CN219161980U - 一种基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统 - Google Patents

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CN219161980U CN202222560532.3U CN202222560532U CN219161980U CN 219161980 U CN219161980 U CN 219161980U CN 202222560532 U CN202222560532 U CN 202222560532U CN 219161980 U CN219161980 U CN 219161980U
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晋刚
萧浩坤
吴衡
任国振
王蒙蒙
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Abstract

本实用新型公开了一种基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统；包括固定座和位于固定座上的动环；动环能相对于固定座转动；沿动环的圆周，等距分布有三组太赫兹检测组件；聚乙烯燃气管随着传送带被传送至太赫兹信号辐射区域；该太赫兹信号辐射区域，即动环的环内采样区域；动环周向往复旋转；太赫兹信号穿透聚乙烯燃气管，携带了燃气管壁厚、缺陷的信息被太赫兹探测器收集并成像后，传送至计算机图像数据处理分析，建立聚乙烯燃气管三维模型，对潜在的缺陷进行可视化展示并标记。与现有技术相比，本发明聚乙烯燃气管缺陷在线检测系统能够实现全方位尺寸监测与内部缺陷监测，具有检测效率高、速度快、准确率高的特点。

Description

一种基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统
技术领域
本实用新型涉及无损检测设备生产领域，尤其涉及一种基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统。
背景技术
聚乙烯材料由于其质量轻、寿命长、耐腐蚀性强、性能稳定等特点是燃气管道领域的首选管道材料，由于燃气管通常埋地铺设，一旦出现管道损伤、失效、泄露就会引起重大安全事故，因此聚乙烯燃气管的产品质量是保证其安全性使用的重要前提，然而目前还缺少对聚乙烯燃气管生产过程中产生的缺陷进行实时、快速、准确的检测装置。
管道在加工过程中会出现多种缺陷，如气孔问题、壁厚不均问题、圆度问题与管壁下垂的问题。
现有工业生产中，企业采用超声波测厚装置进行聚乙烯燃气管进行检测，超声波检测装置虽然可以以一定的精度对壁厚进行测量，但是至少存在以下不足：
一、现有的超声波测量装置，由于分辨率的限制，无法对管道内部的微小缺陷进行检测，管道内无法用超声波检测的空腔可能会对管道质量造成影响；
二、超声测量技术属于接触式测量，可能会对管材外壁造成影响，为了提高测量的精度还需要涂抹耦合剂，而耦合剂的使用会对管道造成污染和增加测量过程中的不确定性。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种实时、快速、准确的基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统，包括固定座2和位于固定座2上的动环1；动环1能相对于固定座2转动；
沿动环1的圆周，等距分布有三组太赫兹检测组件；
每一组太赫兹检测组件，均包括太赫兹源3和太赫兹探测器4；
每一组中的太赫兹源3与太赫兹探测器4，分别设置在圆周的对应侧，并且在同一条直径线上；
每一组中的太赫兹源3发出的太赫兹信号，经过动环1的环内采样区域，到达与之对应侧的太赫兹探测器4。
动环1能相对于固定座2以0-180°的角度转动。
每组太赫兹检测组件的太赫兹探测器4分别与计算机5信号连接。
一种管道缺陷检测方法，其包括如下步骤：
聚乙烯燃气管随着传送带被传送至太赫兹信号辐射区域；该太赫兹信号辐射区域，即动环1的环内采样区域；动环1周向往复旋转；
太赫兹信号穿透聚乙烯燃气管，携带了燃气管壁厚、缺陷等信息的太赫兹信号被太赫兹探测器4收集并成像后，传送至计算机5图像数据处理分析，建立聚乙烯燃气管三维模型，对潜在的缺陷进行可视化展示并标记。
所述图像数据处理分析流程为：
①计算机5获取聚乙烯燃气管输送速度与动环1周向旋转速度；
②三组太赫兹检测组件，构成通道一、通道二、通道三；计算机5同时计算出当前时刻通道一扫描区域的空间方位、通道二扫描区域的空间方位和通道三扫描区域的空间方位，并且同时获取当前时刻通道一扫描区域的光谱数据、通道二扫描区域的光谱数据和通道三扫描区域的光谱数据；
③计算各通道每一个离散光谱数据点的空间坐标关系，构成各通道光谱-坐标数据点集；
④整合各通道光谱-坐标数据点集，构建总体管道光谱-坐标数据点集；
⑤利用潜在缺陷区域判别算法，对总体光谱-坐标数据点集中每一个坐标进行潜在缺陷判别，构建缺陷-坐标数据点集；
⑥利用聚乙烯燃气管道质量云图绘制算法绘制聚乙烯管道质量云图；
所述潜在缺陷区域判别算法流程为：
①读取各通道的太赫兹探测器4信号，并输入程序中记为管道光谱-坐标数据点集；
②分析各通道的管道光谱数据，利用时域信号判断管道内部有无缺陷；
③对时域光谱数据进行时频转换，并将每个频域谱图输入到缺陷分类模型进行判断，若判断为真，则认为该离散数据点所在区域含有缺陷，利用缺陷深度回归模型进行缺陷深度计算，若判断为假，则认为该离散数据点所在区域没有缺陷；
④综合时频域的判别结果，构建缺陷-坐标数据点集。
所述时频转换为快速傅里叶变换算法。
所述聚乙烯燃气管道质量云图绘制算法为：
①输入当前时刻聚乙烯管道缺陷-坐标数据点集；
②绘制聚乙烯管道整体区域当前时刻缺陷散点图；
③利用双三次插值算法绘制当前时刻聚乙烯管道质量云图；
④结合历史云图数据绘制整体聚乙烯管道质量云图。
检测过程中，需要对聚乙烯管道的输送速度与作为检测的动环1旋转速度进行匹配，速度关系如下：
Figure BDA0003867434780000031
其中：聚乙烯管道输送速度为Vtube，动环1旋转角速度为ωloop，太赫兹探测器4接收范围长度为L，太赫兹探测器4与太赫兹源3所在圆周的直径为D，聚乙烯管道直径为d。
本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本实用新型沿动环1的圆周，等距分布有三组太赫兹检测组件；每一组太赫兹检测组件，均包括太赫兹源3和太赫兹探测器4；作业时聚乙烯燃气管随着传送带被传送至太赫兹信号辐射区域；该太赫兹信号辐射区域，即动环1的环内采样区域；动环1周向往复旋转；太赫兹信号穿透聚乙烯燃气管，携带了燃气管壁厚、缺陷的信息被太赫兹探测器4收集并成像后，传送至计算机5图像数据处理分析，建立聚乙烯燃气管三维模型，对潜在的缺陷进行可视化展示并标记。本实用新型采用上述方案，能够检测聚乙烯燃气管内部的缺陷，检测效率高，还可以实现管道的在线环形扫描以及缺陷云图绘制建模；本实用新型可以对聚乙烯燃气管的所有区域进行全检，不存在遗漏检测的区域，保证检测结果的准确性。
附图说明
图1是本实用新型基于透射式太赫兹光谱的聚乙烯燃气管缺陷在线检测系统检测模块结构示意图；
图2是本实用新型基于透射式太赫兹光谱的聚乙烯燃气管缺陷在线检测系统配套使用的图像数据处理分析的数据处理流程框图；
图3是本实用新型基于透射式太赫兹光谱的聚乙烯燃气管缺陷在线检测系统配套使用的潜在缺陷区域判别算法流程图；
图4是本实用新型基于透射式太赫兹光谱的聚乙烯燃气管缺陷在线检测系统配套使用的管道质量云图绘制算法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。
如图1-4所示。本实用新型公开了一种基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统，其特征在于，包括固定座2和位于固定座2上的动环1；动环1能相对于固定座2转动；
沿动环1的圆周，等距分布有三组太赫兹检测组件；实际应用中可以采用两组，或者三组以上，具体由实际应用为准。
每一组太赫兹检测组件，均包括太赫兹源3和太赫兹探测器4；
每一组中的太赫兹源3与太赫兹探测器4，分别设置在圆周的对应侧，并且在同一条直径线上；
每一组中的太赫兹源3发出的太赫兹信号，经过动环1的环内采样区域，到达与之对应侧的太赫兹探测器4。
每组太赫兹检测组件的太赫兹探测器4分别与计算机5信号连接。
太赫兹源3优选为600GHz太赫兹源。
太赫兹探测器4优选为高速太赫兹线性探测器。
动环1能相对于固定座2以0-180°的角度转动。动环1的旋转动作，可采用现有常规驱动方式，如伺服电机驱动，也可以采用人工手动驱动方式。
一种管道缺陷检测方法，可通过如下步骤：
聚乙烯燃气管随着传送带被传送至太赫兹信号辐射区域；该太赫兹信号辐射区域，即动环1的环内采样区域；动环1周向往复旋转；
太赫兹信号穿透聚乙烯燃气管，携带了燃气管壁厚、缺陷的信息被太赫兹探测器4收集并成像后，传送至计算机5图像数据处理分析，建立聚乙烯燃气管三维模型，对潜在的缺陷进行可视化展示并标记。
所述图像数据处理分析流程为：
①计算机5获取聚乙烯燃气管输送速度与动环1周向旋转速度；
②三组太赫兹检测组件，构成通道一、通道二、通道三；计算机5同时计算出当前时刻通道一扫描区域的空间方位、通道二扫描区域的空间方位和通道三扫描区域的空间方位，并且同时获取当前时刻通道一扫描区域的光谱数据、通道二扫描区域的光谱数据和通道三扫描区域的光谱数据；
③计算各通道每一个离散光谱数据点的空间坐标关系，构成各通道光谱-坐标数据点集；
④整合各通道光谱-坐标数据点集，构建总体管道光谱-坐标数据点集；
⑤利用潜在缺陷区域判别算法，对总体光谱-坐标数据点集中每一个坐标进行潜在缺陷判别，构建缺陷-坐标数据点集；
⑥利用聚乙烯燃气管道质量云图绘制算法绘制聚乙烯管道质量云图；
所述潜在缺陷区域判别算法流程为：
①读取各通道的太赫兹探测器4信号，并输入程序中记为管道光谱-坐标数据点集；
②分析各通道的管道光谱数据，利用时域信号判断管道内部有无缺陷；
③对时域光谱数据进行时频转换，并将每个频域谱图输入到缺陷分类模型进行判断，若判断为真，则认为该离散数据点所在区域含有缺陷，利用缺陷深度回归模型进行缺陷深度计算，若判断为假，则认为该离散数据点所在区域没有缺陷；
④综合时频域的判别结果，构建缺陷-坐标数据点集。
所述时频转换为快速傅里叶变换算法。
所述聚乙烯燃气管道质量云图绘制算法为：
①输入当前时刻聚乙烯管道缺陷-坐标数据点集；
②绘制聚乙烯管道整体区域当前时刻缺陷散点图；
③利用双三次插值算法绘制当前时刻聚乙烯管道质量云图；
④结合历史云图数据绘制整体聚乙烯管道质量云图。
检测过程中，需要对聚乙烯管道的输送速度与作为检测的动环1旋转速度进行匹配，速度关系如下：
Figure BDA0003867434780000061
其中：聚乙烯管道输送速度为Vtube，动环1旋转角速度为ωloop，太赫兹探测器4接收范围长度为L，太赫兹探测器4与太赫兹源3所在圆周的直径为D，聚乙烯管道直径为d。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统，其特征在于，包括固定座(2)和位于固定座(2)上的动环(1)；动环(1)能相对于固定座(2)转动；
沿动环(1)的圆周，等距分布有三组太赫兹检测组件；
每一组太赫兹检测组件，均包括太赫兹源(3)和太赫兹探测器(4)；
每一组中的太赫兹源(3)与太赫兹探测器(4)，分别设置在圆周的对应侧，并且在同一条直径线上；
每一组中的太赫兹源(3)发出的太赫兹信号，经过动环(1)的环内采样区域，到达与之对应侧的太赫兹探测器(4)。
2.根据权利要求1所述基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统，其特征在于，动环(1)能相对于固定座(2)以0-180°的角度转动。
3.根据权利要求2所述基于透射式太赫兹光谱的管道缺陷检测系统，其特征在于，每组太赫兹检测组件的太赫兹探测器(4)分别与计算机(5)信号连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116794742A (zh) * 2023-06-29 2023-09-22 赛那德科技有限公司 一种基于太赫兹技术的快递包裹危险品检测系统

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