[發(fā)明專利]一種材料表面硬度的測量方法及測量裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711284327.6
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107907531A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒林;王頌;李銳海;王希林
• 申請（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司;清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N21/73
• 分類號: G01N21/73
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司11274
• 代理人: 申健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料硬度測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種材料表面硬度的測量方法和測量裝置。

背景技術(shù)

高壓輸電線路良好的外絕緣狀態(tài)是電力系統(tǒng)安全運行的重要保障。上個世紀90年代以來，復合絕緣材料(例如硅橡膠材料)大量應用于外絕緣領(lǐng)域，在電力系統(tǒng)大量使用，外絕緣設(shè)備的耐污閃能力才得到顯著改善。復合絕緣材料主要用于制作復合絕緣子、制作各種復合絕緣涂料(例如RTV，英文全稱Room Temperature Vulcanizing室溫硫化硅橡膠涂料)以及制作各種套管等。

復合絕緣材料在長期運行過程當中，受到電場、溫度、濕度等因素的影響會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，造成復合絕緣材料的性能下降，從而威脅到輸電線路的安全穩(wěn)定運行。因此，對于輸電線路復合絕緣材料表面服役狀態(tài)進行評估具有重要的意義。

其中，復合絕緣材料的硬度就是評估其表面服役狀態(tài)的一個性能指標。以硅橡膠材料為例，復合絕緣子等硅橡膠材料的分子化學鍵在光、熱、機械作用力等因素作用下發(fā)生斷裂，產(chǎn)生自由基，自由基可以相互反應，生成“無機硅”，或者析出大顆粒，這可以使得材料硬度增大，從而使材料失去原有的強度和彈性而發(fā)生老化。因此，通過硅橡膠材料的硬度的變化情況就可以評估硅橡膠材料的老化程度，進而通過其老化程度來對其表面服役狀態(tài)進行評估。

目前，現(xiàn)有的復合絕緣材料硬度測量大多數(shù)是以邵氏硬度計等儀器進行的，但是這種測量手段適用于在取樣后在實驗室進行，如果用邵氏硬度計等儀器對高壓輸電線路的桿塔等處的復合絕緣材料進行測量，則需要在高壓輸電線斷電時，測量者爬到桿塔上進行測量，這樣不但不方便，測量時間慢，而且測量的精度也有限，需要依賴于測量人員的經(jīng)驗和技術(shù)水平。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實施例提供一種材料表面硬度的測量方法及測量裝置，能夠解決現(xiàn)有的材料硬度測量不方便、測量時間慢以及測量精度受測量者的經(jīng)驗和技術(shù)水平制約的問題。

為達到上述目的，第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種材料表面硬度的測量方法，包括以下步驟：S1、用第一脈沖激光照射第一材料的表面，獲取所述第一材料的激光等離子體光譜；S2、從所述激光等離子體光譜中獲得第一分析元素的原子光譜，根據(jù)所述第一分析元素的原子光譜計算出激光等離子體溫度，其中，第一分析元素為所述第一材料組成元素中的一種；S3、根據(jù)與所述第一材料相同的材料的表面硬度與激光等離子體溫度之間的函數(shù)關(guān)系確定所述第一材料的表面硬度。

本發(fā)明實施例提供的材料表面硬度的測量方法可應用于對現(xiàn)場的遠程、帶電的材料(比如復合絕緣材料)表面進行硬度測量，快速地判斷材料的表面硬度，獲得精確的材料表面硬度值，從而對材料的運行狀態(tài)進行評估，以便及時更換老化的材料，避免因材料運行性能下降影響輸電線路的穩(wěn)定運行。相較于現(xiàn)有的硬度測量方法，本發(fā)明實施例提供的材料表面硬度的測量方法，具有無需特別取樣，直接用脈沖激光光束照射待測材料表面即可，而且操作方便，無需測量者爬到桿塔等處，在距離待測材料表面一定距離內(nèi)即可完成，可實現(xiàn)遠程測量，并且分析速度快(全部分析過程不超過30s)的優(yōu)點，測量精度高，并且不受測量者的經(jīng)驗和技術(shù)水平制約，在輸電線帶電運行或者停電檢修期間均可對桿塔的多個絕緣子串和單支絕緣子的多個傘裙進行分析判斷。

第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種材料表面硬度的測量裝置，包括激光器、聚焦透鏡、光譜儀和計算機設(shè)備，所述聚焦透鏡位于所述激光器所發(fā)出激光的路徑上，所述光譜儀與所述計算機設(shè)備相連接，所述光譜儀用于捕捉激光等離子體的發(fā)射光譜，并將所捕捉的激光等離子體的發(fā)射光譜傳送至所述計算機設(shè)備；所述計算機設(shè)備用于從所述光譜儀所捕捉的等離子體的發(fā)射光譜中獲得第一分析元素的原子光譜，根據(jù)所述第一分析元素的原子光譜計算出所述激光等離子體溫度；然后，根據(jù)與所述第一材料相同的材料的表面硬度與所述激光等離子體溫度之間的函數(shù)關(guān)系確定所述第一材料的表面硬度。

本發(fā)明實施例提供的材料表面硬度的測量裝置，在測量第一材料表面硬度時，激光器發(fā)射脈沖激光，經(jīng)過聚焦透鏡的聚焦后照射至第一材料(待測硬度的材料)的表面，第一材料表面受激產(chǎn)生等離子體，等離子體衰減后，光譜儀將等離子體的發(fā)射光譜捕獲，光譜儀將發(fā)射光譜由光信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳至計算機設(shè)備，經(jīng)過計算機設(shè)備的處理最終確定第一材料的表面硬度。該測量裝置所解決的技術(shù)問題以及有益效果均與第一方面所提供的測量方法所解決的技術(shù)問題以及有益效果相同，在此不再贅述。

附圖說明