CN219641637U - 一种油气管道超声导波检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于管道检测技术领域，尤其是涉及一种油气管道超声导波检测装置，包括超声波换能器、信号处理模块和信号控制模块；信号控制模块分别与超声波换能器和信号处理模块通信连接；超声波换能器设置于油气管道外壁上。该油气管道超声导波检测装置通过超声波换能器向管道中发射导波，并接收来自管道壁面的声反射，连接至信号处理模块；并通过信号处理模块对接收到的声学信号进行处理，输出诊断结果；进一步通过信号控制模块控制设备的运行；能够快速且准确地检测油气管道中的缺陷，还可用于预防性维护。
Description
技术领域
本实用新型属于管道检测技术领域，尤其是涉及一种油气管道超声导波检测装置。
背景技术
油气管道的检查和维护是保证管道安全运行的必要条件，其目的是发现管道中的任何缺陷，以便及时采取补救措施。超声导波检测是一种常用的管道检测方法，已经在石油工业中应用多年，用于检测油气管道中的缺陷和腐蚀。现有技术中通常采用平面内剪切压电陶瓷进行检测，然而其不能产生单模导波、难以控制波的方向以及信号的带宽有限。
实用新型内容
针对背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种油气管道超声导波检测装置，通过超声波换能器向管道中发射导波，并接收来自管道壁面的声反射，连接至信号处理模块；并通过信号处理模块对接收到的声学信号进行处理，输出诊断结果；进一步通过信号控制模块控制设备的运行。
为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：一种油气管道超声导波检测装置包括超声波换能器、信号处理模块和信号控制模块；
信号控制模块分别与超声波换能器和信号处理模块通信连接；超声波换能器设置于油气管道外壁上。
进一步地，超声波换能器包括换能器元件和匹配单元；
换能器元件设置于油气管道外壁上；换能器元件和匹配单元通过粘结剂粘结。
进一步地，匹配单元包括第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；
第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层通过粘结剂依次粘结。
进一步地，信号处理模块包括依次通信连接的第一信号发生单元、传感器阵列和信号处理单元；
第一信号发生单元与换能器元件通信连接；信号处理单元与信号控制模块通信连接。
进一步地，第一信号发生单元包括依次通信连接的脉冲发生器和调制源；
脉冲发生器与换能器元件通信连接；调制源与传感器阵列通信连接。
进一步地，信号处理单元包括依次通信连接的模数转换器、数字信号处理器、信号滤波器和信号输出端；
模数转换器与传感器阵列通信连接；信号输出端与信号控制模块连接。
进一步地，信号控制模块包括依次通信连接的第二信号发生单元、功率放大单元、波形合成单元和信号检测单元；
第二信号发生单元与信号输出端和换能器元件通信连接。
本实用新型具有如下优点和有益效果：
(1)该油气管道超声导波检测装置通过超声波换能器向管道中发射导波，并接收来自管道壁面的声反射，连接至信号处理模块；并通过信号处理模块对接收到的声学信号进行处理，输出诊断结果；进一步通过信号控制模块控制设备的运行；
(2)该油气管道超声导波检测装置能够快速且准确地检测油气管道中的缺陷，还可用于预防性维护。
附图说明
图1为油气管道超声导波检测装置的结构图；
图2为第一信号发生单元的结构图；
图3为信号处理单元的结构图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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，本实用新型提供了一种油气管道超声导波检测装置包括超声波换能器、信号处理模块和信号控制模块；
信号控制模块分别与超声波换能器和信号处理模块通信连接；超声波换能器设置于油气管道外壁上。
超声波换能器用于向管道中发射单模T(0,1)导波。超声波换能器还用于接收来自管道壁面的声反射，并连接到信号处理模块。信号处理模块用于对接收到的声学信号进行处理并输出诊断结果。信号处理模块能够通过分析声波反射来检测管道中的微小缺陷。信号控制模块用于控制设备的运行。
在本实用新型实施例中，超声波换能器包括换能器元件和匹配单元；
换能器元件设置于油气管道外壁上；换能器元件和匹配单元通过粘结剂粘结。
超声波换能器是一种将电信号转换为声波的装置，反之亦然。它被用于各种应用，如超声波清洗、无损检测和医学成像等。超声波换能器主要由换能器元件和匹配单元两部分组成。换能器元件通常由压电材料制成，负责将电信号转换为声波。匹配单元是一种设计用于匹配被测介质(例如水、空气等)声阻抗的材料。
当用于激发单模T(0,1)导波时，换能器元件通过将电信号转换为声波来工作。电信号被施加到换能器元件上，使其振动。然后，这种振动以声波的形式通过匹配层传播。波沿换能器的长度传播，并由波导的边界引导，波导通常由固体材料制成，如钢或铝。
波导的作用是沿着特定的路径引导波并防止它消散。当波沿波导传播时，它经历了一系列的反射和折射，从而使它向特定的方向传播。这个方向由波导的边界条件决定，被称为波的模式。
T(0,1)模是一种导波，常用于超声检测。当波导被频率与波导波长相匹配的换能器激发时，就会产生这种类型的波。当波沿波导传播时，它经历一系列的反射和折射，使它向特定的方向传播并形成驻波。这种驻波被用来检测被测材料中的缺陷。
在本实用新型实施例中，利用换能器激发各向同性非色散水平横波SH0。激发各向同性非色散水平横波SH0的换能器结构相对简单，由电声换能器和横波发生器两部分组成。电声换能器由压电材料(如石英或锆钛酸铅(PZT))和相关机电驱动器组成。压电材料是极化的，以便在施加电压时产生电场。电场使材料振动，产生机械波。横波发生器是将机械波转换为水平横波的装置。
换能器的作用是由电信号产生水平横波SH0。电信号被发送到电声换能器，换能器将其转换为机械波。然后，该机械波被发送到横波发生器，横波发生器将其转换为水平横波SH0。然后水平横波在被测材料中传播。
使用激发各向同性非色散水平横波SH0的换能器的好处是很多的。首先，换能器相对简单，易于使用。这使得它非常适合需要快速响应的应用程序。此外，换能器能够产生非常高频的信号，允许更详细的成像。最后，换能器是高效的，这意味着它产生所需的波消耗很少。
综上，激发各向同性非色散水平横波SH0的换能器是一种相对简单的用于激发具有一定频率和振幅的横波的装置。该设备相对简单，易于使用，是需要快速响应的应用程序的理想选择。
在本实用新型实施例中，匹配单元包括第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；
第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层通过粘结剂依次粘结。
在本实用新型实施例中，如图1所示，信号处理模块包括依次通信连接的第一信号发生单元、传感器阵列和信号处理单元；
第一信号发生单元与换能器元件通信连接；信号处理单元与信号控制模块通信连接。
信号处理模块是超声导波检测装置的重要组成部分，它负责对反射信号进行分析并产生后续的信号输出。信号处理模块用于检测T(0,1)导波的存在，T(0,1)导波是由激励源产生并通过介质(如管道或结构元件)传播的超声导波。
在本实用新型实施例中，如图2所示，第一信号发生单元包括依次通信连接的脉冲发生器和调制源；
脉冲发生器与换能器元件通信连接；调制源与传感器阵列通信连接。脉冲发生器用于产生能量爆发，然后由调制源调制以产生所需的信号频率、幅度和相位。该信号被发送到传感器阵列，传感器阵列由用于检测介质反射信号的传感器组成。
在本实用新型实施例中，如图3所示，信号处理单元包括依次通信连接的模数转换器、数字信号处理器、信号滤波器和信号输出端；
模数转换器与传感器阵列通信连接；信号输出端与信号控制模块连接。模数转换器的型号可采用AD7321；数字信号处理器可采用TMS320VC5402PGE100；信号滤波器可采用TLF2-91K1。
模数转换器用于将来自传感器阵列的模拟信号转换为数字信号，发送到数字信号处理器。信号滤波器用于滤除任何不需要的噪声或干扰，信号输出端用于产生结果信号输出。其中，信号滤波器通常使用傅立叶分析或小波分析等算法来准确检测T(0,1)导波的存在。一旦信号被分析，信号输出端可用于产生警报或指示损坏或其他异常的存在。
在本实用新型实施例中，如图1所示，信号控制模块包括依次通信连接的第二信号发生单元、功率放大单元、波形合成单元和信号检测单元；
第二信号发生单元与信号输出端和换能器元件通信连接。功率放大单元可采用ATA-3000；波形合成单元可采用UTG90050D。
信号控制模块是超声导波检测装置的关键部件，它负责控制单模T(0,1)导波的激发。该模块是一种能够产生和控制超声导波信号波形特性的专用设备。第二信号发生单元负责产生超声导波信号，该信号可以以模拟或数字形式产生，这取决于所使用的系统类型。功率放大单元将信号放大至所需电平。波形合成单元负责产生上述信号的所需波形特征。最后，利用信号检测单元对超声导波信号进行检测，然后利用该信号测量波形特征。
为了正确地控制单模T(0,1)导波的激励，信号控制模块通常连接到许多其他组件，如换能器元件和信号处理单元。换能器元件负责产生初始超声导波信号。然后功率放大单元将信号放大至所需电平，而信号处理单元则用于处理信号并创建所需的波形特征。
信号控制模块还负责控制超声波导波信号的频率。这是通过调节第二信号发生单元和功率放大单元的输出来实现的。信号的频率通常设置为与换能器元件的谐振频率相匹配，通常在10到20MHz的范围内。
信号控制模块还能够控制超声导波信号的幅度。这是通过调节功率放大单元的电平来实现的。信号的振幅可以调整，以创建广泛的波形，可用于各种应用。
信号控制模块还负责控制超声波导波信号的相位。这是通过调整第二信号发生单元和功率放大单元的相位来实现的。信号的相位可以调整，以创建广泛的波形，可用于各种应用。
信号控制模块还负责控制超声波导波信号的时间持续时间。这是通过调整第二信号发生单元和功率放大单元的持续时间来实现的。信号的时间持续时间可以调整，以创建广泛的波形，可用于各种应用。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种油气管道超声导波检测装置，其特征在于：包括超声波换能器、信号处理模块和信号控制模块；
所述信号控制模块分别与超声波换能器和信号处理模块通信连接；所述超声波换能器设置于油气管道外壁上。
2.根据权利要求1所述的油气管道超声导波检测装置，其特征在于：所述超声波换能器包括换能器元件和匹配单元；
所述换能器元件设置于油气管道外壁上；所述换能器元件和匹配单元通过粘结剂粘结。
3.根据权利要求2所述的油气管道超声导波检测装置，其特征在于：所述匹配单元包括第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；
所述第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层通过粘结剂依次粘结。
4.根据权利要求2所述的油气管道超声导波检测装置，其特征在于：所述信号处理模块包括依次通信连接的第一信号发生单元、传感器阵列和信号处理单元；
所述第一信号发生单元与换能器元件通信连接；所述信号处理单元与信号控制模块通信连接。
5.根据权利要求4所述的油气管道超声导波检测装置，其特征在于：所述第一信号发生单元包括依次通信连接的脉冲发生器和调制源；
所述脉冲发生器与换能器元件通信连接；所述调制源与传感器阵列通信连接。
6.根据权利要求4所述的油气管道超声导波检测装置，其特征在于：所述信号处理单元包括依次通信连接的模数转换器、数字信号处理器、信号滤波器和信号输出端；
所述模数转换器与传感器阵列通信连接；所述信号输出端与信号控制模块连接。
7.根据权利要求6所述的油气管道超声导波检测装置，其特征在于：所述信号控制模块包括依次通信连接的第二信号发生单元、功率放大单元、波形合成单元和信号检测单元；
所述第二信号发生单元与信号输出端和换能器元件通信连接。
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