CN109900806A - 一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法，该方法涉及一种塑料管道钢质龙骨的超声定位装置，该定位装置包括中心处理器、探头架和安装在探头架上的4个探头，探头架套置在待检测的塑料管道上，探头与塑料管道始终直接接触，探头架带动探头沿周向作螺旋运动，从而探头测出4个回波信号反馈给中心处理器，该方法根据回波信号的时间长度和纵波速度可以确定塑料管道壁厚、塑料管道与周向龙骨的距离、塑料管道与轴向龙骨的距离，将计算出的塑料管道壁厚以及周向或轴向龙骨与管道外壁的距离相减，进而判断塑料管道中周向或轴向龙骨的位置偏差，实现超声波精确定位钢质龙骨在管道中的分布，结构简单、使用方便，无需破坏管道，节约成本。

Description

一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法。

背景技术

如图1-2所示，钢质龙骨塑料管道主要用于液体输送，其外径150毫米—500毫米，壁厚16毫米，管道壁中分布周向龙骨和轴向龙骨组成的网状龙骨结构，周向龙骨和轴向龙骨的相交处形成焊接点，周向钢质龙骨直径为3毫米，轴向钢质龙骨直径为2毫米，周向和轴向龙骨的间隔距离均为10毫米，如果在生产过程中管道的钢质龙骨位置偏离塑料管道中心位置的距离达到管壁厚度的十分之一以上，塑料管道的承压能力将大大减弱，在承受一定压力时，轻者管道鼓包变形，重者管道局部断裂。因而，在生产过程中必须对管道中钢质龙骨位置进行实时监测，以确保所生产的塑料管道在使用过程中无安全隐患。目前，该产品从研制阶段开始一直采用最原始的检验方法—锯切抽检法。从产品中随机抽取一定数量管道，用电锯沿径向切开管道以观察和手工测量截面中钢质龙骨的位置偏差是否满足安全使用要求。该检验方法对生产过程中钢质龙骨的位置偏差测量有一定效果，但塑料管道经过多次锯切以后已无法再正常使用，造成很大的浪费。因此，在生产过程中虽然严格要求(抽检率1％左右)，但在使用过程中仍然经常性发生管道变形、崩裂等严重质量事故，充分说明了目前使用的锯切抽检方法由于存在漏判而带来严重的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对现有检测技术存在的不足，提出一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法，实现超声波精确定位钢质龙骨在管道中的分布，方便快捷，无需破坏管道，节约成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法，该方法涉及一种塑料管道钢质龙骨的超声定位装置，该定位装置包括中心处理器、探头架和安装在探头架上的4个探头，探头架套置在待检测的塑料管道上，4个探头与塑料管道始终直接接触，探头架带动探头沿周向作螺旋运动，探头与中心处理器相连，该方法具体步骤包括：

S1螺旋扫描前准备：探头架从塑料管道外表面套入，电源开启；

S2螺旋扫描：塑料管道开始作直线行进，同时，探头架带动探头沿塑料管道周向作螺旋扫描，探头发射纵波脉冲，并将接收到的4个具有时间长度的回波信号反馈给中心处理器，4个回波信号分别为：纯塑料管道回波信号、塑料管道与周向龙骨回波信号、塑料管道与轴向龙骨回波信号、塑料管道与焊接点回波信号；

S3定性定量分析：塑料管道壁厚、周向龙骨与管道外壁的距离、轴向龙骨与管道外壁的距离，可根据以下公式确定：

d＝t*v/2

式中，t为回波信号的时间长度，v为纵波速度；

将计算出的塑料管道壁厚以及周向或周向龙骨与管道外壁的距离相减，进而判断塑料管道中周向或轴向龙骨的位置偏差。

所述探头以水为耦合介质与塑料管道进行耦合。

所述S1螺旋扫描前准备还需要对每个探头进行校对。

采用上述方案后，本发明的增益效果在于：

1、超声检测对人体无辐射，使用简单方便，成本低。

2、通过探头发出纵波脉冲进行反射定位钢质龙骨在管道中的分布，探头与塑料管道始终直接接触保证回波信号的一致性，实现精确定位，使探头与被检测管道表面之间的距离随凸凹不平表面状况而作出相应的调整。

3、通过测出的纯塑料管道回波信号、塑料管道与周向龙骨回波信号、塑料管道与轴向龙骨回波信号、塑料管道与焊接点回波信号可得到计算相关参数，检测精度达到±0.1毫米，完全满足塑料管道钢质龙骨位置偏差的检测要求。

4、若钢质龙骨塑料管道每天生产10000米，传统锯切法按1％的抽检量，50元/米计算，采用超声法进行位置偏差测量，每天可节约5000元，每年可节省180万元，具有相当客观的经济效益和广阔的应用场景。

附图说明

图1是本发明钢质龙骨分布展开示意图；

图2是本发明塑料管道中钢质龙骨分布示意图；

图3是本发明定位装置工作状态轴侧图；

图4是本发明定位装置工作状态主视图；

图5是本发明实施例中测得纯塑料管道回波信号示意图；

图6是本发明实施例中测得塑料管道和周向龙骨回波信号示意图；

图7是本发明实施例中测得塑料管道与轴向龙骨回波信号示意图；

图8是本发明实施例中测得塑料管道与焊接点回波信号示意图。

附图标记说明：

塑料管道1、周向龙骨11、轴向龙骨12、焊接点13、定位装置2、探头21、探头架22、始发波3、一次管道内壁反射波4、二次管道内壁反射波5、周向龙骨反射波6、轴向龙骨反射波7。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

一种塑料管道1钢质龙骨的超声定位装置2，包括中心处理器、探头架22和探头21，探头21的数量为4个，分别安装在探头架22上，探头架22呈圆环形，能够与塑料管道1的形状相吻合，方便套置在待检测的塑料管道1上，中心处理器(图中未示出)与探头21连接，如图3-4所示。

4个探头21与塑料管道1始终直接接触，探头架22带动探头21沿周向作螺旋运动，所述的螺旋运动为塑料管道1作直线行进的同时，探头架22带动探头21沿塑料管道1周向作螺旋扫描，从而实现对塑料管道1的完全覆盖检测。在本实施例中，管道直线行进速度60毫米/分钟，探头架22正向、反向旋转速度15转/分钟。

检测原理就是每一个探头21既发射初始信号又接收从被检测管道1中反射的回波信号，超声波在传播过程中若遇到阻抗不同介质构成的界面时，将会产生反射回波，反射回波的幅值大小取决于不同介质构成界面的大小，反射回波相对于始发波3的时间长度取决于不同介质构成界面在被检测管道中的位置。

为了使探头21在检测过程中时始终贴紧塑料管道1的外壁，所述的探头架22与探头21之间设有弹性伸缩件(图中未示出)，比如弹簧，弹簧的一端固定在探头架22上，弹簧的一端与探头21固定，使探头21与被检测管道表面之间的距离随凸凹不平表面状况而作出相应的调整，保证回波信号的一致性。

为了解决探头21旋转过程中探头信号线的缠绕问题，4个探头21呈90度相位差安装在圆环探头架22上，这样4个探头21只需沿圆周方向正向、反向交替转动90度即可完成对塑料管道1表面的完全覆盖扫描。

在超声检测中使用的探头21，是利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器。探头21中的关键部件是晶片，晶片是一个具有压电效应的单晶或者多晶体薄片，它的作用是将电能和声能互相转换。进一步地，所述的探头21可采用晶片直径10毫米，频率设置为2MHz的平探头21，易获取，便于实现。该定位装置2还包括为整个装置供电的电源。

一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法，根据耦合方式的不同，本实施例中以水为耦合介质进行耦合，具体步骤包括：

S1螺旋扫描前准备：探头架22以水为耦合介质，从塑料管道1外表面套入，电源开启；

S2螺旋扫描：塑料管道1开始作直线行进，同时，探头架22带动探头21沿塑料管道1周向作螺旋扫描，探头21发射纵波脉冲，并将收到的4个回波信号反馈给中心处理器，4个回波信号分别为：纯塑料管道1回波信号、塑料管道1与周向龙骨11回波信号、塑料管道1与轴向龙骨12回波信号、塑料管道1与焊接点13回波信号；

S3定性定量分析：塑料管道壁厚d1、周向龙骨与管道外壁的距离d2、轴向龙骨与管道外壁的距离d3、塑料管道与焊接点的距离d4可根据以下公式确定：

d＝t*v/2

式中，t为回波信号的时间长度，v为纵波速度，管道中纵波平均速度2700米/秒是确定值，下面为具体计算：

(1)纯塑料管道1回波信号，由探头21位于周向和轴向龙骨11,12所组成网状结构的中间空隙时获取的超声波回波信号，如图5所示。从图中可以看出，波形信号主要由始发波3、一次管道内壁反射波4和二次管道内壁反射波5组成。其中始发波3为耦合介质水和管道外壁所形成界面的反射波；一次管道内壁反射波4为超声波信号第一次传播到管道内壁和空气所形成界面的反射回波；二次管道内壁反射波5为一次管道内壁反射波4遇到管道外壁界面反射回来的第二次传播过程。始发波3与一次管道内壁反射波4之间的时间长度和一次管道内壁反射波4与二次管道内壁反射波5之间的时间长度相等，都为11.85微秒，结合管道中平均声速为2700米/秒，可计算出管壁厚度为d1＝11.85*2.7/2＝15.9975≈16.00毫米，管道的真实厚度为16毫米，二者的误差为0.0025毫米。

(2)塑料管道1与周向龙骨11回波信号，由探头21中心垂直与周向龙骨11时所获得的超声波回波信号，如图6所示。从图中可以看出，波形信号主要包括始发波3、周向龙骨反射波6、一次管道内壁反射波4、二次管道内壁反射波5。始发波3与周向龙骨反射波6之间的时间长度为5.08微秒，可计算出周向龙骨11距离管道外壁的距离为d2＝5.08*2.7/2＝6.86毫米。

(3)塑料管道1与轴向龙骨12回波信号，由探头21中心垂直于轴向龙骨12时所获取的超声波回波信号，如图7所示。从图中可以看出，波形信号主要包括始发波3、轴向龙骨反射波7、一次管道内壁反射波4和二次管道内壁反射波5。始发波3与轴向龙骨反射波7之间的时间长度为7.32微秒，可计算出轴向龙骨12距离管道外壁的距离d3＝7.32*2.7/2＝9.88毫米。

(4)塑料管道1与焊接点13回波信号，由探头21中心垂直与周向和轴向龙骨交叉焊接点13时所获取的超声波回波信号，如图8所示。从图中可以看出，波形信号主要包括始发波3、周向龙骨反射波6、轴向龙骨反射波7、一次管道内壁反射波4和二次管道内壁反射波5。始发波3与周向龙骨反射波6之间的时间长度为4.96微秒，可计算出d2＝4.96*2.7/2＝6.70毫米。始发波3与轴向龙骨反射波7之间的时间长度为7.32微秒，可计算出d3＝7.32*2.7/2＝9.88毫米。周向龙骨11与轴向龙骨12之间的距离为d4＝d3-d2＝9.88-6.70＝3.18毫米，周向龙骨11的直径为3毫米，测量误差为0.18毫米，满足±0.1毫米的精度要求。

检测过程中，若塑料管道中周向或轴向龙骨11,12的位置偏差超过管道厚度的10％(以管道厚度16毫米为例，位置偏差超过1.6毫米)，即判为废品。同时将塑料管道1位置参数记录下来并反馈到生产工艺控制部分，以便操作人员及时调整生产工艺从而保证管道生产的合格率。

S1螺旋扫描前准备还需要对每个探头21进行校对以保证回波信号的一致性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法，该方法涉及一种塑料管道钢质龙骨的超声定位装置，该定位装置包括中心处理器、探头架和安装在探头架上的4个探头，探头架套置在待检测的塑料管道上，4个探头与塑料管道始终直接接触，探头架带动探头沿周向作螺旋运动，探头与中心处理器相连，该方法具体步骤包括：

S1螺旋扫描前准备：探头架从塑料管道外表面套入，电源开启；

S2螺旋扫描：塑料管道开始作直线行进，同时，探头架带动探头沿塑料管道周向进行螺旋扫描，探头发射纵波脉冲，并将接收到的4个具有时间长度的回波信号反馈给中心处理器，4个回波信号分别为：纯塑料管道回波信号、塑料管道与周向龙骨回波信号、塑料管道与轴向龙骨回波信号、塑料管道与焊接点回波信号；

S3定性定量分析：塑料管道壁厚、周向龙骨与管道外壁的距离、轴向龙骨与管道外壁的距离，可根据以下公式确定：

d＝t*v/2

式中，t为回波信号的时间长度，v为纵波速度；

将计算出的塑料管道壁厚以及周向或轴向龙骨与管道外壁的距离相减，进而判断塑料管道中周向或轴向龙骨的位置偏差。

2.根据权利要求1所述的一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法，其特征在于：所述探头以水为耦合介质与塑料管道进行耦合。

3.根据权利要求1所述的一种塑料管道钢质龙骨的超声定位方法，其特征在于：所述S1螺旋扫描前准备还需要对每个探头进行校对。