CN205353009U - 一种可内置于检测管道的超声导波换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可内置于检测管道的超声导波换能器。包括依次连接的接插件、电气分离三通和连接管以及连接在连接管端部并伸入到被检测金属管内部的超声导波换能机构，通气端轴和密封端轴通过联芯轴联接成整体，通气端轴和密封端轴分别套装在两个压紧套中，通气端轴和密封端轴之间的联芯轴上安装有电磁线圈结构；硅胶管中间部分套在电磁线圈结构外，两端分别被压紧在一侧压紧套与通气端轴之间以及另一侧压紧套与密封端轴之间；磁致伸缩带材焊接在一带材固定架，带材固定架的两固定圈分别紧套在两个压紧套上。本实用新型可内置于管道内检测，外部只需简单地控制气体的充、泄，简便整个无损检测过程，提高了检测效率，适合批量化检测任务。

Description

一种可内置于检测管道的超声导波换能器

技术领域

本实用新型涉及超声导波无损检测技术领域，特别是涉及一种可内置于检测管道的超声导波换能器。

背景技术

随着社会工业的发展，管道在工业上和民用上急剧增加，为确保管道安全的使用，管道检测任务日益繁重。但目前市面上大多数用于管道无损检测的超声导波换能器都是包覆在钢管或者其他型材外表面进行检测。然而对于一些特殊场合，例如有支架或者异型材外表面安放探头不方便，外径小无法达到较好的耦合效果等，就无法很好的使用外部施工探头来检测了。此外，目前大多数无损检测探头外部安装都比较复杂，往往要几个工序才能完成，批量化的检测效率低下。

实用新型内容

为了解决背景中存在的问题，本实用新型提供了一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其主要是为了解决某些场合外部管道检测不方便时，特别是相对直径较小的管道健康快速检测，并可实现批量化的检测。它提供从一个管道内部来检查所在管道整个长度上的缺陷，并且只要清除换能器在所区域的锈迹即可。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型采用磁致伸缩方式激励导波，包括依次连接的接插件、电气分离三通和连接管以及连接在连接管端部并伸入到被检测金属管内部的超声导波换能机构，超声导波换能机构包含有磁线圈结构和磁致伸缩带材。

所述的超声导波换能机构包括通气端轴、磁致伸缩带材、密封端轴、联芯轴、硅胶管、磁线圈结构和压紧套，通气端轴和密封端轴包括呈圆台形的端轴部和同轴连接在端轴部小端的杆部，通气端轴和密封端轴之间通过联芯轴同轴连接并对称安装，通气端轴和密封端轴分别套装在两个压紧套中，通气端轴和密封端轴之间的联芯轴上安装有电磁线圈结构；密封端轴的杆部穿过压紧套后连接组合式盖型螺母固定，通气端轴的杆部穿过压紧套后被法兰螺母拧紧固定，并与连接管的一端同轴连接；通气端轴、磁线圈结构和密封端轴形成的柱体外周围套有硅胶管，硅胶管中间部分套在电磁线圈结构外，硅胶管的两端分别被压紧在一侧压紧套与通气端轴之间以及另一侧压紧套与密封端轴之间；磁致伸缩带材焊接一带材固定架，带材固定架的两端开口固定圈分别紧套在两个压紧套内端部外壁的轴阶上，磁致伸缩带材套在硅胶管外。

所述连接管和通气端轴中心设有相通的中空管道，联芯轴连接通气端轴的一端设有四个通气孔，连接管的另一端经电气分离三通与接插件连接，接插件的端线依次穿过电气分离三通中的管道、连接管和通气端轴的中空管道、联芯轴任一通气孔后连接电磁线圈结构。

所述的联芯轴分别与通气端轴和密封端轴螺纹紧固连接。

所述的电磁线圈结构包括线圈骨架和绕在线圈骨架上两个参数相同的线圈，线圈骨架活动套在联芯轴上，线圈骨架的中部开有两个环形凹槽，两个线圈分别绕在两个环形凹槽上，线圈骨架的两端直径与通气端轴、密封端轴端轴部大端直径相同。

所述的压紧套内端部外壁轴阶为带有锥度向外倾斜的锥面，使得紧套在该锥面上的带材固定架形成轴向限位。

套装在压紧套前所述带材固定架两端的开口固定圈内径小于压紧套锥面的最大外径。

所述的连接管的外端部为带有两级台阶的凸缘结构，凸缘结构的阶梯朝向被检测金属管方向。

所述的带材固定架有一对结构对称的开口固定圈，两个开口固定圈一侧通过固定杆连接为一整体，开口固定圈另一侧沿轴向设有用于方便弹性套装的条形缺口。

套装在硅胶管前所述磁致伸缩带材内径小于未膨胀前的硅胶管外径，磁致伸缩带材具有弹性，使得磁致伸缩带材套装后紧密包裹在硅胶管周围。

所述线圈由直径为0.5mm的漆包线绕制而成，漆包线绕制在由线圈骨架提供的两个均匀分布凹槽中。

本实用新型实例有益效果：

将磁致伸缩带材并直接通过硅胶管压紧于被检测管道内壁，压力可调节、均匀而且可以使磁致伸缩带材完全适应于管道内壁，对管道内壁要求低。并且此种实施实例中的充气方式控制简单，极大提高了检测效率，特别适合于批量化作业。

本实用新型实例采用两组线圈方式进行激励和接收，可以简单实现导波的方向控制，管道100％覆盖检测，实现了缺陷零漏检。

此外本实用新型实例使用包覆式磁致伸缩带材激励导波，实现磁致伸缩带材和管道大面积接触，不仅换能效率高，而且可以轻松实现导波T(0,1)模态激励。T(0,1)模态导波具有无频散现象、对伤检测灵敏度高的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的超声导波换能器结构剖视图。

图2为本实用新型实施例1的超声导波换能器工作状态下示意图。

图3为本实用新型实施例1的磁致伸缩带材固定方法示意图。

图4为本实用新型实施例1的换能器工作状态下带材固定架受力分析示意图。

图5为本实用新型实施例1的超声导波换能器在样管上检测所得信号的波形图。

图中：1-接插件，2-电气分离三通，3-被检测金属管，4-连接管，5-通气端轴，6-法兰螺母，7-压紧套，8-带材固定架，9-硅胶管，10-磁致伸缩带材，11-线圈骨架，12-联芯轴，13-线圈，14-密封端轴，15-组合式盖型螺母。

具体实施方式

下面结合实施例以及附图对本实用新型作进一步详细的描述，显然，这是本实用新型的一个实施例但不限于此。基于本实用新型中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型包括依次连接的接插件1、电气分离三通2和连接管4以及连接在连接管4端部并伸入到被检测金属管3内部的超声导波换能机构，超声导波换能机构包含有磁线圈结构和磁致伸缩带材10。磁致伸缩带材10，用于产生和接收导波，带材上采用一永磁体在轴向方向上磁化，磁化后留下剩磁。

超声导波换能机构包括通气端轴5、磁致伸缩带材10、密封端轴14、联芯轴12、硅胶管9、磁线圈结构和压紧套7，通气端轴5和密封端轴14包括呈圆台形的端轴部和同轴连接在端轴部小端的杆部，通气端轴5和密封端轴14之间通过联芯轴12同轴连接并对称安装，通气端轴5和密封端轴14通过一联芯轴12联接成一个整体，通气端轴5和密封端轴14分别套装在两个压紧套7中，通气端轴5和密封端轴14之间的联芯轴12上安装有电磁线圈结构。

在通气端轴5和密封端轴14上配合两个预制有与两端轴相匹配斜面的压紧套7，分别将硅胶管9端面密封，保持整个硅胶管9内腔的气密性。两个压紧套7分别套在通气端轴5和密封端轴14上，并分别通过一六角法兰螺母6和一组合式盖型螺母15压紧在各自的端轴上。密封端轴14的杆部穿过压紧套7后连接组合式盖型螺母15固定，通气端轴5的杆部穿过压紧套7后被法兰螺母6拧紧固定，并与连接管4的一端同轴连接；通过拧紧法兰螺母6和组合式盖型螺母15分别将左右两端并带有预制与端轴匹配斜面的压紧套7压紧硅胶管9，使硅胶管9内腔保持成一气密空间。

通气端轴5、磁线圈结构和密封端轴14形成的柱体外周围套有硅胶管9，硅胶管9中间部分套在电磁线圈结构外，硅胶管9的两端分别被压紧在一侧压紧套7与通气端轴5之间以及另一侧压紧套7与密封端轴14之间；硅胶管9一端由一侧压紧套7与通气端轴5之间经电磁线圈结构延伸到另一侧压紧套7与密封端轴14之间的另一端。通过硅胶管9膨胀的方式把磁致伸缩带材10压紧至被检测金属管3，以此达到磁致伸缩带材10与被检测金属管3导波换能。

两个压紧套7内端部外壁均设有台阶，磁致伸缩带材10焊接在一带材固定架8，带材固定架8的两端开口固定圈分别紧套在两个压紧套7内端部外壁的轴阶上，磁致伸缩带材10套在硅胶管9外。

连接管4和通气端轴5中心设有相通的中空管道，联芯轴12连接通气端轴5的一端设有四个通气孔，在保证与通气端轴5气体流通下，可用于线圈的出线。连接管4的另一端经电气分离三通2与接插件1连接，接插件1的端线依次穿过电气分离三通2中的管道、连接管4和通气端轴5的中空管道、联芯轴12任一通气孔后连接电磁线圈结构。而线圈引出线分别通过联芯轴12的通孔、通气端轴5的中空孔、连接杆4的中空孔以及电气分离三通2的孔联接到一安装在电气分离三通2上的连接器1引出，用于输入和输出电流。

联芯轴12分别与通气端轴5和密封端轴14螺纹紧固连接。通气端轴5和密封端轴14通过一联芯轴12在两端均用螺纹的方式联接起来，组成一个固定的整体。

如图1所示，电磁线圈结构包括线圈骨架11和绕在线圈骨架11上两个参数相同的线圈13，线圈骨架11活动套在联芯轴12上，线圈骨架11的中部开有两个环形凹槽，两个线圈13分别绕在两个相同的环形凹槽上，线圈骨架11的两端直径与通气端轴5、密封端轴14端轴部大端直径相同。硅胶管9中间部分套在线圈骨架11的线圈13外，硅胶管9的两端分别套在一侧压紧套7内壁与通气端轴5之间，另一侧压紧套7与密封端轴14之间。

线圈13由直径为0.5mm的漆包线绕制而成，两个线圈相互独立具有相同阻抗和电感，漆包线绕制在由线圈骨架11提供的两个均匀分布凹槽中。当线圈13通以一固定频率的电流，会在线圈10周围产生一固定频率的交流磁场。交流磁场被磁致伸缩带材10接收后，与带材上的剩磁相互作用并产生导波，并通过压紧传导到被检测金属管3上，反之导波的接收亦然。

如图4所示，压紧套7内端部外壁轴阶为带有锥度向外倾斜的锥面，使得紧套在该锥面上的带材固定架8形成轴向限位。套装在压紧套7前带材固定架8的两个开口固定圈内径小于压紧套7锥面的最大外径，使得带材固定架8两端有一对保持的轴向力Fx，从而保证磁致伸缩带材10位置居中并包覆在硅胶外。

如图3所示，带材固定架8有一对位于两端结构对称的开口固定圈，两个开口固定圈一侧通过固定杆连接为一整体，开口固定圈另一侧沿轴向设有用于方便弹性套装的条形缺口。磁致伸缩带材10为带开口的圆筒体，并按照图示位置焊接到带材固定架8上，从而组成一个部件。套装在硅胶管9前所述磁致伸缩带材10内径小于未膨胀前的硅胶管9外径，磁致伸缩带材10具有弹性，使得磁致伸缩带材10套装后紧密包裹在硅胶管9周围。

如图1所示，连接管4的外端部为带有两级台阶的凸缘结构，凸缘结构的阶梯朝向被检测金属管3方向，一方面用于连接管4与被检测金属管道3同轴对中，另一方面用于定位换能器插入被检测金属管3的深度。

连接管4用四个螺钉将电气分离三通2联接在一起，电气分离三通2其中两个通口分别连接连接管4和接插件，第三个通口用于和充气泵联接。通气端轴5轴内部中空，通气端轴5与一中空连接管4通过55度锥度管螺纹的方式联接。接插件1用于线圈13引出线引出，并预留其垂直方向接口。

如图2所示，通过在电气分离三通2的垂直接口注入惰性气体，并通过中空通气端轴5到达硅胶管9内腔，使硅胶管9膨胀并将磁致伸缩带材10压紧至被检测金属管3内壁。

本实用新型的实施例及其实施工作过程如下：

如图3，具体实施例中两个开口预制成圆柱状的带材固定圈8与中间相互联接的金属条连成一个整体，磁致伸缩带材10安装图示的方式焊接到带材固定圈8上，从而组成一个部件。整个带材固定圈8的形状采用线切割的方式切割成型，以保证结构强度和加工精度，带材固定圈7左右尺寸对称，并且预制的圆柱直径小于压紧套7凹槽的直径，以此可以抱紧在压紧套7上，并且保持一定的的径向回缩力。磁致伸缩带材10为一开口预制圆柱状形状，圆柱直径小于硅胶管9套在线圈骨架11后的直径，以此磁致伸缩带材10可以保持与硅胶管实时贴合，并且保持一定的径向回缩力。

磁致伸缩带材10是预制成一开口状圆柱形套在硅胶管9外，并且直径小于硅胶管9的外径，由此磁致伸缩带材10一直保持一定的径向回弹力。

如图2所示，当超声导波换能器需要工作时，气体从电气分离三通2的充气口充入惰性气体，气体沿着电气分离三通2进入连接杆4，再由连接杆4导入通气端轴5并在通气端轴5通过联芯轴12的通气孔进入到硅胶管9内腔中。从而使得硅胶管9带着磁致伸缩带材10开始膨胀，直到当带材完全接触到被检测金属管3内壁并使硅胶管内腔达到一定的压力P时，充气结束保压。此工作部分提供了磁致伸缩带材10与被检测金属管3的换能条件。

如图4所示，当硅胶管9膨胀后，磁致伸缩带材10会膨胀张开，而带材固定架8上固定条就会沿着径向方向向外弯曲，同时带材固定架8的两个开口固定圈各自沿着轴向方向向磁致伸缩带材10的移动。由于两个开口固定圈套在带有一定斜度的圆锥上，因此带材固定圈便会张开。硅胶管9保压，带材固定架8两端产生一对大小相等，方向相反的轴向力Fx，同时在带材固定架8上的固定条就会产生一径向力Fr。由此可以保持磁致伸缩带材10在两个压紧套的中间位置，并保持在线圈骨架的中心位置。

此时当线圈13通以一固定频率的电流，会在线圈10周围产生一固定频率的交流磁场。交流磁场被磁致伸缩带材10接收后，与带材上的剩磁相互作用并产生导波。导波通过耦合传导到被检测金属管3上，当导波遇到缺陷和端面时，导波就会产生回波，回波传导到磁致伸缩带材10位置时，会被带材换能并被线圈13检测到，因此可以获得被检测金属管3的缺陷和端面信号。

当线圈13信号采集完成时，将超声导波换能器进行卸压放气，此时由于硅胶管9本身的回弹力和磁致伸缩带材10的径向回缩力，同时由带材固定架8在斜面上产生的轴向力Fx和径向力Fr，使得硅胶管9、磁致伸缩带材10和带材固定架8都恢复到了初始位置和状态。由此本实用新型实施例1的超声导波换能器能在检测完成之后轻易得取出，操作简便。

本实用新型实施例1的超声导波换能器在样管上检测所得信号的波形如图5所示，本实施例1中所选的被检测金属管3尺寸为内径29mm，外径38mm，长度7.6M，并且分别在3.1M处横截面上人工制作了3％的伤(即制作了3.2mm的孔)，在5.7M处横截面上人工制作了5％的伤(即制作了5.3mm的孔)。导波被磁致伸缩换能器激发出来后并在被检测金属管3上传导，当遇到被检测物体的横截面发生变化时，就会在变化的部分反射回一定能量的导波，并且能够被磁致伸缩换能器感应到并被检测仪器显示出来。如图5所示，内置式超声导波换能器能够检测到分别在3.1m处返回了0.35V的当量回波，在5.7m处返回了1V的当量回波，而在7.6m处返回了超过2.5V的当量回波。在该波形图5上能够比较清晰的预判3.1m和5.7m处为各一人工缺陷伤信号，在7.6m处为一明显的被检测钢管3端面信号。

上述可见，本实用新型实施例1的内置式超声导波换能器对金属管道的伤比较敏感，可以获得较好的信噪比，能满足实际的检测要求，其技术效果显著突出。

Claims (10)

1.一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：包括依次连接的接插件(1)、电气分离三通(2)和连接管(4)以及连接在连接管(4)端部并伸入到被检测金属管(3)内部的超声导波换能机构，超声导波换能机构包含有磁线圈结构和磁致伸缩带材(10)。

2.根据权利要求1所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：所述的超声导波换能机构包括通气端轴(5)、磁致伸缩带材(10)、密封端轴(14)、联芯轴(12)、硅胶管(9)、磁线圈结构和压紧套(7)，通气端轴(5)和密封端轴(14)包括呈圆台形的端轴部和同轴连接在端轴部小端的杆部，通气端轴(5)和密封端轴(14)之间通过联芯轴(12)同轴连接并对称安装，通气端轴(5)和密封端轴(14)分别套装在两个压紧套(7)中，通气端轴(5)和密封端轴(14)之间的联芯轴(12)上安装有电磁线圈结构；

密封端轴(14)的杆部穿过压紧套(7)后连接组合式盖型螺母(15)固定，通气端轴(5)的杆部穿过压紧套(7)后被法兰螺母(6)拧紧固定，并与连接管(4)的一端同轴连接；通气端轴(5)、磁线圈结构和密封端轴(14)形成的柱体外周围套有硅胶管(9)，硅胶管(9)中间部分套在电磁线圈结构外，硅胶管(9)的两端分别被压紧在一侧压紧套(7)与通气端轴(5)之间以及另一侧压紧套(7)与密封端轴(14)之间；磁致伸缩带材(10)焊接一带材固定架(8)上，带材固定架(8)的两端开口固定圈分别紧套在两个压紧套(7)内端部外壁的轴阶上，磁致伸缩带材(10)套在硅胶管(9)外。

3.根据权利要求2所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：所述连接管(4)和通气端轴(5)中心设有相通的中空管道，联芯轴(12)连接通气端轴(5)的一端设有四个通气孔，连接管(4)的另一端经电气分离三通(2)与接插件(1)连接，接插件(1)的端线依次穿过电气分离三通(2)中的管道、连接管(4)和通气端轴(5)的中空管道、联芯轴(12)任一通气孔后连接电磁线圈结构。

4.根据权利要求2所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：所述的联芯轴(12)分别与通气端轴(5)和密封端轴(14)螺纹紧固连接。

5.根据权利要求2所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：所述的电磁线圈结构包括线圈骨架(11)和绕在线圈骨架(11)上两个参数相同的线圈(13)，线圈骨架(11)活动套在联芯轴(12)上，线圈骨架(11)的中部开有两个环形凹槽，两个线圈(13)分别绕在两个环形凹槽上，线圈骨架(11)的两端直径与通气端轴(5)、密封端轴(14)端轴部大端直径相同。

6.根据权利要求2所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：所述的压紧套(7)内端部外壁轴阶为带有锥度向外倾斜的锥面，使得紧套在该锥面上的带材固定架(8)形成轴向限位。

7.根据权利要求6所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：套装在压紧套(7)前所述带材固定架(8)的两个开口固定圈内径小于压紧套(7)锥面的最大外径。

8.根据权利要求1所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：所述的连接管(4)的外端部为带有两级台阶的凸缘结构，凸缘结构的阶梯朝向被检测金属管(3)方向。

9.根据权利要求1所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：所述的带材固定架(8)有一对位于两端结构对称的开口固定圈，两个开口固定圈一侧之间通过固定杆连接为一整体，开口固定圈另一侧沿轴向设有用于方便弹性套装的条形缺口。

10.根据权利要求2所述的一种可内置于检测管道的超声导波换能器，其特征在于：套装在硅胶管(9)前所述磁致伸缩带材(10)内径小于未膨胀前的硅胶管(9)外径，磁致伸缩带材(10)具有弹性，使得磁致伸缩带材(10)套装后紧密包裹在硅胶管(9)周围。