[发明专利]一种基于光纤光栅的真空管波纹管表面裂纹检测方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅的真空管波纹管表面裂纹检测方法，该方法基于声发射无损检测原理，利用光纤光栅检测真空管动作时，波纹管激发的声发射信号。本方法包括光纤光栅传感器、光纤连接器、光电转换器、可调谐激光源、前置放大器、数据采集卡、计算机、无线信号发射装置、电源等硬件设备。其中光纤光栅传感器由光纤光栅和有机玻璃封装基底组成，固定在真空管动端法兰底部。本方法采用希尔伯特‑黄变换对采集到的声发射信号进行分析，当信号的差异度大于注意值时，利用无线信号发射装置进行报警。基于本方法可以及时准确的检测真空管波纹管的机械状态，保障高压电气开关和电力系统的安全运行。

技术领域

本发明属于电气设备无损检测领域，具体涉及一种基于光纤光栅的真空管波纹管表面裂纹检测方法，基于本方法可以及时准确地感知波纹管表面裂纹的产生及发展，从而在真空度下降前及时更换真空管，保障开关电器和电力系统的安全。

背景技术

真空管也称真空灭弧室，是真空有载分接开关、真空断路器、真空负荷开关、真空接触器等高压开关电器的核心设备。真空管利用真空优良的绝缘和熄弧性能，实现带负载下的高压开断，在电极(触头)分断的瞬间迅速熄弧。

真空管的基本结构由气密绝缘外壳、导电回路、屏蔽系统、波纹管组成。其中，波纹管是由厚度为0.1-0.2mm的不锈钢制成的薄壁元件，起到使电极能够在一定范围内运动并保持真空管真空度的功能。真空管每分合操作一次，相应地使波纹管产生一次机械变形。因此，波纹管是真空管中最易损坏的部件，其金属材料的疲劳寿命决定了真空管的机械寿命。当真空管开断一定次数后，波纹管出现疲劳损坏，管壁产生裂纹，不能保持真空管的气密性，波纹管就失效了。

目前，针对真空管的检修和维护以离线检修为主，检测的特征量是真空管的真空度，然而当真空管真空度出现下降后已经对高压开关电器和电力系统造成了极大的威胁。

发明内容

为了对波纹管的疲劳状态给出及时准确的评估，保障高压开关电器的安全稳定运行。本发明提出一种基于光纤光栅的真空管波纹管表面裂纹检测方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于光纤光栅的真空管波纹管表面裂纹检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：

步骤1：在真空管动端法兰盘底部安装光纤光栅传感器；

步骤2：采集正常状态的波纹管在真空管动作时激发的声发射信号，并存储到计算机中，作为标准信号；

步骤3：每次待测波纹管所属真空管动作时，通过光纤光栅传感器采集到的声发射信号；

步骤4：通过希尔伯特-黄变换提取声发射信号的时频分布矩阵；

步骤5：求取待测波纹管声发射信号的时频分布矩阵与标准信号的相似度，相似度的计算公式如下：

式中，x_i为待测波纹管声发射信号时频分布矩阵各行各列的对应元素，y_i为标准信号时频分布矩阵各行各列对应的元素，0≤d≤1；

步骤6：当连续10次计算得到的待测波纹管声发射信号的时频分布矩阵与标准信号的相似度小于设定阈值时，则判断待测波纹管出现裂纹信号，并通过无线信号发射装置发出预警信号。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤1中，光纤光栅长度为20mm，直径为0.5mm；采用有机玻璃作为封装基底材料，封装后传感器长宽高分别为20mm,10mm,3mm；利用胶水粘接在真空管动端法兰底部。

在步骤5中，待测波纹管声发射信号的时频分布矩阵与标准信号的相似度d越小，则认为测波纹管的状态与正常波纹管差异越大，定义如下判定标准：