[發(fā)明專利]一種模塊化陣元壓電陶瓷超聲導(dǎo)波檢測裝置及檢測方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011382879.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN112630307A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 包士毅;余劍宇;羅利佳;燕玲;王金鵬;劉明威;凡靜靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/26
• 分類號(hào): G01N29/26;G01N29/24;G01N29/28
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 楊小凡

本發(fā)明公開了一種模塊化陣元壓電陶瓷超聲導(dǎo)波檢測裝置及檢測方法，裝置包括陣元模塊和緊固組件；所述的陣元模塊含有一組激勵(lì)傳感器和接收傳感器，根據(jù)檢測的需要自由組合陣元模塊的數(shù)量，并通過緊固組件將若干陣元模塊固定在待檢測管道外壁上，每個(gè)陣元模塊的信號(hào)線束均與信號(hào)傳感與信號(hào)處理系統(tǒng)連接，通過一次回波信號(hào)每個(gè)陣元通道的時(shí)延計(jì)算聚焦信號(hào)每個(gè)陣元通道的時(shí)延，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波信號(hào)的聚焦。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)配置靈活，可定制度高，能夠針對(duì)不同的檢測需要迅速地調(diào)整安裝配置，適用于不同大直徑地管道。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種管道結(jié)構(gòu)損傷檢測裝置和檢測方法。

背景技術(shù)

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)和綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的建立，管網(wǎng)系統(tǒng)作為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要一環(huán)，其規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，這給管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控帶來了巨大的挑戰(zhàn)。超聲導(dǎo)波無損檢測技術(shù)是一種長距離、大范圍結(jié)構(gòu)快速掃查技術(shù)，具有單次單點(diǎn)激勵(lì)、全截面覆蓋檢測、檢測距離長、檢測效率高等優(yōu)點(diǎn)，在檢測管件、桿件、薄板、軌道等工程結(jié)構(gòu)上得到了廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的超聲導(dǎo)波檢測的單一通道信號(hào)不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波傳播的定向控制，只能無差別地在周向激發(fā)特定能量大小、模態(tài)的導(dǎo)波，存在對(duì)小缺陷表征能力較差的問題，無法適應(yīng)小缺陷、缺陷分布復(fù)雜的情況。相控超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)是在原有的單通道超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒傳統(tǒng)相控超聲檢測技術(shù)發(fā)展出來的一種新興檢測技術(shù)。通過控制陣列換能器和導(dǎo)波場相控激勵(lì)各陣列元延時(shí)、振幅參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)波束聚焦、頻率掃描、模態(tài)掃描等功能，在提高缺陷檢測的分辨率的同時(shí)，提高缺陷辨識(shí)的成功率，大幅提高管道檢測的適應(yīng)性。

目前市場商用多通道導(dǎo)波相控陣系統(tǒng)價(jià)格昂貴，設(shè)備的硬軟件高度集成化，檢測陣列元難以靈活增減以適應(yīng)不同直徑大小的管道，用戶的客制化需求難以實(shí)現(xiàn)，在不同使用環(huán)境下，檢測準(zhǔn)確度與檢測效率大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行高靈敏度、快速、準(zhǔn)確地主動(dòng)檢測的目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種模塊化陣元壓電陶瓷超聲導(dǎo)波檢測裝置，包括一組陣元模塊和緊固組件，所述陣元模塊包括殼體、信號(hào)線束，以及一對(duì)伸縮方向與管道軸向一致的壓電陶瓷，所述壓電陶瓷包括激勵(lì)傳感器、接收傳感器，激勵(lì)傳感器和接收傳感器嵌入殼體底面，并分別連接信號(hào)線束，從而隔絕外部環(huán)境的影響，保證設(shè)備和信號(hào)的可靠性、穩(wěn)定性，陣元模塊周向均勻布置在管道外壁上，并由緊固組件串連拼接。可以通過調(diào)整陣元模塊的數(shù)量及布置間距，產(chǎn)生所需要激發(fā)的不同模態(tài)的超聲導(dǎo)波，以及對(duì)超聲導(dǎo)波聚焦的不同需求。

模塊化可選陣元很大程度上提高了針對(duì)不同管徑安裝的靈活性，適用于不同直徑的管道。該檢測裝置基于相控陣列元聚焦技術(shù)以及可以一次性覆蓋整個(gè)導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的超聲導(dǎo)波檢測技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波能量聚焦在管道周向任意位置聚焦，可對(duì)管道結(jié)構(gòu)進(jìn)行高靈敏度、快速、準(zhǔn)確地主動(dòng)檢測。

進(jìn)一步的，一組所述陣元模塊中包括設(shè)有緊固棘輪轉(zhuǎn)輪的零號(hào)模塊，緊固組件一端與零號(hào)模塊連接，包覆陣元模塊后，另一端與緊固棘輪轉(zhuǎn)輪配合設(shè)置，通過旋轉(zhuǎn)緊固棘輪轉(zhuǎn)輪漲緊緊固組件，使每個(gè)陣元模塊都能緊密貼合在管道外壁上，保證檢測裝置穩(wěn)定性，防止松動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述緊固組件包括柔性有機(jī)材料織物和柔性齒條，通過柔性有機(jī)材料織物圍繞并包裹陣元模塊，使陣元模塊緊貼管道，柔性齒條與緊固棘輪轉(zhuǎn)輪配合設(shè)置，通過旋轉(zhuǎn)緊固棘輪轉(zhuǎn)輪漲緊緊固組件。

進(jìn)一步的，所述陣元模塊上部設(shè)有安裝吊耳，用于穿插緊固組件，方便緊固組件的安裝及安裝后各陣元模塊位置的固定，防止在管道軸向上的位移。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)線束包括激勵(lì)信號(hào)線束和接收信號(hào)線束，通過有屏蔽層的線纜引出，分別與信號(hào)傳感與信號(hào)處理系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步的，所述陣元模塊與管道外壁之間涂敷超聲波耦合劑，激勵(lì)傳感器與接收傳感器通過超聲波耦合劑與管道外壁接觸，保證能量轉(zhuǎn)換的效率最大化。