一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置，其特征在于，所述装置包括压电传感器，压电传感器固定帽，矩形横截面的导波杆和夹具，所述压电传感器固定在压电传感器固定帽内，矩形横截面导波杆一端内嵌于压电传感器固定帽且与压电传感器固定，另一端与夹具固定。利用本监测装置，可实现压电传感器处于恶劣环境(高温或电离辐射环境)中对待测部件壁厚监测，扩展了压电传感器适用范围，避免了目前市面上耦合剂无法适用于高温的问题，实现了待测部件壁厚的连续实时检测，提高了壁厚监测装置经济性和可靠性，在工业应用中易于安装和维护，具有很强的创新性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置
本技术属于无损检测
，特别涉及到高温部件壁厚监测装置，具体来说是一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置。
技术介绍
随着世界能源危机的不断加剧，石油化工、燃煤电站、核电站等能源工业不断向着装置大型化、工艺条件苛刻化的方向发展。高温、辐射、介质高流速运行设备及管道系统极易出现腐蚀、磨损等现象，引发了许多设备和管道穿孔泄露、爆炸、火灾等安全事故，所引起的非计划停工给企业造成了巨大的经济损失，严重影响了企业的可持续发展。由于原料状况、流体流动特性、设备工况的差异性，设备和管道的减薄具有明显的局部性、突发性、风险性特征，如何实现这些设备和管道的失效预测和预防，一直是企业关注的焦点问题。针对高温部件局部腐蚀、磨损失效问题，在无损检测
，使用超声波对材料的厚度进行定期测量已是较为成熟的技术。目前，现有的超声波厚度测量技术中采用的超声波传感器都是直接接触到待测部件，超声波传感器激发超声波信号传播到待测部件并在待测部件中传播，反射回来的超声波信号被自身超声波传感器或另一个超声波传感器接收，通过分析超声波信号传播的时间差得到待测部件的厚度。但是这种厚度测量技术只适用于非恶劣的环境中，如常温、无辐射等。对于如何在恶劣环境(高温或电离辐射)中对材料厚度进行实时测量是目前面对的重大技术难点。目前市面上的超声波传感器受到高温影响，会造成压电材料极化而失效。研发耐高温的压电超声波传感器不但经济投资成本过高，而且耗费大量的时间。即使耐高温压电传感器研发成功，其在工业领域应用时由于须直接与待测部件表面相接触，为满足高温环境的需求，还需要高温耦合剂，在一定程度上也增加投资成本。另外，耐高温压电传感器只是对待测部件进行定期测量，其在一定程度上减小事故的发生，但无法从根本上克服待测部件壁厚减薄的突发性和偶然性特征。同时，现有的这种壁厚测量技术需要人工近距离接触待测部件测量，工作条件差，危险性高，给测厚人员和工作开展带来很大的不便。目前最为理想的方法就是通过固定波导介质于待测部件上，将超声波信号导入到待测部件中，并将发射的超声波信号传给接收传感器，从而有效避免恶劣环境对压电超声波传感器造成损伤，避免了不必要的投资成本，实现了对待测部件实时定点在线测厚，保证了工作人员的安全。
技术实现思路
鉴于此，本技术的目的在于克服现有技术中压电传感器容易受到高温影响，压电传感器内部压电晶片会发生极化而失效，市售的耦合剂常用于室温条件下，不能应用于高温部件等问题，另外为了实时了解待测部件运行状态和减薄厚度，提供一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置，该装置能够在恶劣环境中实时在线测量待测部件的厚度，并且解决了上述高温待测部件在厚度测量方面的种种技术问题。为了实现此目的，本技术采取的技术方案为如下。一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置，包括压电传感器，压电传感器固定帽，矩形横截面的导波杆和夹具，所述压电传感器固定在压电传感器固定帽内，矩形横截面导波杆一端内嵌于压电传感器固定帽且与压电传感器固定，另一端与夹具固定。进一步，所述压电传感器采用机械固定和耦合剂与矩形横截面导波杆固定，以保证压电传感器和矩形横截面导波杆之间能量传递。进一步，所述压电传感器与矩形横截面导波杆采用螺栓固定，矩形横截面导波杆与夹具之间也采用螺栓固定。进一步，所述压电传感器固定帽外径22毫米，高26毫米，内腔直径18毫米，高16毫米，内嵌矩形横截面导波杆的槽长15毫米，宽1毫米，高10毫米。进一步，所述压电传感器固定帽设置4个直径3毫米的螺纹孔，其中2个螺纹孔用于固定压电传感器，另外2个螺纹孔用于固定矩形横截面导波杆，上部2个螺纹孔中心线和下部2个螺纹孔中心线互成90度，实现了压电传感器和矩形横截面导波杆远端面的耦合，并满足了压电传感器连续将水平剪切波导入到矩形横截面导波杆中，如图2所示。进一步，所述矩形横截面导波杆的宽度远大于非频散水平剪切波波长，矩形横截面导波杆厚度小于非频散水平剪切波波长。进一步，所述矩形横截面导波杆有2个，其中一个与压电传感器形成超声激发器，另一个与压电传感器形成超声接收器。进一步，所述矩形横截面导波杆总长500毫米，厚度1毫米，在长度方向上分为两部分：均匀宽度部分和非均匀宽度部分，如图3所示。进一步，所述矩形横截面导波杆均匀宽度部分的宽度为15毫米，长度478毫米，非均匀宽度部分的宽度31毫米，长度22毫米，并且在非均匀宽度有4个半径8毫米圆角和2个直径4毫米通孔。进一步，所述夹具有4个直径4毫米通孔，通过螺栓固定矩形横截面导波杆，矩形横截面导波杆与待测部件固定，实现矩形横截面导波杆和待测部件的干耦合，如图4所示。所述压电传感器固定帽1、矩形横截面导波杆2和夹具3固定连接后通过待测部件表面2个直径10毫米螺柱将整个高温部件壁厚监测装置固定在待测部件4上，如图1所示。所述待测部件表面2个直径10毫米螺柱会对夹具3施加力，以达到矩形横截面导波杆2与待测部件4干耦合的目的，如图1所示。所述待测部件表面2个直径10毫米螺柱会对夹具3施加力，以达到矩形横截面导波杆2与待测部件4干耦合的目的。所述压电传感器通过直径3毫米螺栓固定在压电传感器固定帽，同样通过直径3毫米螺栓将压电传感器固定帽固定在矩形横截面导波杆远端，同时在压电传感器和矩形横截面导波杆远端接触面上涂抹超声波传递耦合剂。然后，将矩形横截面导波杆近端由夹具夹持，4个直径4毫米螺栓施加力。在待测部件外表面焊接2个直径10毫米螺柱，通过该螺柱对夹具施加力，使矩形横截面导波杆近端和待测部件外表面干耦合，无需超声波传递耦合剂。至此，压电传感器激发的超声波信号就可以由压电传感器传递到矩形横截面导波杆，再到待测部件，再由待测部件壁面反射超声波信号，将含有待测部件结构信息的发射信号再由待测部件传递到矩形横截面导波杆，然后传递到压电传感器，将获得包括至少1种反射信号的超声波反射信号，且超声接收器接收到的反射信号之间具有时间差，根据超声波在待测部件壁面内传播时间和传播声速计算壁厚。所述超声接收器接收到的发射超声是由进入到待测部件4中非频散超声信号引起的。所述反射超声信号包括至少1种反射信号，且超声接收器接收到的反射信号之间具有时间差。所述压电传感器固定帽材质为铝，重量轻，宜安装，用于固定压电传感器到矩形横截面导波杆远端面，满足了压电传感器实时在线监测壁厚变化的目的，如图2所示。所述的压电传感器固定帽采用的是机械固定和超声波信号传递耦合剂，保证了压电传感器和矩形横截面导波杆之间能量传递。所述压电传感器固定帽外径22毫米，高26毫米，内腔直径18毫米，高16毫米，内嵌矩形横截面导波杆的槽长15毫米，宽1毫米，高10毫米。所述压电传感器固定帽布置有4个直径3毫米的螺纹孔，其中上部2个螺纹孔用于固定压电传感器，另外下部2个螺纹孔用于固定矩形横截面导波杆，上部2个螺纹孔中心线和下部2个螺纹孔中心线成90度，实现了压电传感器和矩形横截面导波杆远端面的耦合，并满足了压电传感器连续将水平剪切波导入到矩形横截面导波杆中。所述矩形横截面导波杆中仅有压电传感器激励的单一模式的传播导波，即水平剪切波，该非频散的超声信号从矩形横截面导波杆的远端向与待测部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置，其特征在于，所述装置包括压电传感器，压电传感器固定帽，矩形横截面的导波杆和夹具，所述压电传感器固定在压电传感器固定帽内，矩形横截面导波杆一端内嵌于压电传感器固定帽且与压电传感器固定，另一端与夹具固定。

【技术特征摘要】
1.一种基于矩形横截面导波杆的高温部件壁厚监测装置，其特征在于，所述装置包括压电传感器，压电传感器固定帽，矩形横截面的导波杆和夹具，所述压电传感器固定在压电传感器固定帽内，矩形横截面导波杆一端内嵌于压电传感器固定帽且与压电传感器固定，另一端与夹具固定。2.根据权利要求1所述监测装置，其特征在于，所述压电传感器采用机械固定和耦合剂与矩形横截面导波杆固定。3.根据权利要求1所述监测装置，其特征在于，所述压电传感器与矩形横截面导波杆采用螺栓固定，矩形横截面导波杆与夹具之间也采用螺栓固定。4.根据权利要求1所述监测装置，其特征在于，所述压电传感器固定帽外径22毫米，高26毫米，内腔直径18毫米，高16毫米，内嵌矩形横截面导波杆的槽长15毫米，宽1毫米，高10毫米。5.根据权利要求1所述监测装置，其特征在于，所述压电传感器固定帽设置4个直径3毫米的螺纹孔，其中2个螺纹孔用于固定压电传感器，另外2个螺纹孔用于固定矩形横截面导波杆，上...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鸿，郭鹏，李鸿源，王群，李琼，张凯利，田振华，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京,11