[发明专利]一种材料表面硬度的测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料硬度测量技术领域，尤其涉及一种材料表面硬度的测量方法和测量装置。

背景技术

高压输电线路良好的外绝缘状态是电力系统安全运行的重要保障。上个世纪90年代以来，复合绝缘材料(例如硅橡胶材料)大量应用于外绝缘领域，在电力系统大量使用，外绝缘设备的耐污闪能力才得到显著改善。复合绝缘材料主要用于制作复合绝缘子、制作各种复合绝缘涂料(例如RTV，英文全称Room Temperature Vulcanizing室温硫化硅橡胶涂料)以及制作各种套管等。

复合绝缘材料在长期运行过程当中，受到电场、温度、湿度等因素的影响会出现老化现象，造成复合绝缘材料的性能下降，从而威胁到输电线路的安全稳定运行。因此，对于输电线路复合绝缘材料表面服役状态进行评估具有重要的意义。

其中，复合绝缘材料的硬度就是评估其表面服役状态的一个性能指标。以硅橡胶材料为例，复合绝缘子等硅橡胶材料的分子化学键在光、热、机械作用力等因素作用下发生断裂，产生自由基，自由基可以相互反应，生成“无机硅”，或者析出大颗粒，这可以使得材料硬度增大，从而使材料失去原有的强度和弹性而发生老化。因此，通过硅橡胶材料的硬度的变化情况就可以评估硅橡胶材料的老化程度，进而通过其老化程度来对其表面服役状态进行评估。

目前，现有的复合绝缘材料硬度测量大多数是以邵氏硬度计等仪器进行的，但是这种测量手段适用于在取样后在实验室进行，如果用邵氏硬度计等仪器对高压输电线路的杆塔等处的复合绝缘材料进行测量，则需要在高压输电线断电时，测量者爬到杆塔上进行测量，这样不但不方便，测量时间慢，而且测量的精度也有限，需要依赖于测量人员的经验和技术水平。

发明内容

本发明的实施例提供一种材料表面硬度的测量方法及测量装置，能够解决现有的材料硬度测量不方便、测量时间慢以及测量精度受测量者的经验和技术水平制约的问题。

为达到上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种材料表面硬度的测量方法，包括以下步骤：S1、用第一脉冲激光照射第一材料的表面，获取所述第一材料的激光等离子体光谱；S2、从所述激光等离子体光谱中获得第一分析元素的原子光谱，根据所述第一分析元素的原子光谱计算出激光等离子体温度，其中，第一分析元素为所述第一材料组成元素中的一种；S3、根据与所述第一材料相同的材料的表面硬度与激光等离子体温度之间的函数关系确定所述第一材料的表面硬度。

本发明实施例提供的材料表面硬度的测量方法可应用于对现场的远程、带电的材料(比如复合绝缘材料)表面进行硬度测量，快速地判断材料的表面硬度，获得精确的材料表面硬度值，从而对材料的运行状态进行评估，以便及时更换老化的材料，避免因材料运行性能下降影响输电线路的稳定运行。相较于现有的硬度测量方法，本发明实施例提供的材料表面硬度的测量方法，具有无需特别取样，直接用脉冲激光光束照射待测材料表面即可，而且操作方便，无需测量者爬到杆塔等处，在距离待测材料表面一定距离内即可完成，可实现远程测量，并且分析速度快(全部分析过程不超过30s)的优点，测量精度高，并且不受测量者的经验和技术水平制约，在输电线带电运行或者停电检修期间均可对杆塔的多个绝缘子串和单支绝缘子的多个伞裙进行分析判断。

第二方面，本发明实施例还提供了一种材料表面硬度的测量装置，包括激光器、聚焦透镜、光谱仪和计算机设备，所述聚焦透镜位于所述激光器所发出激光的路径上，所述光谱仪与所述计算机设备相连接，所述光谱仪用于捕捉激光等离子体的发射光谱，并将所捕捉的激光等离子体的发射光谱传送至所述计算机设备；所述计算机设备用于从所述光谱仪所捕捉的等离子体的发射光谱中获得第一分析元素的原子光谱，根据所述第一分析元素的原子光谱计算出所述激光等离子体温度；然后，根据与所述第一材料相同的材料的表面硬度与所述激光等离子体温度之间的函数关系确定所述第一材料的表面硬度。

本发明实施例提供的材料表面硬度的测量装置，在测量第一材料表面硬度时，激光器发射脉冲激光，经过聚焦透镜的聚焦后照射至第一材料(待测硬度的材料)的表面，第一材料表面受激产生等离子体，等离子体衰减后，光谱仪将等离子体的发射光谱捕获，光谱仪将发射光谱由光信号转化为电信号并传至计算机设备，经过计算机设备的处理最终确定第一材料的表面硬度。该测量装置所解决的技术问题以及有益效果均与第一方面所提供的测量方法所解决的技术问题以及有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明