CN105606713A - 一种锆管棒电磁超声检测探头 - Google Patents

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汪海峰
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Abstract

本发明涉及一种锆管棒电磁超声检测探头，壳体、磁环、线圈、线圈骨架、底盖、探头线、铁钴钒薄片、收紧套、锆管棒，其特征在于：磁环放置在壳体内，线圈套在线圈骨架上，再将套有线圈的线圈骨架插入磁环内，探头线的一端连接在线圈骨架的上，分别与线圈引出的端头线相连，探头线的另一端从壳体引出，铁钴钒薄片制成圆筒形并套上收紧套插入线圈骨架的中心筒内，锆管棒插入铁钴钒薄片的圆筒内，外壳的一端用底盖盖住密封，并引出铁钴钒薄片和锆管棒。利用本发明的电磁超声探头进行检测，灵敏度高，拆装方便，无需移动，轻巧便携，拥有频率可调性和模态选择性，成本低廉，可以解决各种类型和方向的缺陷检测问题。

Description

一种锆管棒电磁超声检测探头
技术领域
本发明涉及电磁超声检测技术领域，更具体涉及一种锆管棒电磁超声检测探头。
背景技术
目前常见的锆管棒无损检测使用穿过式涡流检测技术，即锆管需穿过涡流探头线圈，或者涡流探头线圈中心与锆管对中并沿锆管平行移动，可有效地检测出管材中的孔、点状缺陷和横向缺陷。在检测过程中要求探头必须具有检测灵敏度高、抗干扰性能优、周向检测灵敏度差小和检测重复性好的特点，而且要对管材几何尺寸变化和抖动干扰噪声信号有良好的抑制作用。
一般使用的涡流检测仪，采用高度集成的仪表化设计，带有温度自动补偿功能，可保证检测仪稳定可靠工作，并通过计算机实现远程控制。配套设备主要包括主机、输送辊道、上下料架、标记及分选机构、操作控制台、探头架、气路系统及动力装置。
为了便于管材在检测过程中与探头线圈轴线对中，在探头线圈的两侧均配有导向套，而导向套内径尺寸对设备的同心度影响极大。如果间隙过大，则周向灵敏度差异大，易产生误报漏检；间隙过小，则管材通过不畅，易擦伤管表面。此外，还要电源和仪器之间接入高精度的电源净化器，在检测探头中采用金属屏蔽技术，并将所有仪器及探头外壳、探头架采取良好接地等措施，以保证检测不受电网及空间电磁的干扰。
但是涡流检测仪在检测过程中要求探头与被检锆管相互运动，并且涡流检测技术具有对管材中纵向裂纹缺陷检出率低的缺点，而需超声检测技术来弥补。
发明内容
为了克服现有的穿过式涡流检测技术的局限性，本发明的目的提供一种锆管棒电磁超声检测探头，本发明可以克服涡流检测技术具有对管材中纵向裂纹缺陷检出率低的缺点，同时只需与锆管端面相结合，而无需沿着锆管平行移动并且造价低廉且轻巧便携。本发明主要是利用磁致伸缩机理，在铁钴钒薄片上感应产生超声波，通过耦合进入锆管棒中，可以有效地检测出管棒中的孔、点状缺陷、横向缺陷和纵向缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种锆管棒电磁超声检测探头，壳体、磁环、线圈、线圈骨架、底盖、探头线、铁钴钒薄片、收紧套、锆管棒，其特征在于：磁环放置在壳体内，线圈套在线圈骨架上，再将套有线圈的线圈骨架插入磁环内，探头线的一端连接在线圈骨架的上，分别与线圈引出的端头线相连，探头线的另一端从壳体引出，铁钴钒薄片制成圆筒形并套上收紧套插入线圈骨架的中心筒内，锆管棒插入铁钴钒薄片的圆筒内，外壳的一端用底盖盖住密封，并引出铁钴钒薄片和锆管棒。
所述的线圈由接收线圈和发射线圈组成，接收线圈和发射线圈交替着套在线圈骨架上，接收线圈、发射线圈并引出端头。
所述的线圈骨架、线圈、磁环和部分探头线密封在外壳中，防水性能极佳，组装好后轻巧易携。
激发和接收超声波的原件选用导磁性能良好的铁钴钒薄片，由卷片机现制，卷棒外径约等于待测锆管棒外径，每次检测可剪取一片，制成圆筒状，实际检测应用时拆装方便；
为了使得铁钴钒薄片上由磁致伸缩机理产生的超声波耦合进入锆管棒中，使用工程塑料制成的收紧套固定和挤压铁钴钒薄片，形状为空心圆筒，外径各处相同且等于探头外壳内径，内径中间略小两端略大，中间部分内径略小于锆管棒外径，两端部分内径略大于锆管棒外径。另外横向开数道槽口，增强收紧套的伸缩弹性。
控制和处理系统由激励脉冲电流控制部分和超声回波信号采集处理部分组成，计算机软件控制超声探伤仪输出激励脉冲电流的频率，激发超声波探头在铁钴钒薄片上产生超声波并接收。超声回波信号采集部分采集超声波探头的信号传输给前置放大器和超声探伤仪，最后通过网络传输给上位计算机显示并记录。
卷好的圆筒状铁钴钒薄片套在锆管棒上端，套上收紧套固定，再插入线圈骨架内进行检测，将探头线接入前置放大器，再将前置放大器接入超声探伤仪模块，最后用网线连接计算机实现软件控制。检测时，探头可沿收紧套轻微移动观察波形寻找最佳位置，再由计算机软件调节频率观察波形寻找最佳模态。
使用本发明的探头检测灵敏度高，具有拆装方便、无需移动、轻巧便携的特点，成本低廉，同时拥有频率可调性和模态选择性。
附图说明
图1为本发明的电磁超声检测探头拆解图。
图2为本发明的电磁超声检测探头组装图。
图3为本发明检测穿孔锆管(空心)的实验波形图。
图4位本发明检测无伤核燃料棒(半实心)的实验波形图。
图中：1-外壳，2-磁环，3-接收线圈，4－发射线圈，5－线圈骨架，6-底盖，7-探头线，9-铁钴钒薄片，8-收紧套，10-锆管棒。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步描述。
如图1、图2所示，本发明包括壳体1、磁环2、线圈(3,4)、线圈骨架5、底盖6、探头线7、铁钴钒薄片9、收紧套8、锆管棒10，其特征在于：磁环2放置在壳体1内，线圈(3,4)套在线圈骨架5上，再将套有线圈的线圈骨架5插入磁环2内，探头线7的一端连接在线圈骨架5的上，分别与线圈(3,4)引出的端头线相连，探头线7的另一端从壳体1引出，铁钴钒薄片9制成圆筒形并套上收紧套8插入线圈骨架5的中心筒内，锆管棒10插入铁钴钒薄片9的圆筒内，外壳1的一端用底盖6盖住密封，并引出铁钴钒薄片9和锆管棒10。
所述的线圈由接收线圈3和发射线圈4组成，接收线圈3和发射线圈4交替着套在线圈骨架5上，接收线圈3、发射线圈4并引出端头。
如图1所示，在线圈骨架5上，顺时针缠绕两道若干匝数的0.2mm细漆包线为接收线圈3，并引出两个端头3a和3b,同时逆时针缠绕两道若干匝数的0.4mm粗漆包线为发射线圈4，并引出两个端头4a和4b；将探头线7伸入外壳，端头3a和3b通过焊接由探头线7接入前置放大器的接收端，端头4a和4b通过焊接由探头线7接入前置放大器的发射端。将线圈骨架5完全套入外壳1内部并固定，往外壳1内部填入磁环2并上胶，最后盖上底盖6并用胶封死，部分的组装；
剪取一截铁钴钒薄片，套在卷棒上用卷片机将其卷成圆筒形状9，套在锆管棒10上，用收紧套8压紧，再插入线圈骨架5的中心筒内。如图2所示，探头线7接入前置放大器，再接入超声探伤仪器和计算机。
打开超声探伤软件，微调探头位置，再调节频率选择合适模态，确定后调节增益和检测范围，根据波形分析得出锆管棒的检测判定结果。
图3为本发明的电磁超声探头检测空心穿孔锆管的实验波形图，锆管总长1.2m，在0.9m处有穿孔缺陷。图中检测范围1800mm，通过调节声速在1/2处(900mm)和17/20处(1530mm)显示出了缺陷的一次和二次回波，在7/10的检测范围处(12600mm)显示出了底端回波，增益10dB，穿孔缺陷波形强度超过30％，灵敏度足够，达到检测效果。
图4为本发明的电磁超声探头检测无伤核燃料棒(半实心)的实验波形图。核燃料棒总长0.6m，前端0.2m为空心部分装有弹簧，后端0.4m为实心填充端。图中检测范围1500m，通过调节声速在3/10处(500mm)显示出了底端回波，在1/5处(300mm)显示出了填充端回波，增益8dB，底端回波强度超过30％，灵敏度足够，达到检测效果。
所述的线圈骨架、线圈、磁环和部分探头线密封在外壳中，防水性能极佳，组装好后轻巧易携。
导磁性能良好的铁钴钒薄片为利用磁致伸缩效应产生超声的原件，每次检测可剪取一片,利用卷片机机完成收卷，制成和锆管棒外径相近的圆筒状。收紧套为工程塑料制成的空心圆筒，内径中间略小两端略大，中间部分内径略小于锆管棒外径，两端部分内径略大于锆管棒外径，另外横向开数道槽口，增强收紧套的伸缩弹性。
防水性，密封的探头可确保能应用于水中，检测浸入水中的锆管棒；
方便拆装性，铁钴钒薄片通过卷片机现制成圆筒形，利用收紧套固定，套上锆管棒压紧，拆装十分方便。
磁致伸缩性，超声波在铁钴钒薄片中产生和接收，通过耦合在锆管棒中传播和反射；
频率可调性，由于超声波由磁致伸缩效应产生，因此超声波频率可通过计算机软件控制脉冲电流频率进行调节；
模态可选性，由于超声波频率可调，因此模态可选，能够检测各种类型缺陷。
激发和接收超声波的原件选用导磁性能良好的铁钴钒薄片，由卷片机现制，卷棒外径约等于待测锆管棒外径，每次检测可剪取一片，制成圆筒状，实际检测应用时拆装方便；
为了使得铁钴钒薄片上由磁致伸缩机理产生的超声波耦合进入锆管棒中，使用工程塑料制成的收紧套固定和挤压铁钴钒薄片，形状为空心圆筒，外径各处相同且等于探头外壳内径，内径中间略小两端略大，中间部分内径略小于锆管棒外径，两端部分内径略大于锆管棒外径。另外横向开数道槽口，增强收紧套的伸缩弹性。
控制和处理系统由激励脉冲电流控制部分和超声回波信号采集处理部分组成，计算机软件控制超声探伤仪输出激励脉冲电流的频率，激发超声波探头在铁钴钒薄片上产生超声波并接收。超声回波信号采集部分采集超声波探头的信号传输给前置放大器和超声探伤仪，最后通过网络传输给上位计算机显示并记录。
卷好的圆筒状铁钴钒薄片套在锆管棒上端，套上收紧套固定，再插入线圈骨架内进行检测，将探头线接入前置放大器，再将前置放大器接入超声探伤仪模块，最后用网线连接计算机实现软件控制。检测时，探头可沿收紧套轻微移动观察波形寻找最佳位置，再由计算机软件调节频率观察波形寻找最佳模态。

Claims (3)

1.一种锆管棒电磁超声检测探头，壳体、磁环、线圈、线圈骨架、底盖、探头线、铁钴钒薄片、收紧套、锆管棒，其特征在于：磁环放置在壳体内，线圈套在线圈骨架上，再将套有线圈的线圈骨架插入磁环内，探头线的一端连接在线圈骨架的上，分别与线圈引出的端头线相连，探头线的另一端从壳体引出，铁钴钒薄片制成圆筒形并套上收紧套插入线圈骨架的中心筒内，锆管棒插入铁钴钒薄片的圆筒内，外壳的一端用底盖盖住密封，并引出铁钴钒薄片和锆管棒。
2.根据权利要求1所述的一种锆管棒电磁超声检测探头，其特征在于：所述的线圈由接收线圈和发射线圈组成，接收线圈和发射线圈交替着套在线圈骨架上，接收线圈、发射线圈并引出端头。
3.根据权利要求1所述的一种锆管棒电磁超声检测探头，其特征在于：所述收紧套为工程塑料制成的空心圆筒。
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