CN117167674A - 一种用于复杂曲面的二维阵面柔性腐蚀监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于复杂曲面的二维阵面柔性腐蚀监测装置，其包括二维阵面柔性探头、待测管道、壳体、柔性压力传感器以及若干顶针，所述壳体采用两片仿生壳体合拢组成，所述二维阵面柔性探头包覆待测管道表面，所述柔性压力传感器包覆于二维阵面柔性探头外侧；所述顶针设置于仿生壳体表面，所述顶针末端抵接柔性压力传感器，通过调节顶针的顶出长度控制二维阵面柔性探头与待测管道的压力；该装置通过采用仿形外壳配合顶针作为二维阵面柔性探头中压电晶片的预紧装置给压电晶片精准施加预紧力，并针对不同顶针施加扭矩，使得二维阵面柔性探头对待测管道表面的压力保持一致，进而提高超声探测过程中探测精度。
Description
技术领域
本发明属于管道腐蚀在线监测技术领域，涉及一种用于复杂曲面的二维阵面柔性腐蚀监测装置。
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、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。根据油气管道的相关作业要求，必须对油气场站工业管道进行定期检验。然而，传统超声监测方案基本是在管道容易出现腐蚀处固定安装一个或多个探头定期进行检测，但这种方式存在很大的局限性。由于探头尺寸较大，仅能布置有限数量探头，不能实现全覆盖高精度监测，尤其是无法实现复杂曲面如弯头、管径突变部位及相邻直管部位的高精度腐蚀在线监测，从而形成安全隐患。
专利文献CN114263856A公开了一种基于二维柔性面阵压电超声的腐蚀监测系统和方法，涉及石油天然气、船舶管道腐蚀监测技术领域，系统包括压电超声传感单元、监测终端和控制计算中心；压电超声传感单元采用二维柔性面阵压电超声传感器，传感器包括柔性薄膜材料和压电换能元件，压电换能元件直接嵌入在柔性薄膜材料上，薄膜材料作为压电换能元件的耦合剂；压电超声传感器通过自适应柔性气囊预紧结构压紧，气囊通过扎带方式固定，一侧有充气孔，在传感器固定后，向气囊内施加一定的气体或液体，以保障干耦合模型界面施加载荷的要求；该专利中柔性阵列探头与管道表面直接耦合，且采用预紧结构，气囊与管道贴合紧密，得到信噪比非常高的信号，但该系统中由于向气囊内施加流体填充，通过气囊贴合管道，该结构适用于直线管道，而针对复杂曲面或者弧形管道，则无法针对性压紧柔性阵列探头，对探测结果影响加大，不能准确测得管道状态。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种用于复杂曲面的二维阵面柔性腐蚀监测装置，该装置中旨在克服现有超声监测技术中由于探头尺寸较大、布置数量有限、不能实现复杂曲面全覆盖的技术问题。
本发明公开一种用于复杂曲面的二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征在于，包括二维阵面柔性探头、待测管道、壳体、柔性压力传感器以及若干顶针，所述壳体采用两片仿生壳体合拢组成，所述二维阵面柔性探头包覆待测管道表面，所述柔性压力传感器包覆于二维阵面柔性探头外侧；所述顶针设置于仿生壳体表面，所述顶针末端抵接柔性压力传感器，通过调节顶针的顶出长度控制二维阵面柔性探头与待测管道的压力。
进一步的，所述二维阵面柔性探头与待测管道之间填充有耦合剂。
进一步的，所述耦合剂采用柔性干耦合剂薄膜，通过柔性干耦合剂薄膜的形变填充二维阵面柔性探头与待测管道的配合间隙。
进一步的，还包括测压器，所述测压器与柔性压力传感器电连接，所述测压器用于检测所述顶针施加的压紧力。
进一步的，所述柔性压力传感器包括柔性外层底膜以及若干压电晶片，所述压电晶片嵌合于柔性外层底膜内，所述压电晶片分布密度为1个/mm2。
进一步的，所述二维阵面柔性探头包括柔性底膜以及若干压电换能元件，所述压电换能元件贴附于柔性底膜表面，所述压电换能元件贴附密度为1个/mm2。
进一步的，所述柔性压力传感器设有第一连接线，所述第一连接线一端电连接测压器，所述第一连接线另一端分别电连接所述压电晶片。
进一步的，所述二维阵面柔性探头设有第二连接线，所述第二连接线一端电连接压电换能元件，另一端连接有超声监测终端。
进一步的，所述仿生壳体表面设有若干螺纹孔，所述螺纹孔用于顶针旋入连接；所述仿生壳体边缘设有连接通孔，通过螺栓贯穿连接通孔将两片仿生壳体合拢拧紧。
进一步的，当所述顶针末端抵接柔性压力传感器时，所述顶针的长度方向的延长线经过待测管道的轴线，且所述顶针长度方向与待测管道的轴线始终保持垂直。
1)本发明通过采用柔性干耦合薄膜作为超声探头的干耦合剂，使得压电超声波的衰减较小，不会影响到二维阵面柔性探头对管道的检测效果；且由于柔性干耦合薄膜的材质柔软，通过对其表面上部的探头施加预紧力，可使柔性干耦合薄膜发生形变以部分填充管道表面的粗糙处，降低了超声探测对待测管道的表面粗糙度要求，并且连接更为紧密。
2)本发明的通过采用仿形外壳配合顶针作为二维阵面柔性探头中压电晶片的预紧装置，通过使用力矩扳手对各个顶针精准施加扭矩，进而给压电晶片精准施加预紧力，同时结合外接的测压器读取到的压力传感器的返回数据，通过压力数据对不同顶针施加扭矩，使得二维阵面柔性探头对待测管道表面的压力保持一致，进而提高超声探测过程中探测精度，且该装置安装操作简单，效果长期稳定。
附图说明
图1为本实施例中二维阵面柔性腐蚀监测装置的整体结构示意图；
图2为本实施例中二维阵面柔性腐蚀监测装置的内部安装示意图；
图3为本实施例中壳体与顶针的安装结构示意图；
图4为本实施例中二维阵面柔性腐蚀监测装置的内部结构爆炸示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
结合图1-4所示，本实施例具体公开有一种用于复杂曲面的二维阵面柔性腐蚀监测装置，其包括二维阵面柔性探头3、待测管道1、壳体6、柔性压力传感器5以及若干顶针7，所述壳体6采用两片仿生壳体合拢组成，该仿生壳体与待测管道1的表面形状适配，所述二维阵面柔性探头3包覆待测管道1表面，其中所述二维阵面柔性探头3与待测管道1之间填充有耦合剂，本实施例中所述耦合剂采用柔性干耦合剂薄膜2，通过柔性干耦合剂薄膜2的形变填充二维阵面柔性探头3与待测管道1的配合间隙，通过柔性薄膜的形变实现二维阵面柔性探头3与待测平面的良好耦合。本实施例中采用柔性干耦合剂薄膜2的目的是一方面作为介质传导超声信号，使检查图像更清晰，另一方面也便于拆卸且可重复利用。
如图2所示，所述柔性压力传感器5包覆于二维阵面柔性探头3外侧；所述顶针7设置于仿生壳体表面，所述顶针7末端抵接柔性压力传感器5，通过调节顶针7的顶出长度控制二维阵面柔性探头3与待测管道1的压力。通过调节不同顶针7的伸出长度，每个顶针7可对二维阵面柔性探头3施加单独压力，通过顶针7施加压紧力保持二维阵面柔性探头3紧贴待测管道1表面，同时在顶针7与二维阵面柔性探头3设置的柔性压力传感器5可实时监测二维阵面柔性探头3的压紧力，其目的是为了避免二维阵面柔性探头3与待测管道1之间压力不同，导致二维阵面柔性探头3不同位置探测精度不一致。
同时该装置中还包括测压器和超声监测终端，所述测压器与柔性压力传感器5电连接，所述测压器用于检测所述顶针7施加的压紧力，所述超声监测终端用于接收二维阵面柔性探头3发送的超声数据。
所述柔性压力传感器5包括柔性外层底膜以及若干压电晶片，所述压电晶片嵌合于柔性外层底膜内，其中所述压电晶片最佳分布密度为1个/mm2；所述柔性压力传感器5设有第一连接线8，所述第一连接线8一端电连接测压器，所述第一连接线8另一端分别电连接所述压电晶片。
所述二维阵面柔性探头3包括柔性底膜以及若干压电换能元件，所述压电换能元件贴附于柔性底膜表面，所述压电换能元件贴附密度为1个/mm2；所述二维阵面柔性探头3设有第二连接线9，所述第二连接线9一端电连接压电换能元件，另一端连接有超声监测终端。更近一步的，为避免二维阵面柔性探头3直接与柔性压力传感器5硬接触，本实施例中在二维阵面柔性探头3与柔性压力传感器5还设有一层探头保护层4，在实际生产过程中则可将探头保护层4与二维阵面柔性探头3一体制造。
如图3所示，本实施例中所述仿生壳体表面设有若干螺纹孔，所述螺纹孔用于顶针7旋入连接；在使用过程中使用合适的力矩扳手可旋拧仿生壳体的顶针7以达到均匀施加预紧压力的目的。
所述仿生壳体边缘设有连接通孔61，通过螺栓贯穿连接通孔61将两片仿生壳体合拢拧紧；在使用时，可首先将柔性干耦合剂薄膜2、二维阵面柔性探头3、柔性压力传感器5有内向外依次包覆待测管道1，然后将实现旋拧好顶针7的仿生壳体合拢至待测管道1外侧，并利用连接螺栓固定，即可完成安装。进一步的，当所述顶针7末端抵接柔性压力传感器5时，所述顶针7的长度方向的延长线经过待测管道1的轴线，且所述顶针7长度方向与待测管道1的轴线始终保持垂直，通过保持顶针7垂直抵接管道表面，可使顶针7稳定压紧柔性压力传感器5，避免顶针7偏斜造成压紧力过大或过小，使得探测数据不精确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于复杂曲面的二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征在于，包括二维阵面柔性探头、待测管道、壳体、柔性压力传感器以及若干顶针，所述壳体采用两片仿生壳体合拢组成，所述二维阵面柔性探头包覆待测管道表面，所述柔性压力传感器包覆于二维阵面柔性探头外侧；所述顶针设置于仿生壳体表面，所述顶针末端抵接柔性压力传感器，通过调节顶针的顶出长度控制二维阵面柔性探头与待测管道的压力。
2.根据权利要求1所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：所述二维阵面柔性探头与待测管道之间填充有耦合剂。
3.根据权利要求1所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：所述耦合剂采用柔性干耦合剂薄膜，通过柔性干耦合剂薄膜的形变填充二维阵面柔性探头与待测管道的配合间隙。
4.根据权利要求1所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：还包括测压器，所述测压器与柔性压力传感器电连接，所述测压器用于检测所述顶针施加的压紧力。
5.根据权利要求4所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：所述柔性压力传感器包括柔性外层底膜以及若干压电晶片，所述压电晶片嵌合于柔性外层底膜内，所述压电晶片分布密度为1个/mm2。
6.根据权利要求1所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：所述二维阵面柔性探头包括柔性底膜以及若干压电换能元件，所述压电换能元件贴附于柔性底膜表面，所述压电换能元件贴附密度为1个/mm2。
7.根据权利要求5所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：所述柔性压力传感器设有第一连接线，所述第一连接线一端电连接测压器，所述第一连接线另一端分别电连接所述压电晶片。
8.根据权利要求6所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：所述二维阵面柔性探头设有第二连接线，所述第二连接线一端电连接压电换能元件，另一端连接有超声监测终端。
9.根据权利要求1所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：所述仿生壳体表面设有若干螺纹孔，所述螺纹孔用于顶针旋入连接；所述仿生壳体边缘设有连接通孔，通过螺栓贯穿连接通孔将两片仿生壳体合拢拧紧。
10.根据权利要求1所述二维阵面柔性腐蚀监测装置，其特征为：当所述顶针末端抵接柔性压力传感器时，所述顶针的长度方向的延长线经过待测管道的轴线，且所述顶针长度方向与待测管道的轴线始终保持垂直。
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