CN107389799A - 用于超声导波检测的柔性探伤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声导波检测的柔性探伤装置，包括柔性弹力带和多个探头模块，所述柔性弹力带具有外表面、内表面和第一连接件，所述多个探头模块排布固定连接在柔性弹力带的内表面，所述第一连接件在检测时将柔性弹力带的两端固定连接在一起。本发明装置解决了现有超声导波探头阵列装置重量大、刚度大以及部分探头阵列需要加压而导致的携带、操作和户外应用不便等缺点，同时大幅降低探头阵列装置的成本以便于推广，具有轻便易携带、柔性易操作、使用时占用空间小的优点，同时通过使用简单的材料和结构降低成本，通过模块化设计和组合提高适用性，可满足不同构件、不同通道数、不同超声导波模态的检测需求。

Description

用于超声导波检测的柔性探伤装置

技术领域

本发明涉及一种探测装置，尤其是一种用于超声导波检测的柔性探伤装置，属于无损检测技术领域。

背景技术

超声导波检测(或超声导波探伤)是无损检测领域的热点技术，主要应用于管道、杆件、钢轨等细长型构件和板状构件的无损检测(或无损探伤)。与传统超声波相比，超声导波检测具有单次检测距离长、检测效率高、可同时检测内外损伤等优势。

超声导波在传播过程中，遇到缺陷或损伤时，由于波阻抗的变化，将产生波的反射、透射和模态转换。为了通过反射波信号或透射波信号来判别被检测构件中的缺陷或损伤信息，需要通过使用特定设计的换能装置(即探头)来激发或接收所需模态的超声导波。

常用的超声导波换能装置，包括压电式、电磁式、空气耦合式、脉冲激光式等，由于成本及信号质量等原因，当前压电式和电磁式换能装置使用较广泛。为了在被检测构件中激发出超声导波，对于压电式换能装置，需要使压电晶片通过一定的方式与被检测构件接触，对于电磁式换能装置，需要使电磁线圈与被检测构件相互靠近或接触。激发出理想的超声导波并准确地接收，是进行准确、有效检测的前提。因而换能装置是超声导波无损检测中的核心部分。

中国发明专利公开号为CN102175773A的“一种用于海洋管道超声导波检测的探头系统及其设计方法”使用了内部容设气囊的模块化探头并通过连接轴连接探头模块，使探头系统具有一定柔性。但该探头系统存在造价较高、重量大、需要辅以较大压力充气使用导致户外应用不便等缺点。

中国发明专利公开号为CN103899921A的“用于管道检测的超声导波探头固定装置”通过柔性环带和快速拉紧锁扣使探头与被检测构件耦合接触，该装置只能用于特定管径管道的检测。

中国发明专利公开号为CN104749258A的“用于管件检测的超声导波探头阵列固定装置”通过使用内置弹簧的摆杆装置，实现了可适用于不同管径的管道、径向占用空间小、探头与管件耦合良好等要求，但存在造价较高、重量较大导致户外应用不便等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超声导波检测的柔性探伤装置，该装置解决了现有超声导波探头阵列装置重量大、刚度大以及部分探头阵列装置需要加压而导致的携带、操作和户外应用不便等缺点，同时大幅降低探头阵列装置的成本以便于推广，具有轻便易携带、柔性易操作、使用时占用空间小的优点，同时通过使用简单的材料和结构降低成本，通过模块化设计和组合提高适用性，可满足不同构件、不同通道数、不同超声导波模态的检测需求。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

用于超声导波检测的柔性探伤装置，包括柔性弹力带和多个探头模块，所述柔性弹力带具有外表面、内表面和第一连接件，所述多个探头模块排布且固定连接在柔性弹力带的内表面，所述第一连接件在检测时将柔性弹力带的两端固定连接在一起。

进一步的，每个探头模块包括封装体、换能元件、信号连接线和第二连接件，所述换能元件设置在封装体顶部，所述信号连接线有两条，其中一条信号连接线具有第一接线端子，另一条信号连接线具有第二接线端子，第一接线端子和第二接线端子可相互连接，两条信号连接线在封装体内部短接，并与换能元件连接，所述第二连接件设置在封装体底部，并与柔性弹力带的内表面固定连接。

进一步的，所述多个探头模块用于单通道检测时，任意两个相邻的探头模块之间通过第一接线端子和第二接线端子连接，且第一个探头模块的第一接线端子和最后一个探头模块的第二接线端子分别与外部设备连接。

进一步的，所述多个探头模块用于多通道检测，且每个通道有至少两个探头模块时，各个通道内部的任意两个相邻的探头模块之间通过第一接线端子和第二接线端子连接，且各个通道内部的第一个探头模块的第一接线端子和最后一个探头模块的第二接线端子分别与外部设备连接。

进一步的，所述多个探头模块用于多通道检测，且每个通道只有一个探头模块时，各个探头模块分别通过第一接线端子和第二接线端子与外部设备连接。

进一步的，所述柔性弹力带的外表面和内表面为可与魔术贴粘合的表面，所述柔性弹力带的第一连接件和探头模块的第二连接件均采用魔术贴，所述第一连接件在检测时与柔性弹力带的外表面或内表面粘合，所述第二连接件与柔性弹力带的内表面粘合。

进一步的，所述封装体内部具有可吸声的填充物。

进一步的，所述换能元件上具有保护层。

进一步的，所述柔性弹力带的内表面设有刻度或标记。

进一步的，所述探头模块的数量与排布方式根据超声导波模态的波结构确定。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的柔性探伤装置使用了柔性弹力带，由于柔性弹力带具有柔性和弹性的效果，能够很容易地缠绕于被检测构件上，操作简单，同时将多个探头模块排布且固定连接在柔性弹力带的内表面，耦合效果好，除探头模块电信号外无须额外供电或使用压缩气体增压，便于户外使用。

2、本发明的柔性探伤装置中，多个探头模块可以分别通过信号连接线直接与外部设备连接，即各个探头模块在信号连接线的作用下，可以单独进行信号传输，也可以将任意两个相邻的探头模块之间通过第一接线端子和第二接线端子连接，且第一个探头模块的第一接线端子和最后一个探头模块的第二接线端子与外部设备连接，即多个探头模块在信号连接线的作用下，可以并联进行信号传输。

3、本发明的柔性探伤装置中，柔性弹力带的外表面和内表面为能够与魔术贴粘合的表面，柔性弹力带的第一连接件和探头模块的第二连接件均采用魔术贴，以便将探头模块固定连接在柔性弹力带的内表面，以及在检测时将柔性弹力带的两端固定连接在一起，魔术贴配合柔性弹力带，能够进一步降低装置的重量。

4、本发明的柔性探伤装置中，每个探头模块的封装体内部具有可吸声的填充物，该填充物起到吸收换能元件背面振动的作用；换能元件具有保护层，该保护层可以为具有优良透声性能、耐磨性能的薄层，对换能元件起保护作用。

5、本发明的柔性探伤装置在柔性弹力带的内表面设置刻度或标记，能够方便在柔性弹力带的内表面布置探头模块；同时，探头模块可以根据超声导波模态的波结构，以特定的数量和形状方便地排布固定连接在柔性弹力带的内表面。

6、本发明的柔性探伤装置具有轻便易携带、柔性易操作、结构材料简单制作成本低、占用空间小可应用于密排构件等优点，结合模块化设计实现探头模块与柔性弹力带的多种不同组合和配置，可满足多种类型及尺寸的构件的超声导波检测需求。

附图说明

图1为本发明实施例1的柔性探伤装置结构示意图。

图2为本发明实施例1的柔性探伤装置中的柔性弹力带结构示意图。

图3为本发明实施例1的柔性探伤装置中的柔性弹力带内表面结构示意图。

图4为本发明实施例1的柔性探伤装置中的探头模块结构示意图。

图5为本发明实施例1的柔性探伤装置缠绕于被检测构件上的侧面投影图。

图6为本发明实施例1的相邻探头模块依次连接的柔性探伤装置内表面示意图。

图7为本发明实施例1的相邻探头模块依次连接的柔性探伤装置示意图。

图8为本发明实施例1的相邻探头模块依次连接的柔性探伤装置缠绕于被检测构件上的示意图。

图9为本发明实施例2的柔性探伤装置结构示意图。

图10为本发明实施例2的柔性探伤装置缠绕于被检测构件上的侧面投影图。

其中，1-柔性弹力带，2-探头模块，3-外表面，4-内表面，5-第一连接件，6-刻度，7-封装体，8-换能元件，9-信号连接线，10-第二连接件，11-第一接线端子，12-第二接线端子，13-被检测构件。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

现有的超声导波探头阵列装置重量大、刚度大以及部分探头阵列装置需要加压，从而导致携带、操作和户外应用不便，因此本实施例提供了一种用于超声导波检测的柔性探伤装置，该装置具有轻便易携带、柔性易操作、使用时占用空间小的优点。

如图1～图4所示，本实施例的柔性探伤装置包括柔性弹力带1和探头模块2。

所述柔性弹力带1具有外表面3、内表面4和第一连接件5，由于柔性弹力带1具有柔性和弹性的效果，能够很容易地缠绕于被检测构件上，同时为了柔性弹力带1的连接更方便，本实施例的外表面3和内表面4均为可与魔术贴粘合的表面，第一连接件5可选用魔术贴，并固定于柔性弹力带1的一端，与内表面4同侧(即柔性弹力带1内侧)，在对被检测构件(如管件、杆件、轨道等)进行检测时，第一连接件5可与外表面3粘合，以使柔性弹力带1的两端固定连接在一起；在实际检测中，由于内表面4连接有探头模块2，为了不影响各探头模块2分布的均匀性，第一连接件5位于柔性弹力带1内侧，并在缠绕后与外表面3连接。

本领域技术人员可以知道，在不影响各探头模块2的情况下，第一连接件5也可与外表面3同侧(即柔性弹力带1外侧)，在缠绕后与内表面4粘合。

本实施例为了便于在柔性弹力带1的内表面4布置探头模块2，在内表面4设置刻度6，在图3中可以看到，该刻度6也可以用标记代替；柔性弹力带1的长度根据被检测构件的外周长选择，以使得所述柔性超声导波探伤带拉长后沿周向缠绕于被检测构件时具有合适的长度并可为探头模块2提供合适的耦合压力。

所述探头模块2为模块化设计，其数量和排布方式根据被检测构件中超声导波模态的波结构选择；一般来说，探头模块2的数量越多，激发和接收效果越好，本实施例选用了十六个探头模块2。

每个探头模块2包括封装体7、换能元件8、信号连接线9和第二连接件10，所述封装体7为盒子形状，其内部具有可吸声的填充物，起到吸收换能元件8背面振动的作用；所述换能元件8设置在封装体7顶部，其根据实际超声导波检测需求选用对应的类型，本实施例选用了压电晶片，换能元件8还具有保护层，该保护层可以为具有优良透声性能、耐磨性能的薄层，对换能元件8起保护作用；所述信号连接线9有两条，其中一条信号连接线9具有第一接线端子11，另一条具有第二接线端子12，第一接线端子11和第二接线端子12为同一种接口类型相对应的两种接头，可相互连接，本实施例的信号连接线9为具有屏蔽功能的同轴电缆，第一接线端子11采用MCX针式接头(公头)，第二接线端子12采用MCX插槽式接头(母头)，同轴电缆的内导体与换能元件8的正极相连，外导体与换能元件8的负极相连，为了容易分辨、方便连接，将第一接线端子11设计为较长的一端，第二接线端子12设计为较短一端，并标以不同颜色以示区分；所述第二连接件10设置在封装体底部，为了与柔性弹力带1的内表面4固定连接，第二连接件10选用了魔术贴，因此十六个探头模块2通过第二连接件10与柔性弹力带1的内表面4粘合。

本实施例用于激发、接收超声导波纵向模态或扭转模态，由于其为对称波且波阵面垂直于被检测构件的轴向，可将十六个探头模块2以直线的形状均匀排布的方式布置在柔性弹力带1的内表面4，在图1中可以看到，本实施例将从左到右依次设置的十六个探头模块2分别记为第一个探头模块2、第二个探头模块2、第三个探头模块2……第十六个探头模块2，并使得当柔性弹力1带经适当拉长并缠绕于被检测构件13后，十六个探头模块2刚好周向等间距排布耦合于被检测构件13上，其侧面投影如图5所示。

本实施例的柔性探伤装置在使用时，可通过信号连接线的不同连接方式用于单通道检测或多通道检测。

用于单通道检测时，十六个探头模块2中的任意两个相邻的探头模块之间通过第一接线端子11和第二接线端子12连接，例如第一个探头模块2的第二接线端子12与第二个探头模块2的第一接线端子11连接，第二个探头模块2的第二接线端子12与第三个探头模块2的第一接线端子11连接，依次类推，直到第十五个探头模块2的第二接线端子12与第十六个探头模块2的第一接线端子11连接，然后将第一个探头模块2的第一接线端子11和第十六个探头模块2的第二接线端子12分别与外部设备连接，即各个探头模块2并联进行信号传输，如图6和图7所示，将其沿周向缠绕于被检测构件13上的示意图如图8所示。

用于多通道检测，且每个通道有至少两个探头模块2时，各个通道内部的任意两个相邻的探头模块2之间通过第一接线端子11和第二接线端子12连接，并且各个通道内部的第一个探头模块2的第一接线端子11和最后一个探头模块2的第二接线端子12分别与外部设备连接，如用于四通道检测且每个通道有四个探头模块2时，不失一般性地假设第一通道为第一至第四个探头模块2，第二通道为第五至第八个探头2，第三通道为第九至第十二个探头2，第四通道为第十三至第十六个探头2，此时第一个通道的连接方式为：第一个探头模块2的第二接线端子12与第二个探头模块2的第一接线端子11连接，第二个探头模块2的第二接线端子12与第三个探头模块2的第一接线端子11连接，第三个探头模块2的第二接线端子12与第四个探头模块2的第一接线端子11连接，然后将第一个探头模块2的第一接线端子11以及第四个探头模块2的第二接线端子12分别与外部设备连接，第二通道、第三通道、第四通道的连接方式以此类推。

用于多通道检测，且每个通道只有一个探头模块2时，即用于十六通道检测，十六个探头模块2分别通过信号连接线9直接与外部设备连接，即各个探头模块2可以单独进行信号传输。

上述外部设备可以为超声导波检测仪、示波器、波形发生器及功率放大器等。

实施例2：

本实施例的主要特点是：本实施例用于激发、接收或消除超声导波第一阶弯曲模态，根据其波结构，可将十六个个探头模块2按照正弦曲线的形状排布于柔性弹力带的内表面8，该正弦曲线振幅等于超声导波弯曲模态半波长(λ/2)的一半，如图9所示，使得当柔性弹力带经适当拉长并缠绕于被检测构件13后，16个探头模块刚好斜周向等间距排布耦合于被检测构件13上，其侧面投影如图10所示。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例的主要特点是：所述换能元件8还可以选用电磁线圈，相应地，换能元件8具有的保护层为具有优良透磁性能、耐磨性能的薄层。其余同实施例1或2。

实施例4：

本实施例的主要特点是：所述柔性弹力带1的外表面3和内表面4还可以为普通表面，第一连接件5和第二连接件10还可以为卡件，相应地，外表面3和/或内表面4上设有相匹配的扣件；或第一连接件5和第二连接件10还可以为扣件，相应地，外表面3和/或内表面4上设有相匹配的卡件，即通过卡扣对接的方式连接。其余同实施例1或2。

综上所述，本发明的柔性探伤装置可以用于超声导波探伤，具有轻便易携带、柔性易操作、结构材料简单制作成本低、占用空间小可应用于密排构件等优点，结合模块化设计实现探头模块与柔性弹力带的多种不同组合和配置，可满足多种类型及尺寸的构件的超声导波检测需求。

以上所述，仅为本发明专利优选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：包括柔性弹力带和多个探头模块，所述柔性弹力带具有外表面、内表面和第一连接件，所述多个探头模块排布且固定连接在柔性弹力带的内表面，所述第一连接件在检测时将柔性弹力带的两端固定连接在一起。

2.根据权利要求1所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：每个探头模块包括封装体、换能元件、信号连接线和第二连接件，所述换能元件设置在封装体顶部，所述信号连接线有两条，其中一条信号连接线具有第一接线端子，另一条信号连接线具有第二接线端子，第一接线端子和第二接线端子可相互连接，两条信号连接线在封装体内部短接，并与换能元件连接，所述第二连接件设置在封装体底部，并与柔性弹力带的内表面固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述多个探头模块用于单通道检测时，任意两个相邻的探头模块之间通过第一接线端子和第二接线端子连接，且第一个探头模块的第一接线端子和最后一个探头模块的第二接线端子分别与外部设备连接。

4.根据权利要求2所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述多个探头模块用于多通道检测，且每个通道有至少两个探头模块时，各个通道内部的任意两个相邻的探头模块之间通过第一接线端子和第二接线端子连接，且各个通道内部的第一个探头模块的第一接线端子和最后一个探头模块的第二接线端子分别与外部设备连接。

5.根据权利要求2所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述多个探头模块用于多通道检测，且每个通道只有一个探头模块时，各个探头模块分别通过第一接线端子和第二接线端子与外部设备连接。

6.根据权利要求2所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述柔性弹力带的外表面和内表面为可与魔术贴粘合的表面，所述第一连接件和第二连接件均采用魔术贴，所述第一连接件在检测时与柔性弹力带的外表面或内表面粘合，所述第二连接件与柔性弹力带的内表面粘合。

7.根据权利要求2所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述封装体内部具有可吸声的填充物。

8.根据权利要求2所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述换能元件上具有保护层。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述柔性弹力带的内表面设有刻度或标记。

10.根据权利要求1-8任一项所述的用于超声导波检测的柔性探伤装置，其特征在于：所述探头模块的数量与排布方式根据超声导波模态的波结构确定。