CN218032699U - 水利工程用管道质量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水利工程用管道质量检测装置，包括电磁攀爬机器人，电磁攀爬机器人包括机架、电磁履带机构、电池供电模块和控制箱，电磁履带机构安装在机架两侧；探伤机构，探伤机构包括超声波发射单元和光栅接收单元，控制箱连接超声波发射单元以用于发射超声波，光栅接收单元连接控制箱以用于通过光栅接收解调反射回的超声波并检测缝隙缺陷。电磁履带机构可以吸附在金属管道上进行攀爬作业，既可以沿水平管道进行检测也可以攀爬至竖直的管道进行检测；此外通过光栅接收单元代替传统的压电式传感器接收超声波信号，抗电磁干扰能力强，能够在复杂恶劣的环境中进行管道质量检测并保证检测精度。

Description

水利工程用管道质量检测装置

技术领域

本实用新型涉及水利工程检测领域，特别涉及一种水利工程用管道质量检测装置。

背景技术

水利工程中水管是必不可少的设备，广泛应用于给水、排水等各种领域中，随着管道运营时间的延长，水管在长期使用中不可避免的会出现损坏，管道老化的问题日益突出。

传统的人工排查方式费时费力并且部分区域人工难以到达。目前市面上出现了一种可以沿管道移动并通过发送超声波进行探伤检测的质量检测机器人，能够替代人工进行管道质量的检测。但这种检测机器人还存在以下问题：1、不具备攀爬能力，只能沿水平的管道进行移动，无法检测垂直设置的管道。2、都是采用压电式传感器进行超声波的接收，抗电磁干扰能力差，在一些复杂恶劣环境中的检测精度低。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种水利工程用管道质量检测装置，具备攀爬能力并且抗电磁干扰能力强，能够在复杂恶劣的环境中进行管道质量检测。

根据本实用新型第一方面实施例的水利工程用管道质量检测装置，包括：电磁攀爬机器人，所述电磁攀爬机器人包括机架、电磁履带机构、电池供电模块和控制箱，所述电磁履带机构安装在机架两侧以用于吸附在管道上移动，所述控制箱连接所述电磁履带机构的驱动端，所述电池供电模块用于供电；探伤机构，所述探伤机构安装在所述电磁攀爬机器人的前端，所述探伤机构包括超声波发射单元和光栅接收单元，所述控制箱连接所述超声波发射单元以用于发射超声波，所述光栅接收单元连接所述控制箱以用于通过光栅接收解调反射回的超声波并检测缝隙缺陷。

根据本实用新型实施例的水利工程用管道质量检测装置，至少具有如下有益效果：

本实用新型实施例在机架两侧采用电磁履带机构，电磁履带机构可以吸附在金属管道上进行攀爬作业，既可以沿水平管道进行检测也可以攀爬至竖直的管道进行检测；此外通过光栅接收单元代替传统的压电式传感器接收超声波信号，抗电磁干扰能力强，能够在复杂恶劣的环境中进行管道质量检测并保证检测精度。

根据本实用新型的一些实施例，所述电磁履带机构包括左电磁履带机构、右电磁履带机构和驱动电机，所述左电磁履带机构和所述右电磁履带机构分别安装在所述机架的两侧，所述驱动电机安装在所述机架上且通过驱动轴分别与所述左电磁履带机构和所述右电磁履带机构相连。

根据本实用新型的一些实施例，所述左电磁履带机构/右电磁履带机构包括履带支架、主动轮、从动轮、履带链条和电磁铁，所述主动轮和从轮动相对设置在所述履带支架的两端，所述主动轮与所述驱动电机的驱动轴相连，所述履带链条环绕所述主动轮和所述从动轮以形成履带结构，所述电磁铁固定在所述履带链条的内侧，所述电磁铁上设置有电刷，所述履带支架的下端设置有电刷导轨以用于与吸附面的履带链条上的电刷滑动接触。

根据本实用新型的一些实施例，所述电磁履带机构通过减震架安装在所述机架两侧。

根据本实用新型的一些实施例，所述超声波发射单元包括脉冲信号发生电路和超声波发射探头，所述控制箱连接所述脉冲信号发生电路的输入端，所述脉冲信号发生电路的输出端连接所述超声波发射探头以用于发射超声波。

根据本实用新型的一些实施例，所述光栅接收单元包括宽带光源、光环形器、参考光栅、传感光栅和光电探测器，所述宽带光源连接所述光环形器的第一端以用于提供系统光源，所述参考光栅连接所述光环形器的第二端，所述传感光栅用于接收超声波且连接所述光环形器的第三端，所述传感光栅连接所述光电探测器的输入端以用于将光信号转换为电信号，所述光电探测器的输出端连接所述控制箱的输入端。

根据本实用新型的一些实施例，所述参考光栅和所述传感光栅皆采用布拉格光栅。

根据本实用新型的一些实施例，还包括无线传输模块，所述无线传输模块与所述控制箱相连。

根据本实用新型的一些实施例，所述无线传输模块为5G模块。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型一种实施例的水利工程用管道质量检测装置的结构图；

图2为本实用新型一种实施例的水利工程用管道质量检测装置的原理框图。

附图标号：

电磁攀爬机器人100、机架110、电磁履带机构120、履带支架121、主动轮122、从动轮123、履带链条124、电刷导轨125、控制箱130、悬臂140；

探伤机构200、超声波发射单元210、脉冲信号发生电路211、超声波发射探头212、光栅接收单元220、宽带光源221、光环形器222、参考光栅223、传感光栅224、光电探测器225。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1所示，一种水利工程用管道质量检测装置，包括：电磁攀爬机器人100和探伤机构200。其中，电磁攀爬机器人100的作用是吸附在金属管道上并沿管道移动，其包括机架110、电磁履带机构120、电池供电模块和控制箱130，电磁履带机构120包括结构相同的左电磁履带机构、右电磁履带机构，还包括驱动电机，左电磁履带机构和右电磁履带机构分别安装在机架110的两侧以形成双履带底盘驱动结构，驱动电机安装在机架110上且通过驱动轴分别连接左电磁履带机构和右电磁履带机构，左电磁履带机构和右电磁履带机构通过磁力吸附金属管道上，然后通过驱动电机提供的动力在金属管道上活动。电池供电模块包括电池和电源模块，通过电源模块给各器件供电，控制箱130控制电磁履带机构120的电磁力和驱动电机的运行。

左电磁履带机构/右电磁履带机构的结构相同，以左电磁履带机构为例，其包括履带支架121、主动轮122、从动轮123、履带链条124和电磁铁，主动轮122和从轮动123相对设置在履带支架121的两端，本实施例中将主动轮122安装在履带支架121的前端，从轮动123安装在履带支架121的后端，驱动电机为两个，分别安装在两个主动轮122对应处，主动轮122通过减速器与驱动电机的驱动轴相连，驱动电机通过减速器带动主动轮122转动。可以理解的是，主动轮122和从轮动123的位置也可以互换，将主动轮122安装在机架110后端，将从动轮123安装在机架110前端也属于本实用新型的保护范围，但主动轮122安装在前端灵活性更好。履带链条124采用导磁材料制成，履带链条124环绕主动轮122和从动轮123以形成履带结构，履带结构可以提供一定的越障能力，电磁铁通过固定座固定在履带链条124的内侧，电磁铁上设置有电刷，履带支架121的下端设置有电刷导轨125，电刷导轨125底部设置有凹型的滑槽，滑槽内设置有电刷端子，当履带链条124活动至机架110底部，也就是主动轮122和从轮动123的底部之间的区域时，履带链条124的顶部的固定座以及电磁铁沿滑槽滑动，此时电磁铁上的电刷与滑槽内的电刷端子电性连接，此时底部的履带链条124具有吸附能力，能够吸附在金属管道上并进行移动。此外凹型的滑槽也可以对履带链条124起到导向作用，提高移动过程中的稳定性。

为了进一步提高运行过程中的稳定性，电磁履带机构120通过减震架安装在机架110两侧，本实施例中减震架采用弹簧悬架，也可以采用其他常规的减震装置。

探伤机构200通过一悬臂140安装在机架110顶部且延伸至机架110的前端，探伤机构200包括朝下设置的超声波发射单元210和光栅接收单元220，控制箱130连接超声波发射单元210以用于发射超声波，光栅接收单元220连接控制箱130以用于通过光栅接收解调反射回的超声波并检测缝隙缺陷。

参考图2所示，超声波发射单元210包括脉冲信号发生电路211和超声波发射探头212，控制箱130连接脉冲信号发生电路211的输入端，脉冲信号发生电路211的输出端连接超声波发射探头212以用于发射超声波。本实施例中脉冲信号发生电路211采用型号为NE555P的脉冲信号发生器，超声波发射探头212采用压电晶片，脉冲信号发生电路211产生高压脉冲信号激励压电晶片产生超声波。

光栅接收单元220包括宽带光源221、光环形器222、参考光栅223、传感光栅224和光电探测器225，宽带光源221连接光环形器222的第一端以用于提供系统光源，参考光栅223连接光环形器222的第二端，传感光栅224用于接收超声波且连接光环形器222的第三端，传感光栅224连接光电探测器225的输入端以用于将光信号转换为电信号，光电探测器225的输出端连接控制箱130的输入端。

光栅接收单元220的工作原理为：

带宽光源221作用是提供系统光源，参考光栅223和传感光栅224皆采用栅区长度为3mm布拉格光栅，当然采用其他棚区长度的布拉格光栅也可以实现本申请的技术方案，栅区长度越小精度越高，但成本也越高。参考光栅223的反射光通过光环形器222进入传感光栅224，传感光栅224反射在反射谱之内的光，而透过其他波段的光。当传感光栅224探测到超声波信号时，其中心波长发生偏移，反射谱发生变化，而参考光栅223的中心波长保持不变，在超声波信号的作用下，传感光栅224的中心波长发生变化。因此峰值会沿着参考光栅223的光谱移动，导致光强变化较大而波长变化较小，从而实现对超声信号检测。光电探测器225将传感光栅224透射光强度的变化转变为电信号反馈给控制箱130进行分析处理，从而判断管道侧壁是否存在缝隙等缺陷。本实施例中光电探测器225的型号为LSIPD-L3，当然也可以采用其他型号的光电探测器。

为了实现远程通讯，还包括无线传输模块，本实施例中无线传输模块为5G模块，无线传输模块与控制箱130相连，与后台主机实现通讯，实现远程控制和实时上传检测数据。控制箱130内置MCU、GPS等组件实现数据处理和定位等功能。

本实用新型实施例在机架110两侧采用电磁履带机构120，电磁履带机构120可以吸附在金属管道上进行攀爬作业，既可以沿水平管道进行检测也可以攀爬至竖直的管道进行检测；此外通过光栅接收单元220代替传统的压电式传感器接收超声波信号，抗电磁干扰能力强，能够在复杂恶劣的环境中进行管道质量检测并保证检测精度。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种水利工程用管道质量检测装置，其特征在于，包括：

电磁攀爬机器人(100)，所述电磁攀爬机器人(100)包括机架(110)、电磁履带机构(120)、电池供电模块和控制箱(130)，所述电磁履带机构(120)安装在机架(110)两侧以用于吸附在管道上移动，所述控制箱(130)连接所述电磁履带机构(120)的驱动端，所述电池供电模块用于供电；

探伤机构(200)，所述探伤机构(200)安装在所述电磁攀爬机器人(100)的前端，所述探伤机构(200)包括超声波发射单元(210)和光栅接收单元(220)，所述控制箱(130)连接所述超声波发射单元(210)以用于发射超声波，所述光栅接收单元(220)连接所述控制箱(130)以用于通过光栅接收解调反射回的超声波并检测缝隙缺陷。

2.根据权利要求1所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：所述电磁履带机构(120)包括左电磁履带机构、右电磁履带机构和驱动电机，所述左电磁履带机构和所述右电磁履带机构分别安装在所述机架(110)的两侧，所述驱动电机安装在所述机架(110)上且通过驱动轴分别与所述左电磁履带机构和所述右电磁履带机构相连。

3.根据权利要求2所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：所述左电磁履带机构/右电磁履带机构包括履带支架(121)、主动轮(122)、从动轮(123)、履带链条(124)和电磁铁，所述主动轮(122)和从轮动相对设置在所述履带支架(121)的两端，所述主动轮(122)与所述驱动电机的驱动轴相连，所述履带链条(124)环绕所述主动轮(122)和所述从动轮(123)以形成履带结构，所述电磁铁固定在所述履带链条(124)的内侧，所述电磁铁上设置有电刷，所述履带支架(121)的下端设置有电刷导轨(125)以用于与吸附面的履带链条(124)上的电刷滑动接触。

4.根据权利要求1所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：所述电磁履带机构(120)通过减震架安装在所述机架(110)两侧。

5.根据权利要求1所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：所述超声波发射单元(210)包括脉冲信号发生电路(211)和超声波发射探头(212)，所述控制箱(130)连接所述脉冲信号发生电路(211)的输入端，所述脉冲信号发生电路(211)的输出端连接所述超声波发射探头(212)以用于发射超声波。

6.根据权利要求1所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：所述光栅接收单元(220)包括宽带光源(221)、光环形器(222)、参考光栅(223)、传感光栅(224)和光电探测器(225)，所述宽带光源(221)连接所述光环形器(222)的第一端以用于提供系统光源，所述参考光栅(223)连接所述光环形器(222)的第二端，所述传感光栅(224)用于接收超声波且连接所述光环形器(222)的第三端，所述传感光栅(224)连接所述光电探测器(225)的输入端以用于将光信号转换为电信号，所述光电探测器(225)的输出端连接所述控制箱(130)的输入端。

7.根据权利要求6所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：所述参考光栅(223)和所述传感光栅(224)皆采用布拉格光栅。

8.根据权利要求1所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：还包括无线传输模块，所述无线传输模块与所述控制箱(130)相连。

9.根据权利要求8所述的水利工程用管道质量检测装置，其特征在于：所述无线传输模块为5G模块。

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