CN106645400A - 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 - Google Patents

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Abstract

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，属于超声检测技术领域。该装置包括超声导波探头、T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。T型波导采用两块相同的T型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，另一端用于安装超声导波探头。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T型波导后可以转换为管道横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T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T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T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T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SH0模式的平板导波，SH0模式的导波通过T型波导后可以转换为管道横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T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、T型波导、波导连接件和待检测管道；所述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T型波导采用两块相同的T型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T型的一端分别缠绕在待检测管道上，并使用波导连接件固定，T型钢板的宽度d等于管道外圆的周长，发射波导和接收波导T型处的弯曲角度均为90度，保证波导的中心线与待检测管道的轴线相垂直，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T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T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，紧套在缠绕好的T型波导的待检测管道的外侧。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本发明的一种基于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T型波导后转换为管道横向模态导波，可以在管道中远距离传播，具有较高的检测效率；T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T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T型波导的安装示意图。
图5是本发明的T型波导安装前的俯视图。
图6是本发明的T型波导和波导连接件的安装示意图。
图7是本发明的波导连接件的结构示意图。
图8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-超声导波发射探头； 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-超声导波接收探头； 2-T型波导；
21-发射波导； 22-接收波导； 3-波导连接件； 31-螺栓通孔；
4-待检测管道 41-管道凹槽缺陷； d-T型波导的宽度。
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T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、T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；T型波导2采用两块相同的T型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T型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T型波导2和待检测管道4，并起到固定波导的作用。
如图3所示，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3和图4所示，所述的超声导波探头1安装在T型波导2远离待检测管道4的一端，超声导波探头1的中心线与T型波导2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T型波导2表面。
如图4和图5所示，所述的T型波导2由两块相同的T型薄钢板组成，波导T型的一端紧紧缠绕在待检测管道4的外表面上，T型钢板的宽度d等于管道外圆的周长，即保证缠绕圈数恰好为一圈；将波导从T型处弯曲90度，使得波导的中心线与待检测管道的轴线相垂直，保证超声导波探头远离高温待检测管道。
如图1、图6和图7所示，所述的波导连接件3采用开口型圆环结构，紧套在缠绕好的T型波导2的待检测管道4的外侧，波导连接件3含有螺栓通孔31，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T型波导2。波导连接件共2个，分别用于固定发射波导21和接收波导22。
如图2和图8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2所示，所述的超声导波发射探头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T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垂直的管道横向模态导波在待检测管道4中传播；当横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T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T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T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)、T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T型波导(2)采用两块相同的T型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)T型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，T型钢板的宽度d等于管道外圆的周长，发射波导(21)和接收波导(22)T型处的弯曲角度均为90度，保证波导的中心线与待检测管道(4)的轴线相垂直，发射波导(21)和接收波导(22)的另一端分别安装对应的发射探头(11)和接收探头(12)。
2.如权利要求1所述的一种基于T型波导结构的高温管道超声导波在线检测装置，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T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T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T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。
4.如权利要求1所述的基于T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，紧套在缠绕好的T型波导(2)的待检测管道的外侧。
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