CN101813670B - 一种管道轴向超声导波换能探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：它包括一预磁化的镍铁合金片和多组线圈带；所述镍铁合金片沿待测管道的周向紧密固定在待测管道外壁上，所述镍铁合金片上的剩余磁通密度沿待测管道周向分布；所述多组线圈带为用一根导线在固定于所述待测管道外壁的所述预磁化的镍铁合金上绕制而成的多组线圈，相邻两组所述线圈的中心距离相等，且相邻两组所述线圈的缠绕方向相反。脉冲功率放大器连接绕制多组线圈带的导线的起始端，绕制多组线圈带的导线的末端依次连接滤波放大电路和示波器。本发明可广泛应用于管道的无损检测领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道无损检测装置，特别是指一种管道无损检测装置使用的管道轴向超声导波换能探头。
背景技术
利用轴向超声导波检测待测管道上的焊缝、周向裂纹等缺陷是一种有效的方式，现有的激发和接收轴向超声导波的超声换能器一般采用压电式换能器，它的检测原理是：当轴向超声导波在待测管道内传播遇到待测管道上的焊缝或周向裂纹时，轴向超声导波立即反射，轴向超声导波的激发端接收到反射回来的轴向超声导波，计算出激发和接收到轴向超声导波的时间差与轴向超声导波的传播速度的乘积，从而确定待测管道内焊缝或周向裂纹的位置。
现有的压电式换能探头在使用之前需要将待测管道的外壁打磨干净，因此使用起来很不方便，且它所激发的轴向超声导波幅值较小，传播距离短，检测的待测管道的长度范围有限。在《机械工程学报》中已发表的文献“磁致伸缩效应在圆管中激励纵向导波的理论和试验研究”(出版日：2005.10，期刊号：ISSN：0577-6686)中公开了一种基于磁滞伸缩原理的电磁超声换能探头结构，该换能探头可以在铁磁性材料管道上激发和接收轴向超声导波，虽然这种轴向超声导波的幅值较大，传播距离较远，但由于它只能用于检测铁磁性材料的待测管道，因此造成这种换能探头应用范围较窄，且使用时需要安装电磁铁或永磁体等外置磁场，使这种换能探头的结构比较复杂，不方便使用，因此需要改进。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种管道轴向超声导波换能探头，其可应用于多种材料的待测管道，检测管道的长度范围较大且结构简单。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：它包括一预磁化的镍铁合金片和多组线圈带；所述镍铁合金片沿待测管道的周向紧密固定在待测管道外壁上，所述镍铁合金片上的剩余磁通密度沿待测管道周向分布；所述多组线圈带为用一根导线在固定于所述待测管道外壁的所述预磁化的镍铁合金上绕制而成的多组线圈，相邻两组所述线圈的中心距离相等，且相邻两组所述线圈的缠绕方向相反。
所述多组线圈带的导线的起始端连接检测装置的脉冲功率放大器，所述多组线圈带的导线的末端依次连接所述检测装置的滤波放大电路和示波器。
所述镍铁合金的厚度为0.2～0.5mm。
所述镍铁合金的厚度为0.2～0.5mm。
所述多组线圈带的线圈总组数为2～8组。
所述多组线圈带的每组线圈的导线匝数为1～20匝。
所述镍铁合金片内的轴向超声导波的波长为相邻两组线圈带的中心距离的二倍。
所述多组线圈带的每组线圈的绕设斜度为与所述待测管道的轴向呈45度夹角。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明采取了在预磁化的镍铁合金和多组线圈带之间进行轴向超声导波的激发和接收，因而对待测管道的材料没有特殊要求，它不仅可以可应用于非铁磁性和铁磁性金属待测管道，也可应用于塑料待测管道等其他材料的待测管道，因此具有适用材料范围广的优点。2、本发明由于采用了多组线圈带与待测管道的轴向呈45度夹角的绕制方式，因而可使在相同的激励信号下，所产生的轴向超声导波幅值大、信噪比高，因此轴向超声导波的传播距离较远，具有可以检测待测管道较长范围内的焊缝或者周向裂纹的优点。3、本发明由于采取等间隔的线圈缠绕方式，所激发和接收的轴向超声导波的波长是各组线圈间中心距离的二倍，因此具有选频的功能，且所激发和接收的轴向超声导波具有频率固定和单一的优点。
本发明可广泛应用于管道的无损检测领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明多组线圈带的示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明包括一预磁化的镍铁合金片1和多组线圈带2，其中：
镍铁合金片1为矩形，沿其中一个边长磁化处理后形成预磁化的镍铁合金片，使镍铁合金片1带有静态偏置磁场。再将镍铁合金片1沿待测管道3的周向紧密固定在待测管道3的外壁上，使镍铁合金片1上的剩余磁通密度Br沿待测管道3的周向分布。
多组线圈带2是用一根导线在固定于待测管道3外壁的预磁化的镍铁合金片1上绕制而成的多组线圈，每一组线圈中各匝导线的缠绕方向相同，相邻的两组线圈间的中心距离相等，且相邻的两组线圈的缠绕方向相反。
检测装置的脉冲功率放大器连接多组线圈带2的导线起始端，多组线圈带2的导线末端依次连接检测装置的滤波放大电路和示波器。
本发明的工作原理为：
脉冲功率放大器将产生的周期性脉冲信号传送给多组线圈带2，在镍铁合金片1上即产生一与周期性脉冲信号同频率的周期性动态交变磁场，周期性动态交变磁场的方向与多组线圈带2的各线圈中电流方向呈右手螺旋关系，由于相邻两组线圈中的激励电流i大小相等、方向相反，因此相邻两组线圈产生的周期性动态交变磁场大小相等、方向相反。镍铁合金片1上的动态交变磁场与其自身的静态偏置磁场叠加，使镍铁合金片1上的磁畴在静态偏置位置附近来回运动，镍铁合金片1随之沿着动态磁场的方向伸长和缩短，即产生磁滞伸缩效应，这种周期性振动即为镍铁合金片1内的轴向超声导波，轴向超声导波的波长λ为相邻两组线圈的中心距离的二倍。由于镍铁合金片1与待测管道3紧密接触，镍铁合金片1内的轴向超声导波传导到待测管道3中并沿待测管道的轴向进行传播，实现轴向超声导波信号的激发。
当轴向超声导波遇到待测管道3中的周向裂纹或者焊缝时，轴向超声导波反射回镍铁合金片1，使镍铁合金片1的磁畴来回运动，进而产生动态交变磁场，即逆磁滞伸缩效应，动态交变磁场在多组线圈带2上产生感应电势，感应电势经过滤波放大电路后通过示波器显示，实现轴向超声导波信号的接收。
上述实施例中，镍铁合金1的厚度为0.2～0.5mm。
上述实施例中，多组线圈带2包括2～8组线圈，每组线圈包含的导线匝数为1～20匝。
如图2所示，上述实施例中，多组线圈带2的每组线圈的绕设斜度为与待测管道3的轴向呈45度夹角，这可使激发的轴向超声导波幅值较大，在待测管道3内的传播距离较远，因此可以检测较长范围内的管道上的焊缝和周向裂纹。
本发明采用上述结构，一方面对待测管道的材料没有特殊要求，因此适用范围广；另一方面，由于激发的轴向超声导波波长为相邻两组线圈的中心距离的二倍，因此可通过调整相邻两组线圈的中心距离来选择轴向超声导波的频率，即具有选频的功能，且所激发的轴向超声导波的频率单一、固定。
本发明方法和装置的实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置、连接方式，及方法步骤的设置和顺序都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (14)
1.一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：它包括一预磁化的镍铁合金片和多组线圈带；所述镍铁合金片沿待测管道的周向紧密固定在待测管道外壁上，所述镍铁合金片上的剩余磁通密度沿待测管道周向分布；所述多组线圈带为用一根导线在固定于所述待测管道外壁的所述预磁化的镍铁合金上绕制而成的多组线圈，相邻两组所述线圈的中心距离相等，且相邻两组所述线圈的缠绕方向相反。
2.如权利要求1所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的导线的起始端连接检测装置的脉冲功率放大器，所述多组线圈带的导线的末端依次连接所述检测装置的滤波放大电路和示波器。
3.如权利要求1所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述镍铁合金的厚度为0.2～0.5mm。
4.如权利要求2所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述镍铁合金的厚度为0.2～0.5mm。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的线圈总组数为2～8组。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的每组线圈的导线匝数为1～20匝。
7.如权利要求5所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的每组线圈的导线匝数为1～20匝。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述镍铁合金片内的轴向超声导波的波长为相邻两组线圈带的中心距离的二倍。
9.如权利要求5所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述镍铁合金片内的轴向超声导波的波长为相邻两组线圈带的中心距离的二倍。
10.如权利要求6所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述镍铁合金片内的轴向超声导波的波长为相邻两组线圈带的中心距离的二倍。
11.如权利要求1或2或3或4或7或9或10所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的每组线圈的绕设斜度为与所述待测管道的轴向呈45度夹角。
12.如权利要求5所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的每组线圈的绕设斜度为与所述待测管道的轴向呈45度夹角。
13.如权利要求6所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的每组线圈的绕设斜度为与所述待测管道的轴向呈45度夹角。
14.如权利要求8所述的一种管道轴向超声导波换能探头，其特征在于：所述多组线圈带的每组线圈的绕设斜度为与所述待测管道的轴向呈45度夹角。
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