RU2733704C2 - Acoustic antenna and method of its operation - Google Patents
Acoustic antenna and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733704C2 RU2733704C2 RU2018145780A RU2018145780A RU2733704C2 RU 2733704 C2 RU2733704 C2 RU 2733704C2 RU 2018145780 A RU2018145780 A RU 2018145780A RU 2018145780 A RU2018145780 A RU 2018145780A RU 2733704 C2 RU2733704 C2 RU 2733704C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- piezoelectric transducers
- acoustic
- piezoelectric
- transducers
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Abstract
Description
Изобретения относятся к области неразрушающего контроля и могут быть использованы для исследования технического состояния трубопроводов, контейнеров, емкостей, рельсов, бетонных стен и других изделий акустическим способом.The inventions relate to the field of non-destructive testing and can be used to study the technical condition of pipelines, containers, tanks, rails, concrete walls and other products using an acoustic method.
Известна акустическая антенна того же назначения, содержащая подложку, выполненную с возможностью закрепления на поверхности контролируемого объекта, прижимное устройство пьезопреобразователей для обеспечения сухого контакта пьезопреобразователей с поверхностью объекта и программно-аппаратный комплекс, электрически соединенный с пьезопреобразователями антенны. / Патент Китая 201322742, кл. G01N 29/14, 2009/.Known acoustic antenna for the same purpose, containing a substrate made with the possibility of fixing on the surface of the controlled object, a clamping device of the piezoelectric transducers to ensure dry contact of the piezoelectric transducers with the surface of the object and a software and hardware complex electrically connected to the piezoelectric transducers of the antenna. / Chinese Patent 201322742, cl. G01N 29/14, 2009 /.
Данное техническое решение принято за прототип антенны.This technical solution was adopted for the antenna prototype.
В прототипе для увеличения дальности зондирования контролируемого объекта акустическими волнами пьезопреобразователи выполнены только приемными, а передающий преобразователь выполнен магнитострикционным.In the prototype, to increase the probing range of the controlled object by acoustic waves, piezoelectric transducers are made only as receiving ones, and the transmitting transducer is made magnetostrictive.
Недостатком прототипа является его сложность из-за наличия двух типов преобразователей (магнитострикционный и пьезоэлектрический) и недостаточная зона зондирования контролируемого объекта из-за отсутствия возможности использования свойств фазированной акустической решетки при работе в прототипе одного магнитострикционного передающего преобразователя.The disadvantage of the prototype is its complexity due to the presence of two types of transducers (magnetostrictive and piezoelectric) and insufficient sensing zone of the controlled object due to the lack of the possibility of using the properties of a phased acoustic array when working in the prototype of one magnetostrictive transmitting transducer.
Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в закреплении на поверхности контролируемого объекта гибкой подложки и пьезопреобразователей с последующим формированием и электронным сканированием зондирующих лучей путем подачи на пьезопреобразователи антенны с программно-аппаратного комплекса электрических импульсов с модулированной во времени фазой, приеме отраженных от дефектов контролируемого объекта акустических импульсов той же акустической антенной с последующей обработкой принятых сигналов в программно-аппаратном комплексе, в результате которой определяют координаты и форму дефектов / Патент Франции №2796153, кл. G01N 29/26, G01N 29/34, G01N 29/38, 2001/.There is a known method for a similar purpose, which consists in fixing a flexible substrate and piezoelectric transducers on the surface of the controlled object, followed by the formation and electronic scanning of the probing beams by feeding the antenna to the piezoelectric transducers from a hardware-software complex of electrical pulses with a time-modulated phase, receiving acoustic pulses reflected from the defects of the controlled object the same acoustic antenna with subsequent processing of the received signals in the software and hardware complex, as a result of which the coordinates and shape of defects are determined / French Patent No. 2796153, class. G01N 29/26, G01N 29/34, G01N 29/38, 2001 /.
Данный способ принят за прототип способа работы акустической антенны.This method is adopted as a prototype of a method for operating an acoustic antenna.
Недостатком прототипа способа является недостаточно большая зона зондирования контролируемого объекта из-за отсутствия высококачественного сухого контакта пьезопреобразователей с поверхностью объекта.The disadvantage of the prototype of the method is an insufficiently large sensing zone of the controlled object due to the lack of high-quality dry contact of the piezoelectric transducers with the surface of the object.
Техническим эффектом от применения акустической антенны является упрощение антенны за счет использования в ней одного типа пьезопреобразователей как для передачи, так и для приема зондирующих акустических волн, и увеличение зоны зондирования за счет повышения качества сухого контакта пьезопреобразователей с поверхностью объекта и возможности быстрого смещения антенны по поверхности объекта на новое место зондирования.The technical effect of the use of an acoustic antenna is to simplify the antenna due to the use of one type of piezoelectric transducers in it both for transmitting and receiving sounding acoustic waves, and increasing the sensing zone by improving the quality of the dry contact of the piezoelectric transducers with the object surface and the possibility of rapid displacement of the antenna along the surface. object to a new sounding location.
Техническим эффектом от применения способа является увеличение зоны зондирования контролируемого объекта за счет возможности фазирования пьезопреобразователей антенны как линейных и матричных акустических решеток.The technical effect of the method is to increase the sensing zone of the controlled object due to the possibility of phasing the piezoelectric transducers of the antenna as linear and matrix acoustic arrays.
В части акустической антенны данные технические результаты достигаются за счет того, что в акустической антенне с сухим точечным контактом пьезообразователей с поверхностью контролируемого объекта, содержащей подложку, выполненную с возможностью закрепления на поверхности контролируемого объекта, прижимное устройство пьезопреобразователей для обеспечения сухого контакта пьезопреобразователей с поверхностью объекта и программно-аппаратный комплекс, электрически соединенный с пьезопреобразователями антенны, подложка выполнена гибкой с параллельными пазами, а преобразователи объединены в несколько съемных модулей, установленных в эти пазы, и выполнены приемо-передающими, при этом прижимное устройство выполнено в виде магнитопроводов, установленных в съемных модулях пьезопреобразователей.In terms of the acoustic antenna, these technical results are achieved due to the fact that in an acoustic antenna with dry point contact of the piezoelectric transducers with the surface of the controlled object, containing a substrate designed to be fixed on the surface of the controlled object, a clamping device of the piezoelectric transducers to ensure dry contact of the piezoelectric transducers with the surface of the object and hardware and software complex, electrically connected to the antenna piezoelectric transducers, the substrate is flexible with parallel grooves, and the transducers are combined into several removable modules installed in these grooves, and are transceiving, while the clamping device is made in the form of magnetic circuits installed in removable modules piezo transducers.
Пьезоэлектрические преобразователи в съемных модулях установлены в шахматном порядке.Piezoelectric converters in removable modules are staggered.
Магнитопроводы установлены в съемных модулях между преобразователями в шахматном порядке.The magnetic cores are installed in removable modules between the converters in a checkerboard pattern.
Вокруг каждого преобразователя антенных решеток установлены защитные манжеты.Protective cuffs are installed around each antenna array transducer.
Для усиления сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с наружной поверхностью трубопровода каждый из преобразователей антенных решеток выполнен подпружиненным.To enhance dry acoustic contact of piezoelectric transducers with the outer surface of the pipeline, each of the antenna array transducers is spring-loaded.
Гибкая подложка с продольными пазами выполнена из винипласта, закрепляемого на трубопроводе с помощью магнитов.The flexible backing with longitudinal grooves is made of vinyl plastic, which is fixed to the pipeline using magnets.
В части способа данные технические результаты достигаются за счет того, что в известном способе работы акустической антенны, заключающемся в закреплении на поверхности контролируемого объекта гибкой подложки и пьезопреобразователей с последующим формированием и электронным сканированием зондирующих лучей путем подачи на пьезопреобразователи антенны с программно-аппаратного комплекса электрических импульсов с модулированной во времени фазой, приеме отраженных от дефектов контролируемого объекта акустических импульсов той же акустической антенной с последующей обработкой принятых сигналов в программно-аппаратном комплексе, в результате которой определяют координаты и форму дефектов, гибкую подложку выполняют с параллельным пазами, а пьезопреобразователи объединяют в съемные модули, установленные в пазы подложки и закрепляемые на поверхности контролируемого объекта, при этом пьезопреобразователи в съемных модулях фазируют как линейные и (или матричные) акустические решетки.In part of the method, these technical results are achieved due to the fact that in the known method of operation of an acoustic antenna, which consists in fixing a flexible substrate and piezoelectric transducers on the surface of the controlled object, followed by the formation and electronic scanning of probing beams by feeding electric pulses to the piezoelectric transducers of the antenna from the hardware-software complex with a time-modulated phase, the reception of acoustic pulses reflected from the defects of the controlled object by the same acoustic antenna, followed by processing of the received signals in the software and hardware complex, as a result of which the coordinates and shape of the defects are determined, the flexible substrate is made with parallel grooves, and the piezoelectric transducers are combined into removable modules installed in the grooves of the substrate and fixed on the surface of the controlled object, while the piezoelectric transducers in the removable modules are phased as linear and (or matrix) acoustic arrays.
Аналогичные акустические исследования проводят в другом месте контролируемого объекта путем перемещения акустической антенны по поверхности объекта.Similar acoustic studies are carried out in another place of the controlled object by moving the acoustic antenna over the surface of the object.
Изобретения поясняются чертежами. На фиг. 1 представлена общая схема антенны; на фиг. 2 - схема расположения антенны на поверхности объекта для исследования трубопровода; на фиг. 3 и 4 - схемы съемных модулей (виды сверху и сбоку); на фиг. 5 показаны временные диаграммы, поясняющие работу антенны, изображенной на фиг. 3.The inventions are illustrated by drawings. FIG. 1 shows the general diagram of the antenna; in fig. 2 is a diagram of the location of the antenna on the surface of the object for pipeline research; in fig. 3 and 4 - diagrams of removable modules (top and side views); in fig. 5 shows timing diagrams for explaining the operation of the antenna of FIG. 3.
Устройство и работа акустической антенны представлены на примере исследования дефектов трубопровода.The design and operation of an acoustic antenna are presented on the example of pipeline defects research.
Антенна для обнаружения дефектов трубопровода содержит приемо-передающую акустическую систему, выполненную в виде пьезоэлектрических преобразователей, объединенных в съемные модули 1 антенных решеток (фиг. 1, 2), прикрепляемых к открытому участку трубопровода 2 с помощью прижимного устройства, описанного ниже, для обеспечения сухого акустического контакта пьезоэлектрических преобразователей с наружной поверхностью трубопровода 2.An antenna for detecting pipeline defects contains a transceiving acoustic system made in the form of piezoelectric transducers combined into
Имеется также устройство позиционирования модулей 1 антенных решеток на трубопроводе 2, выполненное в виде гибкой подложки (пояса) 3 с пазами 4, направленными вдоль образующих трубопровода 2.There is also a device for positioning the
Антенные решетки, выполненные в виде съемных модулей (фиг. 3, 4), устанавливаемые в пазы 4 гибкой подложки (пояса) 3, прижимаются к поверхности трубопровода 2 с помощью магнитопроводов 5.Antenna arrays, made in the form of removable modules (Fig. 3, 4), installed in the
Для этой же цели (обеспечение необходимого усилия прижима) внутри корпуса 6 модуля 1 каждый пьезоэлектрический приемо-передающий преобразователь 7 (фиг. 3, 4) оснащен пружинным механизмом (на чертежах не показан).For the same purpose (providing the necessary clamping force) inside the
Для предотвращения попадания влаги, пыли или грязи внутрь корпуса 6 модуля 1 вокруг каждого преобразователя 7 предусмотрена защитная манжета (на рисунках не показана).To prevent moisture, dust or dirt from getting inside the
Пьезоэлектрические преобразователи 7 в каждом съемном модуле 1 (фиг. 3, 4) установлены в шахматном порядке. Магнитопроводы 5 в съемных модулях 1 между пьезоэлектрическими преобразователями 7 также установлены в шахматном порядке.
Это позволяет усилить технический эффект за счет увеличения прижимающего усилия каждого пьезоэлектрического преобразователя в модуле к поверхности трубопровода 2 (фиг. 2).This allows you to enhance the technical effect by increasing the pressing force of each piezoelectric transducer in the module to the surface of the pipeline 2 (Fig. 2).
Гибкая подложка в виде пояса 3 с пазами 4 может быть выполнена из винипласта, закрепляемого на трубопроводе 2 с помощью магнитов (на чертежах не приведены).A flexible substrate in the form of a
Таким образом, прижимным устройством для обеспечения акустического контакта пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей 7 с поверхностью трубопровода 2 служат магнитопроводы 5 и непоказанный на чертежах пружинный механизм внутри корпуса 6 модуля 1.Thus, the
На чертежах обозначения х, у, z направлений представлены в декартовой системе координат.In the drawings, the designations of the x, y, z directions are represented in a Cartesian coordinate system.
Антенна также содержит модуль 8 коммутации для обеспечения совместно работы модулей 1 пьезоэлектрических преобразователей (фиг. 1), который подключается к управляющему компьютеру (не показан). Совместно с компьютером модуль 8 коммутации образуют программно-аппаратный комплекс для коммутации сигналов и интерпретации полученных данных.The antenna also contains a
Модуль 8 коммутации соединен с пьезоэлектрическими преобразователями 7 модулей 1 проводами 9. Каждый из преобразователей 7 механически контактирует с трубопроводом 2 через протекторы 10 (фиг. 3).The
Под позицией 11 показаны электрические контакты пьезоэлектрических преобразователей 7.11 shows the electrical contacts of the
Антенна работает следующим образом.The antenna works as follows.
На боковой поверхности контролируемого трубопровода 2 с помощью магнитопроводов (не показаны) закрепляют гибкую подложку 3 с пазами 4 (фиг. 1). Затем в пазы 4 подложки 3 устанавливают модули 1 и закрепляют на трубопроводе 2 с помощью магнитопроводов 5 до обеспечения сухого акустического контакта пьезоэлектрических приемо-передающих преобразователей 7 с поверхностью трубопровода 2.A
С помощью модуля 8 коммутации преобразователи 7 в отдельных съемных модулях 1 фазируют как линейные акустические решетки. В направлении X образующих трубопровода 2, при этом формируются суммарные акустические волны (фиг. 5а), усиленные в данном случае в 8 раз (по количеству приемопередающих преобразователей 7 в модуле 1).With the help of the
Это суммирование наблюдается потому, что каждый из преобразователей 7 возбуждается в момент прихода акустической волны от предыдущего преобразователя по ходу волны (направление X).This summation is observed because each of the
При исследовании плоского объекта (например, днища резервуара) акустическая антенна, например, из нижних и верхних преобразователей 7 (фиг. 3, 5) фазируется как матричная акустическая решетка.When examining a flat object (for example, the bottom of a tank), an acoustic antenna, for example, from the lower and upper transducers 7 (Figs. 3, 5) is phased like a matrix acoustic array.
Преобразователи 7 в фазированной решетке в данном случае состоят из множества пьезоэлектрических элементов, которые могут активироваться не только последовательно, как в предыдущем случае, но и с задержкой во времени t (фиг. 5в).The
Акустические поля от нескольких элементов (на фиг. 5б - нижних) накладываются друг на друга, формируя, так называемый, виртуальный датчик.Acoustic fields from several elements (in Fig. 5b - lower ones) are superimposed on each other, forming a so-called virtual sensor.
Таким образом, полученное акустическое поле и его направление 11 (фиг. 5в) можно перемещать (линейное сканирование) или вращать (секторное сканирование).Thus, the obtained acoustic field and its direction 11 (Fig. 5c) can be moved (linear scan) or rotated (sector scan).
Прибор (фиг. 1, 2, 3, 4) позволяет генерировать как продольные, так и поперечные волны, расширяя возможности антенны, в части неразрушающей дефектоскопии.The device (Fig. 1, 2, 3, 4) allows you to generate both longitudinal and transverse waves, expanding the capabilities of the antenna, in terms of non-destructive flaw detection.
Механическое перемещение антенны на другое место позволяет неограниченно расширять зону зондирования контролируемого объекта.Mechanical movement of the antenna to another place allows unlimited expansion of the sounding zone of the controlled object.
Таким образом достигаются поставленные технические результаты.Thus, the set technical results are achieved.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145780A RU2733704C2 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | Acoustic antenna and method of its operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145780A RU2733704C2 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | Acoustic antenna and method of its operation |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018145780A3 RU2018145780A3 (en) | 2020-06-25 |
RU2018145780A RU2018145780A (en) | 2020-06-25 |
RU2733704C2 true RU2733704C2 (en) | 2020-10-06 |
Family
ID=71135552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018145780A RU2733704C2 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | Acoustic antenna and method of its operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2733704C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809996C1 (en) * | 2022-12-13 | 2023-12-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Wireless method and system for transmission of energy and information by ultrasound in elastic medium |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN201322742Y (en) * | 2008-09-01 | 2009-10-07 | 中国科学院金属研究所 | Ultrasonic guided wave compound nondestructive testing device |
RU2533336C2 (en) * | 2009-09-03 | 2014-11-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Ultrasonic sensor with wide field of view, and manufacturing method of such ultrasonic sensor |
US20150345987A1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-12-03 | Arman HAJATI | Piezoelectric transducer device with flexible substrate |
RU2614186C1 (en) * | 2015-10-19 | 2017-03-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers |
RU2655982C1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-05-30 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Equipment for detecting defects of pipelines |
-
2018
- 2018-12-24 RU RU2018145780A patent/RU2733704C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN201322742Y (en) * | 2008-09-01 | 2009-10-07 | 中国科学院金属研究所 | Ultrasonic guided wave compound nondestructive testing device |
RU2533336C2 (en) * | 2009-09-03 | 2014-11-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Ultrasonic sensor with wide field of view, and manufacturing method of such ultrasonic sensor |
US20150345987A1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-12-03 | Arman HAJATI | Piezoelectric transducer device with flexible substrate |
RU2614186C1 (en) * | 2015-10-19 | 2017-03-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for non-destructive inspection for degree of damage of metal containers |
RU2655982C1 (en) * | 2017-07-13 | 2018-05-30 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Equipment for detecting defects of pipelines |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
С.Н.Пономарев, М.В.Гущин, И.И.Михайлов, Особенности контроля сварных соединений из нержавеющей стали с применением дефектоскопа с фазированной решеткой, В мире неразрушающего контроля, 4(38), декабрь 2007, стр. 38, 39. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809996C1 (en) * | 2022-12-13 | 2023-12-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Wireless method and system for transmission of energy and information by ultrasound in elastic medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018145780A3 (en) | 2020-06-25 |
RU2018145780A (en) | 2020-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yu et al. | In situ 2-D piezoelectric wafer active sensors arrays for guided wave damage detection | |
Yu et al. | In-situ optimized PWAS phased arrays for Lamb wave structural health monitoring | |
US6996480B2 (en) | Structural health monitoring system utilizing guided lamb waves embedded ultrasonic structural radar | |
US9638671B2 (en) | Systems and methods for damage detection in structures using guided wave phased arrays | |
US20130327148A1 (en) | Systems and methods for damage detection in plate-like structures using guided wave phased arrays | |
US20090048789A1 (en) | Optimized Embedded Ultrasonics Structural Radar System With Piezoelectric Wafer Active Sensor Phased Arrays For In-Situ Wide-Area Damage Detection | |
RU2539806C2 (en) | Ultrasound fault detector, ultrasound converter and ultrasound fault detection technique | |
CN108169331B (en) | Sheet grid wing structure welding seam phased array ultrasonic detection device and detection method | |
RU2655982C1 (en) | Equipment for detecting defects of pipelines | |
CN110333293A (en) | A kind of method of the excitation of square mesh phase controlled ultrasonic array and detection concrete defect | |
CN103901109A (en) | Phased array ultrasonic detection device and method for inner defects of composite insulator | |
US9733217B2 (en) | Method and apparatus for providing a structural condition of a structure | |
CA2925874A1 (en) | Probe, ultrasonic testing apparatus, and ultrasonic testing control method | |
JP4183366B2 (en) | Phased array ultrasonic flaw detector | |
JP2015040857A (en) | Sensor module including adaptive backing layer | |
RU2733704C2 (en) | Acoustic antenna and method of its operation | |
JP2009097942A (en) | Noncontact-type array probe, and ultrasonic flaw detection apparatus and method using same | |
RU2657325C1 (en) | Method for ultrasonic controlling objects of solid materials, ultrasonic high-frequency converter for its implementation (options) and antenna array with the application of the method | |
CN103424475B (en) | Based on the tested surface contour extraction method of phased array ultrasonic detection | |
RU2655983C1 (en) | Method of ultrasound echo-pulse non-destructive control of pipelines and apparatus for its implementation | |
Yu et al. | Design, implementation, and comparison of guided wave phased arrays using embedded piezoelectric wafer active sensors for structural health monitoring | |
KR100970948B1 (en) | 2-dimensional virtual array probe for 3-dimensional ultrasonic imaging | |
Yu et al. | Omnidirectional guided wave PWAS phased array for thin-wall structure damage detection | |
RU2655985C1 (en) | Method of ultrasound non-destructive control of integrity of tanks and apparatus for its implementation | |
CN115616075A (en) | Ultrasonic lamb wave-based storage tank bottom plate detection system and method |