[發明專利]陣列式多角度螺旋類SH導波電磁超聲換能器

有效

• 申請號: 201711034280.8
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107790363B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 黃松嶺;王哲;趙偉;王珅;汪芙平;董甲瑞
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B06B1/04
• 分類號: B06B1/04;G01N29/04;G01N29/34
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種陣列式多角度螺旋類SH導波電磁超聲換能器，超聲換能器包括至少一個換能器單元，至少一個換能器單元沿周向布置于管道外壁，以發射和/或接收導波，每個換能器單元包括：鐵鎳合金帶為圓環狀，以通過電磁鐵或永磁鐵周向磁化，獲取周向磁場；圓弧形回折線圈的兩端設置于鐵鎳合金帶的兩端開口處，以使超聲換能器激發類SH模態導波以多角度螺旋方式沿管道傳播，并檢測周向缺陷和軸向缺陷，得到管道的缺陷信息。該換能器可以通過圓弧形回折線圈使超聲換能器激發螺旋類SH模態導波以多角度穿過管道的被檢測區域，從而可以獲得全面的管道缺陷信息，有效提高管道檢測的可靠性、準確性和便捷性，簡單易實現。

技術領域

本發明涉及管道缺陷檢測和健康監測技術領域，特別涉及一種陣列式多角度螺旋類SH導波電磁超聲換能器。

背景技術

管道不僅可以運輸流體物質，也可運輸固體物質，特別地，由鐵磁性材料制成的油氣長輸管道(也常簡稱“管道”)，承擔著輸送油氣資源的任務，在油氣安全生產運輸中起著至關重要的作用。管道在長期的使用過程中，不可避免地會發生老化、腐蝕等現象，其一旦發生泄漏，往往會造成巨大的經濟損失，而且破壞生態環境。因此，定期對管道進行檢測，在保障國家能源安全、保護自然環境和維護人身財產安全等方面均具有十分重要的意義。

目前，對管道的檢測，通常采用無損檢測的方法，具體有超聲波檢測、渦流檢測、漏磁檢測和射線檢測等方法。采用電磁超聲導波檢測的方法，可克服傳統超聲體波檢測需要液體耦合劑的缺點，具有非接觸、檢測效率高、可實現長距離大范圍檢測等優勢，且可以應用于高溫環境下的檢測。電磁超聲換能器能夠在管道中激發多種類型的超聲導波。周向導波對軸向裂紋敏感度高，主要用來檢測軸向缺陷，為了實現管道的掃查，還需要沿管道軸向移動換能器，檢測效率低下，工序繁瑣；軸向導波對周向裂紋敏感度高，常用的是軸對稱T(0,1)和L(0,2)模態，主要用來檢測周向缺陷，而且其傳播具有方向性，以單一角度在缺陷邊緣處發生反射和透射，接收到的導波信號含有的管道健康狀況信息較為缺乏，不利于進行后期的數據處理，從而難于對管道進行缺陷的診斷。

在相關技術中，用于鐵磁性管道檢測的電磁超聲換能器，主要由勵磁線圈、直流線圈及其骨架組成，利用磁致伸縮機理在管道中激發軸向L模態導波，完成管道檢測，然而該模態受管道載荷影響較大，波能量衰減快，無法進行長距離檢測，不僅對軸向缺陷不敏感，而且換能器結構復雜，控制難度大。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種陣列式多角度螺旋類SH導波電磁超聲換能器，可以獲得全面的管道缺陷信息，有利于數據的后期處理，便于對管道缺陷進行診斷，提高檢測的效率，而且對缺陷靈敏度高，可以實現管道的快速檢測，進而提高管道檢測的可靠性、準確性和便捷性，簡單易實現。

為達到上述目的，本發明實施例提出了一種陣列式多角度螺旋類SH導波電磁超聲換能器，超聲換能器包括至少一個換能器單元，所述至少一個換能器單元沿周向布置于管道外壁，以發射和/或接收導波，每個換能器單元包括：鐵鎳合金帶，所述鐵鎳合金帶為圓環狀，以通過電磁鐵或永磁鐵周向磁化，獲取周向磁場；圓弧形回折線圈，所述圓弧形回折線圈的兩端設置于所述鐵鎳合金帶的兩端開口處，以使所述超聲換能器激發類SH模態導波以多角度螺旋方式沿管道傳播，并檢測周向缺陷和軸向缺陷，得到所述管道的缺陷信息。

本發明實施例的陣列式多角度螺旋類SH導波電磁超聲換能器，可以通過圓弧形回折線圈使超聲換能器激發螺旋類SH模態導波以多角度穿過管道待檢測區域，從而可以獲得全面的管道缺陷信息，有利于數據的后期處理，便于對管道缺陷進行診斷，提高檢測的效率，而且對缺陷靈敏度高，可以實現管道的快速檢測，進而有效提高管道檢測的可靠性、準確性和便捷性，簡單易實現。

另外，根據本發明上述實施例的陣列式多角度螺旋類SH導波電磁超聲換能器還可以具有以下附加的技術特征：