CN111947849A - 一种基于导波检测的管道检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于导波检测的管道检测系统，包括上位机、控制总机、检测装置组和信号采集器，所述上位机分别与所述控制总机和信号采集器连接，在管道上至少设置一组所述检测装置组，所述检测装置组包括用于产生超声导波信号的第一检测装置和用于接收超声导波信号的第二检测装置，所述控制总机均连接第一检测装置和第二检测装置，所述信号采集器连接第二检测装置。本发明的优点在于，通过将该系统的检测装置组安装至管道上，取代了原管道检漏测试一系列复杂过程，且不引入气体介质，符合真空环境下对管道的检测要求，可大幅缩减因真空室破真空及还原真空度所需的时间，大幅度提升了检测效率和检测的安全性。

Description

一种基于导波检测的管道检测系统

技术领域

本发明涉及管道无损检测技术领域，具体为一种基于导波检测的管道检测系统。

背景技术

针对现阶段的大型真空装置(ITER、CFETR、空间环境地面模拟装置、纳米真空互联综合实验站等)往往需要使用各种复杂形状的气、液输运管道，这些管道都处在真空室内，在真空室内的管道的结构健康对真空系统的安全稳定运行有着重要影响。真空室内的管道一旦发生泄漏，会在瞬间造成真空室内的压力激增，对真空室内的元器件造成损坏，直接威胁真空装置的安全，因此对管道进行结构监测及在泄漏发生后进行快速定位漏点以进行补救具有重要意义。

一般的，管道所处环境受强磁场及热应力影响易产生裂纹，裂纹扩张形成贯穿性缺陷，进而造成泄漏危险。目前对管道的检测方法还是以泄漏检测为主，在漏损发生后进行补救的被动检测，依托机械臂及氦质谱检漏法对各疑似泄漏管道逐点检测，例如，中国专利发明公开号CN110595699A公开了一种管材氦质谱检漏装置，其中还公开了该质谱检漏装置具体检测方法，具体在步骤4中公开了对待测管道进行抽真空，以及步骤5中公开了对待测管道外部持续喷氮气来实现管道检漏测试，但是针对上述处于真空装置内的管道检漏测试则需要经历“停机—排除管道内部介质—热氮烘干管道—破真空室内真空—磁场退磁—安装检漏装置—管道内部抽真空—管道外部喷氦气—检漏完成和修复—真空室内抽真空—降温—开机”这一系列过程；很明显，上述过程引入了新的介质进行检漏测试，完整检测流程通常耗时数个月，检测周期长，应对突发泄漏检测能力弱，不仅导致检测效率低，还严重危害系统安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提高管道检测效率以及检测的安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于导波检测的管道检测系统，包括上位机、控制总机、检测装置组和信号采集器，所述上位机分别与所述控制总机和信号采集器连接，在管道上至少设置一组所述检测装置组，所述检测装置组包括用于产生超声导波信号的第一检测装置和用于接收超声导波信号的第二检测装置，所述控制总机均连接第一检测装置和第二检测装置，所述信号采集器连接第二检测装置。

所述上位机控制所述控制总机发出激励信号，并通过所述第一检测装置在管道上产生超声导波信号，所述第二检测装置用于接收管道上产生的超声导波信号并将信号反馈至信号采集器，所述信号采集器对获得的信号进行去噪、滤波处理，最后将处理后的信号反馈至上位机进行显示和保存。

根据上位机显示的查验结果获得管道上的缺陷位置，并且通过上位机的保存数据可构建检测数据库以提高对缺陷位置的定位精度及准确度；同时，通过将该系统的检测装置组提前安装至真空室内的管道上，取代了原管道检漏测试则需要经历“停机—排除管道内部介质—热氮烘干管道—破真空室内真空—磁场退磁—安装检漏装置—管道内部抽真空—管道外部喷氦气—检漏完成和修复—真空室内抽真空—降温—开机”这一系列过程，检测过程不引入气体介质，符合真空环境下对管道的检测要求，可大幅缩减因真空室破真空及还原真空度所需的时间，大幅度提升了检测效率和检测的安全性。

另外，通过该检测系统采用超声导波进行检测，不仅可以对管道上贯穿性漏孔进行检测，也可对非贯穿性裂纹进行检测，进而实现对管道结构健康的监测，可对疑似形成泄漏的部分进行标定，降低突发泄漏造成的危险，进一步提高检测的安全性。

优选地，所述第一检测装置和第二检测装置结构相同，均包括夹持环和检测探头，所述检测探头一端呈环状分布在所述夹持环内壁，另一端贴合在管道外壁上，所述检测探头均与所述控制总机电连接，所述第二检测装置上的检测探头还与所述信号采集器电连接。

通过控制总机将激励信号指令传递给第一检装置上检测探头，根据压电效应将电压转化为检测探头的振动，产生检测信号，信号由检测探头入射至管道，受管道的结构约束传导并产生带有有效信息的检测信号被第二检测装置上的检测探头接收，根据逆压电效应其将振动信号还原为电信号，并将电信号反馈至信号采集器，所述信号采集器对获得的信号进行去噪、滤波处理，最后将处理后的信号反馈至上位机进行显示和保存，根据上位机显示的查验结果获得管道上的缺陷位置；同时，通过检测探头呈环状阵列对称分布，可对非理想模态的超声导波进行抑制以提高对缺陷的检测精度。

优选地，所述夹持环内设置有与检测探头数量和位置对应的卡槽，所述卡槽内设置能够带动检测探头沿管道径向方向伸缩移动且与控制总机电连接的伸缩机构。

优选地，所述伸缩机构包括伸缩电机和伸缩推杆，所述伸缩电机卡设在所述卡槽内，所述伸缩电机的输出端连接伸缩推杆，所述伸缩推杆的另一端连接所述检测探头，所述伸缩电机均与所述控制总机电连接。

通过控制总机控制所述伸缩电机的伸缩驱动来适应不同尺寸管道的检测需求，并且由于在管道内是冷却介质，检测探头长期贴合在管道上容易造成损坏，影响其检测精度，则在不需要检漏测试时，可以通过伸缩电机收缩，使得检测探头不与所述管道贴合，减少对检测探头的损伤，提高后期检测精度。

优选地，所述夹持环由两个半圆形夹持部组成的环状结构。

优选地，所述夹持环侧面至少设置有一个能够带动夹持环在管道上移动的移动装置，所述移动装置至少包括三个移动机构，所述移动机构一端呈环状分布在所述夹持环侧面，另一端沿管道径向方向分布在管道外壁，所述移动机构均与控制总机电连接。

通过控制总机控制所述移动机构驱动，使得所述第一检测装置和第二检测装置均能够在管道上移动，进而使得该检测系统只需要一组检测装置组就可以实现对整个管道的检测，大大节约检测设备投入成本。

优选地，所述夹持环侧面均固定有盖板，所述移动机构环状均匀分布在所述盖板上。

优选地，所述移动机构包括固定杆、弹性压紧机构、固定座、舵机和滚轮，所述固定杆一端固定在所述夹持环侧面，另一端连接所述弹性压紧机构，所述弹性压紧机构的输出端朝管道径向方向设置，并连接所述固定座，所述固定座上固定有舵机和滚轮，所述舵机与所述控制总机电连接，所述舵机的输出端连接所述滚轮，驱动所述舵机能够带动所述滚轮在管道上滚动。

优选地，所述弹性压紧机构包括壳体、弹簧和移动杆，所述壳体靠近管道的一侧设有滑动孔，所述滑动孔内设有弹簧，所述弹簧一端固定在滑动孔底部，另一端连接能够在滑动孔内移动的移动杆，所述移动杆远离弹簧的一端连接所述固定座。

当管道的尺寸变化时，通过弹簧的伸缩作用，来带动固定座伸缩移动，进而带动固定座上滚轮的移动，进而使得在管道的尺寸变化时滚轮始终能够贴合在管道外壁上，适用性更强。

优选地，所述滚轮通过U形座固定在所述固定座上，所述舵机的输出端贯穿U形座侧面与所述滚轮连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过将该检测系统的检测装置组提前安装至真空室内的管道上，取代了原管道检漏测试则需要经历“停机—排除管道内部介质—热氮烘干管道—破真空室内真空—磁场退磁—安装检漏装置—管道内部抽真空—管道外部喷氦气—检漏完成和修复—真空室内抽真空—降温—开机”这一系列过程，检测过程不引入气体介质，符合真空环境下对管道的检测要求，可大幅缩减因真空室破真空及还原真空度所需的时间，大幅度提升了检测效率和检测的安全性。

另外，通过该检测系统采用超声导波进行检测，不仅可以对管道上贯穿性漏孔进行检测，也可对非贯穿性裂纹进行检测，进而实现对管道结构健康的监测，可对疑似形成泄漏的部分进行标定，降低突发泄漏造成的危险，进一步提高检测的安全性。

2、通过检测探头呈环状阵列对称分布，可对非理想模态的超声导波进行抑制以提高对缺陷的检测精度。

3、通过控制所述伸缩电机的伸缩驱动来适应不同尺寸管道的检测需求，并且由于在管道内是冷却介质，检测探头长期贴合在管道上容易造成损坏，影响其检测精度，则在不需要检漏测试时，可以通过伸缩电机收缩，使得检测探头不与所述管道贴合，减少对检测探头的损伤，提高后期检测精度。

4、通过控制所述移动机构驱动，使得所述第一检测装置和第二检测装置均能够在管道上移动，进而使得该检测系统只需要一组检测装置组就可以实现对整个管道的检测，大大节约检测设备投入成本，并且也提高了检测效率。

5、当管道的尺寸变化时，通过弹簧的伸缩作用，来带动固定座伸缩移动，进而带动固定座上滚轮的移动，进而使得在管道的尺寸变化时滚轮始终能够贴合在管道外壁上，适用性更强。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于导波检测的管道检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例检测装置组的结构示意图；

图3为本发明实施例第一检测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例夹持环的结构示意图；

图5为本发明实施例移动机构的结构示意图；

图6为本发明实施例弹性压紧机构的剖视图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1和图2，本实施例公开了一种基于导波检测的管道检测系统，包括上位机1、控制总机2、检测装置组和信号采集器3，所述上位机1分别与所述控制总机2和信号采集器3连接，在管道4上至少设置一组所述检测装置组，在本实施例中，设置一组检测装置组；所述检测装置组包括用于产生超声导波信号的第一检测装置5和用于接收超声导波信号的第二检测装置6，所述控制总机2均连接第一检测装置5和第二检测装置6，所述信号采集器3连接第二检测装置4。

所述上位机1控制所述控制总机2发出激励信号，并通过所述第一检测装置5在管道4上产生超声导波信号，所述第二检测装置6用于接收管道4上产生的超声导波信号并将信号反馈至信号采集器3，所述信号采集器3对获得的信号进行去噪、滤波处理，最后将处理后的信号反馈至上位机1进行显示和保存，根据上位机1显示的查验结果获得管道4上的缺陷位置，并且通过上位机1的保存数据可构建检测数据库以提高对缺陷位置的定位精度及准确度；同时，通过将该系统提前安装至真空室内的管道4上，取代了原管道检漏测试则需要经历“停机—排除管道内部介质—热氮烘干管道—破真空室内真空—磁场退磁—安装检漏装置—管道内部抽真空—管道外部喷氦气—检漏完成和修复—真空室内抽真空—降温—开机”这一系列过程，检测过程不引入气体介质，符合真空环境下对管道4的检测要求，可大幅缩减因真空室破真空及还原真空度所需的时间，大幅度提升了检测效率和检测的安全性。

另外还需说明的是，通过该检测系统采用超声导波进行检测，不仅可以对管道4上贯穿性漏孔进行检测，也可对非贯穿性裂纹进行检测，进而实现对管道4结构健康的监测，可对疑似形成泄漏的部分进行标定，降低突发泄漏造成的危险，进一步提高检测的安全性。

所述控制总机2包括大功率电源以及控制电路，大功率电源可对控制总机2以及检测装置组提供电源，控制电路通过接收上位机1信号后并将其转换为控制指令传递到检测装置组。

参阅图3和图4，所述第一检测装置5和第二检测装置6结构相同，均包括夹持环51、伸缩机构52、检测探头53以及移动装置，所述夹持环51由两个半圆形夹持部组成的环状结构，在两个半圆形夹持部端头连接的位置设有向外突出的耳部，用于半圆形夹持部之间的连接；所述夹持环51上以夹持环51中心为中心呈环状阵列对称分布的卡槽511，所述卡槽511的侧面开口端均朝夹持环51的中心设置，顶面开口端朝平行于夹持环51轴向方向设置，在本实施例中，所述卡槽511的数量为8个，所述卡槽511内设置有与控制总机2电连接的伸缩机构52，所述伸缩机构52的输出端朝管道径向方向设置且连接有能够贴合在管道4外壁的检测探头53，并能够带动检测探头53沿管道4径向方向伸缩移动，以适应不同尺寸管道4的检测需求，所述检测探头53均与所述控制总机2电连接，所述第二检测装置6上的检测探头53还与所述信号采集器3电连接；在本实施例中，所述检测探头53为压电晶片，通过控制总机2将激励信号指令传递给第一检装置5上检测探头53，根据压电效应将电压转化为检测探头53的振动，产生检测信号，信号由检测探头53入射至管道4，受管道4的结构约束传导并产生带有有效信息的检测信号被第二检测装置6上的检测探头53接收，根据逆压电效应其将振动信号还原为电信号，并将电信号反馈至信号采集器3，所述信号采集器3对获得的信号进行去噪、滤波处理，最后将处理后的信号反馈至上位机1进行显示和保存，根据上位机1显示的查验结果获得管道4上的缺陷位置；同时，通过检测探头53呈环状阵列对称分布，可对非理想模态的超声导波进行抑制以提高对缺陷的检测精度。

所述夹持环51垂直于管道4的两侧面均固定有盖板512，所述夹持环51侧面盖板512上至少设置有一个能够带动夹持环51在管道4上移动的移动装置，在本实施例中，所述夹持环51的两盖板512上均设有移动装置，所述移动装置至少包括三个移动机构54，所述移动机构54一端以夹持环51中心轴为中心呈环状阵列分布固定在所述盖板511上，另一端沿管道4径向方向分布在管道4的外壁，所述移动机构54均与控制总机2电连接，通过控制电机2控制移动机构的54的运作。

参阅图5，所述移动机构54包括固定杆541、弹性压紧机构542、固定座543、舵机544、U形座545和滚轮546，所述固定杆541一端能够拆卸式的固定在所述夹持环51侧面，可以为螺栓固定连接，这样可针对不同管道结构进行调整，只需更换和管道4尺寸相匹配的移动机构54，适用性更强；另一端连接所述弹性压紧机构542，所述弹性压紧机构542的输出端朝管道4径向方向设置，并连接所述固定座543，同时还能带动所述固定座543朝管道4径向方向伸缩移动，使得移动机构54能够适应不同尺寸的管道4，所述固定座543上固定有舵机544和U形座545，所述舵机544与所述控制总机2电连接，所述U形座545上固定有能够转动的滚轮546，所述舵机544的输出端贯穿U形座545侧面与所述滚轮546连接，通过控制总机2控制所述舵机544驱动，进而能够带动所述滚轮546在管道4上滚动，使得所述第一检测装置5和第二检测装置6均能够在管道4上移动，这里需要说明的是，一般的，一组检测装置组能够检测长度为1m左右，如果没有移动装置，则在管道上安装多组该检测装置组进行检测，保证管道4均能够被检测装置组检测，但这样使得检测设备投入成本较高，而通过移动机构54的设置，使得所述第一检测装置5和第二检测装置6均能够在管道4上移动，进而使得该检测系统只需要一组检测装置组就可以实现对整个管道4的检测，大大节约检测设备投入成本，并且也提高了检测效率。

具体的，该检测系统可单次对1m范围的管道4进行检测，最小可检测1mm当量通孔或1mm×4mm×0.5mm当量裂纹，定位精度5cm并按照实际要求可调。

进一步的，参阅图6，所述弹性压紧机构542包括壳体5421、弹簧5422和移动杆5423，所述壳体5421靠近管道4的一侧设有滑动孔54211，所述滑动孔54211内设有弹簧5422，所述弹簧5422一端固定在滑动孔54211底部，另一端连接能够在滑动孔54211内移动的移动杆5423，所述移动杆5423远离弹簧5422的一端连接所述固定座543，当管道4的尺寸变化时，通过弹簧5422的伸缩作用，来带动固定座543伸缩移动，进而带动固定座543上滚轮546的移动，进而使得在管道4的尺寸变化时滚轮546始终能够贴合在管道4外壁上，适用性更强。

再进一步的，再参阅图4，所述伸缩机构52包括伸缩电机521和伸缩推杆522，所述伸缩电机522卡设在所述卡槽511内，所述伸缩电机521均与所述控制总机2电连接，所述伸缩电机521的输出端连接伸缩推杆522，所述伸缩推杆522的另一端连接所述检测探头53，通过控制总机2控制所述伸缩电机521的伸缩驱动来适应不同尺寸管道4的检测需求，并且由于在管道4内是冷却介质，检测探头53长期贴合在管道4上容易造成损坏，影响其检测精度，则在不需要检漏测试时，可以通过伸缩电机521收缩，使得检测探头53不与所述管道4贴合，减少对检测探头53的损伤，提高后期检测精度，并且所述移动机构54可以对夹持环51进行固定，不影响第一检测装置5和第二检测装置6的稳定性。

本实施例的工作原理是：先将该系统的检测装置组提前安装至真空室内的管道4上，上位机1、控制总机2和信号采集器3安装在真空室外部，具体检测时，通过上位机1编辑检测导波的数字信号，并将该数字信号发送至控制总机2，控制总机2将激励信号指令传递给第一检装置5上检测探头53，根据压电效应将电压转化为检测探头53的振动，产生检测信号，信号由检测探头53入射至管道4，受管道4的结构约束传导并产生带有有效信息的检测信号被第二检测装置6上的检测探头53接收，根据逆压电效应其将振动信号还原为电信号，并将电信号反馈至信号采集器3，所述信号采集器3对获得的信号进行去噪、滤波处理，最后将处理后的信号反馈至上位机1进行显示和保存，根据上位机1显示的查验结果获得管道4上的缺陷位置，工作人员可快速根据缺陷位置的定位结果迅速对疑似泄露或产生裂纹的位置进行检查及维修；同时，通过检测探头53呈环状阵列对称分布，可对非理想模态的超声导波进行抑制以提高对缺陷的检测精度。

当该检测端检测完成后，通过控制总机2在控制所述舵机544驱动，进而能够带动所述滚轮546在管道4上滚动，使得所述第一检测装置5和第二检测装置6均能够在管道4上移动，使得所述第一检测装置5和第二检测装置6均能够在管道4上移动，进而使得该检测系统只需要一组检测装置组就可以实现对整个管道4的检测，大大节约检测设备投入成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：包括上位机、控制总机、检测装置组和信号采集器，所述上位机分别与所述控制总机和信号采集器连接，在管道上至少设置一组所述检测装置组，所述检测装置组包括用于产生超声导波信号的第一检测装置和用于接收超声导波信号的第二检测装置，所述控制总机均连接第一检测装置和第二检测装置，所述信号采集器连接第二检测装置；

所述上位机控制所述控制总机发出激励信号，并通过所述第一检测装置在管道上产生超声导波信号，所述第二检测装置用于接收管道上产生的超声导波信号并将信号反馈至信号采集器，所述信号采集器对获得的信号进行去噪、滤波处理，最后将处理后的信号反馈至上位机进行显示和保存。

2.根据权利要求1所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述第一检测装置和第二检测装置结构相同，均包括夹持环和检测探头，所述检测探头一端呈环状分布在所述夹持环内壁，另一端贴合在管道外壁上，所述检测探头均与所述控制总机电连接，所述第二检测装置上的检测探头还与所述信号采集器电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述夹持环内设置有与检测探头数量和位置对应的卡槽，所述卡槽内设置能够带动检测探头沿管道径向方向伸缩移动且与控制总机电连接的伸缩机构。

4.根据权利要求3所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述伸缩机构包括伸缩电机和伸缩推杆，所述伸缩电机卡设在所述卡槽内，所述伸缩电机的输出端连接伸缩推杆，所述伸缩推杆的另一端连接所述检测探头，所述伸缩电机均与所述控制总机电连接。

5.根据权利要求2所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述夹持环由两个半圆形夹持部组成的环状结构。

6.根据权利要求2所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述夹持环侧面至少设置有一个能够带动夹持环在管道上移动的移动装置，所述移动装置至少包括三个移动机构，所述移动机构一端呈环状分布在所述夹持环侧面，另一端沿管道径向方向分布在管道外壁，所述移动机构均与控制总机电连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述夹持环侧面均固定有盖板，所述移动机构环状均匀分布在所述盖板上。

8.根据权利要求7所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述移动机构包括固定杆、弹性压紧机构、固定座、舵机和滚轮，所述固定杆一端固定在所述夹持环侧面，另一端连接所述弹性压紧机构，所述弹性压紧机构的输出端朝管道径向方向设置，并连接所述固定座，所述固定座上固定有舵机和滚轮，所述舵机与所述控制总机电连接，所述舵机的输出端连接所述滚轮，驱动所述舵机能够带动所述滚轮在管道上滚动。

9.根据权利要求8所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述弹性压紧机构包括壳体、弹簧和移动杆，所述壳体靠近管道的一侧设有滑动孔，所述滑动孔内设有弹簧，所述弹簧一端固定在滑动孔底部，另一端连接能够在滑动孔内移动的移动杆，所述移动杆远离弹簧的一端连接所述固定座。

10.根据权利要求8所述的一种基于导波检测的管道检测系统，其特征在于：所述滚轮通过U形座固定在所述固定座上，所述舵机的输出端贯穿U形座侧面与所述滚轮连接。

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