[發(fā)明專利]一種管道缺陷聲子診斷系統(tǒng)及實現(xiàn)方法

有效

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• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111059479B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 王新華;宋艷偉;趙以振;谷雅萍;陳迎春;帥義
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種管道缺陷聲子診斷系統(tǒng)，其特征在于：包括：聲子發(fā)射模塊(1)、第一示波器(2)、信號發(fā)生器(4)、供電板(6)、工業(yè)計算機(8)、采集卡(11)、第二示波器(12)、待檢測管道(14)、聲子接收模塊(15)；

所述聲子發(fā)射模塊(1)包括聲子發(fā)射探頭(19)和聲子信號發(fā)射端(18)，聲子接收模塊包括聲子接收探頭(16)和聲子信號接收端(17)；

所述聲子發(fā)射探頭(19)包括載波調制發(fā)射模塊(20)、聲子發(fā)射探頭信號輸入正極(21)、聲子發(fā)射探頭信號輸入負極(22)、聲子發(fā)射探頭電源正極(23)、聲子發(fā)射探頭電源負極(24)；

所述聲子接收探頭包括載波解調接收模塊(27)、接收信號電源指示燈(26)、聲子接收探頭信號輸出正極(30)、聲子接收探頭信號輸出負極(25)、聲子接收探頭電源正極(28)、聲子接收探頭電源負極(29)；

聲子發(fā)射探頭(19)將信號發(fā)生器(4)提供的原始信號調制成433MHz射頻信號，并通過聲子信號發(fā)射端(18)作用于待檢測管道(14)，管道在外界能量信號的激勵下，管道內部晶格振動從而激發(fā)管道材料原子鍵間的聲子格波，射頻電磁波信號傳輸到待檢測管道(14)缺陷處與聲子格波發(fā)生電磁耦合，導致發(fā)射的原始電磁波產生畸變，聲子接收探頭(16)通過聲子信號接收端(17)將攜帶聲子能量波的電磁信號解偶，從而能夠獲取待檢測管道(14)上的缺陷聲子信號，獲取材料的缺陷信息；

基于射頻載波理論的聲子發(fā)射探頭(19)和聲子接收探頭(16)，其頻率響應為20Hz～20KHz，能夠實現(xiàn)低頻段信號的發(fā)射與接收。

2.根據權利要求1所述的一種管道缺陷聲子診斷系統(tǒng)，其特征在于，提出的基于射頻載波理論的聲子發(fā)射探頭(19)和聲子接收探頭(16)的工作頻率為433MHz，其上集成了載波調制發(fā)射模塊(20)和載波解調接收模塊(27)，能夠實現(xiàn)模擬量輸入輸出。

3.根據權利要求1所述的一種管道缺陷聲子診斷系統(tǒng)，其特征在于，基于射頻載波理論的聲子發(fā)射模塊(1)中的聲子信號發(fā)射端(18)和聲子接收模塊(15)的聲子信號接收端(17)為蜂窩式面型結構，能與待檢測管道(14)表面實現(xiàn)可靠耦合，無需使用耦合劑。

4.根據權利要求1或2所述的一種管道缺陷聲子診斷系統(tǒng)，其特征在于，放于待檢測管道上的聲子發(fā)射探頭(19)和聲子接收探頭(16)采用陣列結構，其數量根據待檢測管道管徑大小而改變，從而形成陣列式檢測探頭，以實現(xiàn)待檢測管道(14)全斷面缺陷檢測。

5.根據權利要求1所述的一種管道缺陷聲子診斷系統(tǒng)，其特征在于，采用4通道的第一示波器(2)和4通道的第二示波器(12)，同時檢測聲子信號發(fā)射端(18)與聲子信號接收端(17)的波形，從而能夠監(jiān)測采集過程中信號波動情況。

6.根據權利要求1所述的一種管道缺陷聲子診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括以下操作步驟：

1)將聲子發(fā)射模塊(1)中的聲子發(fā)射探頭(19)與聲子信號發(fā)射端(18)進行配對連接，聲子接收模塊(15)中的聲子接收探頭(16)與聲子信號接收端(17)進行配對連接；

2)將一組聲子發(fā)射模塊(1)沿周向均布放置于待檢測管道(14)的一端，使其在待檢測管道(14)周向斷面上成環(huán)形陣列，與聲子發(fā)射模塊(1)相對應的聲子接收模塊(15)放于待檢測管道(14)的另一端，采用與聲子發(fā)射模塊(1)相同的陣列結構形式，聲子發(fā)射模塊(1)和聲子接收模塊(15)的陣列形式根據待檢測管道(14)的管徑大小而改變；

3)利用數據信號線(7)將聲子發(fā)射探頭(19)與信號發(fā)生器(4)及采集卡(11)連接，將聲子接收探頭(16)與采集卡(11)相應接口連接；

4)采集卡(11)通過USB接口(9)與工業(yè)計算機(8)相連，采集卡(11)通過相關程序設置為差分方式采集信號；

5)采用數據信號線(7)將第一示波器(2)及第二示波器(12)分別與聲子發(fā)射探頭(19)及聲子接收探頭(16)連接，第一示波器(2)及第二示波器(12)用于監(jiān)視信號采集過程波形變化情況；

6)聲子發(fā)射探頭(19)和聲子接收探頭(16)通過供電板(6)供電；

7)打開電源開關，聲子接收模塊(15)中的聲子接收探頭(16)上的接收信號電源指示燈(26)變亮；

8)打開工業(yè)計算機(8)，設置修改信號采集程序中相應參數，在液晶觸摸顯示屏(10)上顯示聲子發(fā)射探頭(19)與聲子接收探頭(16)的信號采集窗口；

9)設置信號發(fā)生器(4)的輸出波形，連續(xù)輸出30Hz-100Hz的方波或正弦信號，聲子發(fā)射探頭(19)將原始信號調制成433MHz通過聲子信號發(fā)射端(18)將信號沿待檢測管道(14)發(fā)射到聲子信號接收端(17)，聲子接收探頭(16)將聲子信號接收端(17)接收的載有聲子缺陷信息的信號進行解調；

10)運行工業(yè)計算機(8)上的采集程序，在液晶觸摸顯示屏(10)上連續(xù)采集聲子接收探頭(16)解調的信號并將其儲存于CSV文件中，同時觀察第一示波器(2)及第二示波器(12)上波形形狀；

11)利用USB接口(9)將采集的信號拷貝到硬盤中，記錄信號，并通過對信號處理分析，識別管道上的缺陷。