RU2240552C2

RU2240552C2 - Complex ultrasound sensor

Info

Publication number: RU2240552C2
Application number: RU2002107763/28A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Углов (RU); А.Л. Углов; В.М. Андрианов (RU); В.М. Андрианов; О.Ю. Баталин (RU); О.Ю. Баталин
Original assignee: Углов Александр Леонидович; Андрианов Вячеслав Михайлович; Баталин Олег Юрьевич
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2004-11-20

Abstract

FIELD: non-destructive control technologies.

SUBSTANCE: device has body with three apertures, in which ultrasound converters, spring-loaded along whole axis, are mounted, connected by radio-frequency cable to signals converter, and providing for concurrent measurement of time delays for reflected impulses of ultrasound waves from controlled portion. One of these has longitudinal polarization of emitted ultrasound wave, and the other two have transverse polarization of emitted ultrasound wave in mutually perpendicular planes. Also, a thermal sensor is made in the body, which is used for determining temperature correction value for time delays of ultrasound wave impulses reflected from controlled portion.

EFFECT: higher precision.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области средств неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля напряжений в трубах, различных металлических профилях и других металлических элементах строительных конструкций, нефте- и газопроводах и т.п.The invention relates to the field of non-destructive testing and can be used to control stresses in pipes, various metal profiles and other metal elements of building structures, oil and gas pipelines, etc.

Известен ультразвуковой датчик (а.с. СССР №1782121, G 01 N 29/26), содержащий корпус с выполненными в нем отверстиями, в которых установлены подпружиненные по своей продольной оси ультразвуковые преобразователи. Данное техническое решение как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату принято за прототип.A known ultrasonic sensor (AS USSR No. 1782121, G 01 N 29/26), comprising a housing with holes made in it, in which ultrasonic transducers spring-loaded along their longitudinal axis are mounted. This technical solution as the closest in technical essence and the achieved result is taken as a prototype.

К недостаткам прототипа относятся невысокая точность контроля напряженного состояния по взаимно перпендикулярным осям, вызванная невозможностью одновременного определения напряжений в продольной и поперечной осях контролируемого объекта, а также не учетом изменений температуры контролируемого объекта.The disadvantages of the prototype include the low accuracy of the control of the stress state along mutually perpendicular axes, caused by the inability to simultaneously determine the stresses in the longitudinal and transverse axes of the controlled object, and also not taking into account temperature changes of the controlled object.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения напряжений в продольной и поперечной осях контролируемого объекта. Техническим результатом является одновременное получение информации о задержке отраженных импульсов ультразвуковой волны, распространяющихся в направлении продольной и поперечной осей контролируемого объекта, с учетом изменений температуры контролируемого объекта.The task of the invention is to increase the accuracy of determining stresses in the longitudinal and transverse axes of the controlled object. The technical result is the simultaneous receipt of information about the delay of the reflected pulses of the ultrasonic wave propagating in the direction of the longitudinal and transverse axes of the controlled object, taking into account changes in temperature of the controlled object.

Поставленная задача решается тем, что комплексный ультразвуковой датчик содержит корпус с выполненными в нем отверстиями, в которых установлены подпружиненные по своей продольной оси ультразвуковые преобразователи, причем в корпусе датчика выполнены три отверстия, в которых установлены ультразвуковые преобразователи, один с продольной поляризацией излучаемой ультразвуковой волны, два других с поперечной поляризацией, излучаемой ультразвуковой волны во взаимно перпендикулярных плоскостях, также в датчике с противоположной ультразвуковым преобразователям стороны соосно с ними выполнены винты с возможностью перемещения по продольной оси ультразвуковых преобразователей, также в корпусе датчика выполнен термодатчик, также в корпусе датчика выполнен паз в, котором установлен ультразвуковой преобразователь, используемый в качестве термодатчика.The problem is solved in that the complex ultrasonic sensor contains a housing with holes made in it, in which ultrasonic transducers spring-loaded along its longitudinal axis are installed, and three holes are made in the sensor housing, in which ultrasonic transducers are installed, one with longitudinal polarization of the emitted ultrasonic wave, the other two with transverse polarization emitted by the ultrasonic wave in mutually perpendicular planes, also in the sensor with the opposite ultrasound ukovym converting them side coaxially with screws made movable along the longitudinal axis of the ultrasonic transducers in the sensor housing is configured to the temperature sensor as a groove in the sensor housing in which is mounted an ultrasonic transducer is used as a temperature sensor.

Выполнение в корпусе комплексного ультразвукового датчика трех отверстий, в которых установлены ультразвуковые преобразователи, одного ультразвукового преобразователя с излучаемой поперечной ультразвуковой волной, поляризованной по продольной оси датчика, другого ультразвукового преобразователя с излучаемой поперечной ультразвуковой волной, поляризованной перпендикулярно продольной оси датчика, а третьего ультразвукового преобразователя с продольной поляризацией излучаемой ультразвуковой волны позволяет получать с высокой точностью одновременно напряжения в направлении продольной и поперечной осей контролируемого объекта, т.к. в комплексном датчике ультразвуковые преобразователи с поперечной поляризацией излучаемой ультразвуковой волны установлены во взаимно перпендикулярных плоскостях с высокой точностью в лабораторных или заводских условиях, такой точности выставления перпендикулярности плоскостей поляризации в полевых условиях при повороте ультразвукового датчика на 90° достичь невозможно. Выполнение с противоположной ультразвуковым преобразователям стороны соосно с ними винтов с возможностью перемещения по продольной оси ультразвуковых преобразователей позволяет подобрать оптимальную силу прижима каждого ультразвукового преобразователя к поверхности контролируемого объекта, что также повышает точность измерения напряжений в объекте. Выполнение в корпусе комплексного ультразвукового датчика термодатчика позволяет учесть изменения температуры контролируемого объекта. Выполнение в корпусе датчика паза, в котором установлен ультразвуковой преобразователь, используемый в качестве термодатчика, позволяет упростить конструкцию термодатчика.The implementation in the housing of a complex ultrasonic sensor of three holes in which ultrasonic transducers are installed, one ultrasonic transducer with a radiated transverse ultrasonic wave polarized along the longitudinal axis of the sensor, another ultrasonic transducer with a radiated transverse ultrasonic wave polarized perpendicular to the longitudinal axis of the sensor, and the third ultrasonic transducer with the longitudinal polarization of the emitted ultrasonic wave allows to obtain high t chnostyu voltage simultaneously in the direction of the longitudinal and transverse axes of the controlled object, as in a complex sensor, ultrasonic transducers with transverse polarization of the emitted ultrasonic wave are installed in mutually perpendicular planes with high accuracy in laboratory or factory conditions, such accuracy of setting the perpendicularity of the polarization planes in the field when you rotate the ultrasonic sensor by 90 ° is impossible. The execution of screws coaxially with the opposite side of the ultrasonic transducers with the possibility of moving along the longitudinal axis of the ultrasonic transducers allows you to choose the optimal pressing force of each ultrasonic transducer to the surface of the controlled object, which also increases the accuracy of measuring stresses in the object. The implementation of a complex ultrasonic sensor in the body of the temperature sensor allows you to take into account changes in temperature of the controlled object. The execution in the sensor housing of the groove in which the ultrasonic transducer used as the temperature sensor is installed allows to simplify the design of the temperature sensor.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан комплексный ультразвуковой датчик, фронтальный вид; на фиг.2 - вид снизу; на фиг.3 - вид сверху; на фиг.4 - вид справа.The claimed technical solution is illustrated by drawings, where figure 1 shows a complex ultrasonic sensor, front view; figure 2 is a bottom view; figure 3 is a top view; figure 4 is a right view.

Комплексный ультразвуковой датчик содержит выполненный из органического стекла корпус 1, в котором выполнены отверстия 2, 3, 4, в отверстие 2 установлен ультразвуковой преобразователь 5 с излучаемой поперечной ультразвуковой волной, поляризованной по продольной оси датчика, в отверстие 3 установлен ультразвуковой преобразователь 6 с излучаемой поперечной ультразвуковой волной, поляризованной перпендикулярно продольной оси датчика, в отверстие 4 установлен ультразвуковой преобразователь 7 с продольной поляризацией излучаемой ультразвуковой волны, в датчике с противоположной ультразвуковым преобразователям 5, 6 и 7 стороны соосно с ними выполнены винты 8, 9 и 10, которые поджимают ультразвуковые преобразователи через пластины 11 и пружины 12, в корпусе 1 датчика выполнен паз 13, в котором установлен ультразвуковой преобразователь 14 с продольной поляризацией излучаемой волны, используемый в качестве термодатчика, ультразвуковые преобразователи 5, 6 и 7 соединены радиочастотным кабелем 15 с преобразователем сигналов, с которым также радиочастотным кабелем 16 соединен ультразвуковой преобразователь 14. Сбоку корпуса 1 выполнен пропил 17.The complex ultrasonic sensor contains a body 1 made of organic glass, in which holes 2, 3, 4 are made, an ultrasonic transducer 5 with a radiated transverse ultrasonic wave polarized along the longitudinal axis of the sensor is installed in the hole 2, an ultrasonic transducer 6 with a radiated transverse is installed in the hole 3 an ultrasonic wave polarized perpendicular to the longitudinal axis of the sensor, an ultrasonic transducer 7 with longitudinal polarization of the emitted ultrasound is installed in the hole 4 of the new wave, in the sensor on the opposite side of the ultrasonic transducers 5, 6 and 7, screws 8, 9 and 10 are made coaxially with them, which tighten the ultrasonic transducers through the plates 11 and springs 12, a groove 13 is made in the sensor housing 1, in which the ultrasonic transducer is installed 14 with longitudinal polarization of the emitted wave, used as a temperature sensor, ultrasonic transducers 5, 6 and 7 are connected by an RF cable 15 to a signal converter, to which an ultrasound is also connected by an RF cable 16 d converter 14. On the side of the housing 1 17 configured propyl.

Комплексный ультразвуковой датчик работает следующим образом. На поверхность контролируемого участка трубопровода устанавливают датчик таким образом, что направление поляризации ультразвукового преобразователя 5 совпадает с направлением текстуры материала контролируемого участка трубопровода, выдерживают датчик в таком положении некоторое время пока температура датчика не сравняется с температурой контролируемого участка трубопровода (примерно 5 минут), затем при помощи ультразвукового преобразователя 14 на участке 18 корпуса 1 определяют временные задержки отраженных импульсов ультразвуковой волны, по которым определяют температурную поправку, после чего одновременно измеряют временные задержки отраженных импульсов ультразвуковых волн, излученных ультразвуковыми преобразователями 5, 6 и 7, по которым при помощи известных методик определяют осевые и радиальные напряжения в контролируемом участке трубопровода.Integrated ultrasonic sensor operates as follows. A sensor is mounted on the surface of the monitored pipeline section so that the polarization direction of the ultrasonic transducer 5 coincides with the direction of the texture of the material of the monitored pipeline section, the sensor is held in this position for some time until the temperature of the sensor is equal to the temperature of the monitored pipeline section (about 5 minutes), then using ultrasonic transducer 14 on the section 18 of the housing 1 determine the time delay of the reflected pulses of the ultrasounds Wave for which temperature correction is determined, after which simultaneously measure the time delays of reflected pulses of the ultrasonic waves emitted by the ultrasonic transducers 5, 6 and 7, which by means of known techniques determine the axial and radial stresses in the controlled area of the pipeline.

Claims

1. A comprehensive ultrasonic sensor comprising a housing with three holes made in it, in which ultrasonic transducers spring-loaded along their longitudinal axis are mounted, connected by a radio frequency cable to a signal transducer and providing simultaneous measurement of the time delays of the reflected pulses of ultrasonic waves from the controlled section, while one of of them has a longitudinal polarization of the emitted ultrasonic wave, and the other two have a transverse polarization of the emitted ultrasonic wave lny in mutually perpendicular planes, in addition, the sensor housing is configured for detecting the temperature correction at the time delays of the reflected ultrasonic wave controlled section pulses.

2. The complex ultrasonic sensor according to claim 1, characterized in that on the opposite side of the ultrasonic transducers there are screws aligned with them, with the possibility of movement along the longitudinal axis of the ultrasonic transducers.