本发明专利技术公开了一种基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置及检测方法，装置包括多个超声导波激励与接收模块通过具有凹凸结构的连接件彼此铰接形成围绕待检测管道周向布置的阵列环；单个超声导波激励与接收模块包括连接件，换能器模块，与所述连接件之间通过第一微调弹性预压组件连接；敏感压电换能器单元，设置在所述换能器模块的底端，通过第二微调弹性预压组件与所述换能器模块连接；通过调节所述第一微调弹性预压组件，以使所述换能器模块紧密固定于待检测管道；通过调节所述第二微调弹性预压组件，以实现所述敏感压电换能器单元与待检测管道之间预压力的微调。单元与待检测管道之间预压力的微调。单元与待检测管道之间预压力的微调。
【技术实现步骤摘要】
基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置及检测方法
[0001]本专利技术是一种基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置，涉及压电换能器、油气管道安全及无损检测领域。
技术介绍
[0002]作为国际货物运输的主要方式之一，管道运输以其经济、可靠、安全等优点得到人们的青睐。特别在油气运输上，管道运输比水运、铁路运输更可靠，运输量更大，成本与能耗也更低。
[0003]然而，随着油气管道服役年份的增加，钢管结构会发生退化并产生缺陷，时刻威胁管道安全。在影响管道安全的各种缺陷中，腐蚀缺陷与机械损伤是油气管道中最为常见的两类缺陷。在长输管道系统中，管道系统庞大且复杂，传统的管道检测技术不能得到很好的应用。在不影响管道正常运行的情况下进行安全性能检测尤为重要。
[0004]现有管道缺陷超声导波检测设备采用气囊加载，针对不同直径的管道需要设计不同尺寸的气囊，增加了系统成本；
[0005]同时，现有设备多通过接收轴对称回波进行损伤检测，而无法接收弯曲模态回波。
技术实现思路
[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于压电换能原理的管道超声导波无损检测装置，采用干耦合的方式激励超声导波，实现对在营状态油气管道缺陷的无损检测。具有测点布置少，检测范围大，筛查效率高等优点。利用导波传播远，衰减小的特点实现对埋地管道，不可接近位置管道的快速检测。通过对接收信号进行分析，能够识别管道腐蚀类缺陷、焊缝、管道支撑、弯管等。通过基于状态的检测计划，可以为管道维护提供准确及时的建议。在实现在营管道的大范围筛查、提升检测效率以及降低将测成本方面具有极大优势。
[0007]另外，装置采用模块化的设计思想，能够高效激励多种频率、多种模态的检测信号，对多种直径、多种材质的管道具有广泛的适用性，装置通过干耦合的方式激励并接收管道缺陷的回波信号，极大地降低管道检测的成本。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术手段：
[0009]一种基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置，包括多个超声导波激励与接收模块通过具有凹凸结构的连接件彼此铰接形成围绕待检测管道周向布置的阵列环；单个超声导波激励与接收模块包括：
[0010]连接件，在其一侧至少具有一个构成母部的第一凸耳，在其另一侧至少具有一个母部的第二凸耳，所述第一凸耳和第二凸耳之间铰接；
[0011]换能器模块，与所述连接件之间通过第一微调弹性预压组件连接；
[0012]敏感压电换能器单元，设置在所述换能器模块的底端，通过第二微调弹性预压组件与所述换能器模块连接；
[0013]通过调节所述第一微调弹性预压组件，以使所述换能器模块紧密固定于待检测管
道；
[0014]通过调节所述第二微调弹性预压组件，以实现所述敏感压电换能器单元与待检测管道之间预压力的微调。
[0015]所述第一微调弹性预压组件包括：
[0016]微调螺栓；
[0017]所述连接件上设有供所述微调螺栓穿过的通孔，所述换能器模块外壳上设有与所述微调螺栓配合的螺纹孔；
[0018]微调弹簧，套接在所述微调螺栓外周且位于所述连接件和换能器模块外壳之间。
[0019]所述敏感压电换能器单元包括敏感压电换能器单元外壳、换能器单元上盖、敏感压电陶瓷、压电陶瓷绝缘护套、阻抗匹配层、背衬吸能层以及敏感压电换能器单元射频转接头，其中，所述敏感压电陶瓷与敏感压电换能器单元外壳之间设置所述压电陶瓷绝缘护套。
[0020]所述换能器模块外壳的内部沿待检测管道轴向均匀间隔设有多个用于安装所述敏感压电换能器单元的安装槽，每个安装槽内安装有一个所述敏感压电换能器单元；
[0021]所述第二微调弹性预压组件包括：
[0022]敏感压电换能器单元均压板，跨接设置在每两个所述敏感压电换能器单元的顶部之间，且与所述敏感压电换能器单元顶部固定连接；
[0023]预压弹簧套筒，其底端与所述敏感压电换能器单元均压板固定连接，上端开口设置；
[0024]预压弹簧，一端设置在所述预压弹簧套筒内，另一端通过所述预压弹簧套筒上端开口伸出与所述换能器模块外壳内壁抵接；
[0025]所述敏感压电换能器单元安装在所述安装槽内后底端外露所述敏感压电换能器单元设置；
[0026]压力微调螺丝，通过在所述换能器模块外壳底部开设的螺栓孔固定于换能器模块外壳底部；
[0027]所述换能器模块外壳中位于所述安装槽的上部设有限制敏感压电换能器单元上行程的限位凸起，通过调节所述压力微调螺丝以使所述敏感压电换能器单元在换能器模块外壳内具有沿管道径向的浮动行程，用于实现对敏感压电换能器单元的均匀预压力记载与对敏感压电陶瓷保护。
[0028]所述预压弹簧套筒在套筒底部开有凹槽以方便敏感压电换能器单元走线。
[0029]所述敏感压电陶瓷材质为PZT
‑
5H；
[0030]所述阻抗匹配层材质为氧化铝陶瓷；
[0031]所述压电陶瓷绝缘护套材质为氧化铝陶瓷；
[0032]所述背衬吸能层材质为高纯度纳米钨粉与双组分DG301环氧树脂的1：1混合物，吸收敏感压电陶瓷由于正逆压电效应产生的振动在敏感压电换能器单元外壳中产生的共振，同时使敏感压电陶瓷激励或接受完信号后迅速停止振动，避免晶片谐振降低激励信号与回波信号的空间分辨率；
[0033]所述压电陶瓷绝缘护套基于与敏感压电陶瓷的阻抗匹配原理将敏感压电陶瓷背面的振动传递至所述背衬吸能层以实现敏感压电陶瓷单方向激励导波。
[0034]换能器模块外壳与管道接触位置设置有橡胶防滑垫。
[0035]敏感压电换能器单元外壳采用304不锈钢制造，内部喷涂有聚氨酯绝缘漆。
[0036]本专利技术进一步公开了一种基于所述基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置的工作方法，包括以下步骤：
[0037]S1、依据所需要激励的导波模态选择合适的敏感压电换能器单元数量与敏感压电陶瓷的类型及尺寸，依据所需激励的信号的特性选取合适类型的预压弹簧，依据所检测管道的直径确定所需超声导波激励与接收模块数量；
[0038]S2、将敏感压电换能器单元固定于敏感压电换能器单元均压板并组装换能器模块，将换能器模块固定于所述连接件形成超声导波激励与接收模块，通过具有凹凸结构的连接件彼此铰接形成围绕待检测管道
‑
周向布置的阵列环装置；
[0039]S3、依据所需的激励信号的特性，通过调节压力微调螺丝设置合适的敏感压电换能器单元最大预压力值；
[0040]S4、调节微调螺栓联动调节微调弹簧，将换能器模块紧密贴合于待检测管道表面，调整换能器模块使敏感压电换能器单元与待检测管道之间耦合良好；
[0041]通过调节所述压力微调螺丝伸出距离，调节所述敏感压电换能器单元所受最大预压力限值并使所有敏感压电换能器单元处于均匀受力的悬浮状态进而保证全部敏感压电换能器单元具有一致的干耦合性能；
[004本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置，其特征在于，包括多个超声导波激励与接收模块(1)通过具有凹凸结构的连接件彼此铰接形成围绕待检测管道周向布置的阵列环；单个超声导波激励与接收模块(1)包括：连接件，在其一侧至少具有一个构成母部的第一凸耳，在其另一侧至少具有一个母部的第二凸耳，所述第一凸耳和第二凸耳之间铰接；换能器模块，与所述连接件之间通过第一微调弹性预压组件连接；敏感压电换能器单元，设置在所述换能器模块的底端，通过第二微调弹性预压组件与所述换能器模块连接；通过调节所述第一微调弹性预压组件，以使所述换能器模块紧密固定于待检测管道；通过调节所述第二微调弹性预压组件，以实现所述敏感压电换能器单元与待检测管道之间预压力的微调。2.根据权利要求1所述的基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置，其特征在于，所述第一微调弹性预压组件包括：微调螺栓；所述连接件上设有供所述微调螺栓穿过的通孔，所述换能器模块外壳上设有与所述微调螺栓配合的螺纹孔；微调弹簧，套接在所述微调螺栓外周且位于所述连接件和换能器模块外壳之间。3.根据权利要求1所述基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置，其特征在于，所述敏感压电换能器单元(4)包括敏感压电换能器单元外壳(24)、换能器单元上盖(25)、敏感压电陶瓷(28)、压电陶瓷绝缘护套(27)、阻抗匹配层(29)、背衬吸能层(26)以及敏感压电换能器单元射频转接头(30)，其中，所述敏感压电陶瓷(28)与敏感压电换能器单元外壳(24)之间设置所述压电陶瓷绝缘护套(27)。4.根据权利要求1所述的基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检测装置，其特征在于，所述换能器模块外壳的内部沿待检测管道轴向均匀间隔设有多个用于安装所述敏感压电换能器单元的安装槽，每个安装槽内安装有一个所述敏感压电换能器单元；所述第二微调弹性预压组件包括：敏感压电换能器单元均压板(16)，跨接设置在每两个所述敏感压电换能器单元的顶部之间，且与所述敏感压电换能器单元顶部固定连接；预压弹簧套筒，其底端与所述敏感压电换能器单元均压板(16)固定连接，上端开口设置；预压弹簧，一端设置在所述预压弹簧套筒内，另一端通过所述预压弹簧套筒上端开口伸出与所述换能器模块外壳内壁抵接；所述敏感压电换能器单元安装在所述安装槽内后底端外露所述敏感压电换能器单元设置；压力微调螺丝，通过在所述换能器模块外壳底部开设的螺栓孔固定于换能器模块外壳底部；所述换能器模块外壳(9)中位于所述安装槽的上部设有限制敏感压电换能器单元上行程的限位凸起，通过调节所述压力微调螺丝以使所述敏感压电换能器单元在换能器模块外
壳(9)内具有沿管道径向的浮动行程，用于实现对敏感压电换能器单元(4)的均匀预压力记载与对敏感压电陶瓷(28)保护。5.根据权利要求1所述基于压电换能原理的管道缺陷超声导波检...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐赵东，臧旭磊，祝陈，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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