一种EPR热缩电缆终端内部缺陷检测装置

一种epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置
技术领域
1.本实用新型属于高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置。


背景技术：

2.epr热缩电缆终端以其体积小、重量小、易安装、适用范围广等特点，在中低压电力系统以及牵引供电系统得到了广泛应用。但在安装过程中，易受安装工艺、运行工况和外力破坏等因素的影响；在后期的使用和和长期运行中，其应用场景更是多种多样，常会处在恶劣的应用条件之中。所以在长期的运行中，受快速冷热交替、暂态过电压冲击和长时高频振动的共同作用，导致其内部各绝缘层分离，产生微气隙，引发局部放电；随着气隙不断增大并逐渐形成放电通道，内部绝缘层材料会因放电烧蚀而分解；随着气隙进一步生长扩大以及放电烧蚀碳化物的持续积聚，放电程度不断加剧、气隙持续增长并最终形成贯穿行放电通道，导致放电击穿。
3.目前epr热缩电缆终端的检测方法仅限于各级维修时采用的介质损耗正切角测试、局部放电检测、红外温度测量等，但是这些检测对于电缆终端因特殊工况而引发的内部绝缘分层等缺陷无法检测，难以满足现实的需要。
4.而现有技术中，针对电缆终端的内部缺陷的无损检测方法主要有：基于高能射线的ct扫描、x光扫描技术，已在gis开关设备、电缆终端、绝缘子等设备得到应用，但因x射线等对分层和裂纹检测效果差，而且会产生高能游离辐射，对人体有害，因此难以推广。其他检测装置与方法也因各自缺陷无法适用与复合电缆终端的检测。如超声法因超声波在吸声性较强的复合材料中能量衰减大，难以穿透较厚材料结构；红外线波法受环境温度影响较大；激光散斑成像法需高能激光光源，会对被测物体造成损伤。
5.基于以上背景技术中的问题，亟需一种专门针对epr热缩电缆终端内部缺陷的检测装置，以克服推广性差、穿透性差、受环境温度影响大、对被测物体造成损伤等问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置，以解决以上背景技术中的各种问题。
7.为了解决以上问题，本实用新型技术方案为：
8.一种epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置，包括：沿太赫兹脉冲通路自左至右设置的飞秒激光器和分光镜、并列设置在分光镜之后的探测光路系统和激发光路系统，还包括互相连接的锁相放大器、采集终端；
9.探测光路系统包括沿光路自左至右依次设置的延时控制单元、光电导发射器、反射镜八、两自由度快速移动平台；反射镜八上方设有光电导探测器；两自由度平台上设有epr热缩电缆的样品，样品可在两自由度平台的竖直方向上上下自由移动和水平方向上自由旋转；
10.激发光路系统包括镜头，镜头设置在光电导探测器上方；
11.光电导探测器连接锁相放大器。
12.进一步的，反射镜八自左至右呈45
°
倾斜设置，其可透过太赫兹脉冲的一面朝向光电导发射器，可透过太赫兹脉冲且可以反射来自待测样品的太赫兹脉冲的一面朝向光电导探测器。
13.进一步的，飞秒激光器和分光镜的光路上设有反射镜一；分光镜和镜头的光路上设有反射镜六；分光镜和光电导发射器的光路上依次设有反射镜二、反射镜三、反射镜四、反射镜五、反射镜七。
14.进一步的，延时控制单元设在反射镜三和反射镜四之间。
15.进一步的，飞秒激光器为钛宝石飞秒脉冲激光器，其中心波长为810nm，脉宽小于100fs，重复频率为80mhz，输出功率为960mw。
16.进一步的，光电导发射器加直流电压偏置；光电导探测器不加直流电压偏置。
17.进一步的，样品由外向内部依次包括：带伞裙的热缩管、应力管、热缩管、应力管、主绝缘；其内部缺陷包括：绝缘分层缺陷、绝缘受潮缺陷、粉末状放电产物集聚缺陷。
18.本实用新型的有益效果如下：
19.（1）本实用新型系统通过设置飞秒激光器产生太赫兹脉冲，经分光镜分光成两路，一路太赫兹脉冲作为激发光，另一路太赫兹脉冲作为探测光，光电导探测器接收到两路太赫兹脉冲，并将带有时域信号、频域振幅与相位信息的太赫兹脉冲转化为相应的电流信息，再传到锁相放大器，得到太赫兹脉冲信号在光电导天线上的驱动电流大小和方向，同时通过降噪和放大，提高信噪比；最后进入采集终端，对待测样品的每一个位置的电流信息进行收集和处理；
20.系统中的分光镜的作用原理是一束光投射到镀膜玻璃上后，通过反射和折射，光束就被分为两束；系统中的镜头用于聚焦从分光镜反射而来的激发用太赫兹脉冲；光电导发射器用于接收飞秒激光器的一路探测用太赫兹脉冲；光电导探测器用于接收到两路太赫兹脉冲。
21.（2）两自由度平台便于epr热缩电缆的样品得到全方位的检测，便于准确采集样品不用位置的状态和数据；分光镜的设置对飞秒激光器发射的太赫兹脉冲进行分光，保证光电导发射器和光电导探测器的工作进程；各个光路反射镜按需设置，一方面用于延时，延迟的作用是为了改变太赫兹脉冲和飞秒激光脉冲在测试天线上的重叠位置，从而采样扫描出整个太赫兹时域脉冲信号；另一方面用于反射光路中的太赫兹脉冲，改变其传播方向。
22.（3）本实用新型是针对太赫兹无损可视化检测技术于epr热缩电缆终端应用的拓宽，独特的结构与方法结合，可明确建立epr热缩电缆终端内部缺陷的太赫兹时域光谱特征，最终反向应用，实现对复合电缆内部缺陷的无损可视化检测，推广前景良好。
附图说明
23.图1为一种epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置的结构示意图；
24.图2为一种epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置中样品由外到圆心的结构分层示意图。
25.附图标记如下：11
‑
飞秒激光器；12
‑
反射镜一；13
‑
分光镜；14
‑
反射镜二；15
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反射
镜三；16
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反射镜四；17
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反射镜五；18
‑
光电导发射器；19
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反射镜六；110
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样品；111
‑
镜头；112
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反射镜七；113
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锁相放大器；114
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采集终端；115
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反射镜八；116
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两自由度平台；117
‑
光电导探测器；118
‑
延时控制单元。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
27.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。
28.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例
30.如图1
‑
2所示，一种epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置，包括：沿太赫兹脉冲通路自左至右设置的飞秒激光器11和分光镜13、并列设置在分光镜13之后的探测光路系统和激发光路系统，还包括互相连接的锁相放大器113、采集终端114；
31.探测光路系统包括沿光路自左至右依次设置的延时控制单元118、光电导发射器18、反射镜八115、两自由度平台116；反射镜八115上方设有光电导探测器117；两自由度平台116上设有epr热缩电缆的样品110，样品110可在两自由度平台116的竖直方向上上下自由移动和水平方向上自由旋转；
32.激发光路系统包括镜头111，镜头111设置在光电导探测器117上方；
33.光电导探测器117连接锁相放大器113。
34.具体设置方式参照以下描述：
35.反射镜八115自左至右呈45
°
倾斜设置，其可透过太赫兹脉冲的一面朝向光电导发射器18，可透过太赫兹脉冲且可以反射来自待测样品110的太赫兹脉冲的一面朝向光电导探测器117。
36.飞秒激光器11和分光镜13的光路上设有反射镜一12；分光镜13和镜头111的光路上设有反射镜六19；分光镜13和光电导发射器18的光路上依次设有反射镜二14、反射镜三15、反射镜四16、反射镜五17、反射镜七112；延时控制单元118设在反射镜三15和反射镜四16之间。
37.具体的设备及样品的配置参数参照以下描述：
38.飞秒激光器11为钛宝石飞秒脉冲激光器，其中心波长为810nm，脉宽小于100fs，重
复频率为80mhz，输出功率为960mw。
39.光电导发射器18加直流电压偏置；光电导探测器117不加直流电压偏置。
40.样品110由外向内部依次包括：带伞裙的热缩管、应力管、热缩管、应力管、主绝缘；其内部缺陷包括：绝缘分层缺陷、绝缘受潮缺陷、粉末状放电产物集聚缺陷。
41.上述epr热缩电缆终端内部缺陷检测装置的检测方法，分为以下步骤：
42.步骤a、样品准备及安装：
43.将样品110安装在两自由度平台116中，调试光电导发射器18、反射镜八115、样品110、光电导探测器117之间的相对位置，使得样品110设置在光电导发射器18和光电导探测器117的焦平面处，而测试中全程，样品110可在这个焦平面上下自由移动。
44.步骤b、缺陷检测：
45.打开飞秒激光器11，产生的飞秒激光激发太赫兹脉冲，在分光镜13的作用下，分两路前进，太赫兹脉冲在激发光路系统的通路中通过光路反射镜六19和聚焦镜头111直接将带有时域信号、频域振幅与相位信息的太赫兹脉冲送入光电导探测器117；
46.太赫兹脉冲在探测光路系统的通路中通过延时控制单元118，即光路反射镜二14、光路反射镜三15、光路反射镜四16、光路反射镜五17、光路反射镜七112进入光电导发射器18，经反射镜八115进入待测样品110，入射到待测样品110上的太赫兹脉冲扫描后将带有时域信号、频域振幅与相位信息的太赫兹脉冲通过反射镜八115反射给光电导探测器117；
47.光电导探测器117接收到两路太赫兹脉冲，并将带有时域信号、频域振幅与相位信息的太赫兹脉冲转化为相应的电流信息，再传到锁相放大器113，得到太赫兹脉冲信号在光电导天线上的驱动电流大小和方向，同时通过降噪和放大，提高信噪比，再将信息传送给采集终端114；
48.不断移动待测样品110，重复以上步骤，对待测样品110进行全方位的逐点二维扫描，并存储光电导探测器117采样得到的太赫兹脉冲时域波形，得到的扫描结果进入步骤c中收集与处理；
49.步骤c、数据收集及处理：
50.采集终端114将步骤b中收集的所有信号进行分析处理，即将太赫兹脉冲时域波形进行傅里叶变换，得到频域的三维矩阵数据，在信号处理过程中选择时域脉冲的时间位置幅值、时域最大值和延迟时间成像，频域选择频点的幅值和所有频点幅值叠加值成像；
51.以上对样品进行成像检测并获得频域的二维矩阵数据建立数据库，并作为步骤d的运行依据；
52.步骤d、结果应用：
53.需要检测的epr热缩电缆终端样品,将其定义为样品a，对样品a重复步骤a
‑
步骤c进行检测，并用步骤c中建立的数据库反向判断样品a隐含缺陷的类型、缺陷的程度以及缺陷的参数。
54.具体的：步骤c中对样品进行成像检测并获得频域的二维矩阵数据的对应性如下：
55.（a）当存在绝缘分层缺陷时，可以引起电缆终端各绝缘层接触面分离，进而在绝缘层之间形成气隙；反映在太赫兹图像上就是太赫兹波的时域谱和频域谱发生明显的变化，形成特定的峰，频域谱的峰谱段在30cm
‑1到45cm
‑1的波数上；
56.反向操作，就能根据由样品a的内部太赫兹时域信号、频域振幅与相位进行快速成
像和图像重构技术，获取的该epr热缩电缆终端样品的2d或3d的太赫兹图像，根据参考样本和有绝缘分层缺陷样本在时域谱和频域谱上的峰值的差异，来判断样品a是否存在气隙分层缺陷，内部缺陷的参数、内部缺陷的程度。
57.（b）当存在绝缘受潮缺陷时，会导致电缆终端绝缘层间有少量的水分；反映在太赫兹图像上就是太赫兹波的时域谱和频域谱发生明显的变化，形成特定的峰。频域谱的峰谱段在35cm
‑1到55cm
‑1的波数上。
58.反向操作，就能根据由样品a的内部太赫兹时域信号、频域振幅与相位进行快速成像和图像重构技术，获取的该epr热缩电缆终端样品的2d或3d的太赫兹图像，根据参考样本和有缺陷样本在时域谱和频域谱上的峰值的差异，来判断样品a是否存在绝缘受潮缺陷，并裂纹缺陷的参数、裂纹缺陷的程度；
59.（c）当存在粉末状放电产物集聚缺陷时，会造成电缆终端绝缘层之间存在杂质; 反映在太赫兹图像上就是太赫兹波的时域谱和频域谱发生相对明显的变化，形成特定的峰。频域谱的峰谱段在55cm
‑1到80cm
‑1的波数上。
60.反向操作，就能根据由样品a的内部太赫兹时域信号、频域振幅与相位进行快速成像和图像重构技术，获取的该epr热缩电缆终端样品的2d或3d的太赫兹图像，根据参考样本和有缺陷样本在时域谱和频域谱上的峰值的差异，来判断样品a是否存在粉末状放电产物集聚缺陷，断栅缺陷的参数、断栅缺陷的程度。