[實用新型]基于模塊化陣元壓電陶瓷的超聲導波檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022831574.7
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN213689487U
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉明威;凡靜靜;趙祖鳴;趙睿;余劍宇;肖忠仰;蔡姚杰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: G01N29/26
• 分類號: 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

本實用新型公開了基于模塊化陣元壓電陶瓷的超聲導波檢測裝置，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，每個陣元模塊的信號線束均與信號傳感與信號處理系統(tǒng)連接，通過一次回波信號每個陣元通道的時延計算聚焦信號每個陣元通道的時延，實現(xiàn)導波信號的聚焦。裝置結(jié)構(gòu)配置靈活，可定制度高，能夠針對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

本實用新型涉及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及基于模塊化陣元壓電陶瓷的超聲導波檢測裝置。

背景技術(shù)

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進和綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的建立，管網(wǎng)系統(tǒng)作為我國經(jīng)濟建設(shè)中的重要一環(huán)，其規(guī)模也在不斷擴大，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)，具有單次單點激勵、全截面覆蓋檢測、檢測距離長、檢測效率高等優(yōu)點，在檢測管件、桿件、薄板、軌道等工程結(jié)構(gòu)上得到了廣泛的應用。

傳統(tǒng)的超聲導波檢測的單一通道信號不能實現(xiàn)導波傳播的定向控制，只能無差別地在周向激發(fā)特定能量大小、模態(tài)的導波，存在對小缺陷表征能力較差的問題，無法適應小缺陷、缺陷分布復雜的情況。相控超聲導波檢測技術(shù)是在原有的單通道超聲導波檢測技術(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波場相控激勵各陣列元延時、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，提高缺陷辨識的成功率，大幅提高管道檢測的適應性。

目前市場商用多通道導波相控陣系統(tǒng)價格昂貴，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不同直徑大小的管道，用戶的客制化需求難以實現(xiàn)，在不同使用環(huán)境下，檢測準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，實現(xiàn)對管道結(jié)構(gòu)進行高靈敏度、快速、準確地主動檢測的目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案：

基于模塊化陣元壓電陶瓷的超聲導波檢測裝置，包括一組陣元模塊和緊固組件，所述陣元模塊包括殼體、信號線束，以及一對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傳感器、接收傳感器，激勵傳感器和接收傳感器嵌入殼體底面，并分別連接信號線束，從而隔絕外部環(huán)境的影響，保證設(shè)備和信號的可靠性、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?？梢酝ㄟ^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)的超聲導波，以及對超聲導波聚焦的不同需求。

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導波結(jié)構(gòu)的超聲導波檢測技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)導波能量聚焦在管道周向任意位置聚焦，可對管道結(jié)構(gòu)進行高靈敏度、快速、準確地主動檢測。

進一步的，一組所述陣元模塊中包括設(shè)有緊固棘輪轉(zhuǎn)輪的零號模塊，緊固組件一端與零號模塊連接，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。

進一步的，所述緊固組件包括柔性有機材料織物和柔性齒條，通過柔性有機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。

進一步的，所述信號線束包括激勵信號線束和接收信號線束，通過有屏蔽層的線纜引出，分別與信號傳感與信號處理系統(tǒng)連接。

進一步的，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。