面向无人机高压线夹的X 射线检测系统

张印权，王智伟，冯 天，张 普，段景议，高 斌

（中北大学，太原 030051）

1 引言

高压线夹出现故障后主要进行机械性能检验，耗时耗力效率低下[1]。1967年英国人率先应用X 射线无损探伤技术判定放电位置[2-4]，国内起步晚。2013云南电力公司开展了X 射线到成像板间的物距测量研究，确定X 射线机与检测对象的相对空间位置[5]。传统X 射线机需要外接电源，不适应高空作业，本系统对传统射线机各部位小型化，匹配无人机脚架，提出一种面向无人机高压线夹X 射线检测系统。

2 X 射线检测系统设计

2.1 X 射线探伤理论基础

低能X 射线由阴阳极的真空管产生。X 射线透射后的强度IT与管电压V，管电流i，阳靶原子序数Z 关系为：IT=KiZV2。由于X 射线与物质粒子之间产生光电效应，康普顿效应等，经过相互作用出现定量衰减。基本衰减规律：I=I0e-ux，I是透射后射线强度，I0是透射前射线强度，u 是被检试件衰减系数，x 是被X 射线穿过的被检试件厚度。

2.2 面向无人机的小型化X 射线检测系统

2.2.1 X 射线检测高压线夹状态可行性分析

耐张线夹的材质为铝和钢2种，压接位置分别为铝管与钢锚尾部凹槽压接、钢芯与钢锚管压接、钢芯铝绞线与铝绞线与铝管压接三处。当钢绞线完全与高压线夹压接时，射线穿透厚度为，当钢绞线未完全与高压线夹压接时，射线穿透厚度为。对这2种情况下的透射后射线强度进行对比，可以得到：

I1为钢绞线与高压线夹紧密压接时透射后的射线强度，I2为钢绞线未与高压线夹完全压接时透射后的射线强度，由于钢绞线的衰减系数比较大，所以完全压接和未完全压接透射后强度差异明显，底片的对比度差异显著。高压线夹断股也会如此[6]，因此具有可行性。

2.2.2 小型X 射线检测系统

系统包括X 射线管，高频变压器，控制器，胶片和风冷装置。X 射线管壳体装有可充电锂电池组，核心是stm32f103zet6芯片。系统整体结构图如图1所示：

图1 高压线夹的小型X射线检测系统组成图

该系统被无人机搭载，工作流程是调节管电压，调节曝光装置，控制无人机卡在工作位置，X 射线检测，将感光底片处理最后得出诊断结果。小型射线机如图2所示：

图2 面向无人机高压线夹小型X射线检测系统

3 系统的关键参数选择

X 射线检测质量受很多因素影响，对于检测高压线夹，影响检测质量的关键参数是管电压，额定功率。只有选择合适参数才能获得较好的对比度和精确度。对应高压线夹不同厚度和材质，制定本系统关键参数以供选择，如表1所示：

表1 系统关键参数表

4 系统性能实验分析

将拔脱的高压线夹置于本系统下检测，得到的底片经过暗室处理后结果图如图3所示：

图3 本系统检测结果底片图

从图3中可看出高压线夹本身发生断裂腐蚀并且与电缆拔脱，与线切割试验结果拟合度为92.8%，符合我们设置的缺陷情况，精确性非常好，完成了预期任务。

5 结束语

面向无人机高压线夹小型X 射线检测系统具有小型化，便携带的特点，将利用无人机代替人工高空作业，具有良好的实用价值和研究意义。由于实验条件限制，没能够进行风雪天气的测试，未来研究的重点在于X 射线检测系统的进一步小型化。