CN110470207A - 一种探头装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种探头装置，本发明涉及管道测试领域，所述探头装置与管道测厚仪连接，管道测厚仪通过探头装置对待测管道的壁厚进行测量，探头装置包括：仿形磁力吸附结构(4)、自适应干耦合腔体(3)、压电传感器(2)以及干耦合剂套(6)；仿形磁力吸附结构(4)与压电传感器(2)连接，仿形磁力吸附结构(4)中空，形成自适应干耦合腔体(3)；干耦合剂套(6)套在压电传感器(2)的头部；自适应干耦合腔体(3)用于容纳压电传感器(2)；压电传感器(2)与管道测厚仪配合，用于对待测管道(1)的壁厚进行测量。本发明实施例的探头装置具有安装简便、易于更换、稳定可靠等优点。

Description

一种探头装置

技术领域

本发明涉及管道壁厚监测领域，特别是一种探头装置。

背景技术

近年来我国对油气资源的需求日益增长，目前油气场站关键设备服役环境复杂,运输管道压力变化大、规格样式多、结构复杂并担负着高温、高压、易燃、易爆和有毒介质的输送任务，随着使用时间的增长，其管壁因受流体冲刷、电化学腐蚀、化学腐蚀等作用，会逐步发生管壁减薄、腐蚀、裂纹等缺陷，尤其在弯头、三通、管径突变部位及相邻直管部位，腐蚀风险更高，严重时易发生泄漏，一旦发生泄漏或爆炸，有可能导致灾难性的事故。

根据相关法律法规和标准规范的相关求，必须对油气场站工业管道进行定期检验，而作为使用最广泛、经济的压电超声检测，目前基本上仍是人工手动巡检油气场站的管道关键部位。囿于湿耦合和安装方式，传统的人工压电超声检测成本高、效率低、不准确、不及时、无法进行大数据综合利用，且在工况恶劣的条件下无法保证检测人员的安全。

而在线监测可以很好的改善上述情况，在线监测一个十分重要的部分就是数据采集部分，也便是探头的定位和安装。但目前探头的定位和安装所需的设备和过程比较复杂，且很大程度上受限于周围环境的限制，使得用于在线监测的探头适用范围比较狭小。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种探头装置，解决了上述问题。

本发明实施例提供了一种探头装置，所述探头装置与管道测厚仪连接，所述管道测厚仪通过所述探头装置对待测管道的壁厚进行测量，所述探头装置包括：仿形磁力吸附结构、自适应干耦合腔体、压电传感器以及干耦合剂套；

所述仿形磁力吸附结构与所述压电传感器连接，所述仿形磁力吸附结构中空，形成所述自适应干耦合腔体；

所述仿形磁力吸附结构与待测管道配合形成磁回路，用于满足所述仿形磁力吸附结构对所述待测管道的磁吸强度要求，所述仿形磁力吸附结构还用于控制所述干耦合剂套与所述待测管道之间的挤压力，进而调整所述管道测厚仪的波形；

所述干耦合剂套套在所述压电传感器的头部；

所述自适应干耦合腔体用于容纳所述压电传感器；

所述压电传感器与所述管道测厚仪配合，用于对所述待测管道的壁厚进行测量。

可选地，所述探头装置通过挤压所述干耦合剂套，排除所述干耦合剂套与所述待测管道之间的空气，以实现超声耦合。

可选地，所述干耦合剂套的材料采用硅胶材质的材料。

可选地，所述仿形磁力吸附结构包括：管径仿形头、磁铁、下壳体以及上壳体；

所述管径仿形头与所述待测管道和所述下壳体分别连接；

所述下壳体开设有：磁铁腔、磁铁槽以及导向腔，所述磁铁腔用于容纳所述磁铁，所述磁铁槽用于嵌入所述管径仿形头的一端，所述管径仿形头的另一端与所述待测管道相接触，所述导向腔用于导向所述压电传感器的头部穿过所述下壳体；

所述下壳体与所述上壳体相盖合，形成所述自适应干耦合腔体。

可选地，所述磁铁包括：两块磁铁，所述两块磁铁以相反磁极的方向放入所述磁铁腔，所述探头装置通过两块磁极对调的磁铁、所述上壳体、所述管径仿形头以及所述待测管道形成磁力回路。

可选地，所述管径仿形头、所述下壳体、所述磁铁以及所述上壳体上分别开设有位置对应、大小相等的螺栓孔，所述探头装置通过所述螺栓孔和螺栓进行连接。

可选地，所述压电传感器的尾部上设置有塔形弹簧，所述探头装置通过调节所述塔形弹簧进行压缩或者放松，改变所述干耦合剂套和所述待测管道之间的挤压力。

可选地，所述上壳体开设有：钢带槽、螺纹孔、圆形腔体；

所述钢带槽用于固定钢带，以通过所述钢带将所述探头装置捆扎固定于所述待测管道上；

所述螺纹孔用于旋入微调顶丝，所述微调顶丝用于与塔形弹簧配合，改变所述干耦合剂套和所述待测管道之间的挤压力，进而调整所述管道测厚仪的波形；

所述圆形腔体内置有导向滑块，所述导向滑块用于根据所述微调顶丝的螺旋进入或者退出，产生上下的位移，进而对所述塔形弹簧进行压缩或者放松。

可选地，所述管径仿形头与所述上壳体均为铁磁性材料，所述下壳体为非铁磁性材料。

可选地，所述管径仿形头的尺寸是根据所述待测管道管径尺寸确定的。

本发明提供的一种探头装置，利用仿形磁力吸附结构与待测管道配合形成磁回路，使得所述仿形磁力吸附结构可以方便的吸附于待测管道上，同时采用干耦合剂套套在压电传感器的头部，利用仿形磁力吸附结构中上壳体包括的微调顶丝与塔形弹簧配合来控制干耦合剂套与待测管道之间的挤压力，进而调整管道测厚仪的波形，其不但实现了在线监测的功能，并且使用干耦合的方式，没有传统湿耦合的弊端，整个探头装置的安装方式极其简便。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明探头装置与待测管道的整体示意图；

图2是本发明探头装置的示意图；

图3是本发明探头装置与待测管道的磁力回路示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

发明人发现近年来随着油气场站安全性要求的不断提高，传统的人工式压电超声检测管道壁厚已被逐渐淘汰，目前在线监测方式检测管道壁厚被广泛的使用。

但发明人经过长期实地研究发现，目前在线监测在具体使用过程中，尤其是在线监测设备中探头装置的定位和安装还存在较多问题，具体体现在：

(1)采用湿耦合方式定位和安装探头装置，需要额外的喷水装置。从而导致整个在线监测设备安装复杂，并且会导致油气场站现场环境潮湿。

(2)采用硬耦合方式定位和安装探头装置，需要在油气场站现场动火进行焊接，而油气场站生产作业时严禁烟火。

(3)采用硬耦合方式定位和安装探头装置，还需要打磨管道，这样会破坏管道防腐外涂层，带来额外的外部腐蚀问题。

(4)目前探头装置安装仍不够简便，无法随时更换位置，需要借助外部设备进行破拆。

针对上述问题，发明人进过潜心研究，大量实验测试，结合油气场站的运行环境和安全性要求，大胆的，创造性的结合了管道特性、铁磁性材料以及硅胶材料的特性，提出了本发明的探头装置，解决了上述问题，以下对本发明的方案进行详细解释和说明。

参照图1，示出了本发明实施例探头装置与待测管道的整体示意图，如图中所示，探头装置包括：仿形磁力吸附结构4、自适应干耦合腔体3、压电传感器2。该探头装置通过压电传感器2上的连接线(图中未示出)与管道测厚仪(图中未示出)连接，管道测厚仪通过该探头装置对待测管道1的壁厚进行测量。该探头装置包括：仿形磁力吸附结构4、自适应干耦合腔体3和压电传感器2。

参照图2，示出了本发明探头装置的示意图，图中各部件分别为：

压电传感器2、管径仿形头5、干耦合剂套6、下壳体7、磁铁8、塔形弹簧9、导向滑块10、上壳体11、微调顶丝12，其中，仿形磁力吸附结构4具体包括：管径仿形头5、磁铁8、下壳体7以及上壳体11。

下壳体7上开设有：磁铁腔、磁铁槽以及导向腔，其中，磁铁腔用于容纳磁铁8，本发明实施例采用的磁铁8包括：两块磁铁，这两块磁铁以相反磁极的方向放入磁铁腔；磁铁槽用于嵌入管径仿形头5的一端，而管径仿形头5的另一端与待测管道1相接触；导向腔用于导向压电传感器2的头部穿过下壳体7，穿过下壳体7的压电传感器2的头部上套有干耦合剂套6。

上壳体11开设有：钢带槽、螺纹孔、圆形腔体，其中，螺纹孔用于旋入微调顶丝12；圆形腔体内置有导向滑块10，该导向滑块10用于根据微调顶丝12的螺旋进入或者退出，产生上下的位移，进而对塔形弹簧9进行压缩或者放松；塔形弹簧9的另一端设置在压电传感器2的尾部上，当塔形弹簧9压缩或者放松时，就会改变干耦合剂套6和待测管道1之间的挤压力，进而可以调整管道测厚仪的波形；钢带槽用于固定钢带，参照图3所示，探头装置通过钢带13捆扎固定于待测管道1上，之所以还设计有该钢带槽，是因为在油气场站现场的待测管道有各种情况，探头装置所产生的磁吸附力可能不足以使得探头装置很好的固定于待测管道，从而使得管道测厚仪得到精确的波形，此时，可以采用钢带13更好的固定探头装置。

本发明实施例的探头装置的管径仿形头5与上壳体11均为铁磁性材料，下壳体7为非铁磁性材料，探头装置通过两块磁极对调的磁铁、上壳体11、管径仿形头5以及待测管道1形成磁力回路，该磁力回路如图3中所示，该磁回路被约束在磁导率高的铁磁性材料中，增加了磁铁对待测管道的磁化效果，保证了探头装置足够的磁吸强度。而管径仿形头5的尺寸是可以根据待测管道1管径尺寸来确定的，即，本发明实施例的探头装置完全可以满足油气场站现场所有的管道。

本发明实施例的探头装置中，管径仿形头5、下壳体7、磁铁8以及上壳体11上分别开设有位置对应、大小相等的螺栓孔，探头装置通过螺栓孔和螺栓进行连接，当下壳体7与上壳体11相盖合后，形成自适应干耦合腔体3，该自适应干耦合腔体3可以容纳压电传感器2放置其中。

综上所述，本发明实施例的探头装置的安装过程为：

首先根据不同的待测管道的管径选择合适尺寸的管径仿形头5，管径仿形头5为两个对称铁磁性材料制成的，每个铁磁性材料有两个螺栓孔供螺栓进行连接。

之后，将磁铁8的两个磁铁按照磁极相反的方向，放入下壳体7上方的磁铁腔中，再将压电传感器2放入下壳体7的导向腔内，接着将塔形弹簧9放置于压电传感器2上方。

完成后，将导向滑块10置入上壳体11下部的圆形腔体内，接着将微调顶丝12旋入上壳体11顶部的螺纹孔内，然后将上壳体11与下壳体7相盖合。

接着将管径仿形头5嵌入下壳体7下方的磁铁槽中，再将四颗螺栓按照开设好的螺栓孔旋入，将整个探头装置连接固定。

最后，将干耦合剂套6套上压电传感器2的头部，就完成了一种用于在线监测的磁吸式干耦合压电传感器(即探头装置)安装的装配。

装配完后将探头装置的干耦合剂套6对准待检测的管道位置，然后垂直按压上去，装置将自动吸附在待测管道的管壁上面，此时将压电传感器2连接管道测厚仪，最后，调节微调顶丝12，以控制塔形弹簧9进行压缩或者放松，塔形弹簧9可以控制压电传感器2向待测管道1挤压，压电传感器2通过硅胶材质的干耦合剂套6让压电传感器2和待测管道1进行挤压耦合，实现空气的排除，以实现超声耦合，通过对微调顶丝12的调节，直到管道测厚仪上的波形出现最佳幅值。另外，本发明实施例中的硅胶材质的干耦合剂套6厚度薄，再加上硅胶材质本身硬度较低，使得压电超声波的衰减极小，基本可以忽略，不会影响到管道测厚仪对待测管道的壁厚的测量。

同时，在油气场站的工作现场，视现场实际的工况，若外界干扰探头装置吸附待测管道1的因素较多，可用钢带13通过上壳体11顶部的钢带槽将探头装置牢靠地固定在待测管道上。

通过上述实施例，本发明提供的一种探头装置，通过铁磁性管径仿形头、铁磁性上壳体、配合待测管道将磁回路约束在磁导率高的材料中，增加了磁铁对钢管的磁化效果，达到保证足够磁吸强度的目的。上壳体上设计出微调顶丝结构方便对耦合效果进行微调，同时上壳体设计出捆绑凹槽方便钢带进行捆扎。为了克服压电超声耦合问题，满足长年累月服役的要求，本发明实施例的探头装置抛弃传统湿耦合剂耦合的方式，通过薄的硅胶干耦合剂套让压电传感器和待测管道进行挤压耦合，实现空气的排除，无需打磨管道外壁。本装置具有安装简便、易于更换、稳定可靠等优点，因而尤其适用于需要多管道长期在线监测管道壁厚的油气管道。

以上对本发明所提供的一种探头装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种探头装置，其特征在于，所述探头装置与管道测厚仪连接，所述管道测厚仪通过所述探头装置对待测管道的壁厚进行测量，所述探头装置包括：仿形磁力吸附结构(4)、自适应干耦合腔体(3)、压电传感器(2)以及干耦合剂套(6)；

所述仿形磁力吸附结构(4)与所述压电传感器(2)连接，所述仿形磁力吸附结构(4)中空，形成所述自适应干耦合腔体(3)；

所述仿形磁力吸附结构(4)与待测管道(1)配合形成磁回路，用于满足所述仿形磁力吸附结构(4)对所述待测管道(1)的磁吸强度要求，所述仿形磁力吸附结构(4)还用于控制所述干耦合剂套(6)与所述待测管道(1)之间的挤压力，进而调整所述管道测厚仪的波形；

所述干耦合剂套(6)套在所述压电传感器(2)的头部；

所述自适应干耦合腔体(3)用于容纳所述压电传感器(2)；

所述压电传感器(2)与所述管道测厚仪配合，用于对所述待测管道(1)的壁厚进行测量。

2.根据权利要求1所述的探头装置，其特征在于，所述探头装置通过挤压所述干耦合剂套(6)，排除所述干耦合剂套(6)与所述待测管道(1)之间的空气，以实现超声耦合。

3.根据权利要求2所述的探头装置，其特征在于，所述干耦合剂套(6)的材料采用硅胶材质的材料。

4.根据权利要求1所述的探头装置，其特征在于，所述仿形磁力吸附结构(4)包括：管径仿形头(5)、磁铁(8)、下壳体(7)以及上壳体(11)；

所述管径仿形头(5)与所述待测管道(1)和所述下壳体(7)分别连接；

所述下壳体(7)开设有：磁铁腔、磁铁槽以及导向腔，所述磁铁腔用于容纳所述磁铁(8)，所述磁铁槽用于嵌入所述管径仿形头(5)的一端，所述管径仿形头(5)的另一端与所述待测管道(1)相接触，所述导向腔用于导向所述压电传感器(2)的头部穿过所述下壳体(7)；

所述下壳体(7)与所述上壳体(11)相盖合，形成所述自适应干耦合腔体(3)。

5.根据权利要求4所述的探头装置，其特征在于，所述磁铁(8)包括：两块磁铁，所述两块磁铁以相反磁极的方向放入所述磁铁腔，所述探头装置通过两块磁极对调的磁铁、所述上壳体(11)、所述管径仿形头(5)以及所述待测管道(1)形成磁力回路。

6.根据权利要求4所述的探头装置，其特征在于，所述管径仿形头(5)、所述下壳体(7)、所述磁铁(8)以及所述上壳体(11)上分别开设有位置对应、大小相等的螺栓孔，所述探头装置通过所述螺栓孔和螺栓进行连接。

7.根据权利要求4所述的探头装置，其特征在于，所述压电传感器(2)的尾部上设置有塔形弹簧(9)，所述探头装置通过调节所述塔形弹簧(9)进行压缩或者放松，改变所述干耦合剂套(6)和所述待测管道(1)之间的挤压力。

8.根据权利要求7所述的探头装置，其特征在于，所述上壳体(11)开设有：钢带槽、螺纹孔、圆形腔体；

所述钢带槽用于固定钢带，以通过所述钢带将所述探头装置捆扎固定于所述待测管道(1)上；

所述螺纹孔用于旋入微调顶丝(12)，所述微调顶丝(12)用于与塔形弹簧(9)配合，改变所述干耦合剂套(6)和所述待测管道(1)之间的挤压力，进而调整所述管道测厚仪的波形；

所述圆形腔体内置有导向滑块(10)，所述导向滑块(10)用于根据所述微调顶丝(12)的螺旋进入或者退出，产生上下的位移，进而对所述塔形弹簧(9)进行压缩或者放松。

9.根据权利要求4所述的探头装置，其特征在于，所述管径仿形头(5)与所述上壳体(11)均为铁磁性材料，所述下壳体(7)为非铁磁性材料。

10.根据权利要求4所述的探头装置，其特征在于，所述管径仿形头(5)的尺寸是根据所述待测管道(1)管径尺寸确定的。