CN102565199B - 管道导波检测系统柔性探头环 - Google Patents

Abstract

本发明是一种管道导波检测系统柔性探头环。它是圆形开口的钢圈(9)里侧沿轴向安装有多个探头模块座(7)和探头模块压片(8)，每个探头模块座(7)旁的一端有一探头模块接口(6)；钢圈(9)外包有圆形开口的内有气囊(12)的气囊包带(11)，气囊包带(11)外再包有圆形开口的外覆盖层(10)；外覆盖层(10)外固连有lemo^TM接口座(2)和充气口(4)；钢圈(9)、气囊包带(11)、外覆盖层(10)开口的每一端连接对接卡具(5)的一端；探头模块(1)通过线缆连接探头环(1)上的lemo^TM接口座(2)，再与系统主机连接。它机械耦合效果好、运输使用轻便、不易磨损和损坏。

Description

管道导波检测系统柔性探头环

技术领域

本发明是一种管道导波检测系统柔性探头环。涉及超声波的测量和管道系统技术领域。

背景技术

导波检测系统可以用于管道缺陷的检测。但导波检测系统中的传感器却须要耦合。在管道导波检测系统中，由于导波的使用频率低，因此不需要耦合剂进行耦合，而只需要机械耦合即可。但机械耦合情况的好坏，对检测结果的影响非常大。

目前国际上从事超声导波技术研究的主要有英国帝国理工大学、美国西南研究院及美国宾夕法尼亚大学等科研院所和高校，而从事管道超声导波检测设备制造的有英国的导波公司(GUL)、TWI下属的Pi公司及美国的FBS公司和西南研究院等。采用的换能器夹具不尽相同但均可大致分为柔性环和固定环两种。采取将换能器安装于环上并固定于管道上，并通过施加外力于换能器背面使之与管体良好接触保证机械耦合。

传统的换能器夹具气囊与充气口部分易损坏，材料易磨损，且由于采用钢圈为基材，体积和重量大，运输不便，对接夹具设计不够灵活，在安装探头前曲臂对口安装较容易，但安装探头后插槽对齐困难，往往导致检测中耦合效果不理想。现有设备采用MCX接线，使用方便，但现场使用时易因尘土进入使插头堵塞，且在安装和拆卸探头时反复插拔接线头，易导致线芯受力歪曲，使探头与接线不能很好的连接。

针对上述问题，国内先后对相关换能器固定装置申请了多件专利。如何存富、吴斌、于海群的“管道超声导波检测专用探头及其固定装置”(专利公开号：CN2624208)是一种管道超声导波检测专用探头及其固定装置，用于使用中的管道缺陷的定位检测。特征在于探头的固定装置做成环状，根据探头固定环直径尺寸，在其圆周方向上均匀地铣出若干个槽以放置对应数量的单个探头，每个探头槽的后部加工出螺纹孔，用顶丝对单个探头施加压力，从而使每个探头都能够牢固地耦合在管道上；专利“用以协助固定换能器并且隔绝震动的辅助固定装置”(专利公开号：CN101111090)是一种辅助固定装置，所述辅助固定装置用以协助将换能器固定于基座结构上，并且隔绝所述换能器在操作期间所引发的震动传递至所述基座结构。

总体上分为柔性环和固定环两种。它们采取将换能器安装于环上并固定于管道上，并通过施加外力于换能器背面使之与管体良好接触保证机械耦合。但对接夹具设计不够灵活，气囊与充气口部分易损坏，材料易磨损，基材为钢圈，在安装探头前曲臂对口安装较容易，但安装探头后插槽对齐困难。现有设备采用MCX接线，使用方便，但现场使用时易因尘土进入使插头堵塞，且在安装和拆卸探头时反复插拔接线头，易导致线芯受力歪曲。

发明内容

本发明的目的是发明一种保证机械耦合效果、运输使用轻便、不易磨损和损坏的管道导波检测系统柔性探头环。

本发明是将对齐和弯曲臂移动到装置的上部，采用轻质骨架，通过气囊确保探头与管道良好的耦合。

本发明的结构见图1-图3，探头环3由探头模块1、lemo^TM接口座2、充气口4、对接卡具5、探头模块接口6、探头模块座7、探头模块压片8、钢圈9、外覆盖层10、气囊包带11、气囊12和接线组成。圆形开口的钢圈9里侧沿轴向安装有多个上插有多个探头模块1的探头模块座7和探头模块压片8，每个探头模块座7旁的一端有一探头模块接口6；钢圈9外包有圆形开口的内有气囊12的气囊包带11，气囊包带11外再包有圆形开口的外覆盖层10；外覆盖层10外固连有lemo^TM接口座2和充气口4；钢圈9、气囊包带11、外覆盖层10三者相套且开口对齐，开口的每一端连接对接卡具5的一端，由对接卡具5将钢圈9、气囊包带11、外覆盖层10三者连接成圆管；探头模块1通过线缆连接探头环1上的lemo^TM接口座2，再与系统主机连接。

本柔性探头环中的气囊12在气囊包带11内部，气囊12通过充气口4进行充气。根据不同的管径设计不同尺寸的探头环3，考虑气囊12充气能够承受的最大压力及气囊12的材料，对气囊12与充气口4的接头部分等容易损坏的地方进行特殊处理。将操控按钮置于主机上，改进对接卡具装置，将对齐和弯曲臂移动到装置的上部，使对齐和固定更容易。

作为传感器载体，通过围绕管体夹紧后充气使之牢固接触与被检管壁工件上，连接传感器与主机进行通信。本发明可为超声导波检测设备更好的服务于管道检测提供改进办法。

所述气囊12的形状见图4，为圆形开口的管状空心囊，在开口的两端向外翻成槽形，以便卡在对接卡具5里，由PVC柔性材料制成；

由于导波的使用频率低，因此不需要耦合剂进行耦合，而只需要机械耦合即可，但机械耦合情况的好坏，对检测结果的影响非常大，因此气囊的作用是确保探头与管道能够很好的耦合；柔性环包括气囊包带11结构和充气口4，其中气囊12在气囊包带11内部，气囊12通过充气口4进行充气；根据不同的管径，设计不同尺寸的探头环3；关于气囊12的选择，需考虑气囊12充气能够承受的最大压力及气囊12的材料，气囊12与充气口4的接头部分是容易损坏的地方，进行特殊处理；

所述气囊包带11的形状与气囊12相同，由PVC柔性材料制成；柔性环气囊包带11作用是对其内部的气囊12起保护作用，同时在气囊包带11的圆周上，有两排探头模块接口，内有触点用于与模块内线缆连接，传输信号；

柔性环气囊包带11的结构设计，便于探头模块1的安装与拆卸；要根据所需要的管径，设计不同规格的柔性环气囊包带11，选择合适的气囊包带11材料，这种材料需达到的性能要求：

(1)有很好的柔性，以使探头环3能很好的安装在管道上；

(2)材料要在一定的温度范围内保持其形状，不能在某一温度下发生较大的形变或者发生脆断，这样保证在炎热和寒冷等恶劣天气下能够正常进行检测；(注：一般工作温度条件是0℃-40℃，采取适当措施可工作在(-10℃-70℃)，采取特别措施可在+170℃下工作)；

(3)材料有一定的抗压能力，因为柔性环气囊需要充气，以使探头与管道达到良好的机械耦合，这就需要气囊包带11能承受一定的压力，否则，在压力下开裂，是设计所不希望发生的；(注：最大压力为35psi，即2.5个大气压，保证耦合效果)

(4)材料在可承受压力范围内不发生塑性变形，否则，气囊12在不断的充气放气过程中，气囊包带11将失效；

所述钢圈9的形状见图5，为圆形开口的管状，开口端各有一排孔；

内置的钢圈9是对柔性环起支撑的作用，同时是对探头模块座7起固定作用；对接卡具5和探头模块固定座7，都是固定在钢圈9上，即钢圈9可以看作是柔性环的骨架(注：这里的钢圈也可是其它合适材料，如铝合金、不锈钢或钛合金等条带)；

所述对接卡具5的形状见图6和图7，其结构类似电源的两芯插头和插座状，一头是插槽，另一头是弯曲臂，长方形的臂体两边各有一条弯曲臂，长方形的插槽体侧向有容两弯曲臂的长方插槽；图6是两个弯曲臂插进插槽里的状态图，图7是两个弯曲臂拔出插槽的状态图；目的是为了使柔性环端面对齐，以使探头与管道更好的耦合，还确保了管径尺寸不均匀而使柔性环在安装时能够容易的活动；改进的对接卡具5将对齐和弯曲臂移动到柔性探头环的上部，这有利于实际的操作，使对齐和固定更容易，同时还能达到上述的使用目的；

所述Lemo^TM接口2如图8所示，为24孔，其中导波探头是8通道，占用16孔，对不同管径的探头环，每一组探头模块1所对应的探头个数不同，比如，16inch管径的探头环，每4个探头一组，共8组；24inch的管径的探头环，每6个探头一组，共8组；而剩余8个接孔分别为ID识别接线孔和按钮接线孔，取消ID识别模块；接线座是探头和主机信号传输的枢纽，对于柔性环，Lemo^TM接口2和按钮在柔性环气囊包带上；

接线

导波设备是有很多组探头模块组成，同时也就需要有很多接线连接主机和探头模块1，以达到同时发射和接收信号的目的；

导波设备的多股接线组成一个24孔Lemo^TM接口2，多股接线以及对应的接口的作用是不同的；

所述探头模块1为市销产品；导波设备的探头是有很多组模块组成的，对于产生扭转模态的导波，是有每一组模块是由两个压电晶片组成，而对于产生纵模的每一组探头模块1，是由相距L(0，1)半波长的三个压电晶片组成，也就是说，导波设备能够分别产生扭模或者纵模，这在实际检测中，有利于避免漏检，因为无论是扭模还是纵模都有对某些缺陷不敏感的情况，而检测中如果能同时进行扭模和纵模进行检测，将大大减少漏检率；

所述探头模块座7是固定探头以及连接探头模块到柔性环的装置，为市销产品；在模块座的侧面，有四排孔，作用是根据使用不同的频率，选择不同的探头之间的间距，同时固定探头。

柔性探头环总体结构中，气囊包带的外形设计根据管道管径规格进行，不同管径的管道，直接影响柔性环的探头模块的选择，尺寸的确定等。

各结构的尺寸及其相互关系

a、柔性探头环的长度：与待测管道的管径有关；

b、柔性探头环的宽度：与气囊11宽度和探头模块座7的长度有关；

c、探头模块座7的长度：与探头的大小，以及选择探头的模态和激励频率有关；

d、探头模块座7的固定装置：与探头模块1的长度有关；

e、探头模块座7的宽度：与探头的大小有关；

f、探头的大小(机械结构的大小)：与压电材料的大小有关；

g、对接夹具5的尺寸：与柔性探头环的宽度和插槽有关；

h、钢圈9的长度：与柔性探头环的长度有关；

i、钢圈9的宽度：与气囊11的宽度和柔性探头环的宽度有关。

管道导波检测系统在进行导波检测时，探头及探头环整体结构为将探头若干探头模块1安装于探头模块座7形成模块组，将多个模块组排列固定于探头环上，再将探头环环绕于被检管道管壁上，利用对接夹具5夹紧并给气囊12充气使得探头与管壁紧密接触。通过线缆连接探头环上的lemo^TM接口座2与系统主机，即可进行检测工作。

本发明能保证换能器与管体良好机械耦合效果的同时，运输和使用轻便，不易磨损和损坏，对气囊12与充气口4的接头部分等容易损坏的地方进行特殊处理，使对接卡具灵活易用，将操控按钮置于主机上，并将弯曲臂移动到装置的上部，使对齐和固定更容易。本发明的接线方式在使用方便基础上，确保现场使用时不易落入尘土使插头堵塞，且保证线芯在反复安装和拆卸接线头时不易受力歪曲损坏。

附图说明

图1管道导波检测系统柔性探头环侧视图

图2管道导波检测系统柔性探头环侧俯视图

图3管道导波检测系统柔性探头环俯视图

图4气囊正视图

图5钢圈正视图

图6对接夹具(插入状态)图

图7对接夹具(打开状态)图

图8Lemo^TM接口图

其中1-探头模块    2-lemo^TM接口座

3-探头            4-充气口

5-对接卡具        6-探头模块接口

7-探头模块座      8-探头模块压片

9-钢圈            10-外覆盖层

11-气囊包带        12-气囊

具体实施方式

实施例.本例是在Φ610mm管道上的实验柔性探头环，其构成如图1-图3所示。探头环3由探头模块1、lemo^TM接口座2、充气口4、对接卡具5、探头模块接口6、探头模块座7、探头模块压片8、钢圈9、外覆盖层10、气囊包带11、气囊12和接线组成。圆形开口的钢圈9里侧沿轴向安装有多个上插有多个探头模块1的探头模块座7和探头模块压片8，每个探头模块座7旁的一端有一探头模块接口6；钢圈9外包有圆形开口的内有气囊11的气囊包带，气囊包带外再包有圆形开口的外覆盖层10；外覆盖层10外固连有1emo^TM接口座2和充气口4；钢圈9、气囊包带、外覆盖层10三者相套且开口对齐，开口的每一端连接对接卡具5的一端，由对接卡具5将钢圈9、气囊包带、外覆盖层10三者连接成圆管；探头模块1通过线缆连接探头环1上的lemo^TM接口座2，再与系统主机连接。

所述气囊12的形状如图4所示，为Φ710mm圆形开口的管状空心囊，在开口的两端向外翻成槽形，由PVC柔性材料制成；

所述气囊包带11的形状与气囊12相同，为Φ770mm圆形开口的管状空心囊，由PVC柔性材料制成；有两排探头模块接口，内有触点用于与模块内线缆连接，传输信号；

所述钢圈9的形状如图5所示，为Φ710mm圆形开口的管状，开口端各有一排孔；

所述对接卡具5的形状如图6所示，其结构类似电源的两芯插头和插座状，一头是插槽，另一头是弯曲臂，长方形的臂体两边各有一条弯曲臂，长方形的插槽体侧向有容两弯曲臂的长方插槽；

所述Lemo^TM接口2如图7所示，为24孔，其中导波探头是8通道，占用16孔，对不同管径的探头环，每一组探头模块1所对应的探头个数不同；本例的探头环，每6个探头一组，共8组；而剩余8个接孔分别为ID识别接线孔和按钮接线孔，取消ID识别模块；接线座是探头和主机信号传输的枢纽，对于柔性环，Lemo^TM接口2和按钮在柔性环气囊包带上；

导波设备的多股接线组成一个24孔Lemo^TM接口2，多股接线以及对应的接口的作用是不同的；

所述探头模块1选用市销WM G3传感器模块；

所述探头模块座7选用市销WM G3传感器模块座。

本例经现场试验，能保证换能器与管体良好机械耦合效果，运输和使用轻便，不易磨损和损坏，对接卡具5灵活易用，对齐和固定更容易；接线方式使用方便，不易落入尘土使插头堵塞，且保证线芯在反复安装和拆卸接线头时不易受力歪曲损坏。

Claims (2)

1.一种管道导波检测系统柔性探头环,其特征是探头环(3)由探头模块(1)、lemo^TM接口座(2)、充气口（4)、对接卡具(5)、探头模块接口(6)、探头模块座(7)、探头模块压片(8)、钢圈(9)、外覆盖层(10)、气囊包带(11)、气囊(12)和接线组成;圆形开口的钢圈(9)里侧沿轴向安装有多个上插有多个探头模块(1)的探头模块座(7)和探头模块压片(8),每个探头模块座(7)旁的一端有一探头模块接口(6);钢圈(9)外包有圆形开口的内有气囊(12)的气囊包带(11),气囊包带(11)外再包有圆形开口的外覆盖层(10);外覆盖层(10)外固连有lemo^TM接口座(2)和充气口(4);钢圈(9)、气囊包带(11)、外覆盖层(10)三者相套且开口对齐,开口的每一端连接对接卡具(5)的一端,由对接卡具(5)将钢圈(9)、气囊包带(11)、外覆盖层(10)三者连接成圆管;探头模块(1)通过线缆连接探头环(1)上的lemo^TM接口座(2),再与系统主机连接；所述气囊(12)的形状为圆形开口的管状空心囊,在开口的两端向外翻成槽形,以便卡在对接卡具(5)里,由PVC柔性材料制成；所述气囊包带(11)的形状为圆形开口的管状空心囊,由PVC柔性材料制成;在气囊包带(11)的圆周上，有两排探头模块接口(6)；

所述钢圈(9)的形状为圆形开口的管状,开口端各有一排孔;其材质为钢、铝合金、不锈钢或钛合金；

所述对接卡具(5)的形状类似电源的两芯插头和插座状,一头是插槽,另一头是弯曲臂,长方形的臂体两边各有一条弯曲臂；

所述探头模块(1)由多组模块组成，对于产生扭转模态的导波，是每一组模块是由两个压电晶片组成;对于产生纵模的每一组探头模块（1），是由相距L（0，1）半波长的三个压电晶片组成；所述探头模块座(7)是在其侧面，有选择不同探头之间的间距和固定探头的四排孔。

2.根据权利要求1所述的管道导波检测系统柔性探头环,其特征是所述Lemo^TM接口座(2)为24孔，其中导波探头是8通道，占用16孔;而剩余8个接孔分别为ID识别接线孔和按钮接线孔;多股接线组成的Lemo^TM接口座(2)和按钮在气囊包带(11)上。

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