CN111595374A - 基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法 - Google Patents

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Abstract

基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，包括判断钢筋的位置，在电线杆陆上部分作出等高线，并在等高线上标注出钢筋位置；将激振器和拾振器置于等高线上、下两侧；激振器发出的信号从高频向低频递减，拾振器开始扫描检测信号；拾振器每检测到一次反射信号，将该频率下激振器发出信号至拾振器检测到信号所耗时长t、频率f大小，波速V传入给处理装置；每一标记处测量完成后，在处理装置中建立时长t关于频率f由高向低变化的折线图，直至测完所有钢筋标记点，将所有折线图放入一个坐标系，找到特征频率f0，结合波速V及传播时间，判断电杆埋深、损伤情况。本发明方法能快速准确的检测电杆埋地深度，还能检验埋地段电杆损伤情况；该方法具备检测准确、速度快的优点。

Description

基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法
技术领域
本发明涉及输电线路的安全状态检测技术领域，具体涉及一种基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法。
背景技术
电力***由很多部分组成，变电站是电力***不可缺少的一部分，而环形钢筋混凝土电杆又是变电站、输电线路中的重要组成构件，因此，环形钢筋混凝土电杆的安全状态是保证电力***安全运行的基础，在我国电力***中发挥着不可或缺的重要作用。在我国，由于大部分地区属于农村，因此，环形钢筋混凝土电杆得到了广泛的应用。然而，随着服役年限的不断增加，容易出现混凝土开裂、钢筋腐蚀、甚至混凝土脱落严重现象。特别是冰雪等自然灾害的影响，使得大部分地区环形钢筋混凝土电杆出现了严重的混凝土剥落，并且其电杆有一部分埋于地下，从陆地上无法观测其埋地部分的损伤情况。
目前现有测量技术为测量尺、地下窥探镜，地下超声波法。测量尺有两种：一种是将尺伸入地下，当遇到地下异物时难测量；另一种是根据电杆锥度来测量，遇到不同规格的电杆，将需要重新构建模型。地下窥探镜和地下超声波法都需要用钻机向地下钻孔供测装置或发生装置潜入地下，检测设备庞大，耗时费力且需要多人完成，工作效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，依据瑞利波沿弹性物体表面传播特性，通过在电杆陆上部分发射瑞利波和接受反馈信号，经过处理装置处理后能快速准确的检测电杆埋地深度，还能检验埋地段电杆损伤情况。该方法具备操作简单、检测准确、检测速度快的优点。
本发明采取的技术方案为：
基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，包括以下步骤：
步骤一：判断钢筋的位置，在电线杆陆上部分作出等高线，并在等高线上标注出钢筋位置；
步骤二：将激振器和拾振器置于等高线上、下两侧，且激振器下端和拾振器上端距等高线距离相等，并使激振器和拾振器间连线与电杆侧面母线平行；
步骤三：激振器发出的信号从高频向低频递减，每次激振器发出新频率的信号后一段时间tΔ，拾振器开始扫描检测信号；
拾振器每检测到一次反射信号，将该频率下激振器发出信号至拾振器检测到信号所耗时长t、频率f大小，波速V传入给处理装置；
步骤四：每一标记处测量完成后，在处理装置中建立时长t关于频率f由高向低变化的折线图；每检测完一处钢筋标记点后，沿等高线向下一标记处的钢筋标记点继续测量，直至测完所有钢筋标记点；
步骤五：测量完所有钢筋标记点后，将所有折线图放入一个坐标系，找到特征频率f0，结合波速V及传播时间，判断电杆埋深、损伤情况。
所述步骤一中，用磁铁判断钢筋的位置，然后用记号笔在电线杆表面做一个等高线，并在等高线上标注处钢筋位置。
所述步骤三中，激振器发出的信号从高频100Khz向低频7Khz递减，每10ms减少100hz；每次激振器发出新频率的信号后0.5ms，拾振器开始扫描检测信号。
本发明一种基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，技术效果如下：
1、不需要通过地下钻孔观测，本发明方法在地上电杆表面发出瑞利波，沿杆面向地下传播，根据反射瑞利波的特征频率，便可判断埋深及损伤情况。
2.本发明方法借助瑞利波无损检测电杆埋深和损伤情况，不会对电杆产生损坏，不会造成安全事故。
3.本发明方法可以同时检测电杆埋深长度和损伤情况，为电杆检修带来方便。
4.本发明方法所用设备装置简单，易于搬运，减少作业人数。
附图说明
图1为本发明检测方法涉及的装置连接示意图；
其中：H为离地高度，M为测试点，L为等高线,N为地面。
图2为本发明检测方法的流程图。
图3为信号未碰触到裂缝时，拾振器检测到信号时间与频率之间的关系示意图。
图4为信号遇到开口裂缝时，拾振器检测到信号时间与频率之间的关系示意图。
图5为信号遇到隐藏裂缝时，拾振器检测到信号时间与频率之间的关系示意图。
图6为信号遇到断续裂缝时，拾振器检测到信号时间与频率之间的关系示意图。
具体实施方式
原理分析：
在无线半空间弹性介质中压缩波和剪切波干涉产生的波叫瑞利波，也称呼为R波。瑞利波沿介质表面传播，传播深度与频率有关：高频瑞利波传播的深度较浅，低频瑞利波传播的深度较深。瑞利波在弹性体中的的穿透深度h约为1λ，λ为波长；V＝fλ，V为瑞利波波速；f为瑞利波振动频率。因为波速V由弹性体弹性常数确定，对于一定特性的混凝土波速V为定值，改变振动频率f，即改变瑞利波的传播深度。
R波的能量主要集中在相对裂缝深度h/λ(0～1/3)的范围内，高于相对深度h/λ，R波的能量绝大部分被反射。若缝中有充填物(障碍)，充填物的力学特性与混凝土的力学特性不相同，且充填层中还会有小间隙形成不完全接触。瑞利波经过这种缝时，若缝中有充填物使缝断续接触或者使裂缝发生部分闭合，成为断续接触的裂缝。瑞利波在缝面不接触的那一段长度内传播时，波沿缝面传播。所以，瑞利波传播时间增加。
基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，包括以下步骤：
步骤一：判断钢筋的位置，在电线杆陆上部分作出等高线，并在等高线上标注出钢筋位置。
具体是：用磁铁判断钢筋的位置，然后离地约30cm处用记号笔在电线杆表面做一个等高线，保证每次测量时瑞利波传播距离相等。并在等高线作出标记，标上数字，标注出钢筋位置。在环形钢筋混凝土电线杆中，按照标准，钢筋在圆周内等弧度分布；按照规格分为内含6根钢筋和内含8根钢筋两种，因钢筋混凝土结合面为裂缝主要存在处，故先判断钢筋位置。
步骤二：因需要瑞利波沿电杆轴向传播、且方便计算电杆埋地深度及裂缝所处位置，将激振器1和拾振器2置于等高线上、下两侧，且激振器1下端和拾振器2上端距等高线距离相等，约1cm处。并使激振器1和拾振器2间连线与电杆侧面母线平行，保证传播方向和距离的特殊性。
仪器采用混凝土多功能无损检测仪SCE-MATS，集结合激振器1和拾振器2于一体。
步骤三：激振器1发出的信号从高频100Khz向低频7Khz递减，每10ms减少100hz；每次激振器1发出新频率的信号后时间tΔ＝0.5ms，拾振器2开始扫描检测信号。拾振器2每检测到一次反射信号，将该频率下激振器1发出信号至拾振器2检测到信号所耗时长t、频率f大小，波速V传入给处理装置3。
处理装置3采用电脑。
步骤四：每一标记处测量完成后，在处理装置3中建立时长t关于频率f由高向低变化的折线图；每检测完一处钢筋标记点后，沿等高线向下一标记处的钢筋标记点继续测量，直至测完所有钢筋标记点。
步骤五：测量完所有钢筋标记点后，将所有折线图放入一个坐标系，找到特征频率f0，当折线图中出现激增或激减的拐点时，说明遇到裂缝或隐藏裂缝。
结合波速V及传播时间，判断电杆埋深、损伤情况。
所述步骤五包括计算出：
埋深(裂缝深度)h＝V/(2*f0)；
埋深L＝V*(t+tΔ)/2-D，D为等高线距地距离。
所述步骤五包括：
激振器1在电杆表面先发出高频波，随后缓慢减小频率；检测情况一共分为4种：无裂缝、开口裂缝、隐藏裂缝、断续裂缝。
①、无裂缝：当高频波未碰到开口裂缝，则R波将一直沿着电杆表面传播，到达地下端面处折返，被拾振器2检测到信号，如图3所示。
②、开口裂缝：当高频波遇到开口裂缝时，将土地看作无限大h，h>λ，故R波大部分能量被反射，拾振器2提前检测到信号，随着频率减小到f0时，拾振器2检测到信号的时间突然变长，表明波长恰好等于裂缝长度，R波越过裂缝尖端，如图4所示。
③、隐藏裂缝：当波长小于d1，对应频率f1时，相当于在无缝区传播；当波长大于d1时，R波发生反射，拾振器2提前检测到信号，当波长大于d2，对应频率f2时，其波速又相当于在无缝区传播，如图5所示。
⑤、断续裂缝：钢筋与混凝土界面未紧密贴合导致铁锈生锈，使混凝土和钢筋的贴合面间夹杂着铁锈，形成断续裂缝，此时拾振器2检测到信号，但耗时变长，如图6所示。
在检测过程中，拾振器2首先会检测到激振器1发出的原始信号，故时间轴的原点不在零点。因为激振器1发出的信号会经过拾振器2后再向电线杆杆底传播，为排除第一次拾振器2检测到的信号对折线图的干扰，故计时不从原点开始。

Claims (5)

1.基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：判断钢筋的位置，在电线杆陆上部分作出等高线，并在等高线上标注出钢筋位置；
步骤二：将激振器（1）和拾振器（2）置于等高线上、下两侧，且激振器（1）下端和拾振器2上端距等高线距离相等，并使激振器（1）和拾振器（2）间连线与电杆侧面母线平行；
步骤三：激振器（1）发出的信号从高频向低频递减，每次激振器（1）发出新频率的信号后一段时间tΔ，拾振器（2）开始扫描检测信号；
拾振器（2）每检测到一次反射信号，将该频率下激振器（1）发出信号至拾振器（2）检测到信号所耗时长t、频率f大小，波速V传入给处理装置（3）；
步骤四：每一标记处测量完成后，在处理装置（3）中建立时长t关于频率f由高向低变化的折线图；每检测完一处钢筋标记点后，沿等高线向下一标记处的钢筋标记点继续测量，直至测完所有钢筋标记点；
步骤五：测量完所有钢筋标记点后，将所有折线图放入一个坐标系，找到特征频率f0，结合波速V及传播时间，判断电杆埋深、损伤情况。
2.根据权利要求1所述基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，其特征在于：所述步骤五包括计算出：
裂缝深度h=V/(2* f0)；
埋深L=V*（t+tΔ）/2-D，D为等高线距地距离。
3.根据权利要求1所述基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，其特征在于：所述步骤五包括：
对不同检测情况的四种分析：
①、无裂缝：当高频波未碰到开口裂缝，则R波将一直沿着电杆表面传播，到达地下端面处折返，被拾振器2检测到信道；
②、开口裂缝：当高频波遇到开口裂缝时，将土地看作无限大h，h>λ，故R波大部分能量被反射，拾振器（2）提前检测到信号，随着频率减小到f0时，拾振器（2）检测到信号的时间突然变长，表明波长恰好等于裂缝长度，R波越过裂缝尖端；
③、隐藏裂缝：当波长小于d1，对应频率f1时，相当于在无缝区传播；当波长大于d1时，R波发生反射，拾振器（2）提前检测到信号，当波长大于d2，对应频率f2时，其波速又相当于在无缝区传播；
⑤、断续裂缝：钢筋与混凝土界面未紧密贴合导致铁锈生锈，使混凝土和钢筋的贴合面间夹杂着铁锈，形成断续裂缝，此时拾振器（2）检测到信号，但耗时变长。
4.根据权利要求1所述基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，其特征在于：所述步骤一中，用磁铁判断钢筋的位置，然后用记号笔在电线杆表面做一个等高线，并在等高线上标注处钢筋位置。
5.根据权利要求1所述基于瑞利波的电线杆埋地深度及损伤检测方法，其特征在于：所述步骤三中，激振器（1）发出的信号从高频100Khz向低频7Khz递减，每10ms减少100hz；每次激振器（1）发出新频率的信号后0.5ms，拾振器（2）开始扫描检测信号。
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