管道缺陷的超声波无损检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种管道缺陷的超声波无损检测装置，属于超声波检测技术领域。所述的检测装置包括轮式阵列和控制系统两部分；所述的轮式阵列由两个以上支撑轮系组成，相邻两个支撑轮系之间通过六边形连接件固定连接，连接错位角大于0度；所述的支撑轮系包括至少一个轮式超声波探头。本发明专利技术采用轮式超声波探头，实现与管道内壁的干耦合，解决需用涂抹耦合剂的困扰，检测不受管内介质的限制，实现对各种用途的管道的缺陷检测。支撑轮式的定中机构具有可伸缩或可快速更换的能力，可以适用于多种口径管道检测；多组支撑轮系错位相连实现管道管周全覆盖布局，保证了检测不出现漏检情况。

Ultrasonic nondestructive testing device for pipeline defect

The invention discloses an ultrasonic nondestructive testing device for pipeline defects, which belongs to the technical field of ultrasonic testing. The detection device includes two parts and the control system of wheeled wheeled array; the array is composed of more than two supporting wheel system between two adjacent supporting wheel connecting piece is fixedly connected by hexagon, connecting displacement angle is greater than 0 degrees; the supporting wheel includes at least one wheel type ultrasonic probe. The invention adopts the wheel type ultrasonic probe to realize the dry coupling with the inner wall of the pipeline, solves the problem that the coupling agent is needed to be applied, and the detection is not restricted by the medium in the pipe, so as to realize the defect detection of pipelines for various purposes. Support wheel centering mechanism capable of telescopic or quick change, can be applied to a variety of pipeline detection; multi group support gear dislocation pipe connected to achieve comprehensive coverage of the layout, to ensure the condition of leakage detection does not appear.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波检测
，具体涉及一种应用于管道缺陷的超声波检测装置。
技术介绍
管道作为城市的重要基础设施，承担着信息传递、资源供给和能源输送等重要职能。然而，随着管道的管龄增长，外力破坏、施工质量、工作环境恶劣等因素将会造成管道腐蚀变薄等管道缺陷，由此导致的管道泄漏事故频频发生，带来严重的后果。因此，为了保障管道的正常运转，相关部门急需对各类地下管道进行必要的勘测和维护。管道维护的核心是对管道进行无损检测，以便发现管壁是否存在腐蚀或塌陷。相当数量的地下管线穿越河流、建筑、公路等地表障碍，由于周边环境限制，管道检测任务的工作场地狭小，管井内部空气污浊、污水污泥众多，环境极为恶劣，因而人工携带探测仪器进行管线探测十分困难，急需开发一种能深入管道的高度自动化的无损检测仪器来代替人工检测。随着科学技术的不断发展，特别是无损检测技术、信号处理技术、微电子技术、机器人控制技术的飞跃，管道无损检测机器人应运而生。无损检测技术的意义在于不破坏被测试件，利用物质中组织结构上的差异而使其某些物理特征的量发生变化的现象，完成一些重要指标的检测，进而了解和评价材料、设备或产品的性质、状态及内部结构等。使用无损检测技术检测管道缺陷可以代替常规的开挖检测，实现管道在线检测，势必会在管道检测方面大有可为。现阶段，无损检测领域用于管道检测方法有漏磁检测、涡流检测、射线检测、磁粉检测、和超声波检测。漏磁检测常用于检测具有高磁导率的铁磁材料，是目前用于检测铁棒、钢管及输油管道的常用方法之一。但是，漏磁检测是一种针对铁磁材料管道的外部检测，且不适合铁磁材料内部的缺陷和闭合裂纹的检测。涡流检测技术是一种基于电磁感应原理的非接触检测方法，涡流检测法只能检查金属材质管道的表面和近表面缺陷，不适用检测其深层的内部缺陷。射线检测是利用射线(X射线、Y射线等)穿过物体过程中具有一定的衰减规律,根据通过工件各部位衰减后射线强度来检测工件内部缺陷的一种方法，该方法所用设备比较复杂,成本较高,检测过程中产生的射线对人体以及一些敏感物体会造成一定危害。磁粉检测只能用于检测铁磁材料表面或近表面的损伤，而且不能够准确测得目标损伤的具体尺寸，无法在检测过程中获取数据从而进行定量分析。因超声波在波导中传播时，波导的边界会对超声波的传播产生影响，利用这一特性，可以通过观察超声波的回波信号推断波导的形态，所以超声波检测适合用于管道缺陷的无损检测。基于超声波的无损检测技术因其成本低廉花费少、检测的精度高、检测过程方便、可操作性强等特点，成为国内外无损检测研究的热点。目前，已经应用于管道的超声波检测装置，绝大多数是针对一种用途的管道，以管道中的物质(如水、石油等)作为耦合剂，进行的超声波无损检测。比如现在已有的专利技术“石油管道超声波检测方法及检测用的机器人”(公开号：CN1982889A)，需要用管内的石油作为耦合剂，仅能用于石油管道的缺陷检测，并且该专利技术的超声波探头通过周向旋转检测，会出现缺陷漏检。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种适用于任何口径、材质的管道，且不受限于管道中介质、管道周向全面检测的超声波检测装置，可以满足管道缺陷检测需求。本专利技术提供一种管道缺陷的超声波无损检测装置，所述的检测装置包括轮式阵列和控制系统两部分；所述的轮式阵列由两个以上支撑轮系组成，相邻两个支撑轮系之间通过六边形连接件固定连接，连接错位角大于0度；所述的支撑轮系包括至少一个轮式超声波探头；控制系统上电后等待上位机发出检测指令，当控制系统接收到上位机的检测指令时，DSP依据检测指令设置检测模式，在确定检测模式之后，DSP选通超声波脉冲发射电路产生高压脉冲，高压脉冲激发轮式超声波探头中的超声波换能器产生超声波检测管道缺陷，然后DSP采集一组回波信号；采集完成之后，对回波信号进行小波阈值去噪，在利用回波的峰峰值计算检测结果发送给上位机，完成一次检测；然后选通下一个超声波高压脉冲发射电路产生高压脉冲，采集第二组回波信号，经过采集去噪和计算处理操作，完成第二次检测，直至检测模式循环完成；循环检测，直至到达管道终点。根据轮式超声波探头的结构特点，从橡胶层反射回来的回波为第二次回波、从管道层外壁反射回来的回波为第三次回波，利用超声波第二次回波和第三次回波的时间差，便计算出管道的相对壁厚，相对壁厚反映出管道的内部缺陷或者外部缺陷情况。根据超声波回波信号的特点，采用小波去噪提高信噪比，使得检测精度得以提升。(1)一种轮式超声波探头结构以及其支架结构。(2)稳定可靠的系统硬件电路，包括DSP+CPLD模块、超声波发射模块、信号处理模块、直流载波通讯模块、里程计模块以及电源模块等子系统。(3)采用小波去噪的回波信号处理方法。系统检测过程中势必会引入噪声，对检测结果产生干扰，影响检测精度。超声波回波信号是非平稳信号，包含一些尖峰成分或突变，小波分析方法具有多分辨率即多尺度的特点，可以由粗及细地逐渐观察信号。这种方法处理回波信号可以较大程度提高检测精度。与现有的超声波检测装置相比，本专利技术的优点在于：(1)采用轮式超声波探头，实现与管道内壁的干耦合，解决需用涂抹耦合剂的困扰，检测不受管内介质的限制，实现对各种用途的管道的缺陷检测。(2)支撑轮式的定中机构具有可伸缩或可快速更换的能力，可以适用于多种口径管道检测。(3)多组支撑轮系错位相连实现管道管周全覆盖布局，保证了检测不出现漏检情况。(4)设计了稳定可靠的实时数据传输系统，并采用了小波去噪的回波信号处理方法保证了较高的检测精度。(5)整体采用IP68的防水等级，具备较强的防水能力。附图说明图1是本专利技术的轮式超声波探头检测管道缺陷原理示意图。图2是本专利技术的轮式超声波探头结构剖视图。图3是本专利技术的轮式超声波探头3D示意图。图4是本专利技术的轮式超声波探头支架结构示意图。图5是本专利技术的单组支撑轮系设计示意图。图6是本专利技术的多组支撑轮系组成的轮系阵列示意图。图7是本专利技术的电路功能结构示意图。图8是本专利技术的整体控制策略框图图中：a.内壁缺陷； b.管道壁； c.外壁缺陷；A.支撑轮系； B.轮式超声波探头；1.橡胶轮； 2.轮轴； 3.液体介质；4.超声波换能器； 5.环形固定板； 6.轮毂；7.O型密封圈； 8.轴承端盖； 9.防水深沟球轴承；10.轴用弹簧挡圈； 11.孔塞； 12.轴用V型密封圈；13.固定支架； 14.固定块A； 15.固定块B；16.导轨A； 17.导轨B； 18.滑块A；19.滑块B； 20.导杆； 21.支撑臂A；22.支撑臂B； 23.支撑臂C； 24.支撑臂D；25.O型连接件； 26本文档来自技高网...

【技术保护点】
管道缺陷的超声波无损检测装置，其特征在于：所述的检测装置包括轮式阵列和控制系统两部分；所述的轮式阵列由两个以上支撑轮系组成，相邻两个支撑轮系之间通过六边形连接件固定连接，连接错位角大于0度；所述的支撑轮系包括至少一个轮式超声波探头；控制系统上电后等待上位机发出检测指令，当控制系统接收到上位机的检测指令时，DSP依据检测指令设置检测模式，在确定检测模式之后，DSP选通超声波脉冲发射电路产生高压脉冲，高压脉冲激发轮式超声波探头中的超声波换能器产生超声波检测管道缺陷，然后DSP采集一组回波信号；采集完成之后，对回波信号进行小波阈值去噪，在利用回波的峰峰值计算检测结果发送给上位机，完成一次检测；然后选通下一个超声波高压脉冲发射电路产生高压脉冲，采集第二组回波信号，经过采集去噪和计算处理操作，完成第二次检测，直至检测模式循环完成；循环检测，直至到达管道终点。

【技术特征摘要】
1.管道缺陷的超声波无损检测装置，其特征在于：所述的检测装置包括轮式阵列和控制系统两部分；所述的轮式阵列由两个以上支撑轮系组成，相邻两个支撑轮系之间通过六边形连接件固定连接，连接错位角大于0度；所述的支撑轮系包括至少一个轮式超声波探头；控制系统上电后等待上位机发出检测指令，当控制系统接收到上位机的检测指令时，DSP依据检测指令设置检测模式，在确定检测模式之后，DSP选通超声波脉冲发射电路产生高压脉冲，高压脉冲激发轮式超声波探头中的超声波换能器产生超声波检测管道缺陷，然后DSP采集一组回波信号；采集完成之后，对回波信号进行小波阈值去噪，在利用回波的峰峰值计算检测结果发送给上位机，完成一次检测；然后选通下一个超声波高压脉冲发射电路产生高压脉冲，采集第二组回波信号，经过采集去噪和计算处理操作，完成第二次检测，直至检测模式循环完成；循环检测，直至到达管道终点。2.根据权利要求1所述的管道缺陷的超声波无损检测装置，其特征在于：所述的轮式阵列中包括六个结构相同的支撑轮系。3.根据权利要求1所述的管道缺陷的超声波无损检测装置，其特征在于：每个支撑轮系包括六个轮式超声波探头。4.根据权利要求1所述的管道缺陷的超声波无损检测装置，其特征在于：错位角θ与待测管道的直径有关，设管道的半径为d，单位：mm,则错位角的大小为单位：°。5.根据权利要求1所述的管道缺陷的超声波无损检测装置，其特征在于：每个轮式超声波探头B包括橡胶轮、轮轴、液体介质、超声波换能器、环形固定板、轮毂、O型密封圈、轴承端盖、防水深沟球轴承、轴用弹簧挡圈、轴用V型密封圈、固定支架、固定块A、固定块B、导轨A、导轨B、滑块A、滑块B、导杆、支撑臂A、支撑臂B、支撑臂C和支撑臂D；所述的橡胶轮通过轮毂和防水深沟球轴承连接轮轴，形成轮结构；橡胶轮的两侧通过环形固定板实现密封，在橡胶轮内部充满液体介质；所述的环形固定板外侧依次为轴用弹簧挡圈、轴用V型密封圈和轴承端盖，所述的轴用弹簧挡圈和轴承端盖均固定在轮轴上，空心的轮轴内部用两个固定支架固定有超声波换能器，所述超声波换能器的导线从轮轴内的穿孔导出；在所述的轮毂和轴承端盖之间设置O型密封圈；在所述的轮轴的两端分别连接两组支撑臂，第一组支撑臂的顶端转动连接在所述的轮轴上，底端转动连接在固定块A上，所述顶端和底端分别同轴转动，并且转动轴平行；第二组支撑臂的顶端转动连接在所述轮轴上，底端转动连接在所述的滑块B上，所述顶端和底端分别同轴转动并且转动轴平行；所述滑块B滑动连接在一对平行的导轨A上，导轨A的两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋华，葛昆山，黄辉银，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11