CN110346451A - 一种超声导波监测换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种超声导波监测换能器，包括固定机构和安装在所述固定机构上的换能机构；其特征在于：所述换能机构包括与所述固定机构相连接的柔性带和安装在所述柔性带上的多通道柔性换能装置。通过柔性的换能机构可以实现扭转角的改变，通过固定机构更好的固定在管道上。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测的技术领域，特别涉及一种超声导波监测换能器。
背景技术
螺旋焊管是一种按照一定的成形角将结构钢钢带卷成管坯，然后将管缝焊接起来制成的管道。由于其特有的加工工艺及结构特点，螺旋焊管拥有许多优秀的力学特性和经济特性，在能源行业和工业生产中都具有广泛的应用。但是螺旋焊管在服役的过程中会发生腐蚀和外力破坏等损伤，导致管道的泄露，甚至发生爆炸等危险，危及人身和财产安全。因此需要对螺旋焊管进行结构健康安全监测，进行长期的监测。
能源行业等长输管道中使用的螺旋焊管多采用埋地或者架空的方式架设，传统的无损检测方式比如超声波探伤仪需要对螺旋焊管进行逐点检测，需要开挖管道、搭建设备等，人工成本高且效率低下，难以满足目前长输管线螺旋焊管的无损检测需要。此外传统的无算检测方法不具有实时在线监测的潜力，取法满足管线的长期检测要求。
导波监测技术是一种长距离无损检测技术，具有检测距离远、检测精度高，可以实现100%全截面覆盖扫查等优点，近年来在长距离管道无损检测中得到了广泛的应用。目前管道检测中最常用的模态为波阵面沿轴向方向的轴对称模态导波，如T(0,1)、L(0,1)和L(0,2)模态，传播方向为沿管道轴线方向。但是，对于螺旋焊管，如若采用常规的轴对称模态的导波，此时导波换能器产生的导波波束在螺旋焊管中构成的波阵面成圆柱对称分布，而螺旋焊缝沿轴向呈螺旋分布，因此圆柱形分布的波阵面的导波在通过一个螺距螺旋焊缝的任意时刻，导波的波束都会在该焊缝的某个位置发生反射，使得焊缝回波信号持续出现在回波中，因此这不仅会造成导波的信号的衰减，使得检测距离缩短，同时会使得缺陷信号淹没在焊缝回波中，导致缺陷无法检出，因此本发明考虑利用波阵面与焊缝平行的扭弯导波对螺旋焊管的缺陷进行检测，且考虑到不同信号的螺旋焊管的螺旋角和直径可能会发生变化。
公告号为CN204731207U的中国实用新型专利公开了一种适用于电站管线结构监测的超声导波换能器及其模具，所述超声导波换能器包括浇注线圈、载具和一个以上永磁体，其中浇注线圈结构为漆包线线圈浇注树脂固化的圆环状线圈，载具固定于所述浇注线圈的一端，所述一个以上永磁体嵌入所述载具，沿所述浇注线圈周围环状分布。此专利的超声导波换能器只能在一个使用在特定的管道上，且拆卸和制造不方便，成本较高。监测的角度也不能变化。
公告号为CN205374380U的中国实用新型专利公开了一种管道超声导波腐蚀监测装置。包括超声导波换能器、限流模块、法拉电容组、触发模块、充电模块、同步信号接收模块和超声导波收发模块，超声导波换能器永久安装在被监测管道上，超声导波换能器依次经限流模块、法拉电容组后分别连接触发模块和充电模块，触发模块经同步信号接收模块和超声导波收发模块连接，超声导波收发模块与超声导波换能器连接。此专利只能检测管道腐蚀情况，但是无法排除焊缝对导波检测的干扰，影响导波监测的准确性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种超声导波监测换能器，通过固定机构将柔性的换能机构固定在工件上其旨在解决现有技术中扭转角不可调，拆卸不方便监测受焊缝影响的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种超声导波监测换能器，包括固定机构和安装在所述固定机构上的换能机构；所述换能机构包括与所述固定机构相连接的柔性带和安装在所述柔性带上的多通道柔性换能装置。通过柔性的换能机构可以实现扭转角的改变，通过固定机构更好的固定在管道上。
作为优选，所述多通道柔性换能装置包括阵列分布在所述柔性带上的柔性换能器和封装在所述柔性换能器上的注塑外壳，所述多通道柔性换能装置还包括一段安装在所述注塑外壳内并与所述柔性换能器通信连接的接头。每个柔性换能器相互独立激发导波，形成多通道导波换能器。接头与注塑外壳注塑为一体，保证整个装置的密封。
作为优选，相邻的所述柔性换能器之间留有缝隙。柔性材料弯曲是产生形变拉伸，留缝隙防止柔性换能器过度挤压变形。
作为优选，在所述柔性带的两端设有通孔；在所述柔性带的两端还设有通槽。方便柔性带更好的与固定机构连接。
作为优选，所述固定机构包括紧固机构、与所述紧固机构相连接的万向机构和与所述万向机构相连的快拆机构，所述固定机构还包括连接所述换能机构和所述快拆机构的连接机构。更好的固定换能机构。
作为优选，所述紧固机构包括支架和贯穿所述支架用于固定所述支架的抱箍。抱箍的长度通过支架上和抱箍的卡扣结构实现可调和锁紧，防止拉紧后的松动。卡扣结构采用生活中的皮带调松紧的卡扣结构。
作为优选，所述万向机构包括固定在所述紧固机构上的连接螺栓和安装在所述连接螺栓上的两个固定螺母，所述万向机构还包括安装在所述连接螺栓上被所述固定螺母紧固的鱼眼接头。通过固定螺母固定好鱼眼接头，使得万向机构无法绕着连接螺栓转动，进行完全固定装配，由于万向机构受力较小且无剧烈震动，无需防松处理，固定螺母的螺纹无需反向。
作为优选，所述快拆机构包括与所述鱼眼接头螺纹连接的连接杆和与所述连接杆螺纹连接的关节轴承。快拆机构拆装方便，使用方便。
作为优选，所述连接机构包括与所述关节轴承连接的连接块，所述连接机构还包括贯穿所述连接块和所述换能机构的固定杆。
作为优选，所述连接杆上与所述鱼眼接头的连接螺纹和所述连接杆上与所述关节轴承的连接螺纹的方向相反。更好的锁紧。
作为优选，所述柔性换能器采用FPC电路板和可弯曲的带材实现导波的激励。柔性好，可以方便调节扭转角。
作为优选，在所述注塑外壳靠近所述带材的一端设有半圆形凸起。保证柔性换能器耦合在管道时的密封。
与现有技术相比，本发明提供的一种超声导波监测换能器的有益效果为：
通过柔性的换能机构可以实现扭转角的改变，通过固定机构更好的固定装置。每个柔性换能器相互独立激发导波，形成多通道导波换能器。接头与注塑外壳注塑为一体，保证整个装置的密封。柔性材料弯曲是产生形变拉伸，留缝隙防止柔性换能器过度挤压变形。方便柔性带更好的与固定机构连接。抱箍的长度通过支架上和抱箍的卡扣结构实现可调和锁紧，防止拉紧后的松动。卡扣结构采用生活中的皮带调松紧的卡扣结构。通过固定螺母固定好鱼眼接头，使得万向机构无法绕着连接螺栓转动，进行完全固定装配，由于万向机构受力较小且无剧烈震动，无需防松处理，固定螺母的螺纹无需反向。快拆机构拆装方便，使用方便。所述连接杆上与所述鱼眼接头的连接螺纹和所述连接杆上与所述关节轴承的连接螺纹的方向相反，更好的锁紧。柔性好，可以方便调节扭转角。保证柔性换能器耦合在管道时的密封。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例一种超声导波监测换能器安装在管道后的结构示意图。
图2是本发明实施例一种超声导波监测换能器C的结构示意图。
图3是本发明实施例一种超声导波监测换能器的换能机构的结构示意图。
图4是本发明实施例一种超声导波监测换能器的换能机构的的放大主视结构示意图。
图5是本发明实施例一种超声导波监测换能器的A-A的放大结构示意图。
图6是本发明实施例一种超声导波监测换能器的B的放大结构示意图。
图中：1、固定机构；11、紧固机构；111、支架；112、抱箍；12、万向机构；121、连接螺栓；122、固定螺母；123、鱼眼接头；13、快拆机构；131、连接杆；132、关节轴承；14、连接机构；141、连接块；142、固定杆；2、换能机构；21、柔性带；211、通孔；212、通槽；22、多通道柔性换能装置；221、柔性换能器；222、注塑外壳；223、接头；224、缝隙；225、FPC电路板；226、带材；227、半圆形凸起；3、管道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1和图3，本发明实施例提供一种超声导波监测换能器，包括固定机构1和安装在固定机构1上的换能机构2；换能机构2包括与固定机构1相连接的柔性带21和安装在柔性带21上的多通道柔性换能装置22。
具体地，换能机构2为柔性装置，通过柔性的换能机构2可以实现扭转角的改变，通过固定机构1更好的固定在管道3上。
参阅图1、图3、图4和图5，在一可选的实施例中，多通道柔性换能装置22包括阵列分布在柔性带21上的柔性换能器221和封装在柔性换能器221上的注塑外壳222，多通道柔性换能装置22还包括一段安装在注塑外壳222内并与柔性换能器221通信连接的接头223。
具体地，七个独立的柔性换能器221阵列安装在柔性带21上。柔性换能器221为磁致伸缩换能器。柔性换能器221通过螺栓固定在柔性带21上。每个柔性换能器221相互独立激发导波，形成多通道导波换能器。接头223与注塑外壳222注塑为一体，保证整个装置的密封。
参阅图6，在一可选的实施例中，相邻的柔性换能器221之间留有缝隙224。
具体地，柔性材料弯曲会产生形变拉伸，留缝隙224防止柔性换能器221过度挤压变形导致损坏。
参阅图2和图3，在一可选的实施例中，在柔性带21的两端设有通孔211；在柔性带21的两端还设有通槽212。
具体地，柔性带21为扁钢带，柔性带21的两端弯折成圆孔闭合形状形成通孔211。同时还设有通槽212。方便柔性带21更好的与固定机构1连接。
参阅图2，在一可选的实施例中，固定机构1包括紧固机构11、与紧固机构11相连接的万向机构12和与万向机构12相连的快拆机构13，固定机构1还包括连接换能机构2和快拆机构13的连接机构14。紧固机构11包括支架111和贯穿支架111用于固定支架111的抱箍112。万向机构12包括固定在紧固机构11上的连接螺栓121和安装在连接螺栓121上的两个固定螺母122，万向机构12还包括安装在连接螺栓121上被固定螺母122紧固的鱼眼接头123。快拆机构13包括与鱼眼接头123螺纹连接的连接杆131和与连接杆131螺纹连接的关节轴承132。连接机构14包括与关节轴承132连接的连接块141，连接机构14还包括贯穿连接块141和换能机构2的固定杆142。
具体地，一个紧固机构11包括两个抱箍112和支架111。支架111为槽钢支架。
参阅图2，在一可选的实施例中，连接杆131上与鱼眼接头123的连接螺纹和连接杆131上与关节轴承132的连接螺纹的方向相反。
具体地，连接杆131的两端均为外螺纹，且方向相反。连接杆131、鱼眼接头123和关节轴承132拉直后具有同一中心线。
参阅图5，在一可选的实施例中，柔性换能器221采用FPC电路板225和可弯曲的带材226实现导波的激励。
具体地，带材226通过耦合剂直接安装在管道3外壁上。柔性换能器221的柔性好，可以方便调节扭转角。
参阅图5，在一可选的实施例中，在注塑外壳222靠近带材226的一端设有半圆形凸起227。
具体地，保证柔性换能器221耦合在管道3时密封性也良好。
本发明的具体实施过程：根据待测螺旋焊管即管道3不同的螺旋角和直径，通过本发明的固定机构1，即根据计算确定两组抱箍112之间的相对轴向距离和周向距离，就可以实现多通道柔性换能装置22的安装。同时多通道柔性换能装置22实现多通道的不同时检测实现不同区域内缺陷的定位。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声导波监测换能器，包括固定机构（1）和安装在所述固定机构（1）上的换能机构（2）；其特征在于：所述换能机构（2）包括与所述固定机构（1）相连接的柔性带（21）和安装在所述柔性带（21）上的多通道柔性换能装置（22）。
2.如权利要求1所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：所述多通道柔性换能装置（22）包括阵列分布在所述柔性带（21）上的柔性换能器（221）和封装在所述柔性换能器（221）上的注塑外壳（222），所述多通道柔性换能装置（22）还包括一段安装在所述注塑外壳（222）内并与所述柔性换能器（221）通信连接的接头（223）。
3.如权利要求2所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：相邻的所述柔性换能器（221）之间留有缝隙（224）。
4.如权利要求1或2或3所述的超声导波监测换能器，其特征在于：在所述柔性带（21）的两端设有通孔（211）；在所述柔性带（21）的两端还设有通槽（212）。
5.如权利要求1或2或3所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：所述固定机构（1）包括紧固机构（11）、与所述紧固机构（11）相连接的万向机构（12）和与所述万向机构（12）相连的快拆机构（13），所述固定机构（1）还包括连接所述换能机构（2）和所述快拆机构（13）的连接机构（14）。
6.如权利要求5所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：所述紧固机构（11）包括支架（111）和贯穿所述支架（111）用于固定所述支架（111）的抱箍（112）。
7.如权利要求5所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：所述万向机构（12）包括固定在所述紧固机构（11）上的连接螺栓（121）和安装在所述连接螺栓（121）上的两个固定螺母（122），所述万向机构（12）还包括安装在所述连接螺栓（121）上被所述固定螺母（122）紧固的鱼眼接头（123）。
8.如权利要求7所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：所述快拆机构（13）包括与所述鱼眼接头（123）螺纹连接的连接杆（131）和与所述连接杆（131）螺纹连接的关节轴承（132）。
9.如权利要求8所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：所述连接机构（14）包括与所述关节轴承（132）连接的连接块（141），所述连接机构（14）还包括贯穿所述连接块（141）和所述换能机构（2）的固定杆（142）。
10.如权利要求8所述的一种超声导波监测换能器，其特征在于：所述连接杆（131）上与所述鱼眼接头（123）的连接螺纹和所述连接杆（131）上与所述关节轴承（132）的连接螺纹的方向相反。
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