混凝土管道内壁检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混凝土管道内壁检测系统，包括用于进入管道内进行探测工作的探测器以及用于对探测器进行控制的主控系统，所述探测器包括探头以及封装箱，所述封装箱上设置有用于带动所述探头移动的伸缩机构和旋转机构；所述主控系统用于控制通过所述探头向管道内壁发出激光，产生管壁等离子体和管壁振动波，并收集和分析所述管壁等离子体的光谱和管壁振动波。本申请的检测系统，无须对待测管道进行预处理，管道内壁微损甚至无损，可实现多种元素的同时快速定量分析，可通过管壁声波的分析实现管壁缺陷检测和定位，并且声波信号可重复，整个检测过程操作安全可靠、简单高效，可实现水下混凝土管道内壁全方位的检测。现水下混凝土管道内壁全方位的检测。现水下混凝土管道内壁全方位的检测。

【技术实现步骤摘要】
混凝土管道内壁检测系统


[0001]本专利技术属于激光诊断
和声波诊断
，具体涉及一种混凝土管道内壁检测系统。

技术介绍

[0002]反应堆关键结构的状态监测、维修及评价技术是核电安全性和经济性的重要支撑，为保障核电设备在制造后和运行中结构不存在危害性的缺陷和损伤，核电相关法规要求对核电设备关键部件进行在役和役前无损检测。由于核电站的高放射性、高温、高压等恶劣运行环境，常规的检测手段，如X射线照相技术、超声技术、涡流技术，难以实现远距离的在线测量。
[0003]激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，以下简称LIBS技术)是利用激光诱导待测材料表面产生的等离子体的发射光谱定量测量样品元素组分、力学参数等的测量技术。与其他检测手段相比，LIBS技术具有明显的优势：远程在线原位检测，样本微损甚至无损，无须样本预处理，可实现多种元素同时分析等。光纤传输激光诱导击穿光谱技术(以下简称光纤LIBS技术)是对前有的传统诱导击穿光谱技术的改进与创新，更加适应极端场合的检测任务：利用光纤传输激光聚焦样品表面形成等离子体，同时对等离子体发射光谱进行收集，并采用光谱后处理算法分析以确定待测样品的物质成分及含量。
[0004]声发射检测技术(Acoustic Emission Testing，以下简称AET技术)是通过接收和分析材料的声发射信号来评定材料性能或结构完整性的无损检测方法。材料中因裂缝扩展、塑性变形或相变等引起应变能快速释放而产生的应力波现象称为声发射(Acoustic Emission，以下简称AE)。与其他检测手段相比，AET技术有明显优势：无损检测，高灵敏度，整体性等。所以，AET技术是检测焊缝及裂纹的一种理想手段。
[0005]然而，目前光纤式LIBS技术和AET技术仍存在一些不足和局限性。对于光纤式LIBS技术来说，一方面，传统的光纤式LIBS装置难以深入核电站管道进行检测；另一方面，光纤传输降低了激光打靶的能量密度，使得元素灵敏度和元素检测限较差。对于AET技术来说，一方面，AET检测易受噪声影响，并且传感器与试件应有良好的耦合度；另一方面，传统AET检测过程中，AE信号具有不可逆性，试件必需受到应力才能有声发射，因此AE信号难以重复。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本专利技术的目的是提供一种混凝土管道内壁检测系统，整合了激光诱导击穿光谱技术和声发射检测技术，可实现水下混凝土管道内壁全方位的检测。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：
[0008]一种混凝土管道内壁检测系统，包括用于进入管道内进行探测工作的探测器以及
用于对探测器进行控制的主控系统，所述探测器包括探头以及封装箱，所述封装箱上设置有用于带动所述探头移动的伸缩机构和旋转机构；所述主控系统用于控制通过所述探头向管道内壁发出激光，产生管壁等离子体和管壁振动波，并收集和分析所述管壁等离子体的光谱和管壁振动波。本申请中的水下混凝土管道内壁的材质为不锈钢或混凝土。
[0009]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述旋转机构设置在所述封装箱上的一侧面，所述伸缩机构包括探测伸缩臂，所述探测伸缩臂的一端设置有所述探头，所述探测伸缩臂的另一端连接在所述旋转机构上。
[0010]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述探测器包括用于保持探测器在管道中平衡的平衡组件，所述平衡组件包括平衡底板和副螺旋桨，所述副螺旋桨设置在所述平衡底板上，所述副螺旋桨的旋转方向平行于所述平衡底板。在一些实施例中，平衡组件还包括第一距离传感器、第一照明灯和第一摄像头，第一距离传感器、第一照明灯、第一摄像头设置在封装箱上，第一照明灯和第一摄像头用于查看管道中的情况，并通过第一距离传感器控制探测器与管道内壁之间的距离，防止探测器与管道发生碰撞，损坏探测器和管道。
[0011]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述探测器包括用于带动所述探测器在管道中进行移动的移动组件，所述移动组件包括脚轮和主螺旋桨，所述脚轮通过脚轮杆连接在所述平衡底板上，所述主螺旋桨设置在平衡底板的下方，所述主螺旋桨的旋转方向垂直于所述平衡底板。脚轮杆为可伸缩的形式，以下称为脚轮伸缩杆，通过脚轮伸缩杆调整
[0012]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述平衡底板与所述封装箱之间具有升降装置，所述平衡底板通过所述升降装置连接在所述封装箱的下方。
[0013]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述探头包括平凸透镜和声波传感器，所述平凸透镜用于透过激光并使所述激光聚焦于管壁，产生管壁等离子体和管壁振动波，所述声波传感器用于收集所述管壁振动波。在使用时，由于需要将探头与检测部位紧贴，为了便于观察探头所处的环境和控制探头与检测部位之间的距离，在一些实施例中，探头上还设置有第二距离传感器、第二摄像头和第二照明灯。第二摄像头和第二照明灯用于实时监测检测点附近的环境状况，第二距离传感器则是用于为光纤激光聚焦提供距离参考，以保证良好的光谱质量。
[0014]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述主控系统设置在核电站的主控室内，所述主控系统包括主控室总线，所述探测器上设置有总线接口，所述主控室总线连接在所述总线接口上以实现探测器与主控系统之间的连接。
[0015]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述管壁等离子体的光谱经过所述平凸透镜进入所述主控室总线回传至所述主控系统进行分析，所述管壁振动波通过所述声波传感器收集后进入所述主控室总线回传至所述主控系统进行分析。
[0016]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述主控系统包括控制检测模块和光学模块，所述控制检测模块包括示波器、光电探测器、激光能量计、计算机以及光谱仪；所述计算机与所述光谱仪连接，所述示波器与光电探测器连接，用于监控激光器的输出信号，所述激光能量计用于监控激光器输出激光的实际能量；所述计算机上还连接有探测器控制驱动以及声波信号处理器，所述探测器控制驱动和声波信号处理器通过所述主控室总线与探测器连接。
[0017]根据本专利技术的一些优选实施方面，所述光学模块包括激光器、用于将部分激光传
播至所述光电探测器中的第一分光镜、用于将部分激光传播至所述激光能量计中的第二分光镜、以及第一平凸透镜、二向色镜、第二平凸透镜、收集光纤、传输光纤，所述第一平凸透镜和第二平凸透镜分别位于所述二向色镜的两侧；所述收集光纤用于将经所述第二平凸透镜传播过来的光传播至所述光谱仪中；所述传输光纤用于将经所述第一平凸透镜传播过来的光传播至所述探测器中。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：本申请的混凝土管道内壁检测系统，在核电站主控室内即可实现对核电站管道内壁指定区域进行远程在线监测，无须对待测管道进行预处理，管道内壁微损甚至无损，可实现多种元素的同时快速定量分析，可通过管壁声波的分析实现管壁缺陷检测和定位，并且声波信号可重复，整个检测过程操作安全可靠、简单高效，可实现水下混凝土管道内壁全方位的检测。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土管道内壁检测系统，其特征在于：包括用于进入管道内进行探测工作的探测器以及用于对探测器进行控制的主控系统，所述探测器包括探头以及封装箱，所述封装箱上设置有用于带动所述探头移动的伸缩机构和旋转机构；所述主控系统用于控制通过所述探头向管道内壁发出激光，产生管壁等离子体和管壁振动波，并收集和分析所述管壁等离子体的光谱和管壁振动波。2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述旋转机构设置在所述封装箱上的一侧面，所述伸缩机构包括探测伸缩臂，所述探测伸缩臂的一端设置有所述探头，所述探测伸缩臂的另一端连接在所述旋转机构上。3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于：所述探测器包括用于保持探测器在管道中平衡的平衡组件，所述平衡组件包括平衡底板和副螺旋桨，所述副螺旋桨设置在所述平衡底板上，所述副螺旋桨的旋转方向平行于所述平衡底板。4.根据权利要求3所述的检测系...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜永贵，薛飞，马健，卢前勇，王春辉，方奎元，刘韬，杭玉桦，廖开星，汤志杰，朱斌，
申请(专利权)人：苏州热工研究院有限公司中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：