Page 64 - 《应用声学》2020年第6期

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will increase. When selecting the frequency, the impact on the resolution and sensitivity should be considered
comprehensively; as the probe aperture increases large, the length of the near field area increases, the system
resolution and sensitivity increase, but the increase in aperture is limited by the shape of the workpiece.
Generally, when selecting the aperture, the length of the near field area in aluminum is not less than the sum
of thickness of the aluminum sleeve and the diameter of the single aluminum wire; the smaller the aperture,
the greater the effect of the focus position on the detection result. The imaging resolution of the focus area is
better than that of the non-focus area. The detection imaging effect is best when the focal length is set to the
thickness of the aluminum sleeve during detection. The results of the study have important reference value for
the PAUT application in the quality inspection of crimping of tension clamps.
Keywords: Tension clamp; Phased array ultrasound testing; Imaging; Resolution; Sensitivity; Frequency;
Transducer aperture; Focal length
量的重要参考指标 [19−22] 。实际检测中，相控阵探
0 引言
头的频率、孔径和焦距等参数会直接影响探头声场
耐张线夹作为输电线路中的重要一环，由铝套 特性。参数选择不合适时会导致检测信噪比降低，
管和钢锚两部分组成。利用压力对铝管 -钢锚、铝 甚至出现栅瓣或旁瓣形成的伪像，严重影响成像质
管 -导线位置进行压接塑形，使导线和耐张线夹结 量 [23] 。因此，研究各检测参数对相控阵超声成像的
合形成一个整体，使其能承担连接导线的全部张 影响规律从而进行优化，对提高耐张线夹相控阵超
力，并起到通流作用 [1] 。耐张线夹一旦投入线路运 声成像检测质量具有重要意义。杨平华等 [19] 通过
行，就不易再拆卸和更换。由于线路设计安全系数 实验研究了焦距和探头孔径对相控阵成像横向分
较高，压接质量缺陷一般不会在施工结束后立刻导 辨力的影响，仅对横向分辨力进行了分析。胡宏伟
致事故，但在投运后遭遇舞动和长期微风振动等情 等 [20] 采用实验方式研究了脉冲宽度、焦距和探头
况下，容易导致线夹断裂引发电力事故，威胁社会 对回波幅值的综合影响，仅对检测灵敏度进行了分
安全 [2−3] 。 析。多数研究者均只对相控阵成像信号分辨力或灵
根据国家电网运检 [2016]777号文件要求，需对 敏度进行单一分析，无法得到最优的检测工艺参数，
跨越高速公路、高速铁路以及重要输电通道的架空 因此以上研究成果对于相控阵检测参数的优化指
输电线路区段耐张线夹压接质量开展普查 [4] 。目前 导具有一定的局限性。
对耐张线夹液压压接质量检验主要是通过宏观检 针对上述问题，本文利用便携式相控阵超声检
查 [5] 、尺寸测量 [5] 、力学性能试验抽查 [5] 、X 射线检 测仪对耐张线夹试样进行实验研究。对耐张线夹相
测 [6−7] 等方法。其中外观检查和尺寸测量无法直 控阵检测图谱信号进行了详细分析，确定了相控阵
观观察到线夹内部的压接质量情况，力学性能抽查 超声检测技术可直观、有效地检测耐张线夹压接质
为有损试验，X 射线检测设备比较大，有电离辐射 量。采用控制变量法，通过对比同一耐张线夹试样
风险，因此需要一种更直观有效的检测方法对耐张 的回波幅值大小，分析了相控阵探头频率、孔径及
线夹进行检测。相控阵超声检测成像技术是一项 焦距对成像分辨力和灵敏度的重要影响，得出了优
新型的、相对成熟的超声检测方法，能够对声束角 化耐张线夹成像质量的参数设置。研究结果对于相
度、焦点尺寸以及位置等进行灵活控制 [8] ，在电力、 控阵超声成像在耐张线夹压接质量检测上的工程
航空航天、核工业、机械船舶等领域得到了广泛应 应用具有重要的参考价值。
用 [9−15] ，且已经逐渐运用到电网 GIS 壳体、绝缘子
以及铝制线夹等输变电设备的缺陷检测中 [16−18] ， 1 基本原理
但尚无耐张线夹的相控阵检测应用报道。与其他输
变线设备相比，耐张线夹外层铝套管只有 8 mm 左 1.1 线阵探头的几何参数
右，且内部结构较复杂，信号识别相对困难。成像 均匀线性阵列探头的主要参数有探头频率 f、
质量和信号分析是相控阵超声检测中最为关注的 阵元数 n、阵元宽度 a、阵元长度 b 和阵元间距 d [20] ，
问题之一，而成像灵敏度和分辨力则是衡量成像质 如图1所示。