基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置及方法.pdf

(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CN113720508A(43)申请公布日2021.11.30(21)申请号202110925172.XG01L5/04(2006.01)(22)申请日2021.08.12(71)申请人浙江省电力锅炉压力容器检验所有限公司地址310014浙江省杭州市下城区朝晖八区省电力试验研究所内(72)发明人赵洲峰罗宏建梅简张杰邹君文鲁旷达裘吕超徐冬梅陈胤桢周桢徐强印卫佳金江舟张俊(74)专利代理机构浙江翔隆专利事务所(普通合伙)33206代理人张建青(51)Int.Cl.G01L5/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置和方法。本发明的装置包括可在支柱瓷绝缘子表面非接触的激励和接收超声波的激光超声发射模块、激光超声接收模块以及搭载应力标定与测量模块的计算机，激光超声发射模块包括第一激光器、扩束镜、第一动态聚焦镜和能够实现扫描范围全面覆盖支柱瓷绝缘子的第一扫描振镜；所述激光超声接收模块包括第二激光器、分光镜、用于协同第一扫描振镜的第二扫描振镜、反射镜、第二动态聚焦镜、振动探测器、以及用于激光扫描点观察的摄像头。本发明实现了对支柱瓷绝缘子的应力远距离带电测量，避免了传统应力检测方法需要停电检测的弊端；实现了对复杂结构、微小区域的应力分布高精度测量。CN113720508ACN113720508A权利要求书1/2页1.基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置，包括可在支柱瓷绝缘子表面非接触的激励和接收超声波的激光超声发射模块、激光超声接收模块以及搭载应力标定与测量模块的计算机，其特征在于，所述激光超声发射模块包括用于发射激励超声的激光的第一激光器、扩束镜(1)、第一动态聚焦镜(2)和能够实现扫描范围全面覆盖支柱瓷绝缘子的第一扫描振镜(3)，第一激光器发射的激光经扩束镜(1)、第一动态聚焦镜(2)和第一扫描振镜(3)后扫描在支柱瓷绝缘子表面上；所述激光超声接收模块包括用于发射接收超声波的激光的第二激光器、分光镜(4)、用于协同第一扫描振镜的第二扫描振镜(5)、反射镜(6)、第二动态聚焦镜(7)、振动探测器以及用于激光扫描点观察的摄像头，所述的振动探测器和摄像头与计算机连接；第二激光器发出的激光经分光镜(4)分成二路，一路经第二动态聚焦镜(7)后进入振动探测器，另一路经第二扫描振镜(5)和反射镜(6)后再分成二路，一路进入振动探测器，另一路扫描在支柱瓷绝缘子表面上；所述应力标定与测量模块搭载在计算机上，用于同步控制连接在计算机上的激光超声发射模块和激光超声接收模块，接收和处理电信号并显示应力分布值。2.根据权利要求1所述的基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置，其特征在于，所述第一激光器为脉冲激光器。3.根据权利要求1所述的基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置，其特征在于，第二激光器为连续激光器。4.根据权利要求1所述的基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置，其特征在于，所述第一扫描振镜(2)与第二扫描振镜(5)在扫描测量过程中保持激励激光光斑与接收激光光斑为固定的光斑间距值，光斑间距值在0.2mm至5mm范围内可调。5.根据权利要求1所述的基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测装置，其特征在于，所使用扩束镜保证在安全带电范围实施应力监测时，远程激励的激光扩散角不高于arctan(20/10000)。6.基于双激光扫描的支柱瓷绝缘子应力监测方法，其采用权利要求1‑5任一项所述的装置，其特征在于，包括步骤：S1.通过有限元应力分析和历史失效数据，确认在役支柱瓷绝缘子的最大应力所处的方位和区域，作为应力监测区；S2.选择与被监测对象材质和型号均相同，且质量检验合格的支柱瓷绝缘子作为标准试样，并根据步骤S1的应力监测区，在标准试样上标记出标定区域；S3.将第一激光器发射的激励超声的激光和第二激光器发射的接收超声波的激光，对准标准试样的标定区域，通过调整动态聚焦镜，实现超声表面波信号的发射和接收，并将接收到的表面波信号记录为时域信号A；S4.从得到的时域信号A中读取表面波的传播时间t0，从摄像头读取激励光斑与接收光斑之间固定的光斑间距值为d，计算得到零应力状态下的超声表面波波速为S5.将标准试样置于绝缘子试验机上，以5KN为梯度增大应力，每一个应力台阶进行一次表面波传播时间测量，并计算得到相应的表面波飞行时间2CN113720508A权利要求书2/2页S6.以对应的应力值为横坐标，以计算得到的相应表面波飞行时间为纵坐标，进行线性回归计算，记录线性回归的斜率为应力标定系数K；S7.将支柱瓷绝缘子应力监测装置安装在现场并置于安全带电范围，