑胡丽斌李陈莹 方春华郭凯歌丁璨普子恒 吴田黎鹏 (74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 张赏 (51)Int.Cl. G01N 29/04(20。

2、06.01) G01N 29/22(2006.01) G01N 29/265(2006.01) G01N 29/28(2006.01) (54)发明名称 一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵 检测装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于电缆终端铅封缺陷 检测的相控阵检测装置及方法， 属于相控阵超声 波检测技术领域， 该装置由外壳、 相控阵探头和 柔性水囊组成， 所述柔性水囊固定密封在外壳底 部， 相控阵探头可以直接放置在柔性水囊上面， 铅封试块的缺陷主要有铅封内部的缺陷和铅封 与铝护套层间缺陷， 可以通过移动相控阵探头， 实时的获得检测图像， 通过图像来判断缺陷位置 以及大小。 本发明可。

3、以克服传统超声应用到表面 是曲面的物体上， 无法耦合造成声束衰减等问 题， 同时检测效率以及检测精度也会更高， 可以 为电缆终端投入运行后， 安全、 稳定、 高效的运行 提供可靠的技术保障。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 111983019 A 2020.11.24 CN 111983019 A 1.一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 包括： 相控阵探头、 外壳和显示 处理仪表， 其特征在于， 还包括柔性水囊； 所述外壳置于电缆终端铅封上； 所述柔性水囊固定密封在外壳底部， 且与电缆终端铅封直接接触； 所述柔性水囊内部 注入水； 所述相控阵探头置于外壳内且直接放置在柔。

4、性水囊上； 所述相控阵探头内置声波发生、 处理和接收装置； 所述相控阵探头外部通过信号传输 线连接显示处理仪表。 2.根据权利要求1所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 其特征 在于， 所述柔性水囊与电缆终端铅封的接触面采用黏性耦合剂进行耦合。 3.根据权利要求2所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 其特征 在于， 所述黏性耦合剂为机油、 变压器油、 润滑脂、 甘油、 水玻璃、 工业胶水或者化学浆糊。 4.根据权利要求1所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 其特征 在于， 所述柔性水囊采用具有弹性的硅胶薄膜。 5.根据权利要求4所述的一种用于电缆。

5、终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 其特征 在于， 所述硅胶薄膜的厚度为0.1mm-1mm。 6.根据权利要求1所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 其特征 在于， 所述外壳为圆柱型； 所述外壳材质为铝或铁。 7.根据权利要求1所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 其特征 在于， 所述相控阵探头的频率范围为110MHz， 电压范围为50200V。 8.根据权利要求1所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 其特征 在于， 所述相控阵探头的晶片总数为132个， 晶片的中心间距为0.01mm30mm范围， 晶片尺 寸为0.01mm20mm范围。 9.一种。

6、用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测方法， 其特征在于， 包括： （1） 根据待检测电缆终端铅封表面尺寸制作适应尺寸的外壳； （2） 将制备的柔性水囊固定并密封在外壳底部； （3） 在电缆终端铅封表面待检测位置涂抹黏性耦合剂， 将外壳底部的柔性水囊放置在 涂抹有黏性耦合剂的铅封表面上； （4） 配置相控阵探头参数； （5） 将相控阵探头放置在外壳内部， 在外壳内部注入水至淹没相控阵探头的前端； （6） 将相控阵探头放置在预设位置， 对电缆终端铅封内部缺陷进行检测， 获取扫查图 像； （7） 根据预设轨迹移动相控阵探头位置， 重复对电缆终端铅封内部缺陷进行检测， 获取 扫查图像， 直至得到完整的。

7、电缆终端铅封内部图像。 10.根据权利要求9所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测方法， 其特征 在于， 所述步骤 （4） 中， 配置相控阵探头参数包括： 配置相控阵探头数量， 扫描模式量和检测材料； 配置声波模式， 包括纵波和横波； 配置声速为10008000m/s范围； 权利要求书 1/2 页 2 CN 111983019 A 2 配置电压包括50V， 100 V， 150 V和200 V共四挡； 配置脉冲重复频率包括1KHz， 1.5KHz， 2KHz， 2.5KHz， 3KHz， 4KHz和5KHz共七档； 配置频带包括2.5M， 5M， 7.5M和10M共4档； 配置平滑包括。

8、是和否两个选项； 配置相控阵探头类型包括一维线阵和环阵两个选项； 配置相控阵探头频率为1MHz10MHz范围； 配置相控阵探头晶片总数、 起始晶片和有效晶片数量均为132范围； 配置相控阵探头晶片尺寸为0.01mm20mm范围， 晶片中心间距为0.01mm30mm范围； 根据实际现场工况选择焊缝； 配置扫描类型包括扇扫和线扫两个选项； 配置聚焦类型包括深度， 声程和水平三个选项； 配置分辨率为0.55度范围； 配置开始角度和停止角度均为-9090度范围； 配置聚焦距离为01000mm范围； 配置范围起点、 范围终点均为0900mm范围； 配置相控阵探头前端距焊缝中心距离为01000mm范围； 。

9、配置校准功能包括延迟校准、 声速校准、 角度补偿、 距离补偿和DAC曲线制作。 11.根据权利要求9所述的一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测方法， 其特征 在于， 所述预设轨迹为： 预设的测点位置； 或者， 从初始位置按照顺时针的方向移动。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111983019 A 3 一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置及方法， 属于相控 阵超声波检测技术领域。 背景技术 0002 随着城市电力系统的发展， 高压交联聚乙烯单芯高压电力电缆在城市配电网中的 应用越来越广泛， 电缆负荷。

10、也日益增大。 高压交联电缆线路在基建、 运维等阶段存在多种因 素可能会导致电缆绝缘性能下降， 影响其安全可靠运行。 0003 由于电缆附件制作过程中仍有大量依靠人工现场作业， 因此诸如电缆破损、 导线 压接、 附件铜管-电缆铝套铅封密封等工艺过程可能留有大量潜伏性缺陷。 0004 在电缆制造工艺上， 铅封对金属护套或铝护套电缆的各种终端头、 中间连接有着 极重要的密封防水作用， 可使电缆的金属外护套与其他电气设备连接成良好的接地系统。 特别是高压电缆各种接头的施工中， 更需要熟练的铅封技术。 0005 由于铝护套铅封存在虚焊、 焊接不牢等铅封逐渐松脱现象。 松脱后的铅封感应出 较高的悬浮电位与。

11、低电位的铜尾管产生电位差， 形成空气击穿放电， 空气电离可产生上千 度高温， 在高温作用下， 电缆主绝缘逐渐碳化， 绝缘性能下降， 最终导致电缆击穿故障。 0006 目前有人使用涡流检测装置对铅封缺陷进行检测， 但是实验结果表面， 该方法只 能对铅封表面的缺陷和表面较大的裂纹进行检测， 并不能对铅封内部缺陷和铅封与铝护套 层间缺陷进行检测。 0007 使用常规A超和相控阵超声波对表面是曲面的铅封内部缺陷进行检测时， 不能进 行良好的耦合， 声波在传播的过程中衰减严重， 检测精度大大降低， 甚至不能检测出缺陷。 发明内容 0008 本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足， 提供一种带有柔性水。

12、囊的用于 电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置及方法， 该装置采用柔性水囊可以很好的实现相 控阵探头与铅封表面的耦合， 可以很好的应用于电缆终端铅封内部缺陷的检测。 0009 本发明的目的可以通过以下方案来实现： 本发明一方面提供一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 包括： 相控阵 探头、 外壳和显示处理仪表， 还包括柔性水囊； 所述外壳置于电缆终端铅封上； 所述柔性水囊固定密封在外壳底部， 且与电缆终端铅封直接接触； 所述柔性水囊内部 注入水； 所述相控阵探头置于外壳内且直接放置在柔性水囊上； 所述相控阵探头内置声波发生、 处理和接收装置； 所述相控阵探头外部通过信号传输 线连接显。

13、示处理仪表。 0010 进一步的， 所述柔性水囊与电缆终端铅封的接触面采用黏性耦合剂进行耦合。 说明书 1/5 页 4 CN 111983019 A 4 0011 进一步的， 所述黏性耦合剂为机油、 变压器油、 润滑脂、 甘油、 水玻璃、 工业胶水或 者化学浆糊。 0012 进一步的， 所述柔性水囊采用具有弹性的硅胶薄膜。 0013 进一步的， 所述硅胶薄膜的厚度为0.1mm-1mm。 0014 进一步的， 所述外壳为圆柱型； 所述外壳材质为铝或铁。 0015 进一步的， 所述相控阵探头的频率范围为110MHz， 电压范围为50200V。 0016 进一步的， 所述相控阵探头的晶片总数为132。

14、个， 晶片的中心间距为0.01mm30mm 范围， 晶片尺寸为0.01mm20mm范围。 0017 本发明另一方面提供一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测方法， 包括： （1） 根据待检测电缆终端铅封表面尺寸制作适应尺寸的外壳； （2） 将制备的柔性水囊固定并密封在外壳底部； （3） 在电缆终端铅封表面待检测位置涂抹黏性耦合剂， 将外壳底部的柔性水囊放置在 涂抹有黏性耦合剂的铅封表面上； （4） 配置相控阵探头参数； （5） 将相控阵探头放置在前述的外壳内部， 在外壳内部注入水至淹没相控阵探头的前 端； （6） 将相控阵探头放置在预设位置， 对电缆终端铅封内部缺陷进行检测， 获取扫查图 像。

15、； （7） 根据预设轨迹移动相控阵探头位置， 重复对电缆终端铅封内部缺陷进行检测， 获取 扫查图像， 直至得到完整的电缆终端铅封内部图像。 0018 进一步的， 所述步骤 （4） 中， 配置相控阵探头参数包括： 配置相控阵探头数量， 扫描模式量和检测材料； 配置声波模式， 包括纵波和横波； 配置声速为10008000m/s范围； 配置电压包括50V， 100 V， 150 V和200 V共四挡； 配置脉冲重复频率包括1KHz， 1.5KHz， 2KHz， 2.5KHz， 3KHz， 4KHz和5KHz共七档； 配置频带包括2.5M， 5M， 7.5M和10M共4档； 配置平滑包括是和否两个选项。

16、； 配置相控阵探头类型包括一维线阵和环阵两个选项； 配置相控阵探头频率为1MHz10MHz范围； 配置相控阵探头晶片总数、 起始晶片和有效晶片数量均为132范围； 配置相控阵探头晶片尺寸为0.01mm20mm范围， 晶片中心间距为0.01mm30mm范围； 根据实际现场工况选择焊缝； 配置扫描类型包括扇扫和线扫两个选项； 配置聚焦类型包括深度， 声程和水平三个选项； 配置分辨率为0.55度范围； 配置开始角度和停止角度均为-9090度范围； 配置聚焦距离为01000mm范围； 配置范围起点、 范围终点均为0900mm范围； 说明书 2/5 页 5 CN 111983019 A 5 配置相控阵探。

17、头前端距焊缝中心距离为01000mm范围； 配置校准功能包括延迟校准、 声速校准、 角度补偿、 距离补偿和DAC曲线制作。 0019 进一步的， 所述预设轨迹为： 预设的测点位置； 或者， 从初始位置按照顺时针的方向移动。 0020 本发明的有益效果如下： (1)本发明的相控阵检测装置， 包括相控阵探头、 外壳和柔性水囊， 其中外壳置于电缆 终端铅封上， 柔性水囊固定密封在外壳底部， 且与电缆终端铅封直接接触， 相控阵探头置于 外壳内且直接放置在柔性水囊上。 本发明结构简单， 操作方便， 各部件的制作材料可替代性 强， 局限性较小， 不会因为待检测的铅封表面是弧面的而无法进行检测， 能够实现较。

18、好的耦 合， 较常规检测方式而言， 检测精度和检测效率更高。 0021 (2) 本发明的柔性水囊底部与铅封表面涂抹由黏性的耦合剂， 可以起到固定的 作用， 且相控阵探头可以在外壳内部任意移动， 可以更好的探测出缺陷的位置和大小， 从而 可以获得更加可靠的缺陷图谱。 附图说明 0022 图1是本发明的电缆终端铅封缺陷检测的相控阵无损检测装置示意图。 0023 图2是本发明中相控阵探头扫查示意图。 0024 图3是本发明实施例中实际样品缺验扫查结果。 0025 其中， 1-相控阵探头、 2-外壳、 3-柔性水囊、 4-外壳底部、 5-电缆终端铅封、 6-缺陷。 具体实施方式 0026 下面对本发明。

19、作进一步描述。 以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方 案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。 0027 参见图1， 本发明实施例提供一种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测装置， 包括相控阵探头1、 外壳2和柔性水囊3。 相控阵探头内部包含声波发生、 处理和接收装置。 相 控阵探头外部通过信号传输线连接有集显示器、 信号处理器一体的显示处理仪表。 0028 具体的， 外壳2置于电缆终端铅封5上， 柔性水囊3固定密封在外壳底部4， 相控阵探 头1置于外壳内且直接放置在柔性水囊3上， 不用其他多余操作和配置， 操作简单。 0029 具体的， 柔性水囊3与电缆终端铅封5直接接触， 柔性水囊。

20、3与电缆终端铅封5的接 触面采用专业的用于无损检测的黏性耦合剂进行耦合， 目的是为了让相控阵探头发出的声 波不出现严重衰减， 以及对整个探测装置进行一定的固定作用， 不让其随意移动。 0030 优选的， 黏性耦合剂为机油、 变压器油、 润滑脂、 甘油、 水玻璃、 工业胶水或者化学 浆糊等。 0031 具体的， 柔性水囊3里面注入水， 充当耦合剂， 使相控阵探头更好的耦合。 0032 具体的， 柔性水囊3采用具有弹性的硅胶薄膜。 0033 优选的， 硅胶薄膜的厚度为0.1mm-1mm。 0034 具体的， 外壳2可以是圆柱型以及其他便于检测的形状， 确保相控阵探头在里面任 说明书 3/5 页 6。

21、 CN 111983019 A 6 意位置一定， 就不会存在扫描盲区， 材质可以是铝、 铁等金属材质进行制作， 为了更加容易 制作， 也可以用我们生活中常用的纸杯， 剪去底部即可。 大小可以根据待检测样品大小进行 设计。 0035 具体的， 相控阵探头可以有多个， 放置在外壳2内部柔性水囊3上， 外壳内部注入适 宜的水， 水量淹没相控阵探头的前端。 0036 具体的， 相控阵探头的频率范围为110MHz， 电压范围在50200V。 0037 具体的， 相控阵探头的晶片总数在132可选， 中心间距在0.01mm30mm可调， 晶片 尺寸在0.01mm20mm可调。 0038 本发明实施例还提供一。

22、种用于电缆终端铅封缺陷检测的相控阵检测方法， 包括如 下步骤： 步骤1： 根据需要检测电缆终端铅封表面大小制作适合的外壳， 外壳形状为圆柱型较为 合适； 步骤2： 将制作柔性水囊的硅胶薄膜固定并密封在外壳底部； 步骤3： 在电缆终端铅封表面需要检测的位置涂抹黏性耦合剂， 将外壳底部固定密封的 柔性水囊直接放置在涂抹有黏性耦合剂的铅封表面上； 步骤4： 根据现场工况， 设置相控阵探头的聚焦法则， 其中包含检测、 探头、 锲块、 焊缝、 扫描五个栏目； 其中， 检测设置中包含相控阵探头数量选择 （ 一般固定为1） ， 扫描模式量 （固定为单侧 扫查） ， 检测材料， 声波模式 （纵波、 横波） ，。

23、 声速 （10008000m/s可调） ， 电压 （50 V /100 V / 150 V /200 V， 四挡可调） ， 脉冲重复频率(1KHz/1.5KHz/2KHz/2.5KHz/3KHz/4KHz/5KHz， 七 档可选)， 频带 （2.5M/5M/7.5M/10M， 4档可选） ， 平滑 （是/否可选） ； 探头设置中选择包含类型选择 （一维线阵/环阵可选） ， 频率 （1MHz10MHz可调） ， 晶片总 数、 起始晶片、 有效晶片数量均是 （132可选） ， 晶片尺寸 （0.01mm20mm可调） ， 晶片中心间距 （0.01mm30mm可调） ； 本发明实施例装置不要锲块； 焊。

24、缝可以根据实际现场工况进行选择； 扫描设置包括扫描类型 （扇扫/线扫） ， 聚焦类型 （深度/声程/水平可选） ， 分辨率 （0.55 度可选） ， 开始角度、 停止角度均是 （-9090度可调） ， 聚焦距离 （01000mm可调） ， 范围起点、 范围终点均是 （0900mm可调） ， 探头前端距焊缝中心距离 （01000mm可调） ； 后面是否需要校 准功能 （延迟校准、 声速校准、 角度补偿、 距离补偿、 DAC曲线制作） ； 步骤5： 将相控阵探头放置在外壳内部， 然后在外壳内部注入适宜的水， 能够淹没相控 阵探头的前端为宜， 可以实现任意方向的超声耦合； 步骤6： 将相控阵探头放置。

25、在图1所述位置上， 如图1所示， 将扫查位置划分为5个区 域， 其中将中间区域定义为， 然后将外围一圈划分成四个区域， 分别标号为、 、 、 ， 对铅封内部缺陷进行检测， 相控阵探头扫查的范围如图2所示， 将所测出的铅封内部图像和 缺陷6回波保存， 记录为T1； 划分扫查区域， 主要目的是根据得到的相控阵图像和缺陷回波能够更好的确定缺陷位 置， 扫查位置和顺序可以根据现场情况， 灵活变动； 步骤7： 完成位置的检测后， 根据划分区域移动相控阵探头位置， 将探头移动到位置 说明书 4/5 页 7 CN 111983019 A 7 ， 用检测位置的方法， 对位置铅封内部缺陷进行检测， 同样得到局部。

26、图像T2； 依次进 行、 、 位置的多次超声相控阵局部成像， 得到的局部超声相控阵图像分别保存为T3、 T4、 T5； 这样扫查的目的是因为探头的探测角度和探测范围的限制， 从不同地方进行扫查缺 陷， 可以得到完整的铅封内部图像， 同时也可以从所测的相控阵图像中分析出缺陷的位置 及大小， 实际试验检测得到的图像如图3所示。 0039 优选的， 实际测试过程中， 也可以从图1中位置按照顺时针的移动方向缓慢移动 相控阵探头， 同时时刻关注相控阵设备显示屏幕上的铅封内部图像， 查看是否有缺陷， 以及 缺陷图像的清晰度以及大小， 如果不够清晰以及大小不明显， 继续移动探头， 直到所显示的 图像清晰之后。

27、， 标记好探头位置。 0040 本发明实施例提供的铅封内部缺陷检测装置， 采用普通超声波探头也可以实现对 表面是弧面的检测物体进行检测， 应用场景多， 结构简单， 容易操作， 可以实现输电线路终 端铅封内部全方位的缺陷检测， 可以利用检测图像和回波分析电缆终端铅封的性能状态， 为电力系统的安全稳定运行提供可靠的基础支持与保障。 0041 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下， 还可以做出若干改进和变形， 这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。 说明书 5/5 页 8 CN 111983019 A 8 图1 图2 说明书附图 1/2 页 9 CN 111983019 A 9 图3 说明书附图 2/2 页 10 CN 111983019 A 10 。