專利名稱：管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)。涉及超聲波的測量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
導(dǎo)波檢測系統(tǒng)可以用于管道缺陷的檢測。但導(dǎo)波檢測系統(tǒng)中的傳感器卻須要耦合。在管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)中，由于導(dǎo)波的使用頻率低，因此不需要耦合劑進行耦合，而只需要機械耦合即可。但機械耦合情況的好壞，對檢測結(jié)果的影響非常大。目前國際上從事超聲導(dǎo)波技術(shù)研究的主要有英國帝國理工大學(xué)、美國西南研究院及美國賓夕法尼亞大學(xué)等科研院所和高校，而從事管道超聲導(dǎo)波檢測設(shè)備制造的有英國的導(dǎo)波公司(GUL)、TWI下屬的Pi公司及美國的FBS公司和西南研究院等。采用的換能器夾具不盡相同但均可大致分為柔性環(huán)和固定環(huán)兩種。采取將換能器安裝于環(huán)上并固定于管道上，并通過施加外力于換能器背面使之與管體良好接觸保證機械耦合。傳統(tǒng)的換能器夾具氣囊與充氣口部分易損壞，材料易磨損，且由于采用鋼圈為基材，體積和重量大，運輸不便，對接夾具設(shè)計不夠靈活，在安裝探頭前曲臂對口安裝較容易， 但安裝探頭后插槽對齊困難，往往導(dǎo)致檢測中耦合效果不理想。現(xiàn)有設(shè)備采用MCX接線，使用方便，但現(xiàn)場使用時易因塵土進入使插頭堵塞，且在安裝和拆卸探頭時反復(fù)插拔接線頭， 易導(dǎo)致線芯受力歪曲，使探頭與接線不能很好的連接。針對上述問題，國內(nèi)先后對相關(guān)換能器固定裝置申請了多件專利。如何存富、吳斌、于海群的“管道超聲導(dǎo)波檢測專用探頭及其固定裝置”(專利公開號工擬6對208)是一種管道超聲導(dǎo)波檢測專用探頭及其固定裝置，用于使用中的管道缺陷的定位檢測。特征在于探頭的固定裝置做成環(huán)狀，根據(jù)探頭固定環(huán)直徑尺寸，在其圓周方向上均勻地銑出若干個槽以放置對應(yīng)數(shù)量的單個探頭，每個探頭槽的后部加工出螺紋孔，用頂絲對單個探頭施加壓力，從而使每個探頭都能夠牢固地耦合在管道上；專利“用以協(xié)助固定換能器并且隔絕震動的輔助固定裝置”(專利公開號CN101111090)是一種輔助固定裝置，所述輔助固定裝置用以協(xié)助將換能器固定于基座結(jié)構(gòu)上，并且隔絕所述換能器在操作期間所引發(fā)的震動傳遞至所述基座結(jié)構(gòu)?？傮w上分為柔性環(huán)和固定環(huán)兩種。它們采取將換能器安裝于環(huán)上并固定于管道上，并通過施加外力于換能器背面使之與管體良好接觸保證機械耦合。但對接夾具設(shè)計不夠靈活，氣囊與充氣口部分易損壞，材料易磨損，基材為鋼圈，在安裝探頭前曲臂對口安裝較容易，但安裝探頭后插槽對齊困難?，F(xiàn)有設(shè)備采用MCX接線，使用方便，但現(xiàn)場使用時易因塵土進入使插頭堵塞，且在安裝和拆卸探頭時反復(fù)插拔接線頭，易導(dǎo)致線芯受力歪曲。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種保證機械耦合效果、運輸使用輕便、不易磨損和損壞的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)。[0008]本實用新型是將對齊和彎曲臂移動到裝置的上部，采用輕質(zhì)骨架，通過氣囊確保探頭與管道良好的耦合。本實用新型的結(jié)構(gòu)見圖1-圖3，探頭環(huán)3由探頭模塊1、lemo 接口座2、充氣口 4、對接卡具5、探頭模塊接口 6、探頭模塊座7、探頭模塊壓片8、鋼圈9、外覆蓋層10、氣囊包帶11、氣囊12和接線組成。圓形開口的鋼圈9里側(cè)沿軸向安裝有多個上插有多個探頭模塊1的探頭模塊座7和探頭模塊壓片8，每個探頭模塊座7旁的一端有一探頭模塊接口 6 ； 鋼圈9外包有圓形開口的內(nèi)有氣囊12的氣囊包帶11，氣囊包帶11外再包有圓形開口的外覆蓋層10 ；外覆蓋層10外固連有l(wèi)emo 接口座2和充氣口 4 ；鋼圈9、氣囊包帶11、外覆蓋層10三者相套且開口對齊，開口的每一端連接對接卡具5的一端，由對接卡具5將鋼圈9、 氣囊包帶11、外覆蓋層10三者連接成圓管；探頭模塊1通過線纜連接探頭環(huán)3上的lemo 接口座2，再與系統(tǒng)主機連接。本柔性探頭環(huán)中的氣囊12在氣囊包帶11內(nèi)部，氣囊12通過充氣口 4進行充氣。 根據(jù)不同的管徑設(shè)計不同尺寸的探頭環(huán)3，考慮氣囊12充氣能夠承受的最大壓力及氣囊12 的材料，對氣囊12與充氣口 4的接頭部分等容易損壞的地方進行特殊處理。將操控按鈕置于主機上，改進對接卡具裝置，將對齊和彎曲臂移動到裝置的上部，使對齊和固定更容易。作為傳感器載體，通過圍繞管體夾緊后充氣使之牢固接觸與被檢管壁工件上，連接傳感器與主機進行通信。本發(fā)明可為超聲導(dǎo)波檢測設(shè)備更好的服務(wù)于管道檢測提供改進辦法。所述氣囊12的形狀見圖4，為圓形開口的管狀空心囊，在開口的兩端向外翻成槽形，以便卡在對接卡具5里，由PVC柔性材料制成；由于導(dǎo)波的使用頻率低，因此不需要耦合劑進行耦合，而只需要機械耦合即可， 但機械耦合情況的好壞，對檢測結(jié)果的影響非常大，因此氣囊的作用是確保探頭與管道能夠很好的耦合；柔性環(huán)包括氣囊包帶11結(jié)構(gòu)和充氣口 4，其中氣囊12在氣囊包帶11內(nèi)部， 氣囊12通過充氣口 4進行充氣；根據(jù)不同的管徑，設(shè)計不同尺寸的探頭環(huán)3 ；關(guān)于氣囊12 的選擇，需考慮氣囊12充氣能夠承受的最大壓力及氣囊12的材料，氣囊12與充氣口 4的接頭部分是容易損壞的地方，進行特殊處理；所述氣囊包帶11的形狀與氣囊12相同，由PVC柔性材料制成；柔性環(huán)氣囊包帶 11作用是對其內(nèi)部的氣囊12起保護作用，同時在氣囊包帶11的圓周上，有兩排探頭模塊接口，內(nèi)有觸點用于與模塊內(nèi)線纜連接，傳輸信號；柔性環(huán)氣囊包帶11的結(jié)構(gòu)設(shè)計，便于探頭模塊1的安裝與拆卸；要根據(jù)所需要的管徑，設(shè)計不同規(guī)格的柔性環(huán)氣囊包帶11，選擇合適的氣囊包帶11材料，這種材料需達到的性能要求(1)有很好的柔性，以使探頭環(huán)3能很好的安裝在管道上；(2)材料要在一定的溫度范圍內(nèi)保持其形狀，不能在某一溫度下發(fā)生較大的形變或者發(fā)生脆斷，這樣保證在炎熱和寒冷等惡劣天氣下能夠正常進行檢測；(注一般工作溫度條件是0°c -40°c，采取適當措施可工作在(-10°c -70°C )，采取特別措施可在+170°C下工作)；(3)材料有一定的抗壓能力，因為柔性環(huán)氣囊需要充氣，以使探頭與管道達到良好的機械耦合，這就需要氣囊包帶11能承受一定的壓力，否則，在壓力下開裂，是設(shè)計所不希望發(fā)生的；(注最大壓力為35psi，即2. 5個大氣壓，保證耦合效果)(4)材料在可承受壓力范圍內(nèi)不發(fā)生塑性變形，否則，氣囊12在不斷的充氣放氣過程中，氣囊包帶11將失效；所述鋼圈9的形狀見圖5，為圓形開口的管狀，開口端各有一排孔；內(nèi)置的鋼圈9是對柔性環(huán)起支撐的作用，同時是對探頭模塊座7起固定作用；對接卡具5和探頭模塊固定座7，都是固定在鋼圈9上，即鋼圈9可以看作是柔性環(huán)的骨架(注 這里的鋼圈也可是其它合適材料，如鋁合金、不銹鋼或鈦合金等條帶)；所述對接卡具5的形狀見圖6和圖7，其結(jié)構(gòu)類似電源的兩芯插頭和插座狀，一頭是插槽，另一頭是彎曲臂，長方形的臂體兩邊各有一條彎曲臂，長方形的插槽體側(cè)向有容兩彎曲臂的長方插槽；圖6是兩個彎曲臂插進插槽里的狀態(tài)圖，圖7是兩個彎曲臂拔出插槽的狀態(tài)圖；目的是為了使柔性環(huán)端面對齊，以使探頭與管道更好的耦合，還確保了管徑尺寸不均勻而使柔性環(huán)在安裝時能夠容易的活動；改進的對接卡具5將對齊和彎曲臂移動到柔性探頭環(huán)的上部，這有利于實際的操作，使對齊和固定更容易，同時還能達到上述的使用目的；所述Lemo 接口 2如圖8所示，為M孔，其中導(dǎo)波探頭是8通道，占用16孔，對不同管徑的探頭環(huán)，每一組探頭模塊1所對應(yīng)的探頭個數(shù)不同，比如，16inch管徑的探頭環(huán)， 每4個探頭一組，共8組；24inch的管徑的探頭環(huán)，每6個探頭一組，共8組；而剩余8個接孔分別為ID識別接線孔和按鈕接線孔，取消ID識別模塊；接線座是探頭和主機信號傳輸?shù)臉屑~，對于柔性環(huán)，Lemo 接口 2和按鈕在柔性環(huán)氣囊包帶上；接線導(dǎo)波設(shè)備是有很多組探頭模塊組成，同時也就需要有很多接線連接主機和探頭模塊1，以達到同時發(fā)射和接收信號的目的；導(dǎo)波設(shè)備的多股接線組成一個M孔Lemo 接口 2，多股接線以及對應(yīng)的接口的作用是不同的；所述探頭模塊1為市銷產(chǎn)品；導(dǎo)波設(shè)備的探頭是有很多組模塊組成的，對于產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的導(dǎo)波，是有每一組模塊是由兩個壓電晶片組成，而對于產(chǎn)生縱模的每一組探頭模塊1，是由相距L(0，1)半波長的三個壓電晶片組成，也就是說，導(dǎo)波設(shè)備能夠分別產(chǎn)生扭模或者縱模，這在實際檢測中，有利于避免漏檢，因為無論是扭模還是縱模都有對某些缺陷不敏感的情況，而檢測中如果能同時進行扭模和縱模進行檢測，將大大減少漏檢率；所述探頭模塊座7是固定探頭以及連接探頭模塊到柔性環(huán)的裝置，為市銷產(chǎn)品； 在模塊座的側(cè)面，有四排孔，作用是根據(jù)使用不同的頻率，選擇不同的探頭之間的間距，同時固定探頭。柔性探頭環(huán)總體結(jié)構(gòu)中，氣囊包帶的外形設(shè)計根據(jù)管道管徑規(guī)格進行，不同管徑的管道，直接影響柔性環(huán)的探頭模塊的選擇，尺寸的確定等。各結(jié)構(gòu)的尺寸及其相互關(guān)系a、柔性探頭環(huán)的長度與待測管道的管徑有關(guān)；b、柔性探頭環(huán)的寬度與氣囊11寬度和探頭模塊座7的長度有關(guān)；C、探頭模塊座7的長度與探頭的大小，以及選擇探頭的模態(tài)和激勵頻率有關(guān)；d、探頭模塊座7的固定裝置與探頭模塊1的長度有關(guān)；[0035]e、探頭模塊座7的寬度與探頭的大小有關(guān)；f、探頭的大小(機械結(jié)構(gòu)的大小)與壓電材料的大小有關(guān)；g、對接夾具5的尺寸與柔性探頭環(huán)的寬度和插槽有關(guān)；h、鋼圈9的長度與柔性探頭環(huán)的長度有關(guān)；i、鋼圈9的寬度與氣囊11的寬度和柔性探頭環(huán)的寬度有關(guān)。管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)在進行導(dǎo)波檢測時，探頭及探頭環(huán)整體結(jié)構(gòu)為將探頭若干探頭模塊1安裝于探頭模塊座7形成模塊組，將多個模塊組排列固定于探頭環(huán)上，再將探頭環(huán)環(huán)繞于被檢管道管壁上，利用對接夾具5夾緊并給氣囊12充氣使得探頭與管壁緊密接觸。通過線纜連接探頭環(huán)上的lemo 接口座2與系統(tǒng)主機，即可進行檢測工作。本實用新型能保證換能器與管體良好機械耦合效果的同時，運輸和使用輕便，不易磨損和損壞，對氣囊12與充氣口 4的接頭部分等容易損壞的地方進行特殊處理，使對接卡具靈活易用，將操控按鈕置于主機上，并將彎曲臂移動到裝置的上部，使對齊和固定更容易。本實用新型的接線方式在使用方便基礎(chǔ)上，確?，F(xiàn)場使用時不易落入塵土使插頭堵塞， 且保證線芯在反復(fù)安裝和拆卸接線頭時不易受力歪曲損壞。

[0042]圖1管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)側(cè)視圖[0043]圖2管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)側(cè)俯視圖[0044]圖3管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)俯視圖[0045]圖4氣囊正視圖[0046]圖5鋼圈正視圖[0047]圖6對接夾具(插入狀態(tài))圖[0048]圖7對接夾具(打開狀態(tài))圖[0049]圖8Lemo 接口圖[0050]其中ι-探頭模塊2-lemo 接口座[0051]3-探頭環(huán)4-充氣口[0052]5-對接卡具6-探頭模塊接口[0053]7-探頭模塊座8-探頭模塊壓片[0054]9-鋼圈 ο-外覆蓋層[0055]11-氣囊包帶12-氣囊
具體實施方式實施例.本例是在Φ610πιπι管道上的實驗柔性探頭環(huán)，其構(gòu)成如圖1_圖3所示。 探頭環(huán)3由探頭模塊l、lemoTM接口座2、充氣口 4、對接卡具5、探頭模塊接口 6、探頭模塊座 7、探頭模塊壓片8、鋼圈9、外覆蓋層10、氣囊包帶11、氣囊12和接線組成。圓形開口的鋼圈9里側(cè)沿軸向安裝有多個上插有多個探頭模塊1的探頭模塊座7和探頭模塊壓片8，每個探頭模塊座7旁的一端有一探頭模塊接口 6 ；鋼圈9外包有圓形開口的內(nèi)有氣囊11的氣囊包帶，氣囊包帶外再包有圓形開口的外覆蓋層10 ；外覆蓋層10外固連有l(wèi)emo 接口座2和充氣口 4 ；鋼圈9、氣囊包帶、外覆蓋層10三者相套且開口對齊，開口的每一端連接對接卡具5的一端，由對接卡具5將鋼圈9、氣囊包帶、外覆蓋層10三者連接成圓管；探頭模塊1通過線纜連接探頭環(huán)3上的lemo 接口座2，再與系統(tǒng)主機連接。所述氣囊12的形狀如圖4所示，為Φ 710mm圓形開口的管狀空心囊，在開口的兩端向外翻成槽形，由PVC柔性材料制成；所述氣囊包帶11的形狀與氣囊12相同，為Φ770πιπι圓形開口的管狀空心囊，由 PVC柔性材料制成；有兩排探頭模塊接口，內(nèi)有觸點用于與模塊內(nèi)線纜連接，傳輸信號；所述鋼圈9的形狀如圖5所示，為Φ710πιπι圓形開口的管狀，開口端各有一排孔；所述對接卡具5的形狀如圖6所示，其結(jié)構(gòu)類似電源的兩芯插頭和插座狀，一頭是插槽，另一頭是彎曲臂，長方形的臂體兩邊各有一條彎曲臂，長方形的插槽體側(cè)向有容兩彎曲臂的長方插槽；所述Lemo 接口 2如圖7所示，為M孔，其中導(dǎo)波探頭是8通道，占用16孔，對不同管徑的探頭環(huán)，每一組探頭模塊1所對應(yīng)的探頭個數(shù)不同；本例的探頭環(huán)，每6個探頭一組，共8組；而剩余8個接孔分別為ID識別接線孔和按鈕接線孔，取消ID識別模塊；接線座是探頭和主機信號傳輸?shù)臉屑~，對于柔性環(huán)，Lemo 接口 2和按鈕在柔性環(huán)氣囊包帶上；導(dǎo)波設(shè)備的多股接線組成一個M孔Lemo 接口 2，多股接線以及對應(yīng)的接口的作用是不同的；所述探頭模塊1選用市銷WM G3傳感器模塊；所述探頭模塊座7選用市銷WM G3傳感器模塊座。本例經(jīng)現(xiàn)場試驗，能保證換能器與管體良好機械耦合效果，運輸和使用輕便，不易磨損和損壞，對接卡具5靈活易用，對齊和固定更容易；接線方式使用方便，不易落入塵土使插頭堵塞，且保證線芯在反復(fù)安裝和拆卸接線頭時不易受力歪曲損壞。
權(quán)利要求1.一種管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是探頭環(huán)⑶由探頭模塊(1)、lemo 接口座O)、充氣口 G)、對接卡具(5)、探頭模塊接口(6)、探頭模塊座(7)、探頭模塊壓片 (8)、鋼圈(9)、外覆蓋層(10)、氣囊包帶(11)、氣囊(12)和接線組成；圓形開口的鋼圈(9) 里側(cè)沿軸向安裝有多個上插有多個探頭模塊(1)的探頭模塊座(7)和探頭模塊壓片(8)，每個探頭模塊座(7)旁的一端有一探頭模塊接口(6)；鋼圈(9)外包有圓形開口的內(nèi)有氣囊 (12)的氣囊包帶(11)，氣囊包帶(11)外再包有圓形開口的外覆蓋層(10)；外覆蓋層(10) 外固連有l(wèi)emo 接口座(2)和充氣口 (4)；鋼圈(9)、氣囊包帶(11)、外覆蓋層(10)三者相套且開口對齊，開口的每一端連接對接卡具(5)的一端，由對接卡具(5)將鋼圈(9)、氣囊包帶(11)、外覆蓋層(10)三者連接成圓管；探頭模塊(1)通過線纜連接探頭環(huán)C3)上的lemo 接口座O)，再與系統(tǒng)主機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是所述氣囊(12)的形狀為圓形開口的管狀空心囊，在開口的兩端向外翻成槽形，以便卡在對接卡具(5)里，由 PVC柔性材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是所述氣囊包帶(11) 的形狀為圓形開口的管狀空心囊，由PVC柔性材料制成；在氣囊包帶(11)的圓周上，有兩排探頭模塊接口(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是所述鋼圈(9)的形狀為圓形開口的管狀，開口端各有一排孔；其材質(zhì)為鋼、鋁合金、不銹鋼或鈦合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是所述對接卡具(5) 的形狀類似電源的兩芯插頭和插座狀，一頭是插槽，另一頭是彎曲臂，長方形的臂體兩邊各有一條彎曲臂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是所述Lemo 接口 (2)為M孔，其中導(dǎo)波探頭是8通道，占用16孔；而剩余8個接孔分別為ID識別接線孔和按鈕接線孔；多股接線組成的Lemo 接口⑵和按鈕在柔性環(huán)氣囊包帶(11)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是所述探頭模塊(1) 由多組模塊組成，對于產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的導(dǎo)波，是每一組模塊是由兩個壓電晶片組成；對于產(chǎn)生縱模的每一組探頭模塊(1)，是由各相距L(0，1)半波長的三個壓電晶片組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)，其特征是所述探頭模塊座 (7)是在模塊座的側(cè)面，有選擇不同探頭之間的間距和固定探頭的四排孔。
專利摘要本實用新型是一種管道導(dǎo)波檢測系統(tǒng)柔性探頭環(huán)。它是圓形開口的鋼圈(9)里側(cè)沿軸向安裝有多個探頭模塊座(7)和探頭模塊壓片(8)，每個探頭模塊座(7)旁的一端有一探頭模塊接口(6)；鋼圈(9)外包有圓形開口的內(nèi)有氣囊(12)的氣囊包帶(11)，氣囊包帶(11)外再包有圓形開口的外覆蓋層(10)；外覆蓋層(10)外固連有l(wèi)emoTM接口座(2)和充氣口(4)；鋼圈(9)、氣囊包帶(11)、外覆蓋層(10)開口的每一端連接對接卡具(5)的一端；探頭模塊(1)通過線纜連接探頭環(huán)(3)上的lemoTM接口座(2)，再與系統(tǒng)主機連接。它機械耦合效果好、運輸使用輕便、不易磨損和損壞。
文檔編號G01N29/28GK202066839SQ20102068536
公開日2011年12月7日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者任重, 馮展軍, 劉哲, 林嵩, 梁峰, 王琨, 王禹欽, 王維斌, 蔣先堯, 郭正虹 申請人:中國石油天然氣股份有限公司