[發明專利]一種導波檢測用集成式管內機器人

有效

• 申請號: 201510853836.0
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN105424817B
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 劉娜;喬晉威;尹曉虎;湯宮民;梁清果
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;G01N29/04
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻;孫亞琳

本發明公開了一種導波檢測用集成式管內機器人。其包括伸縮機構和兩組支撐機構，伸縮機構的兩端分別與一組支撐機構相連，所述伸縮機構為氣缸，所述氣缸內設有用于活塞復位的復位彈簧，支撐機構包括錐體、楔塊、永磁體A、永磁體B，兩個錐體同軸并同向設置，其中一個錐體與氣缸的活塞桿連接，另一個錐體與氣缸的缸體連接，楔塊為三個并均滑動設置在錐體的錐面上，楔塊的外側面為可與管道內側面配合的圓弧面，每個楔塊內固定設置有所述永磁體B，在錐體的一端固定設置有三個所述的永磁體A分別與所述永磁體B對應，永磁體A和永磁體B相鄰磁極的磁性相同，支撐機構的楔塊或錐體上嵌入具有一定振動模態的壓電探頭。

技術領域

本發明涉及一種導波檢測用集成式管內機器人，主要用于在線管道的無損檢測。

背景技術

作為五大運輸工具之一,管道已廣泛應用于人類生活和國防軍工的各個領域，隨著服役時間的增加，在管道表面陸續出現了如裂縫、腐蝕坑、結垢、穿孔、斷裂等缺陷，對社會生產生活和國防安全造成了巨大威脅。為了解決這個問題，人們展開了針對管道狀態監控的管內機器人和無損檢測技術研究。根據無損檢測設備所處位置的不同，現有檢測方法分為管外檢測與管內檢測，前者在實施過程中容易受管外覆蓋物、涂層、法蘭等影響，后者則需要管內機器人的牽引。

管內機器人技術始于20世紀40年代，它可牽引無損檢測設備在管道內運動來完成對管道的檢測任務。

超聲導波技術的出現為管道的快速、全方位檢測提供了可能。超聲導波是由超聲波在空間有限的介質內多次往復反射并進一步產生復雜的疊加干涉及幾何彌散形成的沿垂直于板厚方向或管道軸向傳播的全截面固體波。導波沿管道軸向傳播，如在傳播路徑上遇到氣孔、裂紋等缺陷或損傷，聲波會發生反射、折射、散射、吸收和模態轉換，致使接收信號發生變化，接收信號中包含有發射和接收兩點間結構整體性的大量信息，可發現被檢件整個傳播截面的缺陷。超聲導波技術具有檢測效率高、沿傳播路徑衰減小、一次檢測距離遠、全截面覆蓋、可實現非直線檢測等優點，受到了極大的關注。導波技術最早出現于薄板的探傷過程中，直到1957年Gazis利用彈性理論求得簡諧波在無限長的空心圓柱體中傳播的通解，導波技術才開始逐漸應用于管道檢測的工程實踐中。Greenspon對彈性理論進行了研究,并且發表了有關圓柱殼彌散曲線和位移場的論文。1979年,Thompson等將電磁聲傳感器應用于蒸汽發電機管道的裂縫檢測。Silk和Bainton利用壓電超聲探頭在熱交換管道中激勵超聲導波，通過實驗證明了超聲導波技術對管道檢測的可能性。在理論研究的基礎上，國際上已陸續開發了一系列針對管道的導波檢測產品，如英國Guided Ultrasonic公司開發的Wavemaker G4，英國Subsea-integrity公司生產的Guided wave testing system，英國PI公司研制的Teletest Focus+長距離管道腐蝕超聲導波聚焦檢測系統，美國西南研究院研制的長距離超聲導波檢測系統，而國內導波檢測的代表產品為浙達精益的MSGW超聲導波檢測儀。這些產品廣泛應用于石油石化工業輸油輸氣管道網絡、電力能源工業管道網絡、橋梁懸掛管道、高溫管線及伴熱管線中。導波檢測技術較其他常規無損檢測(超聲檢測、渦流檢測、漏磁檢測、射線檢測、滲透檢測等)在長距離檢測、在線監測、架空埋地管線檢測等應用中，擁有明顯技術優勢。

然而，現有導波設備均作用于管壁外側，在使用前需要先將設備安裝部位附近的泥土等障礙物除去，然后通過人工操作將壓電探頭裝設于管道外部，每一次安裝調試過程都比較耗時，雖然在理想情況下一次性檢測距離可達200多米，但相對現有管道長度而言，人工操作仍遠遠無法滿足需求。而且，人們對管道內部的實時狀況更為關注。

綜上所述，盡管機器人技術與導波技術在管道檢測方面均取得了一定的進展，但仍存在著一些未解決的問題。如何在保持導波技術于管道檢測方面優勢的同時，充分發揮管內機器人的長處，將激勵位置由管外轉為管內、增強導波對厚壁管道的檢測能力、實現管內機器人技術與導波技術的有效結合均為目前國內外無論在理論上還是技術上均未解決好的問題。

發明內容