CN106641734B - 一种基于l型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置 - Google Patents

一种基于l型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106641734B
CN106641734B CN201610900060.8A CN201610900060A CN106641734B CN 106641734 B CN106641734 B CN 106641734B CN 201610900060 A CN201610900060 A CN 201610900060A CN 106641734 B CN106641734 B CN 106641734B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
type
wave
pipeline
temperature pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610900060.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106641734A (zh
Inventor
孙斐然
孙振国
陈强
张文增
单特
丁雨林
毛民·阿斯哈尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Original Assignee
Tsinghua University
Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201610900060.8A priority Critical patent/CN106641734B/zh
Publication of CN106641734A publication Critical patent/CN106641734A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106641734B publication Critical patent/CN106641734B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
    • F17D5/005—Protection or supervision of installations of gas pipelines, e.g. alarm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
    • F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
    • F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2412—Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0422—Shear waves, transverse waves, horizontally polarised waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/262—Linear objects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，属于超声检测技术领域。该装置包括超声导波探头、L型波导、波导连接件和待检测管道。超声导波探头用于激发零模式的水平剪切导波(SH0模式平板导波)，包括发射探头和接收探头。L型波导采用两块相同的细长薄钢板分别作为发射波导和接收波导，发射波导和接收波导的一端分别缠绕在待检测管道上，另一端安装超声导波探头。该装置可用于高温管道的在线检测，长距离的波导结构保证探头远离高温环境，克服了高温管道在线检测的难点；利用超声导波的波型转换特性，SH0模式的平板导波通过L型波导后可以转换为管道纵向模态导波在管道中传播，实现对整个管道的全面检测。

Description

一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置
技术领域
本发明属于超声检测技术领域，特别涉及一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置。
背景技术
管道作为五大运输工具之一，在运输液体、气体、浆液等方面具有特殊的优势。然而，管道在长期使用中受冲刷和腐蚀的影响，导致管壁减薄并伴有缺陷产生，常常发生泄漏事故，不仅造成经济上的巨大损失，而且会造成严重的安全事故。因此，对管道进行无损检测，具有显著的经济效益和社会效益。
管道无损检测技术有很多种,现阶段应用较多的是超声法、漏磁法和涡流法。但是，常规无损检测技术都存在一个严重的不足：检测过程为逐点扫描式，检测效率低下。因此，常规无损检测方法不能有效的应用于当前工业中成千上万公里的管道检测中。
超声导波可以实现远距离的传播，声波衰减率较低，可以在短时间内覆盖大部分的检测范围，检测效率较高，在管道检测中具有明显的优势。因此，现阶段超声导波检测技术被大量应用于管道无损检测领域。然而，现阶段的管道超声导波检测设备无法对管道进行在线实时检测，因为大多数管道都工作在高温高压的运输环境中，超声导波检测装置很难在高温环境中正常运行。因此，目前对管道的无损检测均是在管道停止使用时进行的，这样会严重影响经济效益。
发明内容
本发明针对高温管道在线检测的难点，提供一种基于L型波导结构的管道超声导波在线检测装置，该装置通过长距离的L型波导，使超声导波探头远离高温管道，从而工作在室温环境中。超声导波探头可以激发出零模式的水平剪切导波(SH0模式平板导波)，SH0模式的导波通过L型波导后可以转换为管道纵向模态导波在管道中传播，全面检测管道缺陷，具有很高的检测效率。
本发明的技术方案如下：
一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，包括超声导波探头、L型波导、波导连接件和待检测管道；超声导波探头用于产生SH0模式的平板导波，包括发射探头和接收探头；所述L型波导采用两块相同的细长薄钢板分别作为发射波导和接收波导，发射波导和接收波导的中心线分别与待检测管道的轴线相垂直，发射波导和接收波导的一端分别缠绕在待检测管道上，缠绕长度恰好为待检测管道外圆的周长，并使用波导连接件固定，发射波导和接收波导的另一端分别安装对应的发射探头和接收探头。
本发明所述的超声导波探头是基于磁致伸缩机制的周期性永磁铁阵列式探头，由周期性永磁铁阵列和跑道型激励线圈组成，周期性永磁铁阵列提供静态偏置磁场，跑道型激励线圈提供交变磁场，通过磁致伸缩效应可在L型波导中激发出SH0模式的平板导波。
本发明所述的跑道型激励线圈紧贴在L型波导表面，周期性永磁铁阵列安置于跑道型激励线圈上方，通过永磁铁阵列和钢板波导之间的磁吸引力，使超声导波探头固定在波导表面。
本发明所述的波导连接件采用开口型圆环结构，含有螺栓通孔和波导连接槽。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本发明利用长距离的波导和超声导波波型转换特性，可以实现对高温管道的在线实时检测；SH0模式的平板导波通过L型波导后转换为管道纵向模态导波，可以在管道中远距离传播，具有较高的检测效率；L型波导通过波导连接件安装在待检测管道上，安装方式较为简便；超声导波探头通过磁吸引力固定在波导的一端，便于安装和拆卸；超声导波探头远离管道的高温高压运输环境，提高了装置的耐用性和稳定性，并便于工作人员操作。
附图说明
图1是本发明的一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置的结构示意图。
图2是本发明的高温管道超声导波在线检测装置的超声导波传播示意图。
图3是本发明的用于激发SH0模式导波的周期性永磁铁阵列式超声探头的俯视图。
图4是本发明的L型波导示意图。
图5是本发明的L型波导和波导连接件的安装示意图。
图6是本发明的波导连接件的结构示意图。
图7是带有凹槽缺陷的待检测管道的结构示意图。
在图1至图7中：
1-超声导波探头； 11-发射探头； 111-周期性永磁铁阵列；1111-S极永磁铁；
1112-N极永磁铁； 112-跑道型激励线圈； 12-接收探头； 2-L型波导；
21-发射波导； 22-接收波导； 3-波导连接件； 31-螺栓通孔；
32-波导连接槽； 4-待检测管道； 41-管道凹槽缺陷；
具体实施方式
下面参照附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的高温管道超声导波在线检测装置不局限于实施例。
如图1和图2所示，本发明所述的一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置包括超声导波探头1、L型波导2、波导连接件3和待检测管道4。超声导波探头1包括发射探头11和接收探头12，采用收发分离的方式激发和接收超声波；L型波导2采用两块相同的细长薄钢板分别作为发射波导21和接收波导22，发射波导21和接收波导22的一端分别缠绕在待检测管道4上，并使用波导连接件3固定，另一端分别安装对应的发射探头11和接收探头12，长距离的波导使超声探头远离高温环境，便于对高温管道进行在线检测；波导连接件3用于连接L型波导2和待检测管道4，并起到固定L型波导2的作用。
如图3为本发明的优选实施例，所述的超声导波探头1是基于磁致伸缩机制的周期性永磁铁阵列式探头，由周期性永磁铁阵列111和跑道型激励线圈112组成，周期性永磁铁阵列111共2列5行，由5个朝上的长方体S极永磁铁1111和5个朝上的长方体N极永磁铁1112交错周期排列组成，周期性永磁铁阵列111提供静态偏置磁场，跑道型激励线圈112提供交变磁场，通过磁致伸缩效应可在波导中激发出SH0模式的平板导波。
如图4所示，所述的超声导波探头1安装在L型波导2的一端，超声导波探头1的中心线与波导的中心线重合，跑道型激励线圈112紧贴在波导表面，周期性永磁铁阵列111安置于跑道型激励线圈112上方，通过周期性永磁铁阵列111和钢板波导之间的磁吸引力，使超声导波探头1固定在波导表面。
如图2和图4所示，所述的L型波导2由两块相同的横截面为矩形的细长薄钢板组成，L型波导的一端紧紧缠绕在待检测管道4的外表面上，缠绕长度恰好为管道外圆的周长，L型波导2的中心线与待检测管道4的轴线相垂直，保证SH0模式的导波通过L型波导2后可以转换为管道纵向模态导波进行传播。
如图1、图5和图6所示，所述的波导连接件3是开口型圆环结构，含有螺栓通孔31和波导连接槽32，L型波导2穿过波导连接槽32后缠绕在待检测管道4上，使用螺栓穿过通孔31并与螺母相配合，波导连接件3进而固定L型波导2。波导连接件3共两个，分别用于固定发射波导21和接收波导22。
如图2和图7所示，所述的待检测管道4内部存在缺陷，如图中所示的管道凹槽缺陷41；所述的发射波导21和接收波导22安装在待检测管道4上的位置要位于待检测缺陷的同侧。
如图1和图2所示，所述的发射探头11会在发射波导21中激发出SH0模式的平板导波，其振动方向垂直于声波的传播方向；当SH0模式的导波通过L型发射波导21后，由于声波的振动方向保持不变，而传播方向改为沿管道轴向传播，因此会转换为振动方向与传播方向相平行的管道纵向模态导波在待检测管道4中传播；当纵向模态导波传播到待检测缺陷(管道凹槽缺陷41)位置时，会产生相应的反射回波，反射波经过L型接收波导22后会将超声信号传给超声导波接收探头12，通过对接收到的超声信号分析处理，可以实现对缺陷的检测和定位。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，其特征在于：包括超声导波探头(1)、L型波导(2)、波导连接件(3)和待检测管道(4)；所述超声导波探头(1)用于产生SH0模式的平板导波，包括发射探头(11)和接收探头(12)；所述L型波导(2)采用两块相同的细长薄钢板分别作为发射波导(21)和接收波导(22)，发射波导(21)和接收波导(22)的中心线分别与待检测管道(4)的轴线相垂直，发射波导(21)和接收波导(22)的一端分别缠绕在待检测管道(4)上，缠绕长度恰好为待检测管道(4)外圆的周长，并使用波导连接件(3)固定，发射波导(21)和接收波导(22)的另一端分别安装对应的发射探头(11)和接收探头(12)；利用超声导波的波型转换特性，SH0模式的平板导波通过L型波导后转换为管道纵向模态导波在管道中传播，实现对整个管道的全面检测。
2.如权利要求1所述的基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，其特征在于：所述的超声导波探头(1)是基于磁致伸缩机制的周期性永磁铁阵列式探头，由周期性永磁铁阵列(111)和跑道型激励线圈(112)组成，周期性永磁铁阵列(111)提供静态偏置磁场，跑道型激励线圈(112)提供交变磁场，通过磁致伸缩效应在L型波导(2)中激发出SH0模式的平板导波。
3.如权利要求2所述的基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，其特征在于：所述的跑道型激励线圈(112)紧贴在L型波导(2)表面，周期性永磁铁阵列(111)安置于跑道型激励线圈(112)上方，通过周期性永磁铁阵列(111)和细长薄钢板之间的磁吸引力，使超声导波探头(1)固定在L型波导(2)表面。
4.如权利要求1所述的基于L型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，其特征在于：所述的波导连接件(3)采用开口型圆环结构，含有螺栓通孔(31)和波导连接槽(32)。
CN201610900060.8A 2016-10-14 2016-10-14 一种基于l型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置 Expired - Fee Related CN106641734B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610900060.8A CN106641734B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种基于l型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610900060.8A CN106641734B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种基于l型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106641734A CN106641734A (zh) 2017-05-10
CN106641734B true CN106641734B (zh) 2019-05-14

Family

ID=58856052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610900060.8A Expired - Fee Related CN106641734B (zh) 2016-10-14 2016-10-14 一种基于l型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106641734B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107422043B (zh) * 2017-06-30 2023-05-12 沈阳工业大学 一种纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器
CN107525851B (zh) * 2017-09-05 2020-02-11 北京工业大学 基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器
CN108088907A (zh) * 2017-12-14 2018-05-29 哈尔滨零声科技有限公司 一种基于电磁超声的高温管线伤损在线监测系统
CN108508085B (zh) * 2018-02-09 2020-10-23 清华大学 一种扭转模态磁致伸缩传感器、管道检测系统及方法
CN111380961B (zh) * 2020-03-31 2023-04-28 南昌航空大学 一种超高温铸锻件检测电磁超声探头及在线快速检测方法
CN112305065B (zh) * 2020-09-16 2024-02-02 北京工业大学 一种产生sh0导波的周期电磁铁阵列电磁声换能器
CN113324603A (zh) * 2021-04-16 2021-08-31 浙江纺织服装职业技术学院 一种非金属管流通状态的检测装置
CN113219541A (zh) * 2021-04-16 2021-08-06 浙江纺织服装职业技术学院 一种非金属管堵塞检测装置
CN113332528B (zh) * 2021-04-16 2023-03-03 浙江纺织服装职业技术学院 一种输液管流通状态的检测控制装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11142280A (ja) * 1997-08-21 1999-05-28 Osaka Gas Co Ltd 管路検査方法
CN102721751A (zh) * 2012-05-28 2012-10-10 华中科技大学 一种磁致伸缩导波接收传感器
CN102879478A (zh) * 2011-10-24 2013-01-16 南通天华和睿科技创业有限公司 电磁超声检测探头
CN102980942A (zh) * 2012-11-20 2013-03-20 中国石油天然气集团公司 一种金属管道检测装置及方法
CN204594941U (zh) * 2015-04-22 2015-08-26 华中科技大学 一种磁致伸缩导波接收传感器
CN105042341A (zh) * 2015-07-31 2015-11-11 中国石油大学(华东) 基于声发射检测的埋地管道泄漏源多层次定位装置及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11142280A (ja) * 1997-08-21 1999-05-28 Osaka Gas Co Ltd 管路検査方法
CN102879478A (zh) * 2011-10-24 2013-01-16 南通天华和睿科技创业有限公司 电磁超声检测探头
CN102721751A (zh) * 2012-05-28 2012-10-10 华中科技大学 一种磁致伸缩导波接收传感器
CN102980942A (zh) * 2012-11-20 2013-03-20 中国石油天然气集团公司 一种金属管道检测装置及方法
CN204594941U (zh) * 2015-04-22 2015-08-26 华中科技大学 一种磁致伸缩导波接收传感器
CN105042341A (zh) * 2015-07-31 2015-11-11 中国石油大学(华东) 基于声发射检测的埋地管道泄漏源多层次定位装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106641734A (zh) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106641734B (zh) 一种基于l型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置
CN106768283B (zh) 一种基于长距离波导的管道超声导波在线检测装置及检测方法
KR102417558B1 (ko) 멀티모드 음향 신호들을 이용한 금속 구조물들에서의 변화들의 검출 및 모니터링
CN101666783A (zh) 超声导波复合式无损检测方法及其装置
CN101424663B (zh) 天然气管道裂纹电磁超声斜向导波检测方法
Salzburger et al. EMAT pipe inspection with guided waves
CN108956762B (zh) 一种管用柔性电磁超声导波传感器及检测方法
KR101052800B1 (ko) 자기변형 트랜스듀서와 광대역 다중모드 sh파 분산 특성 변화를 이용한 배관 이상 감시 방법
CN108088907A (zh) 一种基于电磁超声的高温管线伤损在线监测系统
US11340195B2 (en) Methods and systems for pipe wall thickness detection
CN103353479A (zh) 一种电磁超声纵向导波与漏磁检测复合的检测方法
CN108562642A (zh) 纵向模态超声导波的电磁换能装置、管道检测系统及方法
CN109612414B (zh) 一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置及其方法
Zhang et al. A magnetostrictive guided-wave nondestructive testing method with multifrequency excitation pulse signal
UA95065C2 (ru) Устройство для неразрушающего контроля стенок ферромагнитных конструктивных элементов
CN104359979B (zh) 一种碳钢/铝爆炸复合管层间横向裂纹检测方法
CN103439418A (zh) 一种低阶扭转模态电磁声阵列传感器
CN105806944B (zh) 一种缆索疲劳损伤的检测方法及装置
Fang et al. Axial magnetized patch for efficient transduction of longitudinal guided wave and defect identification in concrete‐covered pipe risers
CN112154324B (zh) 使用多模声学信号来检测、监控和确定金属结构中变化的位置
CN202101974U (zh) 一种冷凝器不锈钢波纹管检测电磁声换能器
CN112147235B (zh) 一种用于管道导波混频检测的电磁超声激励装置
CN106645400A (zh) 一种基于t型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置
Aleshin et al. Automatic ultrasonic inspection of large-diameter pipes
CN106442719A (zh) 一种基于螺旋梳式换能器的管道弯曲导波检测方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190514

Termination date: 20201014