一種管道軸向超聲導波換能探頭的製作方法

2023-05-27 23:39:06 1

專利名稱：一種管道軸向超聲導波換能探頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種管道無損檢測裝置，特別是指一種管道無損檢測裝置使用的管道軸向超聲導波換能探頭。
背景技術：
利用軸向超聲導波檢測待測管道上的焊縫、周向裂紋等缺陷是一種有效的方式， 現有的激發和接收軸向超聲導波的超聲換能器一般採用壓電式換能器，它的檢測原理是 當軸向超聲導波在待測管道內傳播遇到待測管道上的焊縫或周向裂紋時，軸向超聲導波立 即反射，軸向超聲導波的激發端接收到反射回來的軸向超聲導波，計算出激發和接收到軸 向超聲導波的時間差與軸向超聲導波的傳播速度的乘積，從而確定待測管道內焊縫或周向 裂紋的位置。現有的壓電式換能探頭在使用之前需要將待測管道的外壁打磨乾淨，因此使用起 來很不方便，且它所激發的軸向超聲導波幅值較小，傳播距離短，檢測的待測管道的長度範 圍有限。在《機械工程學報》中已發表的文獻「磁致伸縮效應在圓管中激勵縱嚮導波的理論 和試驗研究」(出版日2005. 10，期刊號ISSN:0577-6686)中公開了一種基於磁滯伸縮原 理的電磁超聲換能探頭結構，該換能探頭可以在鐵磁性材料管道上激發和接收軸向超聲導 波，雖然這種軸向超聲導波的幅值較大，傳播距離較遠，但由於它只能用於檢測鐵磁性材料 的待測管道，因此造成這種換能探頭應用範圍較窄，且使用時需要安裝電磁鐵或永磁體等 外置磁場，使這種換能探頭的結構比較複雜，不方便使用，因此需要改進。

發明內容
針對上述問題，本發明的主要目的在於提供一種管道軸向超聲導波換能探頭，其 可應用於多種材料的待測管道，檢測管道的長度範圍較大且結構簡單。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種管道軸向超聲導波換能探頭，其 特徵在於它包括一預磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測管道的周 向緊密固定在待測管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩餘磁通密度沿待測管道周向分布； 所述多組線圈帶為用一根導線在固定於所述待測管道外壁的所述預磁化的鎳鐵合金上繞 制而成的多組線圈，相鄰兩組所述線圈的中心距離相等，且相鄰兩組所述線圈的纏繞方向 相反。所述多組線圈帶的導線的起始端連接檢測裝置的脈衝功率放大器，所述多組線圈 帶的導線的末端依次連接所述檢測裝置的濾波放大電路和示波器。所述鎳鐵合金的厚度為0. 2 0. 5mm。所述鎳鐵合金的厚度為0. 2 0. 5mm。所述多組線圈帶的線圈總組數為2 8組。所述多組線圈帶的每組線圈的導線匝數為1 20匝。所述鎳鐵合金片內的軸向超聲導波的波長為相鄰兩組線圈帶的中心距離的二倍。
所述多組線圈帶的每組線圈的繞設斜度為與所述待測管道的軸向呈45度夾角。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、由於本發明採取了在預磁化的鎳鐵合金和多組線圈帶之間進行軸向超聲導波的激發和接收，因而對待測管道的材料沒 有特殊要求，它不僅可以可應用於非鐵磁性和鐵磁性金屬待測管道，也可應用於塑料待測 管道等其他材料的待測管道，因此具有適用材料範圍廣的優點。2、本發明由於採用了多組 線圈帶與待測管道的軸向呈45度夾角的繞制方式，因而可使在相同的激勵信號下，所產生 的軸向超聲導波幅值大、信噪比高，因此軸向超聲導波的傳播距離較遠，具有可以檢測待測 管道較長範圍內的焊縫或者周向裂紋的優點。3、本發明由於採取等間隔的線圈纏繞方式， 所激發和接收的軸向超聲導波的波長是各組線圈間中心距離的二倍，因此具有選頻的功 能，且所激發和接收的軸向超聲導波具有頻率固定和單一的優點。本發明可廣泛應用於管道的無損檢測領域。


圖1是本發明的結構示意2是本發明多組線圈帶的示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1、圖2所示，本發明包括一預磁化的鎳鐵合金片1和多組線圈帶2，其中鎳鐵合金片1為矩形，沿其中一個邊長磁化處理後形成預磁化的鎳鐵合金片，使 鎳鐵合金片1帶有靜態偏置磁場。再將鎳鐵合金片1沿待測管道3的周向緊密固定在待測 管道3的外壁上，使鎳鐵合金片1上的剩餘磁通密度扎沿待測管道3的周向分布。多組線圈帶2是用一根導線在固定於待測管道3外壁的預磁化的鎳鐵合金片1上 繞制而成的多組線圈，每一組線圈中各匝導線的纏繞方向相同，相鄰的兩組線圈間的中心 距離相等，且相鄰的兩組線圈的纏繞方向相反。檢測裝置的脈衝功率放大器連接多組線圈帶2的導線起始端，多組線圈帶2的導 線末端依次連接檢測裝置的濾波放大電路和示波器。本發明的工作原理為脈衝功率放大器將產生的周期性脈衝信號傳送給多組線圈帶2，在鎳鐵合金片1 上即產生一與周期性脈衝信號同頻率的周期性動態交變磁場，周期性動態交變磁場的方向 與多組線圈帶2的各線圈中電流方向呈右手螺旋關係，由於相鄰兩組線圈中的激勵電流i 大小相等、方向相反，因此相鄰兩組線圈產生的周期性動態交變磁場大小相等、方向相反。 鎳鐵合金片1上的動態交變磁場與其自身的靜態偏置磁場疊加，使鎳鐵合金片1上的磁疇 在靜態偏置位置附近來回運動，鎳鐵合金片1隨之沿著動態磁場的方向伸長和縮短，即產 生磁滯伸縮效應，這種周期性振動即為鎳鐵合金片1內的軸向超聲導波，軸向超聲導波的 波長λ為相鄰兩組線圈的中心距離的二倍。由於鎳鐵合金片1與待測管道3緊密接觸，鎳 鐵合金片1內的軸向超聲導波傳導到待測管道3中並沿待測管道的軸向進行傳播，實現軸 向超聲導波信號的激發。當軸向超聲導波遇到待測管道3中的周向裂紋或者焊縫時，軸向超聲導波反射回鎳鐵合金片1，使鎳鐵合金片1的磁疇來回運動，進而產生動態交變磁場，即逆磁滯伸縮效 應，動態交變磁場在多組線圈帶2上產生感應電勢，感應電勢經過濾波放大電路後通過示 波器顯示，實現軸向超聲導波信號的接收。 上述實施例中，鎳鐵合金1的厚度為0. 2 0. 5mm。上述實施例中，多組線圈帶2包括2 8組線圈，每組線圈包含的導線匝數為1 20匝。如圖2所示，上述實施例中，多組線圈帶2的每組線圈的繞設斜度為與待測管道3 的軸向呈45度夾角，這可使激發的軸向超聲導波幅值較大，在待測管道3內的傳播距離較 遠，因此可以檢測較長範圍內的管道上的焊縫和周向裂紋。本發明採用上述結構，一方面對待測管道的材料沒有特殊要求，因此適用範圍廣； 另一方面，由於激發的軸向超聲導波波長為相鄰兩組線圈的中心距離的二倍，因此可通過 調整相鄰兩組線圈的中心距離來選擇軸向超聲導波的頻率，即具有選頻的功能，且所激發 的軸向超聲導波的頻率單一、固定。本發明方法和裝置的實施例僅用於說明本發明，其中各部件的結構、設置位置、連 接方式，及方法步驟的設置和順序都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上 進行的改進和等同變換，均不應排除在本發明的保護範圍之外。
權利要求
一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於它包括一預磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測管道的周向緊密固定在待測管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩餘磁通密度沿待測管道周向分布；所述多組線圈帶為用一根導線在固定於所述待測管道外壁的所述預磁化的鎳鐵合金上繞制而成的多組線圈，相鄰兩組所述線圈的中心距離相等，且相鄰兩組所述線圈的纏繞方向相反。
2.如權利要求1所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於所述多組線圈 帶的導線的起始端連接檢測裝置的脈衝功率放大器，所述多組線圈帶的導線的末端依次連 接所述檢測裝置的濾波放大電路和示波器。
3.如權利要求1所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於所述鎳鐵合金 的厚度為0. 2 0. 5mm。
4.如權利要求2所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於所述鎳鐵合金 的厚度為0. 2 0. 5mm。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於 所述多組線圈帶的線圈總組數為2 8組。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於 所述多組線圈帶的每組線圈的導線匝數為1 20匝。
7.如權利要求5所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於所述多組線圈 帶的每組線圈的導線匝數為1 20匝。
8.如權利要求1至7任一所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於所述 鎳鐵合金片內的軸向超聲導波的波長為相鄰兩組線圈帶的中心距離的二倍。
9.如權利要求1至8任一所述的一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於所述 多組線圈帶的每組線圈的繞設斜度為與所述待測管道的軸向呈45度夾角。
全文摘要
本發明涉及一種管道軸向超聲導波換能探頭，其特徵在於它包括一預磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測管道的周向緊密固定在待測管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩餘磁通密度沿待測管道周向分布；所述多組線圈帶為用一根導線在固定於所述待測管道外壁的所述預磁化的鎳鐵合金上繞制而成的多組線圈，相鄰兩組所述線圈的中心距離相等，且相鄰兩組所述線圈的纏繞方向相反。脈衝功率放大器連接繞制多組線圈帶的導線的起始端，繞制多組線圈帶的導線的末端依次連接濾波放大電路和示波器。本發明可廣泛應用於管道的無損檢測領域。
文檔編號F17D5/00GK101813670SQ201010122670
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月11日 優先權日2010年3月11日
發明者崔愛芳, 李鵬, 王珅, 童允, 董甲瑞, 許 鵬, 趙偉, 郝寬勝, 魏爭, 黃松嶺 申請人:清華大學