CN117890472A - 高温管道在线快速检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种高温管道在线快速检测装置及检测方法，涉及管道无损检测技术领域，其能够在一次扫查过程中即可实现测厚、内部缺陷检测和表面裂纹检测，并有效提高检测效率。所述高温管道在线快速检测装置中，激光超声发射单元的Nd:YAG激光器发射脉冲激光束，通过透镜汇聚并通过光纤传输，光纤尾端的激光头发出的激光束照射到激光反射镜；激光反射镜用于调整激光束的入射角度及纵波、横波和表面波各自的能量占比；多个电磁超声探头用于在非接触的情况下分别接收不同形式的超声波，将超声波信号转化为电压信号，经过信号放大系统放大，数据采集系统将放大后的电压信号采集到上位机系统，结果显示系统显示采集到的超声波信号，反馈缺陷状态信息。

Description

高温管道在线快速检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及管道无损检测技术领域，尤其涉及一种高温管道在线快速检测装置及检测方法。

背景技术

高温压力管道在石油化工、能源冶金、市政工程等领域应用十分广泛，主要用于输送各种介质，如液体、气体、蒸汽和固体颗粒等。由于使用环境的特殊性，高温管道在长期工作过程中，容易出现高温蠕变、氧化腐蚀、热疲劳、石墨化、氢损伤等类型的损伤，进而导致壁厚减薄、埋藏裂纹和表面裂纹、腐蚀孔洞等多种类型的缺陷。由于高温压力管道内部压力较高，一旦发生泄漏事故，后果可能非常严重。

对于高温管道缺陷的检测，主要依赖于设备停产后，管道温度降低到常温状态时，采用超声、射线、磁粉等常规检测手段。由于企业生产和设备运行的连续性，频繁停机会造成较大的损失。因此，研发出能够在设备不停机，管道处于高温状态时，在线进行无损检测的设备和方法，对于保证高温管道的安全运行具有重要意义。

现有的电磁超声检测设备，能够在管道处于高温状态下进行管道壁厚检测，如河南德朗智能科技有限公司生产的DEU300电磁超声测厚仪。但该类设备仅能进行管道壁厚检测，检测功能相对单一。同时，该类设备仅能够逐点进行壁厚测量，检测效率低，劳动强度大，对于使用长度通常达到数公里的高温管道，无法做到全面覆盖。

针对上述不足，本申请发明人提出了一种高温管道在线快速检测装置及检测方法，采用激光超声和电磁超声相结合的方式，采用非接触的检测方法，借助专用检测扫查架实现高温管道大面积的快速检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温管道在线快速检测装置及检测方法，其能够在一次扫查过程中即可实现测厚、内部缺陷检测和表面裂纹检测，并有效提高检测效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温管道在线快速检测装置，包括：激光超声发射单元，所述激光超声发射单元包括：Nd:YAG激光器、透镜、光纤和激光反射镜；所述Nd:YAG激光器用于发射脉冲激光束，脉冲激光束通过所述透镜汇聚，并通过所述光纤传输，且所述光纤的尾端具有激光头，所述激光头发出的激光束照射到所述激光反射镜；所述激光反射镜的夹角可调，用于调整激光束的入射角度，进而调整纵波、横波和表面波各自的能量占比；

多个电磁超声探头，多个所述电磁超声探头用于在非接触的情况下分别接收不同形式的超声波；所述电磁超声探头用于将超声波信号转化为电压信号，且电压信号经过信号放大系统放大；所述信号放大系统连接有数据采集系统，所述数据采集系统连接有结果显示系统；所述数据采集系统用于将放大后的电压信号采集到上位机系统，所述结果显示系统用于显示采集到的超声波信号，并反馈缺陷状态信息；

激光束照射到被检测管道表面后，根据热弹机制，在被检测管道内部能够同时激发出超声纵波、超声横波和超声表面波，超声纵波和超声横波垂直管道表面入射，在管道壁的底面反射到管道表面，被电磁超声探头接收；超声表面波沿被检测管道的表面传播，被电磁超声探头接收；

扫查架机构，所述扫查架机构用于安装所述激光超声发射单元和所述电磁超声探头，并能够在高温管道表面快速移动，以快速覆盖大面积的检测区域。

实际应用时，所述扫查架机构包括：第一滑块，以及与所述第一滑块通过连接杆和定位杆连接的第二滑块；所述第一滑块和所述第二滑块的底端设置有驱动轮，且所述驱动轮用于带动整个所述扫查架机构在被检测管道表面滑动；所述第一滑块的外侧设置有把手，且所述把手用于带动整个所述扫查架机构在被检测管道表面运动；

所述定位杆的一端插入所述第二滑块的定位孔内固定，所述定位杆的另一端插入所述第一滑块的定位孔内并能够自由滑动；

所述第一滑块与所述激光超声发射单元连接，所述第二滑块与所述电磁超声探头连接。

其中，所述定位杆通过紧固螺钉与所述第二滑块固定；所述连接杆的外侧具有外螺纹，所述第一滑块和所述第二滑块之间的距离确定后通过螺母实现固定。

具体地，所述激光超声发射单元通过螺纹与所述第一滑块连接，所述电磁超声探头通过螺纹与所述第二滑块连接；

所述驱动轮通过轮轴和螺母分别固定于所述第一滑块和所述第二滑块的下端。

进一步地，所述激光超声发射单元分为上筒体装配部分和下筒体装配部分；

所述上筒体装配部分包括：光纤，光纤头，激光超声上盖，激光超声筒体，激光超声下盖；所述光纤用于传输所述Nd:YAG激光器发射并经过所述透镜汇聚后的激光束；所述光纤头用于输出激光，装配时所述光纤头放置于所述激光超声下盖的定位孔内；所述激光超声上盖和所述激光超声下盖与所述激光超声筒体之间分别通过螺纹连接；

所述下筒体装配部分包括：下筒体外壳，反光镜托架，轴套，支撑轴，激光口；所述下筒体外壳的上端与所述上筒体装配部分之间通过螺纹连接；所述反光镜托架嵌套有所述激光反射镜；所述轴套通过轴套固定螺钉固定于所述下筒体外壳；所述支撑轴的端部具有刻度，且所述支撑轴插入所述轴套和所述反光镜托架中，并通过拧紧反光镜托架紧固螺钉完成所述支撑轴和所述反光镜托架的固定。

更进一步地，所述电磁超声探头包括：接头，电磁超声探头上盖，永磁铁，电磁超声探头筒体，电磁超声探头下盖，检测线圈；

所述接头的上端通过导线与所述信号放大系统相连接，所述接头的下端与所述电磁超声探头上盖之间通过强力胶粘接；所述电磁超声探头上盖和所述电磁超声探头下盖与所述电磁超声探头筒体之间分别通过螺纹连接；所述检测线圈和所述电磁超声探头下盖之间采用耐高温胶带粘贴固定；

所述检测线圈通过导线与所述接头下端的内置电极相连接；所述电磁超声探头下盖具有两个引线孔，所述电磁超声探头筒体的内壁具有两个引线槽，采用两根耐高温导线实现所述检测线圈与所述接头之间的连接；

两根导线的一端分别与所述检测线圈的一端采用焊接的方式连接，两根导线的另一端分别穿过所述电磁超声探头下盖的两个所述引线孔和所述电磁超声探头筒体内壁的两个所述引线槽后，与所述接头下端的内置所述电极采用焊接的方式连接。

再进一步地，根据接收超声波信号种类的不同，所述电磁超声探头中所述永磁铁和所述检测线圈的配置不同；

接收超声纵波时，所述永磁铁为马蹄形磁铁，所述检测线圈为跑道型线圈；

接收超声横波时，所述永磁铁为圆柱形磁铁，所述检测线圈为圆形或跑道型线圈；

接收表面波时，所述永磁铁为圆柱形磁铁，所述检测线圈为折线形线圈。

又进一步地，所述第一滑块、所述第二滑块、所述连接杆、所述定位杆、以及所述驱动轮均采用不锈钢材质制成；

所述激光超声上盖、所述激光超声下盖、所述激光超声筒体均采用不锈钢材质制成，所述下筒体外壳、所述反光镜托架、所述轴套、所述支撑轴均采用不锈钢材质制成；

所述电磁超声探头上盖、所述电磁超声探头下盖、所述电磁超声探头筒体均采用不锈钢材质制成，所述永磁铁采用烧结钐钴材质制成，所述检测线圈为漆包线圈。

相对于现有技术，本发明所述的高温管道在线快速检测装置具有以下优势：

本发明提供的高温管道在线快速检测装置中，激光束照射到被检测管道表面后，同时激发出纵波、横波和表面波，纵波和横波能够实现管道测厚和管道内部缺陷检测，表面波能够实现管道表面裂纹检测；在接收端通过改变电磁超声探头内部永磁铁和检测线圈的布置形式，能够实现超声纵波、超声横波、超声表面波三种不同形式超声波信号的接收，同时使用多个电磁超声检测探头能够同时接收到三种超声波信号，在一次扫查过程中即可实现测厚、内部缺陷检测和表面裂纹检测，从而大大提高了检测效率。

一种高温管道在线快速检测方法，包括以下步骤：

当激光束的入射方向与垂直方向的夹角较小时，在被检测管道壁中激发出垂直方向的超声纵波和超声横波的能量占比较大，利用超声纵波和超声横波进行管道壁厚测量；超声纵波和超声横波垂直入射到管道下表面，反射信号再次传播到管道上表面，被电磁超声纵波探头或电磁超声横波探头接收；超声波信号在管道上下表面之间多次往返传播，电磁超声探头接收到多个底面反射信号；在时间窗口中计算出相邻两次反射波之间的时间间隔t，在被检测材料纵波或横波声速c已知的情况下，计算出被检测管道的壁厚d=1/2c×t；

当激光束的入射方向与垂直方向的夹角适当增大时，在被检测管道壁中将会激发出一定能量的倾斜入射的超声波纵波和超声横波，利用倾斜入射的超声波纵波和超声波横波对管道内部缺陷进行检测；入射纵波在传播路径上遇到埋藏深度为h的横向裂纹损伤，发生反射和波形转换，入射纵波L，在裂纹处反射后形成反射纵波LL和反射横波LS；未遇到裂纹缺陷的入射纵波继续沿原路径传播并在管道壁的底面发生反射，也形成反射纵波LL和反射横波LS，两次反射形成的反射纵波LL在被检测管道上表面被电磁超声纵波探头接收；入射横波在传播路径上遇到埋藏深度为h的横向裂纹损伤，发生反射和波形转换，入射横波S，在裂纹处反射后形成反射横波SS和反射纵波SL；未遇到裂纹缺陷的入射横波继续沿原路径传播并在管道壁的底面发生反射，也形成反射横波SS和反射纵波SL，两次反射形成的反射横波SS在被检测管道上表面被电磁超声横波探头接收；第一组反射信号为缺陷反射波，第二组反射信号为底面反射波，在时间窗口中计算出两组信号的时间间隔为△t，被检测管道中纵波或横波的声速为c，则缺陷的埋藏深度为h=d-c×△t；根据缺陷反射波幅度的高低判断出被检测缺陷的尺寸大小；

通过调整激光束的入射方向与垂直方向的夹角，在被检测管道表面激发出沿管道表面传播的超声表面波信号，采用电磁超声表面波探头进行信号接收，当超声表面波传播到电磁超声表面波探头下方时，直达表面波信号被电磁超声探头接收；超声表面波继续沿管道表面传播，到达表面裂纹等表面缺陷位置时，超声表面波信号发生反射，反射信号再次被电磁超声表面波探头接收到；第一组反射信号为直达表面波，第二组反射信号为缺陷反射波，在时间窗口中计算出两组信号的时间间隔为△t，被检测管道中表面波的声速为c，则缺陷与表面波探头之间的水平距离为l=1/2c×△t；根据缺陷反射波幅度的高低判断出被检测缺陷的尺寸大小。

相对于现有技术，本发明所述的高温管道在线快速检测方法具有以下优势：

本发明提供的高温管道在线快速检测方法中，采用同一套激发装置能够激发出多种类型的超声波信号，能够同时完成壁厚测量、内部缺陷检测和表面缺陷检测；并且，采用不同结构形式的电磁超声探头接收不同类型的超声波信号，获得的超声波信号更加纯净，干扰信号少，检测结果的分析计算更加容易。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置中扫查架机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置中激光超声发射单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置中激光超声发射单元的上筒体装配部分的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置中激光超声发射单元的下筒体装配部分的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置中电磁超声探头的爆炸结构示意图；

图7为管道壁厚检测的演示图；

图8为电磁超声探头接收到的超声纵波或者超声横波的波形图；

图9为管道内部缺陷检测的演示图；

图10为电磁超声纵波检测探头或者电磁超声横波检测探头接收到的超声纵波或者超声横波的波形图；

图11为管道表面缺陷检测的演示图；

图12为电磁超声表面波探头接收到的超声表面波的波形图。

附图标记：

1-激光超声发射单元；2-电磁超声探头；3-第一滑块；4-第二滑块；5-连接杆；6-定位杆；7-被检测管道；8-驱动轮；A-上筒体装配部分；B-下筒体装配部分；9-光纤；10-光纤头；11-激光超声上盖；12-激光超声筒体；13-激光超声下盖；14-下筒体外壳；15-反光镜托架；16-轴套；17-支撑轴；18-激光口；19-轴套固定螺钉；20-支撑抽紧固螺钉；21-反光镜托架紧固螺钉；22-接头；23-电磁超声探头上盖；24-永磁铁；25-电磁超声探头筒体；26-电磁超声探头下盖；27-检测线圈；28- Nd:YAG激光器；29-透镜；30-光纤；31-激光反射镜；32-信号放大系统；33-数据采集系统；34-结果显示系统；35-脉冲激光束。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置及检测方法进行详细描述。

本发明实施例提供一种高温管道在线快速检测装置，如图1-图6所示，包括：激光超声发射单元1，该激光超声发射单元1包括：Nd:YAG激光器28、透镜29、光纤30和激光反射镜31；Nd:YAG激光器28用于发射脉冲激光束35，脉冲激光束35通过透镜29汇聚，并通过光纤30传输，且光纤30的尾端具有激光头，激光头发出的激光束照射到激光反射镜31；激光反射镜31的夹角可调，用于调整激光束的入射角度，进而调整纵波、横波和表面波各自的能量占比，并根据具体的检测用途能够灵活设置不同的入射角度；

多个电磁超声探头2，多个电磁超声探头2用于在非接触的情况下分别接收不同形式的超声波；电磁超声探头2用于将超声波信号转化为电压信号，且电压信号经过信号放大系统32放大；信号放大系统32连接有数据采集系统33，数据采集系统33连接有结果显示系统34；数据采集系统33用于将放大后的电压信号采集到上位机系统，结果显示系统34用于显示采集到的超声波信号，并反馈缺陷状态信息；其中，信号放大系统32由信号放大芯片、滤波芯片等组成，放大芯片如AD603，滤波芯片如LT1567；数据采集系统33选用信号采集卡，如USB8582数据采集卡；

激光束照射到被检测管道7表面后，根据热弹机制，在被检测管道7内部能够同时激发出超声纵波、超声横波和超声表面波，超声纵波和超声横波垂直管道表面入射，在管道壁的底面反射到管道表面，被电磁超声探头2接收；超声表面波沿被检测管道7的表面传播，被电磁超声探头2接收；

扫查架机构，该扫查架机构用于安装激光超声发射单元1和电磁超声探头2，并能够在高温管道表面快速移动，以快速覆盖大面积的检测区域。

相对于现有技术，本发明实施例所述的高温管道在线快速检测装置具有以下优势：

本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置中，激光束照射到被检测管道表面后，同时激发出纵波、横波和表面波，纵波和横波能够实现管道测厚和管道内部缺陷检测，表面波能够实现管道表面裂纹检测；在接收端通过改变电磁超声探头内部永磁铁和检测线圈的布置形式，能够实现超声纵波、超声横波、超声表面波三种不同形式超声波信号的接收，同时使用多个电磁超声检测探头能够同时接收到三种超声波信号，在一次扫查过程中即可实现测厚、内部缺陷检测和表面裂纹检测（超声纵波和超声横波主要用于管道壁厚测量和管道内部埋藏缺陷的检测，如内部裂纹、内部腐蚀孔等；超声表面波用于检测管道表面缺陷，如表面裂纹等），从而大大提高了检测效率。

本发明实施例再提供一种高温管道在线快速检测方法，如图7-图12所示，包括以下步骤：

如图7所示，当激光束的入射方向与垂直方向的夹角较小时，在被检测管道壁中激发出垂直方向的超声纵波和超声横波的能量占比较大，利用超声纵波和超声横波进行管道壁厚测量；超声纵波和超声横波垂直入射到管道下表面，反射信号再次传播到管道上表面，被电磁超声纵波探头或电磁超声横波探头接收；超声波信号在管道上下表面之间多次往返传播，电磁超声探头接收到多个底面反射信号；如图8所示，对应的分别为一次、二次、三次、四次底面反射波；在时间窗口中计算出相邻两次反射波之间的时间间隔t，在被检测材料纵波或横波声速c已知的情况下，计算出被检测管道的壁厚d=1/2c×t；

如图9所示，当激光束的入射方向与垂直方向的夹角适当增大时，在被检测管道壁中将会激发出一定能量的倾斜入射的超声波纵波和超声横波，利用倾斜入射的超声波纵波和超声波横波对管道内部缺陷进行检测；如图9所示，入射纵波在传播路径上遇到埋藏深度为h的横向裂纹损伤，发生反射和波形转换，入射纵波L，在裂纹处反射后形成反射纵波LL和反射横波LS；未遇到裂纹缺陷的入射纵波继续沿原路径传播并在管道壁的底面发生反射，也形成反射纵波LL和反射横波LS，两次反射形成的反射纵波LL在被检测管道上表面被电磁超声纵波探头接收；如图10所示，入射横波在传播路径上遇到埋藏深度为h的横向裂纹损伤，发生反射和波形转换，入射横波S，在裂纹处反射后形成反射横波SS和反射纵波SL；未遇到裂纹缺陷的入射横波继续沿原路径传播并在管道壁的底面发生反射，也形成反射横波SS和反射纵波SL，两次反射形成的反射横波SS在被检测管道上表面被电磁超声横波探头接收；如图10所示，第一组反射信号为缺陷反射波，第二组反射信号为底面反射波，在时间窗口中计算出两组信号的时间间隔为△t，被检测管道中纵波或横波的声速为c，则缺陷的埋藏深度为h=d-c×△t；根据缺陷反射波幅度的高低判断出被检测缺陷的尺寸大小；

如图11所示，通过调整激光束的入射方向与垂直方向的夹角，在被检测管道表面激发出沿管道表面传播的超声表面波信号，采用电磁超声表面波探头进行信号接收，当超声表面波传播到电磁超声表面波探头下方时，直达表面波信号被电磁超声探头接收；超声表面波继续沿管道表面传播，到达表面裂纹等表面缺陷位置时，超声表面波信号发生反射，反射信号再次被电磁超声表面波探头接收到；如图12所示，第一组反射信号为直达表面波，第二组反射信号为缺陷反射波，在时间窗口中计算出两组信号的时间间隔为△t，被检测管道中表面波的声速为c，则缺陷与表面波探头之间的水平距离为l=1/2c×△t；根据缺陷反射波幅度的高低判断出被检测缺陷的尺寸大小。

相对于现有技术，本发明实施例所述的高温管道在线快速检测方法具有以下优势：

本发明实施例提供的高温管道在线快速检测方法中，采用同一套激发装置能够激发出多种类型的超声波信号，能够同时完成壁厚测量、内部缺陷检测和表面缺陷检测；并且，采用不同结构形式的电磁超声探头接收不同类型的超声波信号，获得的超声波信号更加纯净，干扰信号少，检测结果的分析计算更加容易。

实际应用时，如图2所示，上述扫查架机构可以包括：第一滑块3，以及与第一滑块3通过连接杆5和定位杆6连接的第二滑块4；第一滑块3和第二滑块4的底端设置有驱动轮8，且驱动轮8用于带动整个扫查架机构在被检测管道7表面滑动；第一滑块3的外侧设置有把手，且该把手用于带动整个扫查架机构在被检测管道7表面运动；

定位杆6的一端插入第二滑块4的定位孔内固定，定位杆6的另一端插入第一滑块3的定位孔内并能够自由滑动；

第一滑块3与激光超声发射单元1连接，第二滑块4与电磁超声探头2连接。

其中，如图2所示，上述定位杆6通过紧固螺钉与第二滑块4固定；连接杆5的外侧具有外螺纹，第一滑块3和第二滑块4之间的距离确定后通过螺母实现固定。

具体地，如图2所示，上述激光超声发射单元1通过螺纹与第一滑块3连接，电磁超声探头2通过螺纹与第二滑块4连接；

驱动轮8通过轮轴和螺母分别固定于第一滑块3和第二滑块4的下端。

使用时，第一滑块3和第二滑块4之间的距离会影响到电磁超声探头2所接收到超声波信号的种类和幅度大小，在检测现场，需要根据被检测管道7的外径、壁厚、缺陷类型等选择合适的超声波种类和信号能量，通过调整第一滑块3和第二滑块4之间的距离实现；第一滑块3和第二滑块4之间的距离确定后，拧紧连接杆5上的固定螺母，实现第一滑块3和第二滑块4之间的固定。

进一步地，如图3所示，上述激光超声发射单元1分为上筒体装配部分A和下筒体装配部分B；

如图4所示，该上筒体装配部分包括：光纤9，光纤头10，激光超声上盖11，激光超声筒体12，激光超声下盖13；光纤9用于传输Nd:YAG激光器28发射并经过透镜29汇聚后的激光束；光纤头10用于输出激光，装配时光纤头10放置于激光超声下盖13的定位孔内；激光超声上盖11和激光超声下盖13与激光超声筒体12之间分别通过螺纹连接；

如图5所示，该下筒体装配部分包括：下筒体外壳14，反光镜托架15，轴套16，支撑轴17，激光口18；下筒体外壳14的上端与上筒体装配部分之间通过螺纹连接；反光镜托架15嵌套有激光反射镜31；轴套16通过轴套固定螺钉19固定于下筒体外壳14；支撑轴17的端部具有刻度，且支撑轴17插入轴套16和反光镜托架15中，并通过拧紧反光镜托架紧固螺钉21完成支撑轴17和反光镜托架15的固定。

现场调节时，转动支撑轴17，带动反光镜托架15转动，改变激光在被检测管道7表面的入射角度；利用支撑轴17端部的刻度能够做到精确调节反光镜托架15的倾斜角度；完成反光镜托架15的倾斜角度调整后，拧紧反光镜托架紧固螺钉21，完成支撑轴17的固定。

更进一步地，如图6所示，上述电磁超声探头2可以包括：接头22，电磁超声探头上盖23，永磁铁24，电磁超声探头筒体25，电磁超声探头下盖26，检测线圈27；

接头22的上端通过导线与信号放大系统32相连接，接头22的下端与电磁超声探头上盖23之间通过强力胶粘接；电磁超声探头上盖23和电磁超声探头下盖26与电磁超声探头筒体25之间分别通过螺纹连接；检测线圈27和电磁超声探头下盖26之间采用耐高温胶带粘贴固定；

检测线圈27通过导线与接头22下端的内置电极相连接；电磁超声探头下盖26具有两个引线孔，电磁超声探头筒体25的内壁具有两个引线槽，采用两根耐高温导线实现检测线圈27与接头22之间的连接；

两根导线的一端分别与检测线圈27的一端采用焊接的方式连接，两根导线的另一端分别穿过电磁超声探头下盖26的两个引线孔和电磁超声探头筒体25内壁的两个引线槽后，与接头22下端的内置电极采用焊接的方式连接。

再进一步地，根据接收超声波信号种类的不同，上述电磁超声探头2中永磁铁24和检测线圈27的配置不同；

接收超声纵波时，永磁铁24可以为马蹄形磁铁，检测线圈27可以为跑道型线圈；

接收超声横波时，永磁铁24可以为圆柱形磁铁，检测线圈27可以为圆形或跑道型线圈；

接收表面波时，永磁铁24可以为圆柱形磁铁，检测线圈27可以为折线形线圈。

又进一步地，第一滑块3、第二滑块4、连接杆5、定位杆6、以及驱动轮8均可以采用不锈钢材质制成；

激光超声上盖11、激光超声下盖13、激光超声筒体12均可以采用不锈钢材质制成，下筒体外壳14、反光镜托架15、轴套16、支撑轴17均可以采用不锈钢材质制成；

电磁超声探头上盖23、电磁超声探头下盖26、电磁超声探头筒体25均可以采用不锈钢材质制成，永磁铁24可以采用烧结钐钴材质制成（能够在高温条件下长期工作），检测线圈27可以为漆包线圈。

下面借助附图对本发明实施例提供的高温管道在线快速检测装置的使用过程进行详细说明：

完成激光超声发射单元1的装配，完成电磁超声探头2的装配，完成激光超声发射单元1、电磁超声探头2、第一滑块3、第二滑块4、连接杆5、定位杆6、驱动轮8之间的装配，并将装配好的检测装置放置于高温的被检测管道7的外表面；将光纤9与透镜29相连接，透镜29的另一端与Nd:YAG激光器28通过光纤30连接；电磁超声探头2的接头22与信号放大系统32之间通过导线连接；

启动Nd:YAG激光器28，设置脉冲宽度、激发能量、光斑直径等参数。激光器发射的脉冲激光束35经透镜29汇聚，光纤30传输，激光反射镜31调整入射角度后，照射到高温的被检测管道7表面；调整Nd:YAG激光器28的发射参数，保证照射到被检测管道7表面的激光束能量低于被检测管道7材料的损伤阈值，激光束的照射不会对管道表面造成损伤；材料表面局部膨胀形成内应力和应变并以弹性波的形式传播，通过调整Nd:YAG激光器28的发射参数以及激光反射镜31的偏转角度，能够在被检测管道7表面激发出超声纵波、超声横波、超声表面波三种不同形式的超声波，根据不同的检测需求，可以使一种超声波的能量占主导，也可以使三种超声波的能量均匀分布；

激光超声发射单元1的超声波信号在被检测管道7内部传播和反射后，被电磁超声探头2接收，经过信号放大系统32放大，数据采集系统33采集后，传输到结果显示系统34显示超声波波形，并计算出相应的检测结果；由于接收超声纵波、超声横波、超声表面波的电磁超声探头内部结构不同，当需要多种超声波信号综合检测时，需要在第一滑块3上布置多个电磁超声探头2；同时借助定位杆6上的标记，调整第一滑块3和第二滑块4之间的距离，进而调整电磁超声探头2和激光照射点之间的距离，进而优化电磁超声探头2对不同类型超声波信号的接收效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高温管道在线快速检测装置，其特征在于，包括：

激光超声发射单元，所述激光超声发射单元包括：Nd:YAG激光器、透镜、光纤和激光反射镜；所述Nd:YAG激光器用于发射脉冲激光束，脉冲激光束通过所述透镜汇聚，并通过所述光纤传输，且所述光纤的尾端具有激光头，所述激光头发出的激光束照射到所述激光反射镜；所述激光反射镜的夹角可调，用于调整激光束的入射角度，进而调整纵波、横波和表面波各自的能量占比；

多个电磁超声探头，多个所述电磁超声探头用于在非接触的情况下分别接收不同形式的超声波；所述电磁超声探头用于将超声波信号转化为电压信号，且电压信号经过信号放大系统放大；所述信号放大系统连接有数据采集系统，所述数据采集系统连接有结果显示系统；所述数据采集系统用于将放大后的电压信号采集到上位机系统，所述结果显示系统用于显示采集到的超声波信号，并反馈缺陷状态信息；

激光束照射到被检测管道表面后，根据热弹机制，在被检测管道内部能够同时激发出超声纵波、超声横波和超声表面波，超声纵波和超声横波垂直管道表面入射，在管道壁的底面反射到管道表面，被电磁超声探头接收；超声表面波沿被检测管道的表面传播，被电磁超声探头接收；

扫查架机构，所述扫查架机构用于安装所述激光超声发射单元和所述电磁超声探头，并能够在高温管道表面快速移动，以快速覆盖大面积的检测区域。

2.根据权利要求1所述的高温管道在线快速检测装置，其特征在于，所述扫查架机构包括：第一滑块，以及与所述第一滑块通过连接杆和定位杆连接的第二滑块；所述第一滑块和所述第二滑块的底端设置有驱动轮，且所述驱动轮用于带动整个所述扫查架机构在被检测管道表面滑动；所述第一滑块的外侧设置有把手，且所述把手用于带动整个所述扫查架机构在被检测管道表面运动；

所述定位杆的一端插入所述第二滑块的定位孔内固定，所述定位杆的另一端插入所述第一滑块的定位孔内并能够自由滑动；

所述第一滑块与所述激光超声发射单元连接，所述第二滑块与所述电磁超声探头连接。

3.根据权利要求2所述的高温管道在线快速检测装置，其特征在于，所述定位杆通过紧固螺钉与所述第二滑块固定；所述连接杆的外侧具有外螺纹，所述第一滑块和所述第二滑块之间的距离确定后通过螺母实现固定。

4.根据权利要求2所述的高温管道在线快速检测装置，其特征在于，所述激光超声发射单元通过螺纹与所述第一滑块连接，所述电磁超声探头通过螺纹与所述第二滑块连接；

所述驱动轮通过轮轴和螺母分别固定于所述第一滑块和所述第二滑块的下端。

5.根据权利要求2所述的高温管道在线快速检测装置，其特征在于，所述激光超声发射单元分为上筒体装配部分和下筒体装配部分；

所述上筒体装配部分包括：光纤，光纤头，激光超声上盖，激光超声筒体，激光超声下盖；所述光纤用于传输所述Nd:YAG激光器发射并经过所述透镜汇聚后的激光束；所述光纤头用于输出激光，装配时所述光纤头放置于所述激光超声下盖的定位孔内；所述激光超声上盖和所述激光超声下盖与所述激光超声筒体之间分别通过螺纹连接；

所述下筒体装配部分包括：下筒体外壳，反光镜托架，轴套，支撑轴，激光口；所述下筒体外壳的上端与所述上筒体装配部分之间通过螺纹连接；所述反光镜托架嵌套有所述激光反射镜；所述轴套通过轴套固定螺钉固定于所述下筒体外壳；所述支撑轴的端部具有刻度，且所述支撑轴插入所述轴套和所述反光镜托架中，并通过拧紧反光镜托架紧固螺钉完成所述支撑轴和所述反光镜托架的固定。

6.根据权利要求1所述的高温管道在线快速检测装置，其特征在于，所述电磁超声探头包括：接头，电磁超声探头上盖，永磁铁，电磁超声探头筒体，电磁超声探头下盖，检测线圈；

所述接头的上端通过导线与所述信号放大系统相连接，所述接头的下端与所述电磁超声探头上盖之间通过强力胶粘接；所述电磁超声探头上盖和所述电磁超声探头下盖与所述电磁超声探头筒体之间分别通过螺纹连接；所述检测线圈和所述电磁超声探头下盖之间采用耐高温胶带粘贴固定；

所述检测线圈通过导线与所述接头下端的内置电极相连接；所述电磁超声探头下盖具有两个引线孔，所述电磁超声探头筒体的内壁具有两个引线槽，采用两根耐高温导线实现所述检测线圈与所述接头之间的连接；

两根导线的一端分别与所述检测线圈的一端采用焊接的方式连接，两根导线的另一端分别穿过所述电磁超声探头下盖的两个所述引线孔和所述电磁超声探头筒体内壁的两个所述引线槽后，与所述接头下端的内置所述电极采用焊接的方式连接。

7.根据权利要求6所述的高温管道在线快速检测装置，其特征在于，根据接收超声波信号种类的不同，所述电磁超声探头中所述永磁铁和所述检测线圈的配置不同；

接收超声纵波时，所述永磁铁为马蹄形磁铁，所述检测线圈为跑道型线圈；

接收超声横波时，所述永磁铁为圆柱形磁铁，所述检测线圈为圆形或跑道型线圈；

接收表面波时，所述永磁铁为圆柱形磁铁，所述检测线圈为折线形线圈。

8.根据权利要求5所述的高温管道在线快速检测装置，其特征在于，所述第一滑块、所述第二滑块、所述连接杆、所述定位杆、以及所述驱动轮均采用不锈钢材质制成；

所述激光超声上盖、所述激光超声下盖、所述激光超声筒体均采用不锈钢材质制成，所述下筒体外壳、所述反光镜托架、所述轴套、所述支撑轴均采用不锈钢材质制成；

所述电磁超声探头上盖、所述电磁超声探头下盖、所述电磁超声探头筒体均采用不锈钢材质制成，所述永磁铁采用烧结钐钴材质制成，所述检测线圈为漆包线圈。

9.一种高温管道在线快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

当激光束的入射方向与垂直方向的夹角较小时，在被检测管道壁中激发出垂直方向的超声纵波和超声横波的能量占比较大，利用超声纵波和超声横波进行管道壁厚测量；超声纵波和超声横波垂直入射到管道下表面，反射信号再次传播到管道上表面，被电磁超声纵波探头或电磁超声横波探头接收；超声波信号在管道上下表面之间多次往返传播，电磁超声探头接收到多个底面反射信号；在时间窗口中计算出相邻两次反射波之间的时间间隔t，在被检测材料纵波或横波声速c已知的情况下，计算出被检测管道的壁厚d=1/2c×t；

当激光束的入射方向与垂直方向的夹角适当增大时，在被检测管道壁中将会激发出一定能量的倾斜入射的超声波纵波和超声横波，利用倾斜入射的超声波纵波和超声波横波对管道内部缺陷进行检测；入射纵波在传播路径上遇到埋藏深度为h的横向裂纹损伤，发生反射和波形转换，入射纵波L，在裂纹处反射后形成反射纵波LL和反射横波LS；未遇到裂纹缺陷的入射纵波继续沿原路径传播并在管道壁的底面发生反射，也形成反射纵波LL和反射横波LS，两次反射形成的反射纵波LL在被检测管道上表面被电磁超声纵波探头接收；入射横波在传播路径上遇到埋藏深度为h的横向裂纹损伤，发生反射和波形转换，入射横波S，在裂纹处反射后形成反射横波SS和反射纵波SL；未遇到裂纹缺陷的入射横波继续沿原路径传播并在管道壁的底面发生反射，也形成反射横波SS和反射纵波SL，两次反射形成的反射横波SS在被检测管道上表面被电磁超声横波探头接收；第一组反射信号为缺陷反射波，第二组反射信号为底面反射波，在时间窗口中计算出两组信号的时间间隔为△t，被检测管道中纵波或横波的声速为c，则缺陷的埋藏深度为h=d-c×△t；根据缺陷反射波幅度的高低判断出被检测缺陷的尺寸大小；

通过调整激光束的入射方向与垂直方向的夹角，在被检测管道表面激发出沿管道表面传播的超声表面波信号，采用电磁超声表面波探头进行信号接收，当超声表面波传播到电磁超声表面波探头下方时，直达表面波信号被电磁超声探头接收；超声表面波继续沿管道表面传播，到达表面裂纹等表面缺陷位置时，超声表面波信号发生反射，反射信号再次被电磁超声表面波探头接收到；第一组反射信号为直达表面波，第二组反射信号为缺陷反射波，在时间窗口中计算出两组信号的时间间隔为△t，被检测管道中表面波的声速为c，则缺陷与表面波探头之间的水平距离为l=1/2c×△t；根据缺陷反射波幅度的高低判断出被检测缺陷的尺寸大小。