郝艷捧，黃盛龍，申子魁，劉琳，張瀅瀅，梁學致，陽林

(華南理工大學 電力學院，廣東 廣州 510641)

氣體絕緣金屬封閉開關設備(gas insulated metal-enclosed switchgear，GIS)因具有可靠性高、占地面積小、空間利用率高、受外界影響小等優(yōu)點，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中被廣泛應用[1]。然而在中國，GIS設備故障率遠超預期，環(huán)氧復合絕緣子引發(fā)的GIS故障尤為突出。環(huán)氧復合絕緣子主要由雙酚A型環(huán)氧樹脂、酸酐類固化劑和Al2O3等澆注而成，由結(jié)構(gòu)設計、工藝制造等因素或電、熱、機械等多場耦合作用引發(fā)的環(huán)氧復合絕緣子內(nèi)部氣泡[3]、裂紋[1]、密度不均勻[5]等缺陷在早期較小，雖然不會造成其絕緣性能大幅降低，但長期運行將導致絕緣性能逐步劣化，最終引發(fā)沿面閃絡或絕緣擊穿，甚至引發(fā)爆裂，造成停電事故。因此，在環(huán)氧復合絕緣子投入電網(wǎng)前盡可能發(fā)現(xiàn)其微小缺陷極為重要。

目前GIS環(huán)氧復合絕緣子狀態(tài)檢測主要集中在缺陷存在時，局部放電產(chǎn)生的電磁波、電流、聲波、紫外線、化學成分等特征量變化。特高頻法和脈沖電流法檢測靈敏度較高，但前者不能定量分析放電，無法判斷缺陷發(fā)展的嚴重程度[5]，后者無法實現(xiàn)缺陷的準確定位[6]。局部放電超聲波檢測對絕緣子內(nèi)部氣泡產(chǎn)生的放電信號靈敏度不高，定位困難[8]。X射線難以檢測寬度較小的裂紋，且便捷性和安全性有待提高[9]?；瘜W檢測法成分分析時間長，且難以進行現(xiàn)場監(jiān)測[10]。

超聲檢測作為一種無損檢測技術(shù)，具有高靈敏度、便于現(xiàn)場應用等優(yōu)勢，能定位成像材料內(nèi)部缺陷，反映其局部性能變化。目前可采用企業(yè)標準推薦的“片析檢查”來檢測盆式絕緣子不同部位密度[11]，“片析檢查”屬于破壞性試驗，而超聲無損檢測可利用超聲波傳播特性來確定材料密度。西班牙Arturas等人采用超聲浸水檢測法對以環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂為基礎的2種復合材料進行了聲阻抗和密度檢測[12]；平高集團采用超聲波聲速和幅度譜峰值作為特征參量，定量表征不同致密度的滅弧噴口[13]；北京航空航天大學研究了基于超聲衰減及聲速變化量的SiCp/Al復合材料顆粒分布均勻性的成像方法[14]；捷克Kravcov等人采用寬帶超聲脈沖回波法測量純鎢樣品局部密度分布[15]。目前學者對超聲檢測材料密度的研究集中在金屬及金屬基復合材料領域，而對GIS用EP/Al2O3復合絕緣材料的研究較少。

針對GIS絕緣子用環(huán)氧復合絕緣材料內(nèi)部集中性缺陷，國內(nèi)外許多學者提出了各種超聲檢測方法。2015年，西安交通大學用超聲檢測環(huán)氧試樣內(nèi)部20 mm深處模擬的氣隙和裂紋，用底面反射波的頻譜特性區(qū)分不同孔徑氣隙和不同取向裂紋[16]；2017年，天津理工大學用蘭姆波檢測盆式絕緣子表面高1 mm的微裂紋及微小附著物，但需要將壓電陶瓷片嵌入材料邊沿，不能檢測已生產(chǎn)或已投入運行的含缺陷絕緣子[17]；2019年，浙江大學利用超聲導波定位檢測出盆式絕緣子0.2 mm表面裂紋和直徑2 mm 內(nèi)部氣孔[18]；2019年，華南理工大學分別利用超聲反射法、臨界折射縱波法檢測GIS用環(huán)氧材料內(nèi)部缺陷，發(fā)現(xiàn)1 MHz超聲縱波探頭可用于檢測深度50 mm內(nèi)直徑為2 mm的氣泡缺陷和深度40 mm內(nèi)直徑為1 mm的橫向裂紋缺陷[19]，2.5 MHz超聲臨界折射縱波(critically refracted longitudinal waves，LCR)可用于檢測高度為0.5 mm表面微裂紋[20]；2023年，甘肅電科院利用低頻雙探頭超聲橫波法檢測盆式絕緣子螺栓孔附近裂紋，并進行了定性分析[21]。

現(xiàn)有環(huán)氧復合絕緣子內(nèi)部缺陷超聲檢測方法效率低，密度分布超聲檢測方法有待完善[22]。同時超聲信息無法與計劃檢測路線外的樣品位置信息融合，致使其還停留在人工檢測和定性分析階段，缺陷漏檢率高，且無法準確表征缺陷的形態(tài)、類別和絕緣材料的密度分布。對此，本文提出環(huán)氧復合絕緣缺陷超聲自動檢測系統(tǒng)與方法，自動融合檢測位置信息和超聲特征量，并分別檢測密度不均勻和人工預制含不同深度、取向裂紋缺陷的試樣，驗證該系統(tǒng)的準確性和高效性。

1 超聲自動成像系統(tǒng)

1.1 自動檢測系統(tǒng)

本文搭建超聲快速自動檢測系統(tǒng)，如圖1所示，其由超聲發(fā)生接收儀、數(shù)字示波器、縱波直探頭、位置傳感器、計算機和待測試樣組成。超聲發(fā)生接收儀為高精度數(shù)字超聲儀CTS-8077PR，可調(diào)脈寬范圍80 kHz～20 MHz；數(shù)字示波器型號Tektronix MDO3014，帶寬100 MHz，最大采樣率2.5 GHz；探頭為復合材料晶片的超聲縱波直探頭，標稱頻率2.5 MHz，內(nèi)徑為6 mm，外徑為8 mm，聲軸偏差小于2°；位置傳感器型號PAW3395，追蹤速率390 000 in/s，解析度26 000 in-1；探頭中心與位置傳感器的中心位置保持在同一水平線上，且檢測過程中距離保持不變。

圖1 絕緣缺陷超聲自動檢測系統(tǒng)Fig.1 Schematic diagram of ultrasonic automatic detection system for insulation defect

該系統(tǒng)通過超聲發(fā)生接收儀發(fā)出脈沖信號，使得放置在待測試樣表面的探頭振動，發(fā)射超聲波到待檢測試樣中。超聲波在接觸到缺陷時，試樣底面反射產(chǎn)生回波，超聲回波信號被同一探頭接收。超聲信號通過電纜線傳輸?shù)綌?shù)字示波器，數(shù)字示波器經(jīng)串行端口通過NI-VISA協(xié)議與計算機端進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)超聲時域信號數(shù)據(jù)實時接收。同時結(jié)合傳感器實時記錄位置信息，并在計算機端進行數(shù)據(jù)處理，最終實現(xiàn)環(huán)氧復合絕緣缺陷重構(gòu)。

1.2 自動檢測方法

本文設計了自動檢測軟件，包括實時數(shù)據(jù)自動采集、超聲特征量自動計算和內(nèi)部集中性缺陷/密度圖像顯示等模塊，如圖2所示。

圖2 自動檢測系統(tǒng)軟件框架圖Fig.2 Software framework diagram of the automatic detection system.

1.2.1 檢測定位

獲取掃描區(qū)域?qū)崟r位置信息。光電式位置傳感器可快速獲得掃描區(qū)域的表面圖像，經(jīng)高速數(shù)字信號處理后，對圖像特征信息進行特征提取分析，得到位置傳感器的位移方向和距離。位置傳感器的位置不能與探頭位置完全重合，位置傳感器的虛擬終端位置需要映射到探頭的實際位置空間。建立多檢測坐標系(如圖1所示)，計算機上光電位置傳感器的虛擬坐標系用{M}表示，超聲波探頭的實際物理坐標系用{U}表示。坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系如下：

(1)

式中：Mx、My分別為位置傳感器在虛擬坐標系的橫坐標和縱坐標；Ux、Uy分別為超聲探頭在待檢測試樣表面的橫坐標和縱坐標；dx、dy分別為位置傳感器和超聲探頭在x、y軸方向上的初始位置差值，檢測過程中保持不變。經(jīng)實際測試得位置傳感器單次掃描極限約為38.9 mm×69.1 mm的長方形區(qū)域，本文比例系數(shù)a取0.036，理論上檢測位置精度為0.036 mm。

全尺寸試樣檢測區(qū)域拓展。位置傳感器單次檢測范圍有限且固定不變，為實現(xiàn)大于位置傳感器單次檢測范圍的全尺寸試樣檢測，根據(jù)位置傳感器單次長方形檢測范圍對試樣進行分次檢測區(qū)域劃分和去邊緣化檢測，如圖3所示。

圖3 待測環(huán)氧試樣分次檢測區(qū)域超聲掃描示意圖Fig.3 Schematic diagram of ultrasonic scan of the fractional detection area of epoxy specimen to be tested

在區(qū)域A內(nèi)可按非固定的隨機路徑檢測完成后，向相鄰區(qū)域平移。當觸及單次掃描區(qū)域邊界時自動標記方向并沿該方向拓展，位置信息自動疊加1個單位方向的檢測長度﹝見式(2)﹞。此外，為避免記錄重復位置數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動對比實時位置和歷史數(shù)據(jù)集，實現(xiàn)數(shù)據(jù)非重復性獲取。

(2)

式中：M′x和M′y分別為分次檢測時位置傳感器在虛擬坐標系的橫坐標和縱坐標；Mh或Mv分別為單次檢測時位置傳感器的橫向、縱向檢測長度。

1.2.2 超聲特征提取

對數(shù)字示波器采集的超聲檢測信號進行小波分析處理。本文采用sym8小波基函數(shù)、5層分解層數(shù)以及軟硬閾值折衷閾值函數(shù)，其中軟硬閾值折衷閾值函數(shù)

(3)

式中：cD1為第1層分解的小波系數(shù)；N為超聲時域信號數(shù)據(jù)長度；fmid為取中值函數(shù)[21]。

超聲檢測信號去噪效果如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)，小波分析法可以有效對超聲檢測信號進行去噪處理并保證信號不失真。當缺陷回波幅值較小時，相比于去噪前的原始波形，去噪后波形可以更明顯觀測到缺陷，避免因噪聲存在導致的誤判。

圖4 小波分析去噪前、后的超聲檢測波形Fig.4 Ultrasonic detection waveforms before and after denoising by wavelet analysis

采用超聲反射法檢測含缺陷試樣的典型波形，結(jié)果如圖5所示。其中：T、F和B分別為試樣上表面、缺陷上表面和試樣底面的超聲回波，T、F、B用作下標，表示與該類型超聲回波有關的變量，下同；ΔTE1和ΔTE2分別為試樣缺陷、底面回波的超聲傳播時間；ti和Ui分別為試樣的第i個波峰的時間和電壓；tk和Uk分別為試樣上表面超聲回波的尾波峰的時間和電壓；tn和Un分別為試樣底面超聲回波的尾波峰的時間和電壓；Δti、TiV0分別為回波波形的第i個波峰和第i+1個波峰之間時間差、零信號時間；TmaxV為超聲探頭檢測盲區(qū)的超聲傳播時間。

圖5 超聲反射法檢測缺陷的典型波形Fig.5 Typical waveforms of ultrasonic reflectometry defect detection

根據(jù)超聲波形中的ti和Ui可計算得到上表面回波T中首波峰和尾波峰之間所有相鄰波峰間的時間差倍數(shù)Kti、幅值倍數(shù)KVi、時間差最大倍數(shù)Kmt和幅值最大倍數(shù)KmV﹝式(4)、(5)﹞。缺陷超聲檢測位置和波形特征量自動成像算法流程如圖6所示，

圖6 缺陷超聲檢測位置和波形特征量自動成像算法流程Fig.6 Real-time calculation process of ultrasonic detection propagation time of defects and bottom surface

(i=3，…，k)；

(4)

(5)

缺陷超聲檢測位置和波形特征量自動成像算法流程計算步驟如下：

步驟1，采用1.2.1節(jié)檢測定位方法非重復性獲取探頭位置{M′x，M′y}和超聲波形，并對原始超聲波形小波分析去噪。

步驟2，利用多重比較判別法提取超聲波形的ti、Ui，并計算TiV0、Kti和KVi。

步驟3，根據(jù)Ui/U1是否為當前最小值以及TiV0是否大于TmaxV建立雙重判據(jù)，按波形數(shù)據(jù)點順序判定，若判據(jù)均成立，則獲取tk、Uk，并確定Kmt、KmV。

步驟4，分別計算Δti/Δti-1、Ui/Ui-1并與Kmt、KmV作比較，按波形數(shù)據(jù)點順序判定，若多重判據(jù)均成立，則判定為回波存在，并統(tǒng)計回波數(shù)量。根據(jù)回波數(shù)量判定，并獲取tF、UF和tB、UB。

步驟5，根據(jù)上述步驟獲取的超聲特征量構(gòu)建超聲檢測位置-超聲特征數(shù)據(jù)集{M′x，M′y，ΔTE1/ΔTE2}。

傳統(tǒng)人工超聲檢測需人工記錄探頭檢測位置，并在示波器上用光標標記并進行人工計算獲得ΔTE1和ΔTE2。而本文自動檢測系統(tǒng)實現(xiàn)位置傳感器和超聲探頭一體化，利用傳感器實時自動獲取檢測位置和超聲波形，用圖6算法進行缺陷超聲檢測位置和波形特征量自動成像，并繪制出試樣集中性缺陷、密度分布云圖。

1.2.3 環(huán)氧密度均勻性實時成像方法

測量試樣厚度d2，則試樣內(nèi)部超聲聲速

(6)

本文使用的環(huán)氧復合材料在廣義上呈現(xiàn)各向同性[24-25]。超聲縱波在無限大各向同性均勻彈性體內(nèi)傳播時，對特定彈性體或彈性體內(nèi)某個質(zhì)點來說，聲速c僅取決于彈性體的密度ρ、楊氏彈性模量E和泊松比σ，在一定程度上可以通過聲速分布圖像直觀反饋其密度分布狀態(tài)。本文利用試樣進行試驗，證明了EP/Al2O3復合材料體系的密度與超聲聲速呈線性正相關[26]。EP/Al2O3材料體系的密度與聲速關系如式(7)所示：

ρ=Kc+B.

(7)

式中參數(shù)K、B僅與EP、Al2O3和固化劑的型號有關。

環(huán)氧密度均勻性實時成像方法過程如下：首先，用超聲檢測位置和波形特征量自動成像算法流程獲取ΔTE2，并計算得各點聲速c、密度ρ，構(gòu)建檢測位置-密度特征數(shù)據(jù)集{M′x，M′y，ρ}，最后，用Kriging插值自動繪制試樣密度分布云圖。

1.2.4 環(huán)氧缺陷實時成像方法

在圖3中試樣相同厚度區(qū)域內(nèi)的掃描路徑上，統(tǒng)計在第n次檢測時圖6的第2個超聲回波傳播時間tn，計算其標準偏差s(tn)，利用新數(shù)據(jù)點與其前的數(shù)據(jù)集算術(shù)平均值之差的絕對值TdA>s(tn)為判據(jù)，實時監(jiān)測缺陷情況。

(8)

(9)

(10)

同種材料配方制備的試樣內(nèi)部聲速c相同，則試樣內(nèi)部首回波深度

(11)

環(huán)氧缺陷實時成像方法過程如下：首先利用圖6算法自動獲得的波形特征量進行試樣缺陷實時監(jiān)測，再計算各檢測點對應的dst，構(gòu)建檢測位置-缺陷位置特征數(shù)據(jù)集{M′x，M′y，dst}，最后用Kriging插值自動繪制成環(huán)氧復合絕緣裂紋缺陷成像圖，實現(xiàn)對缺陷各關鍵參量的直觀統(tǒng)計分析。

2 試驗

2.1 試樣

為驗證系統(tǒng)檢測環(huán)氧復合絕緣密度均勻性與內(nèi)部集中缺陷的有效性，基于某公司GIS盆式絕緣子用EP/Al2O3材料配方，采用相同澆注工藝制備了環(huán)氧復合絕緣試樣，如圖7所示。

圖7 缺陷檢測用環(huán)氧試樣實物Fig.7 Epoxy samples for defect detection

為驗證超聲檢測環(huán)氧復合材料密度均勻性的可行性，制備200 mm×200 mm×10 mm的平板試樣A﹝圖7(a)﹞。超聲檢測試樣A密度分布后，在平板試樣A兩側(cè)指定位置，切割10個10 mm×10 mm×10 mm的試樣，以字母a—j排序依次命名﹝圖7(b)﹞，檢測其密度作為超聲檢測局部密度的對比研究。為驗證本系統(tǒng)檢測環(huán)氧復合材料缺陷的有效性，制備底面直徑為100 mm、高30 mm的圓柱試樣，并分別沿距試樣下邊緣20 mm和右邊緣10 mm處切割得到試樣B，以提高超聲檢測試樣形狀多樣化﹝圖7(c)﹞。分別在試樣B下表面、前側(cè)面和右側(cè)面通過人工鉆孔模擬豎向、斜向和橫向裂紋缺陷﹝圖7(d)、(e)、(f)﹞，其中下表面的豎裂紋頂部距上表面的深度，與前側(cè)面斜裂紋長度中心點上表面、橫裂紋上表面距上表面的深度保持一致。試樣缺陷分別用直徑Φ、長度d、缺陷上邊緣距試樣上表面高度h表征。

2.2 超聲密度、缺陷檢測試驗

測量試樣A、B每個位置的超聲傳播時間t，代入式(6)計算得出試樣內(nèi)部超聲聲速c，將其代入式(7)、(11)，計算相應位置的密度、缺陷深度，構(gòu)建檢測位置-密度、缺陷深度特征數(shù)據(jù)集，并繪制環(huán)氧復合絕緣試樣密度云圖、缺陷成像圖。

為驗證超聲檢測密度的可行性，分別測量圖7(b)所示試樣a—j的質(zhì)量m、體積V，依據(jù)密度公式計算其密度。質(zhì)量測量采用精密分析天平SETPRO FA214A，實際分度值為0.1 mg；體積尺寸測量采用MNT 951數(shù)字游標卡尺，精度為0.01 mm。每個試樣質(zhì)量、尺寸均測量10次，取10組的平均值作為最終值。

3 結(jié)果與分析

3.1 密度自動成像

平板試樣A密度分布的超聲自動成像結(jié)果如圖8所示。超聲檢測試樣A的密度不均勻程度最大相差0.193 g/cm3，試樣密度分布總體呈現(xiàn)由上至下增加趨勢，這是由于Al2O3顆粒沿重力方向發(fā)生沉降現(xiàn)象。試樣A澆注口下方密度較小，最小為2.046 g/cm3，試樣底部兩側(cè)密度較大，最大為2.239 g/cm3，其原因是在澆注平板試樣過程中，高溫條件下環(huán)氧樹脂和Al2O3顆?；旌虾髲闹虚g澆注口倒入模具中，并以錐形從中間向兩側(cè)流動，導致Al2O3顆粒在試樣底部兩側(cè)持續(xù)積累，進一步加深試樣密度不均勻程度。

圖8 平板試樣密度分布云圖Fig.8 Density distribution of flat samples

在檢測效率方面，對試樣A在檢測點數(shù)相同的情況下，傳統(tǒng)人工超聲檢測時間約為2 h，本文自動檢測系統(tǒng)檢測時間約20 min，檢測效率顯著提升。

超聲自動成像檢測和質(zhì)量體積法測量試樣局部區(qū)域密度的對比結(jié)果如圖9所示。2種測試方式密度結(jié)果在區(qū)域a′—區(qū)域e′、區(qū)域f′—區(qū)域j′內(nèi)呈現(xiàn)相同趨勢。超聲檢測局部試樣密度最大差值為0.115 g/cm3，實際測量局部試樣密度最大差值為0.07 g/cm3，單次檢測誤差最大為4.8%。本文所述系統(tǒng)會在一定程度上放大了材料密度不均勻性，有利于實現(xiàn)絕緣子高標準質(zhì)量檢測。

圖9 不同測試方法下試樣密度結(jié)果對比Fig.9 Comparison of specimen density results of different detection methods

3.2 內(nèi)部集中性缺陷自動成像

試樣B的3號缺陷和無缺陷區(qū)域的原始超聲響應如圖10所示。由圖10可見，當缺陷存在時，原始超聲信號中會存在缺陷上表面回波F。用圖6算法獲得tF、tB，并計算得到ΔTE1和ΔTE2。其中，3號缺陷超聲波形特征值計算見表1。將ΔTE1和ΔTE2分別代入式(6)、(11)，計算得出3號缺陷的深度為15.14 mm，誤差為0.93%。

表1 試樣B的3號缺陷超聲波形特征值Tab.1 Ultrasonic waveform characteristic values of No.3 defect of sample B

圖10 樣品B的3號缺陷和無缺陷區(qū)域的原始超聲響應圖Fig.10 Original ultrasound responses of No.3 defect and the area without defects of sample B

試樣B的缺陷位置和超聲自動成像如圖11所示。從圖11(b)中可以看出，顏色最深處出現(xiàn)在試樣B的6號缺陷附近，距離試樣上表面11.01 mm，低于缺陷中心位置到試樣上表面距離，這是由于該處人工裂紋缺陷采用傾斜45度打孔，導致斜裂紋上部分距上表面更近，該部分超聲波信號更早反射回到探頭。

圖11 缺陷位置示意圖和超聲自動成像結(jié)果對比Fig.11 Comparison of defect location and automatic ultrasound imaging

對比圖11(a)和圖11(b)，超聲自動成像的缺陷位置和實際位置一致。大部分斜向裂紋位置無法完整表征，這是由于斜向裂紋和探頭超聲傳播方向有一定角度，超聲波到達缺陷界面時，反射波不能沿原路返回，當缺陷距離試樣上表面越遠，缺陷尺寸越小，探頭越難接收缺陷反射波信號。

從圖11(b)可以看出，利用本文超聲自動成像系統(tǒng)檢測試樣整體形貌具有可行性。不同類型缺陷呈現(xiàn)出不同形狀且與缺陷原貌一致，但超聲自動檢測成像比缺陷原貌尺寸較大。這是由于隨著探頭在檢測過程中偏離缺陷中心，當探頭邊緣仍能接觸到缺陷時，雖然缺陷回波電壓幅值降低，但其超聲傳播時間與探頭位于缺陷中心時保持一致(如圖12所示)，造成在實際檢測時探頭可檢測到缺陷區(qū)域半徑r2比缺陷區(qū)域半徑r1大。雖然這會導致成像結(jié)果在一定程度上放大，但更容易實現(xiàn)缺陷的檢測和識別。

圖12 缺陷檢測區(qū)域放大原理示意圖Fig.12 Schematic diagram of defect detection amplification principle

在檢測效率方面，試樣B檢測點數(shù)相同的情況下，人工超聲檢測時間約為1.5 h，本文自動檢測系統(tǒng)檢測時間約15 min，檢測效率顯著提升。

通過超聲檢測裂紋缺陷和密度分布結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，試樣B由于密度分布不均勻引起的超聲傳播時間變化不明顯，其原因是試樣B的超聲檢測方向平行于澆注方向，導致該方向超聲檢測結(jié)果密度相對變化不大；此外，當試樣內(nèi)部存在缺陷時，缺陷對超聲傳播時間的影響程度遠大于密度分布不均勻的影響。

分別用本文檢測系統(tǒng)和傳統(tǒng)人工超聲檢測2種方式檢測試樣B中6個不同位置、尺寸和取向的自制非斜向裂紋缺陷。每種缺陷測量10次，取10組的平均值作為最終值，得到不同檢測方式下的超聲傳播時間及其誤差，如圖13所示。

圖13 傳統(tǒng)人工超聲檢測與系統(tǒng)檢測缺陷可靠性對比Fig.13 Reliability comparison of traditional manual ultrasonic detection and system detection methods

由圖13可以看出，2種檢測方式相同裂紋缺陷的超聲傳播時間誤差最大為1.64%，最小為0.092%，表明本文超聲自動成像系統(tǒng)在檢測環(huán)氧復合絕緣缺陷位置的精度、準確率層面可以替代傳統(tǒng)人工超聲檢測。

4 結(jié)論

針對環(huán)氧復合絕緣材料現(xiàn)有超聲檢測結(jié)果不直觀、檢測效率低等問題，本文基于超聲脈沖反射原理研制了一種環(huán)氧復合絕緣缺陷自動檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過位置信息實時自動采集并自動融合超聲波形、超聲特征量自動計算等步驟，實現(xiàn)了環(huán)氧復合絕緣材料缺陷的自動檢測和表征。

a)用環(huán)氧復合絕緣密度均勻性的超聲自動成像方法檢測了環(huán)氧復合絕緣平板的密度分布，與質(zhì)量體積法測量的局部密度誤差小于4.8%，檢測效率明顯提高。

b)分別用環(huán)氧復合絕緣裂紋缺陷自動成像方法和傳統(tǒng)人工超聲方式檢測6種不同位置、尺寸和取向的裂紋缺陷，超聲傳播時間誤差最大僅1.64%，缺陷檢測結(jié)果與其原貌具有一致性，檢測效率提高近6倍。

c)本文檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了絕緣材料的內(nèi)部集中缺陷和密度均勻性檢測的統(tǒng)一，在絕緣子出廠試驗和故障分析、缺陷定位方面，較傳統(tǒng)人工檢測方式在檢測效率和直觀性上具有一定優(yōu)勢。

后續(xù)還將對非平板絕緣子及絕緣子的大弧度和邊緣區(qū)域開展檢測研究。