CN206696244U - 一种检测管道缺陷的电磁超声探头 - Google Patents

Abstract

一种检测管道缺陷的电磁超声探头，包括先导探头和辅助探头，先导探头和辅助探头之间通过球头连杆连接，并且先导探头和辅助探头都包括中心轴、发射电磁超声换能器单元、接收电磁超声换能器单元；发射电磁超声换能器单元和接收电磁超声换能器单元都沿管道内壁圆周环状排列，分别形成发射换能器组和接收换能器组；先导探头的发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴垂直；辅助探头上的发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴向成45°夹角；接收电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场都在管道圆周方向上。该探头结构适应管道形状，且对管道的轴向裂纹以及斜向裂纹检测都有显著提高。

Description

一种检测管道缺陷的电磁超声探头

技术领域

本实用新型涉及无损检测领域，特别涉及一种检测管道缺陷的电磁超声探头。

背景技术

管道是天然气、石油资源以及化工领域长距离传输的重要工具，保证这些管道的安全、正常运行对于维护国家能源安全和人们的正常生活至关重要。在长时间使用过程中，由于各种因素的影响，管道壁上会出现包括裂纹在内的各种类型的缺陷，如果任由这些缺陷发展下去将可能形成造成巨大的经济损失，严重时威胁人的生命。因此，对管道缺陷的早期监控和处理就成为十分重要的课题，而在线无损检测技术是达成这一目标的有效手段。

目前管道裂纹缺陷检测的最佳方案是无损检测领域中的电磁超声检测技术。已有的使用电磁超声换能器产生超声导波在线内检测管道裂纹缺陷的方案中，往往使用严格沿管道周向传播的超声导波，这种方案对于沿管道轴向的裂纹具有最好的检测灵敏度，但是对周向裂纹和斜向裂纹的检测无能为力。

而且管道经常会有拐弯的情况，而弯管因其制造工艺中对于钢板的拉伸更为明显，所以出现裂纹的情况更多，因此需要一种适应管道形状，且对管道的轴向裂纹以及斜向裂纹检测都有效的电磁超声探头。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术问题，设计一种适应管道形状，且对管道的轴向裂纹以及斜向裂纹检测都有效的电磁超声探头。

本实用新型的技术方案是：一种检测管道缺陷的电磁超声探头，包括先导探头和辅助探头，先导探头和辅助探头之间通过球头连杆连接，并且所述的先导探头和辅助探头都包括中心轴、发射电磁超声换能器单元、接收电磁超声换能器单元；发射电磁超声换能器单元和接收电磁超声换能器单元都沿管道内壁圆周环状排列，分别形成发射换能器组和接收换能器组；先导探头的发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴垂直；辅助探头上的发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴向成45°夹角；接收电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场都在管道圆周方向上。

作为一种优选：发射换能器组和接收换能器组被套接在所述的中心轴上的环形硅钢片隔开。

作为一种优选：环形硅钢片的外环边分布有滚珠。

作为一种优选：先导探头的前部安装有照明灯。

作为一种优选：先导探头、辅助探头、球头连杆有内部通孔，且依次相通，供导线穿过。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

1、包括先导探头和辅助探头，都有发射电磁超声换能器单元和接收电磁超声换能器单元使得对管道的检测可以实现双重检测。辅助探头上的发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴向成45°夹角，实现了对管道的轴向裂纹以及斜向裂纹检测的技术要求。

2、先导探头和辅助探头之间通过球头连杆连接，使得先导探头和辅助探头之间可以弯折，达到在管道直管和弯头中灵活移动的作用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的主体结构剖面示意图。

图3为本实用新型的结构中环形硅钢片的示意图。

图4为本实用新型的一种使用状态示意图。

具体实施方式

如图1所示：一种检测管道缺陷的电磁超声探头，包括先导探头10和辅助探头11，先导探头10和辅助探头11之间通过球头连杆2连接，球头连杆2包括连杆20，以及左右两个球头21A和21B。辅助探头11尾部接有传输线7。先导探头10的前部安装有照明灯5。先导探头10和辅助探头11的发射电磁超声换能器单元4A和4B，以及接收电磁超声换能器单元4C都沿管道内壁圆周环状排列，分别形成发射换能器组和接收换能器组，换能器组中换能器单元的数目决定于管道周长和换能器单元的尺寸。发射换能器组和接收换能器组被环形硅钢片3隔开，如图3所示：环形硅钢片的有内孔31，外环边分布有滚珠30。目的是：环形硅钢片在结构上，外环边直径与管道的直径基本相同，起到限制换能器与管道表面距离的作用，滚珠的增加使得本实用新型的探头在管道中移动更加顺畅。辅助检测方面，硅钢片能够使换能器的输出或输入信号更加集中，减少磁场散失。

先导探头10的发射电磁超声换能器单元4A的线圈导线和恒定偏置磁场与管道轴向垂直；辅助探头11上的发射电磁超声换能器单元4B的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴向成45°夹角；接收电磁超声换能器单元4C的线圈导线和恒定偏置磁场都在管道圆周方向上。

如图2所示：先导探头10和辅助探头11分别有中心轴10C 和11C，该中心轴和管道轴向一致，环形硅钢片的内孔31与中心轴配合。先导探头10、辅助探头11、球头连杆2分别有内部通孔10C、11C、22，且依次相通，供导线6穿过。这样方便发射换能器组和接收换能器组的信号线收集。

如图4所示是本实用新型设计的探头在管道90度弯管处使用状态示意图。可见球头连杆使得先导探头和辅助探头之间可以弯折，达到在管道直管和弯头中灵活移动的作用。

本实用新型使用基于印刷电路板的三分裂式折线线圈和钕铁硼永磁体磁块构成的电磁超声换能器单元，三分裂折线线圈周期数取2～5。永磁体提供的恒定偏置磁场在1~1.5T的范围，典型值为1T，其方向平行于折线线圈的导线方向并且位于管道壁内部，这种配置方式决定了管道壁内的偏置磁场和线圈引发的交变涡流平行，因而不存在洛伦兹力效应，即在非铁磁导电材料内不会产生超声波。对于由铁磁性的钢材料构造的管道壁，该配置方式将在磁致伸缩效应作用下产生切变超声波。切变超声波沿着垂直于线圈导线的方向传播并为管道壁所限制，最终形成沿管道壁传播的超声导波。换能器单元的折线线圈贴近管道内表面放置并具有弯曲的表面以适合管道内壁的几何形状，线圈提离在0～2mm 之间，典型值为 2mm。折线线圈的周期长度一般在3.2～45.7mm的范围。

发射电磁超声换能器单元在内检测器上与探头的中心轴也就是管道轴向成 45°角沿着斜向布置，这时发射电磁超声换能器单元产生的超声导波也与管道轴向成 45°角发射出去，这样将对纯周向和纯轴向的裂纹缺陷具有相似的灵敏度。 单个斜向发射电磁超声换能器单元产生的超声导波可以与其传播路径上的轴向、周向以及斜向裂纹缺陷作用，因而具有对几乎任意方向裂纹缺陷的检测能力。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种检测管道缺陷的电磁超声探头，其特征在于：包括先导探头和辅助探头，所述的先导探头和辅助探头之间通过球头连杆连接，并且所述的先导探头和辅助探头都包括中心轴、发射电磁超声换能器单元、接收电磁超声换能器单元；所述的发射电磁超声换能器单元和接收电磁超声换能器单元都沿管道内壁圆周环状排列，分别形成发射换能器组和接收换能器组；所述的先导探头的发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴垂直；所述的辅助探头上的发射电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场与中心轴向成45°夹角；所述的接收电磁超声换能器单元的线圈导线和恒定偏置磁场都在管道圆周方向上。

2.根据权利要求1所述的一种检测管道缺陷的电磁超声探头，其特征是：所述的发射换能器组和接收换能器组被套接在所述的中心轴上的环形硅钢片隔开。

3.根据权利要求2所述的一种检测管道缺陷的电磁超声探头，其特征是：所述环形硅钢片的外环边分布有滚珠。

4.根据权利要求1所述的一种检测管道缺陷的电磁超声探头，其特征是：所述的先导探头的前部安装有照明灯。

5.根据权利要求1或2或4所述的一种检测管道缺陷的电磁超声探头，其特征是：所述的先导探头、辅助探头、球头连杆有内部通孔，且依次相通，供导线穿过。