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局部放电超声波传感器检测技术国外研究现状

发布时间:2020-06-16 13:04:19人气:

二十世纪五十年代初德国的Kaiser发现对于同一种材料,施加的外力一定要大于上一次施加的数值之后才有可能产生声发射信号。随后美国、日本等研究人员,从材料学的物理特性入手研究超声发射源,并将其研究成果声发射传感器应用于工程材料无损检测领域。二十世纪七八十年代,Dunegan等人通过对声发射试验技术的研究,研制出了声发射仪,该发射仪频率范围在一兆赫兹以下。八十年代初,美国声学物理研究所将现代微电子技术与声发射检测系统相结合,设计出了有源式和无源式超声波传感器频率范围从20kHz到500kHz,该两种传感器由于输出阻抗各不相同,需要匹配不同的接口。此时高压电力设备也开始迅速发展,而高压电力设备的绝缘检测成为了必要的试验项目,为此专家们开始寻求检测电力设备绝缘的方法,此时将超声波传感器检测引入了电力设备局部放电检测领域,声发射技术和局部放电检测技术有了第一次的握手。

目前局部放电超声波传感器检测技术领域中著名的国家和单位有德国的Vanen公司,美国的Dunegan公司和美国声学物理研究所等。各个国家也纷纷在声发射领域提出了自己的校验方法和出台了相关的标准。一些最常见的使用方法是互易法、表面波脉冲比较法、光学法等。


(1)表面波脉冲比较法

目前,在行业内以美国声学物理研究所为例采用断铅法也称表面波比较法。在一米建方的钢板上,在其对角线上一端放置超声波传感器,在其另一端处用削好的标准铅笔,用力将其折断。笔芯断裂后应力释放产生的弹性波,根据此时传感器反应的幅度,确定传感器的灵敏度。

(2)光学法

随着激光多普勒技术的发展,英国物理实验室(NPL)采用锥形压电换能器,通过正弦信号的激励作为声发射源。利用激光多普勒测速技术测量表面位移和速度,其准确度较高。

多普勒效应是在运动声源与接收声源产生的一种特定的物理效应。该效应表现的现象为,当声源远离接收装置时,接收装置收到的信号频率会变低;当声源接近接收装置时,接收装置接收到的信号频率会变高。两者之间的频率差和声传播的速度有一定的关系。因此根据多普勒效应可以测量声音的移动速度及传播声音介质的流动速度。比如:医用的多普勒仪,用于测量人体的血液流动速度。爱因斯坦在狭义相对论中首次提出了光具有波粒二象性,当光源与接收光源的装置发生位移时,由于速度的不同也会引起接收光的频率的不同称为光的多普勒效应。当发射的频率与接收的频率之间的频率差与相对速度具有相关性,利用这种相关性的规律得出介质的变化,从而计算出相对速度。


(3)互易法

上世纪七十年代日本学者Hajime等人提出了一种互易的校准方法。根据电声互易原理校准的方法称为互易法,这种通过相同材料、相同尺寸、相同加工工艺的两个以上的传感器。分别给予标定好的电能量型号发出声波,另一个去接收,从而根据电声的转换效率得出超声波传感器的灵敏度和频率响应。因其操作较简单。从而避免由于人为的因素导致的测量误差。日本已将互易法指定为其无损检测的标准。标准规定超声波传感器检测频率范围应在50kHz到1MHz。

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