3.2 压电陶瓷片谐振频率选择

　　为找出压电陶瓷片最佳谐振频率，试验中分别对谐振频率为1MHz、2MHz和3MHz的压电陶瓷片施加中心频率为100kHz的激励信号，并对响应信号进行数据进行分析。压电陶瓷片的尺寸不同，其谐振频率也不相同，为尽可能保证实验的单一变量原则，将不同尺寸的压电元件对分别粘附在等厚度的绝缘上，且每对元件之间的距离相等，均约为10cm，如图5所示。实验中分别对不同谐振频率的压电元件在盆式绝缘子有损伤和无损伤时响应信号的峰峰值进行数据统计，表2为实验数据。由表2中数据可以看出，谐振频率为3MHz的压电元件在绝缘子损伤前后的信号峰值差最大，最易观测和分析，因此选用谐振频率为3MHz的元件为本实验中最佳压电元件。

　　3.3 基于差值法的健康监测实验

　　盆式绝缘子使用中出现问题的原因主要有三种：（1）表面附着物，如安装时产生的金属屑、灰尘等，附着物会导致高压放电，击伤盆式绝缘子；（2）表面裂纹，由于安装时候的划伤，或者长久使用产生的疲劳损伤，表面会产生裂纹，裂纹降低了盆式绝缘子的绝缘性能，导致放电现象发生；（3）盆式绝缘子内部气泡，气泡也容易引发放电，对盆式绝缘子造成损伤。本文针对第一种和第二种情况进行检测，验证提出方法的可行性，第三种情况一般是产品出厂时通过X射线进行检测。

　　以中心频率为100kHz的信号为激励信号，对谐振频率为3MHz的压电陶瓷片进行激励，在盆式绝缘子有伤和无伤两种状态下进行数据采集。实验中，对损伤前后的响应信号分别采集10次，每次采集50个周期，然后对每次采集的数据取平均，得到10组无损响应信号均值和有损响应信号均值。在10组无损和有损的响应信号均值中各自随机抽取两组信号作差比较，得到波形如图6。图6（a）是在盆式绝缘子表面粘贴直径为1cm厚度为0.5cm的吸波胶得到监测数据，图6（b）是在激励Lamb波压电陶瓷片和接收Lamb波电陶瓷片中间部分制作一个长为3cm，深为1mm的划痕监测得到的数据。

　　从图6中可以看到，损伤前后响应信号的作差波形比较明显，差值信号峰峰值约为100mV。可以认为绝缘子无损和有损两种情况下响应信号波形发生明显变化，此种方法用来检测到盆式绝缘子的损伤。

　　以上对有损和无损信号进行的差值实验，证明两种情况下确实存在时域波形差异，但是不能完全证明差异一定来自损伤，也许是随机噪声、测量误差等其他原因造成的差异。为了验证差异是否来自损伤，在10组有损和无损的平均信号随机抽取两组，将无损信号与无损信号作差，有损信号与有损信号作差，结果如图7、8所示。从图7、8中可以看到，两组信号的差值均很小，10mV以内，几乎可以忽略，即随机抽取的同为有损信号或者同为无损信号之间差异不大，由此可以证明有损信号和无损信号之间的差值是由损伤造成的，本文提出的监测方法是可靠的。