[發(fā)明專利]一種超聲檢測用傳感器及其信號處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011047375.5
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112098516B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范辰港;陸勝;嚴(yán)曉東;沈潤杰;姜躍東;危偉;馮海超;趙毅鋒;曾輝;萬晶宇
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)新源控股有限公司;華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司;同濟大學(xué);上海知至檢測科技有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/24;G01N29/44;G01H11/08
• 代理公司: 杭州新源專利事務(wù)所(普通合伙) 33234
• 代理人: 鄭雙根

本發(fā)明公開了一種超聲檢測用傳感器及其信號處理方法，包括傳感器外殼，設(shè)于傳感器外殼內(nèi)的壓電單元和輔助部件；所述壓電單元包括接收壓電晶片和設(shè)于接收壓電晶片下方的發(fā)射壓電晶片；所述發(fā)射壓電晶片與接收壓電晶片為軸向串聯(lián)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用CEEMDAN和小波降噪算法相結(jié)合的方式來進(jìn)行降噪處理。本發(fā)明通過將發(fā)射壓電晶片和接收壓電晶片設(shè)置成軸向串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，從而使得本發(fā)明的超聲發(fā)射功率遠(yuǎn)大于常規(guī)的傳感器；壓電單元由發(fā)射壓電晶片和接收壓電晶片共同組成，接收靈敏度遠(yuǎn)高于常規(guī)傳感器；提供一種超聲檢測用傳感器信號處理方法，將CEEMDAN和小波降噪算法相結(jié)合，進(jìn)一步提高了信號的信噪比和分辨率。本發(fā)明能完成水力發(fā)電機組導(dǎo)電銅板原位檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲檢測用傳感器，特別是一種超聲檢測用傳感器及其信號處理方法。

背景技術(shù)

隨著國內(nèi)水力發(fā)電廠投運時間的延長，特別是大型抽水蓄能機組的電動發(fā)電機在交變工況下出現(xiàn)了材料結(jié)構(gòu)故障，特別是高水頭、高轉(zhuǎn)速型機組接連發(fā)生了轉(zhuǎn)動失穩(wěn)、線圈變形等材料疲勞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機組的安全運行，個別電廠甚至由此引發(fā)轉(zhuǎn)子“掃膛”事故，機組設(shè)備損毀，造成了巨大的社會、經(jīng)濟損失。

作為發(fā)電機的關(guān)鍵部件，導(dǎo)電銅板的重要性不言而喻，其完好性和可靠性是整個機組安全運行的基礎(chǔ)。而500rpm以上的機組由于轉(zhuǎn)速和性能的原因，一般臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計通常不超過1.2倍安全裕度，可靠性低于常規(guī)機組，某些部位的導(dǎo)電銅板長期運行過程中的安全余量偏低。

根據(jù)國外抽蓄機組線圈導(dǎo)電銅板的斷裂故障統(tǒng)計分析，熱應(yīng)力和交變機械應(yīng)力的疊加作用是造成此類事故的主要原因，特別是配合電網(wǎng)調(diào)峰需要，短周期內(nèi)工況多次轉(zhuǎn)換、啟停頻繁的機組，更易在高速轉(zhuǎn)動運行過程中發(fā)生磁極引線、連接線開裂引發(fā)熔斷的現(xiàn)象。近年，國內(nèi)多起抽蓄機組磁極引線的故障案例也驗證了這個結(jié)論。

而發(fā)電機銅板引線因結(jié)構(gòu)和絕緣設(shè)計，使得如不解體或去除表面絕緣，則無法直接觀察和觸及引線的表面缺陷，這種情況給檢測和維護造成了極大的困難。

但如全部解體檢驗，則導(dǎo)線和絕緣的拆裝工序，將額外大幅增加工作量并延長工期，降低了機組的可用率。

超聲波檢測因具有對金屬內(nèi)部缺陷靈敏度高、可靠性好且不必去除全部絕緣的特點，可應(yīng)用于導(dǎo)電銅板的原位(非拆卸)檢測，從而避免了機組的解體檢測。

但是，在水力發(fā)電機組導(dǎo)電銅板原位超聲檢測時，因存在超聲波銅板材質(zhì)衰減率大，結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的檢測面狹小和曲面耦合等困難，使得常規(guī)的超聲檢測傳感器無法完成檢測。具體來說就是常規(guī)的傳感器其超聲發(fā)射功率不足且接收靈敏度不高，導(dǎo)致最終獲取的信號的信噪比和分辨率很低，完全無法通過此內(nèi)容獲取到導(dǎo)電銅板的情況，從而無法完成導(dǎo)電銅板的原味超聲檢測。

綜上所述，現(xiàn)有的常規(guī)超聲檢測傳感器存在無法完成水力發(fā)電機組導(dǎo)電銅板原位超聲檢測的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種超聲檢測用傳感器及其信號處理方法。本發(fā)明具有能完成水力發(fā)電機組導(dǎo)電銅板原位超聲檢測的優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種超聲檢測用傳感器，包括傳感器外殼，設(shè)于傳感器外殼內(nèi)的壓電單元和輔助部件；所述壓電單元包括接收壓電晶片和設(shè)于接收壓電晶片下方的發(fā)射壓電晶片；所述發(fā)射壓電晶片與接收壓電晶片為軸向串聯(lián)結(jié)構(gòu)。

前述的超聲檢測用傳感器中所述輔助部件包括設(shè)于傳感器外殼頂部的兩個引線接頭，設(shè)于傳感器外殼的底部的楔塊，設(shè)于傳感器外殼內(nèi)部并位于壓電單元上方的兩根引線和阻尼塊。

前述的超聲檢測用傳感器中，所述壓電單元功能為發(fā)射時將電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，接收時將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號；

所述阻尼塊的功能為吸收壓電單元背向輻射的超聲波，增加晶片振動的阻尼，從而能提高信噪比，提升分辨率。

前述的超聲檢測用傳感器中，還包括用于將各部件粘接的粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑為中溫固化環(huán)氧膠。