具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了方便描述，下面先结合图1和图2对悬式绝缘子的结构进行介绍。

图1示出的是一种悬式绝缘子的结构示意图，图2示出的是悬式绝缘子中绝缘件的结构示意图。该悬式绝缘子200可以包括绝缘件210、金属帽220和金属脚230。绝缘件210可以包括一头部211和一伞体212，该头部211可以称为倒U形结构，伞体212可以称为裙部。该头部211的外端面可以与金属帽220相连接，且该头部211与金属帽220之间可以填充水泥或沥青等胶合剂240进行加固；该头部211的内端面可以与金属脚230相连接，且该头部211与金属脚230之间也可以填充水泥或沥青等胶合剂240进行加固。

另外，该金属帽220的端部还可以设置开口锁260，该开口锁260可用于连接其他绝缘子的金属脚，以将多个绝缘子串接在一起。

悬式绝缘子在长期受到应力作用之后，其内部会产生裂纹，并且这些裂纹随着时间的推移会不断扩大。当裂纹达到一定程度后，就会导致线路坍塌，造成严重的电力事故。

由于悬式绝缘子主要用于悬挂架空输电线，安装位置比较高，因此，悬式绝缘子在投入使用之后，很难在高空中通过人工巡检的方式对绝缘子的裂纹进行检测。

另外，随着电网规模的不断扩大，高压输电线的数量越来越多，使用的悬式绝缘子的数量也越来越多，这给人工巡视检查绝缘子裂纹也带来越来越大的挑战。

基于此，本申请实施例提供一种悬式绝缘子的检测装置，能够实现对悬式绝缘子内部裂纹的在线检测。

该检测装置可以包括一悬式绝缘子和一检测部件。该检测部件安装在该悬式绝缘子内部，并且用于利用电磁波检测悬式绝缘子内部的裂纹。

本申请实施例对悬式绝缘子的材质不做具体限定，例如，该悬式绝缘子的材质可以为陶瓷、玻璃或复合材料等。

本申请实施例将检测部件集成在悬式绝缘子内部，使得检测部件可以伴随悬式绝缘子的整个生命周期，这样可以长期监测悬式绝缘子的老化过程，并且该检测部件可以自动检测绝缘子内部的裂纹情况，实现对高空中的悬式绝缘子内部裂纹的在线自动检测，避免大量耗时耗资的人工巡检和人工操作。

本申请实施例的方案能够检测绝缘子内部的裂纹，这样可以有针对性地对绝缘子进行更换，从而能够避免大批量更换绝缘子造成的浪费。

本申请实施例的检测部件可以是一个电磁波反射测量系统，这与雷达、反射计等的检测原理类似。

以雷达为例，其可以包括发射机、接收机、信号发生器、发射天线、接收天线、回波信号处理单元等。以连续波调频(frequency modulated continuous wave，FMCW)雷达为例，雷达发射出的扫频信号被目标物体反射后进入雷达发射机，由于时间延迟，反射信号与原本发射的扫频信号会产生一个频差，这个差频频率就反映出了目标与雷达之间的距离，距离越远差频频率越高。差频的频率可以通过雷达接收机后端的快速傅里叶变换(fastFourier transform，FFT)来得到。

上述原理可以应用在绝缘子的裂纹检测过程中，具体地，检测部件可以向绝缘子发射电磁波，并接收绝缘子内部反射回来的反射波，该反射波可用于确定绝缘子内部是否有裂纹。

本申请实施例主要关心的是悬式绝缘子中的绝缘件内部的裂纹情况，因此，下文重点描述对绝缘件内部的裂纹的检测。

图3示出的是裂纹检测基本原理的示意图。其中，图3左侧示出的是内部无裂纹的绝缘件的检测示意图，图3右侧示出的是内部有裂纹的绝缘件的检测示意图。

当绝缘件320内部没有裂纹时，检测部件310向绝缘件320发射电磁波312之后，部分电磁波312会在绝缘件320的两个表面上发生反射，分别形成反射波314和反射波316，反射波314和反射波316可以被检测部件310接收。

由于电磁波会在介电常数发生突变的界面处发生反射，因此，当绝缘件320内部有裂纹时，检测部件310向绝缘件320发射电磁波312之后，电磁波312除了会在绝缘件320的两个表面上发生反射，形成反射波314和反射波316之外，还会在裂纹330位置处发生反射，形成反射波318，从而检测部件310可以接收到反射波314、反射波316和反射波318。

基于上述原理，本申请实施例的检测装置可以根据反射波是否发生了变化来判断绝缘子内部是否有裂纹。

由图3可知，电磁波会在绝缘件的表面发生反射，为了得到更好地检测效果，本申请实施例希望有更多的电磁波能够与绝缘件耦合，进入绝缘件内部，而不是在进入绝缘件之前就被反射。因此，为了增强电磁波与绝缘件之间的耦合，减少电磁波在进入绝缘件之前的反射，本申请实施例可以通过设置检测部件和绝缘件的位置，使得检测部件与绝缘件之间不存在空隙。

仍以图3为例，当检测部件310与绝缘件320之间不存在空隙时，能够减少电磁波312在绝缘件320的第一个表面上的反射，即反射波314会减少，从而减少绝缘件320表面带来的反射损耗。这样大部分的电磁波都能够进入绝缘件320内部，从而提高检测部件310的检测性能。

本申请实施例对检测部件和绝缘件的位置设置方式不做具体限定。检测部件与绝缘件之间不存在空隙可以指检测部件直接贴合在绝缘件上，或者还可以指检测部件与绝缘件之间填充有介质层，使得检测部件与绝缘件之间不存在空隙。

作为一种实现方式，检测部件与绝缘件之间还可以填充其他介质，使得检测部件与绝缘件之间不存在空隙。由于电磁波容易在介电常数发生突变的界面处发生反射，因此，在该情况下，为了增强电磁波与绝缘件之间的耦合，填充的介质的介电常数与绝缘件的介电常数相同或接近。

作为另一种实现方式，检测部件可以与绝缘件的表面贴合，使得检测部件与绝缘件之间无缝连接。例如，可以将检测部件中的天线与绝缘件无缝贴紧；又如，对于有介质衬底的天线，可以将该介质衬底与绝缘件无缝贴紧。

具体地，检测部件可以包括介质衬底，以及位于介质衬底一侧的天线，该介质衬底的另一侧贴合在绝缘件的表面，这样就可以实现检测部件与绝缘件之间的无缝紧贴。为了增强电磁波与绝缘件之间的耦合，所选用的介质衬底的介电常数与绝缘件的介电常数相同或相近。

举例说明，对于材质为陶瓷的绝缘件，其介电常数约为9，则介质衬底的材质可以与绝缘件的材质相同，也为陶瓷；或者介质衬底的材质可以为与陶瓷的介电常数相近的材质，如硅、氧化铝、或介电常数在7～13之间的材质。

优选地，可以将介质衬底的材质与绝缘件的材质设置为相同，这样能够最大程度地增强电磁波与绝缘件之间的耦合。

当然，对于其他材质的绝缘件，如玻璃、复合材料等，也可以按照上述方式选择对应的衬底材质。

本申请实施例中的天线可以为平面天线，也可以为其他非平面结构的天线，例如波导天线、喇叭天线等。

以绝缘件的材质与介质衬底的材质相同为例，若绝缘件的材质为陶瓷，则介质衬底的材质也为陶瓷。如图4所示，本申请实施例中的检测部件230可以包括平面天线231，该平面天线231可以设置在带有陶瓷衬底232的印刷电路板的顶层金属面，平面天线231位置区域对应的电路板其它层(包括底面)无任何铺地金属层，以确保平面天线231发射的电磁波信号不会被金属层反射。如果将该陶瓷衬底232的另一面紧贴在绝缘件210的表面，由于陶瓷衬底232和绝缘件210的陶瓷材料的介电常数接近，因此，在陶瓷衬底232和绝缘件210的表面之间不会存在明显的电磁波反射，从而能够有效地让电磁波辐射进绝缘件210内部。基于相同原因，反射波也会有效地回传到平面天线232上，从而被检测部件接收。

此外，在平面天线231的另一侧还设置有吸波材料234，该吸波材料234用于吸收漏到该位置处的电磁波，以避免该电磁波对检测结果产生影响。在平面天线231和吸波材料234的外部还设置有金属外壳233。

本申请实施例对检测部件的设置位置不做具体限定。

例如，为了使用较少的检测部件来检测整个悬式绝缘子内部的裂纹，可以将检测部件设置在悬式绝缘子的中心轴线上。

具体地，检测部件可以设置在悬式绝缘子的中心轴线上，且位于悬式绝缘子的金属帽与绝缘件之间、或者位于悬式绝缘子的金属脚与绝缘件之间。相比于其他位置，将检测部件设置在悬式绝缘子的中心轴线上，检测部件可以检测绝缘子的更多区域的裂纹。

图5和图6示出的是检测部件270设置在金属帽220与绝缘件210之间的示意图。其中，图5示出的是检测部件270设置在金属帽220内侧表面的情况，图6示出的是检测部件270设置在绝缘件210的头部的上端面的情况。

图7和图8示出的是检测部件270设置在金属脚230与绝缘件220之间的示意图。其中，图7示出的是检测部件270设置在绝缘件210的头部的下端面的情况，图8示出的是检测部件270设置在金属脚230的上端面的情况。

图5-图8示出的是检测部件270都是位于悬式绝缘子200的中心轴线上的情况，在一些情况下，检测部件270设置在偏离悬式绝缘子200的中心轴线的位置处，也能达到较好的检测效果。

当然，检测部件的设置位置也不限于此，还可以设置在其他位置。例如，可以设置在绝缘件的头部附近的任意位置。如图9所示，检测部件270可以设置在绝缘件210的头部的侧面位置。

由于悬式绝缘子形状的特殊性，为了更好地实现对悬式绝缘子内部裂纹的检测，可以对电磁波的发射方向进行设置，使得电磁波进入绝缘件之后，可以在绝缘件内部进行传播。

优选地，本申请实施例可以对检测部件的位置和电磁波的发射方向进行设置，使得电磁波从绝缘件的头部的端面进入绝缘件内部之后，在绝缘件内部向伞体传播。

通常，绝缘件头部的转角处会最先产生裂纹，电磁波从绝缘件的头部进入绝缘件之后，会沿着头部向外围传播，这样电磁波会优先传播到转角处，从而能够优先检测到转角处的裂纹。

作为一种实现方式，电磁波的发射方向与悬式绝缘子的中心轴线之间的夹角大于0度，且小于90度。

以图10为例，图10示出的是检测部件设置在绝缘件的头部的下端面的情况，检测部件并不是正对着绝缘件的头部发射电磁波，而是向斜上方发射电磁波271。这样做的目的是让电磁波271在绝缘件210的内部通过多次反射向远端传播。相比于绝缘件210周围的水泥或沥青等胶合剂240，绝缘件210(如陶瓷)的介电常数通常比较高，而电磁波271会沿着高介电常数材料内部传播。例如，电磁波可以以全反射的方式在高介电常数材料内部传输。如果遇到高介电常数材料与低介电常数材料的边界，电磁波会被反射。该原理类似于光纤，当光纤弯曲时，内部光纤还会继续沿着光纤传播。因此，在绝缘件210的转角处，电磁波271仍会沿着绝缘件210向远端传播。基于上述原理，可以利用电磁波的反射来检测绝缘件内部任何位置的裂纹。

当绝缘件内部有裂纹280时，电磁波271在遇到裂纹280时，会发生反射，形成反射波272，该反射波272可以回传至检测部件270。检测部件270可以根据反射波是否发生了变化来确定绝缘件内部是否有裂纹。

本申请实施例对电磁波的发射方向与悬式绝缘子的中心轴线之间的夹角的具体角度不做限定，例如可以为45度。

可以理解的是，45度角的发射方向仅是一个示例，具体采用哪个角度可以根据绝缘件的实际情况进行选择，只要能够保证电磁波可以在绝缘件内部传播即可，并且电磁波在传播过程中的损耗越少越好。

以俯视角度来看，绝缘件210的头部是圆形，如图11所示，检测部件270可以设置在圆心位置。检测部件270可以包括一个天线，也可以包括多个天线。

可选地，该天线可以为全向天线，也可以为定向天线。对于全向天线，如果全向天线的发射功率足够，则可以使用一个天线即可检测整个悬式绝缘子内部的裂纹。

如果天线的发射或接收角度有限，则可以通过设置多个天线来覆盖整个绝缘件。该多个天线可以朝向不同的方向发射或接收电磁波，以对绝缘件的不同部分进行检测。

本申请对该多个天线的类型不做具体限定。例如，该多个天线可以分别朝向不同的方向发射或接收电磁波，以对绝缘件的不同部分进行检测。又例如，该多个天线可以构成相控阵或多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)阵列，通过电扫描的方式调整多个天线的等效发射或接收方向，以对绝缘件的不同部分进行检测。

对于检测部件包括多个发射天线情况，本申请对该多个发射天线的发射方式不做具体限定。该多个发射天线可以按顺序依次朝向不同的方向发射电磁波，或者该多个发射天线可以同时朝向不同的方向发射电磁波。同理，对于检测部件包括多个接收天线情况，该多个接收天线可以按顺序依次朝向不同的方向接收电磁波，也可以同时朝向不同的方向接收电磁波。

作为一种示例，多个发射天线可以按顺序依次朝向不同的方向发射电磁波，多个接收天线也可以按顺序依次朝向不同的方向接收电磁波，以对悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测。

作为又一种示例，多个发射天线可以按顺序依次朝向不同的方向发射电磁波，多个接收天线可以同时朝向不同的方向接收电磁波，以对悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测。

作为又一种示例，多个发射天线可以同时朝向不同的方向发射电磁波，多个接收天线可以按顺序依次朝向不同的方向接收电磁波，以对悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测。

作为又一种示例，多个发射天线可以同时朝向不同的方向发射电磁波，多个接收天线也可以同时朝向不同的方向接收电磁波，以对悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测。

作为再一种示例，多个发射天线和多个接收天线可以组成相控阵或MIMO稀疏阵列，该相控阵或MIMO稀疏阵列的等效发射方向和等效接收方向可以通过电扫描机制进行调整，以对悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测。

例如，如果天线的半功率波束宽度为90度，则可以使用4个天线来覆盖整个绝缘件。图11示出的是检测部件270包括4个天线275的情况，该4个天线275可以分别朝向不同的方向发射电磁波，以对绝缘件的不同部分进行检测。

图11示出了工作的天线发射电磁波的情况，其中，工作的天线为图11中不带阴影的天线。该4个天线275可以同时发射电磁波，也可以按顺序依次发射电磁波，本申请实施例对此不做具体限定。

本申请实施例的每一对发射天线和接收天线可以为两个独立的天线，形成一个天线对；或者每一对接收天线和发射天线可以合并成一个天线，即该一个天线既可以发射信号，也可以接收信号。

以图11为例，如果发射天线和接收天线合并为一个天线，则该4个天线275还可用于接收电磁波；该4个天线275可以同时接收电磁波，也可以按顺序依次朝向不同的方向接收电磁波。或者，如果发射天线和接收天线为独立的天线，则检测部件还可以包括4个接收天线，其中，一个发射天线与其对应的接收天线组成一个天线对；该4个接收天线可以同时接收电磁波，也可以按顺序依次朝向不同的方向接收电磁波。

可以理解的是，本申请实施例中的多个发射天线可以理解为多个发射通道，多个接收天线可以理解为多个接收通道。多个发射通道可以是相互独立的，或者也可以组成相控阵或MIMO稀疏阵列；多个接收通道可以是相互独立的，或者也可以组成相控阵或MIMO稀疏阵列。

另外，检测部件还可以包括与发射天线对应的发射电路、以及与接收天线对应的接收电路。

除了上文描述的方式之外，为了优先检测绝缘件的转角处的裂纹，也可以设置电磁波的发射方向，使得电磁波朝向绝缘件的转角处发射电磁波，以检测转角处的裂纹。

上文描述的电磁波可以包括射频波、微波、毫米波和太赫兹波等。按照不同的频率划分标准，电磁破可以包括不同类型的波。

射频波、毫米波和太赫兹波都有时都被成为微波。射频频段是500MHz(5x10⁸Hz)到30GHz(3x10¹⁰Hz)之间的频段，但有时接近30GHz频率的波，比如28GHz频率的波也被认为是毫米波(现在被大众所熟知的5G毫米波就包括28GHz)。毫米波频段是从30GHz到300GHz(3x10¹¹Hz)之间，也有人认为是从30GHz到100GHz(1x10¹¹Hz)之间。太赫兹频段是从100GHz(1x10¹¹Hz)或300GHz(3x10¹¹Hz)到10THz(1x10¹³Hz)之间。

可选地，本申请实施例中的电磁波可以为毫米波、射频波或太赫兹波。但是，相较于毫米波和射频波，太赫兹波的频率较高，由于频率越高，波长越短，可以实现的带宽更宽，就越能够检测到宽度更窄的裂纹，因此，太赫兹波对裂纹的检测精度更高。

相比于超声波和X射线，太赫兹波具有较高的频率，因此，能够提供更优的距离和角度测量精度。另外，太赫兹检测模块还具有较低的功耗，有利于节约成本。

本申请实施例中的检测部件可以为检测模块，该检测模块可以包括检测芯片、天线和外围辅助元器件。该检测芯片包括电磁波传感器。该检测芯片可以基于硅工艺，如互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)工艺，可以将主要功能模块，如发射机、接收机、信号发生器、回波信号处理单元、电源管理单元等集成于一个芯片上，从而能够减少外围器件、降低整个检测部件的成本。

本申请实施例中的检测装置还可以进一步确定裂纹在绝缘件中的位置，确定方式与雷达测目标距离的原理类似。

常见的测距雷达可以包括脉冲式雷达和连续波雷达。

脉冲式雷达发射出一个脉冲波，当脉冲波被目标反射回来后，雷达探测到一个返回的脉冲波，通过对比两个脉冲波的时间差，就可以判断出目标与雷达之间的距离，因为电磁波在空气或某种介质中的传播速度是已知的。

连续波调频式雷达发射出一个频率连续变化的调制波，比如频率随时间线性变化的调制波。当发射波被目标反射回来后，雷达探测到一个返回的频率调制波，通过对比发射和返回的波，得出一个频率差，就可以判断出目标与雷达的距离。

本申请实施例可以利用上述原理确定裂纹在绝缘件中的位置后，这样绝缘子制造厂商可以通过统计裂纹位置确定绝缘子中容易出现裂纹的位置，并基于此对绝缘子的制造工艺进行改进。

上述实施例如果与低功耗无线通信模块结合，将检测结果回传到电网控制中心，便可以实现无人巡检的绝缘子可靠性监测系统，最大程度降低由于绝缘子老化造成的电力事故。

上文详细描述了本申请的装置实施例，下面结合图12描述本申请的方法实施例，该方法能够在线检测绝缘子内部的裂纹，避免人工巡检带来的耗时耗资问题。该方法实施例与上述装置实施例对应，未描述的特征可以参见上文装置实施例的描述。

图12示出了一种悬式绝缘子的检测方法的流程示意图，该方法800包括步骤S810-S820。

S810、在悬式绝缘子被安装到输电线路之后，控制所述悬式绝缘子内部的检测部件向所述悬式绝缘子的绝缘件发射电磁波。

S820、接收所述电磁波的反射波，以检测所述绝缘件内部是否出现裂纹。

可选地，所述控制所述悬式绝缘子内部的检测部件向所述悬式绝缘子的绝缘件发射电磁波，包括：控制所述检测部件向所述绝缘件发射电磁波，使得所述电磁波从所述绝缘件的头部的端面进入所述绝缘件内部之后，在所述绝缘件内部向所述绝缘件的伞体传播。

可选地，所述控制所述检测部件向所述绝缘件发射电磁波，包括：控制所述检测部件以与所述悬式绝缘子的中心轴线之间的夹角为大于0度且小于90度的方向向所述绝缘件发射电磁波。

可选地，所述检测部件与所述悬式绝缘子中的绝缘件的表面贴合。

可选地，所述检测部件包括多个发射和多个接收天线，所述方法还包括：

控制所述多个发射天线按顺序依次朝向不同方向发射电磁波、以及所述多个接收天线按顺序依次朝向不同方向接收电磁波，以对所述悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测；或者，

控制所述多个发射天线同时朝向不同方向发射电磁波、以及所述多个接收天线同时朝向不同方向接收电磁波，以对所述悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测；或者，

控制所述多个发射天线按顺序依次朝向不同方向发射电磁波、以及所述多个接收天线同时朝向不同方向接收电磁波，以对所述悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测；或者，

控制所述多个发射天线同时朝向不同方向发射电磁波、以及所述多个接收天线按顺序依次朝向不同方向接收电磁波，以对所述悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测；或者，

所述多个发射天线和所述多个接收天线组成相控阵或多输入多输出MIMO稀疏阵列，通过电扫描机制调整所述相控阵或MIMO稀疏阵列的等效发射方向和等效接收方向，以对所述悬式绝缘子中的绝缘件的不同部分进行检测。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。