一種面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置的製作方法

2023-04-23 01:14:21 1

本實用新型涉及金屬絞線損傷快速檢測領域，尤其涉及一種面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置。

背景技術：

金屬絞線作為有效承載部件越來被廣泛應用於橋梁、港口、鐵路、建築等大型環境中，絞線結構健康監測已成為國內外研究熱點。測量對象複雜化、測量條件極端化容易引發許多新型測量問題。一方面由於金屬絞線結構製造水平提高、新型材料引入、結構出現新變化，大大地拓寬了它的使用範圍，同時使得損傷形狀也表現出多樣性和複雜性，這對金屬絞線結構損傷檢測技術提出了更高的要求。

目前金屬絞線損傷檢測方法可分為非導波檢測和導波檢測。導波傳播探測方式克服了非導波方法面臨的複雜媒質穿透等問題，適合長距離在役探測，逐漸成為近年來絞線結構損傷檢測領域主要研究方向之一。導波檢測方法主要包括聲發射法、超聲波反射法和主動聲發射法。

針對現役金屬絞線結構損傷超聲導波檢測，國內外現今常用的方式是採用磁致伸縮傳感器進行超聲導波的激勵與接收，發表的文獻主要包括：北京工業大學劉增華學者(2010)的《基於磁致伸縮效應在鋼絞線中激勵接收縱嚮導波模態的試驗研究》；香港城市大學PWTse學者(2011)的《An innovative design for using flexible printed coils for magnetostrictive-based longitudinal guided wave sensors in steel strand inspection》。縱觀國內外針對金屬絞線結構損傷檢 測研製的專用超聲導波傳感器，幾乎均是基於磁致伸縮效應的傳感器。但由於磁致伸縮效應僅在鐵、鈷、鎳這三種材料有效，意味著如果將磁致伸縮傳感器用於非鐵磁性材料絞線上將使傳感器結構變得異常複雜，喪失其結構簡單的優點，導致磁致伸縮傳感器在非鐵磁性材料絞線上無法便捷地直接使用。

在對非鐵磁性材料絞線進行結構損傷超聲導波檢測時，現今常用的方式需要將換能器固定於被檢測絞線上，以實現電信號-超聲導波信號間的轉化。而一般的固定方法是採用雙組分膠粘劑將PZT壓電陶瓷粘結，由於膠粘劑硬化需要一定的時間，因此該方法用於有大量檢測目標的金屬絞線在役檢測時就顯得非常低效了。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種結構較簡單、檢測精準、效率高的面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置。

本實用新型通過下述技術方案實現：

一種面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，包括兩個半圓形基體構成的夾持部1和分布在夾持部1上用於檢測絞線結構損傷的多個針狀檢測單元；

所述針狀檢測單元包括呈放射狀分布在夾持部1上的多個檢測針機構；該檢測針機構包括檢測針2、壓電換能器3；在夾持部1的半圓形基體上開設有多個導向腔；所述檢測針2置於該導向腔內，其內端部伸出半圓形基體的內側壁，外端部伸出半圓形基體的外部，壓電換能器3安裝在檢測針2的外端部上；

在導向腔內設有一用於給檢測針2提供一個軸向下壓力的彈性部件，當夾持部1夾持在被檢測絞線上時，使檢測針2的內端部緊密貼合被檢測絞線。

所述夾持部1的其中一個半圓形基體上設有一個將耦合劑充盈至檢測針2與被檢測絞線之間的耦合劑添加裝置；所述檢測針2的內端部與被檢測絞線的結合面形狀相應。

所述耦合劑添加裝置包括耦合劑容器9、分布在兩個半圓形基體兩側的多個耦合劑噴嘴11，各耦合劑噴嘴11通過分布在兩個半圓形基體側壁的管路連通耦合劑容器9；耦合劑噴嘴11向內彎折，噴射角度與檢測針2的軸線相交。

所述兩個半圓形基體側壁上的管路之間通過軟管12實現互通；

所述耦合劑容器9上設置有耦合劑添加開關13，當推動耦合劑添加開關13時，耦合劑經過管路並從耦合劑噴嘴11噴出。

所述彈性部件是一個套設在檢測針2桿體上的彈簧4；該彈簧4的一端與導向腔外側的限位板5的內緣相抵，另一端與設在檢測針2桿體上的凸沿6相抵，凸沿6的下端面與導向腔內側凸緣之間設有隔聲墊片7。

所述檢測針2的數量與被檢測絞線外層線芯股數相同。

所述夾持部1設有手柄14，所述壓電換能器3的傳輸線15穿過手柄14連接外部控制設備。

所述限位板5通過螺栓8固定在夾持部1的半圓形基體上。

所述檢測針2的外端部具有一階梯面，壓電換能器3貼合在該階梯面上；所述檢測針2材質為金屬絞線單股線芯。

一種絞線結構損傷超聲導波方法如下：

(1)在對(金屬)絞線結構損傷的檢測過程中，需要兩個面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，其中一個用於激勵超聲導波信號，另一個用於接收超聲導波信號；

(2)將兩個面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，通過手柄14分別夾持在待檢測的絞線上，操作人員通過對手柄14施加握緊力，待檢測的 絞線被包圍在多根檢測針2之間；與此同時，導向腔內的彈性部件給檢測針2提供一個軸向下壓力矩，使檢測針2的內端部緊密貼合被檢測絞線；

(3)將儲存在耦合劑容器9內的耦合劑，通過耦合劑添加開關13推送至耦合劑噴嘴11，耦合劑噴嘴11將耦合劑充盈至檢測針2與被檢測絞線的空隙內；

(4)開始檢測；檢測源信號由控制設備通過傳輸線15導入其中一個作為激勵超聲導波信號的面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置中，此時，壓電換能器3作為聲電換能器激勵超聲波，超聲導波信號通過檢測針2傳給待檢測的絞線檢測工件，以產生帶有損傷信息的檢測結果信號；此時，另外一個作為接收超聲導波信號的面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，將該帶有損傷信息的檢測結果信號通過檢測針2的傳播經壓電換能器3重新轉換成電信號，並通過傳輸線15傳回控制設備；完成一次檢測流程。

本實用新型相對於現有技術，具有如下的優點及效果：

本實用新型包括針狀檢測單元和一個耦合劑添加裝置；耦合劑添加裝置將耦合劑充盈至針狀檢測單與被檢測絞線之間；這種結構技術手段簡便易行，解決了現今對大量現役金屬絞線等圓柱形物件採用超聲導波檢測方法進行結構損傷檢測時，由於缺乏有效的專用傳感器而需要採用雙組分膠粘劑將PZT壓電陶瓷粘結而造成的檢測效率低下的問題，從而實現快速檢測金屬絞線等圓柱形被檢測件，大幅度提高檢測效率。

本實用新型在導向腔內設有一用於給檢測針提供一個軸向下壓力矩的彈性部件，當夾持部夾持在被檢測絞線上時，使檢測針的內端部緊密貼合被檢測絞線。檢測針的數量與被檢測絞線最外層線芯股數相同，可以根據絞線最外層線芯股數來改變檢測裝置的檢測單元數量，使檢測裝置更具有多用途性；檢測針的內端部與被檢測絞線的結合面形狀相應，如圓弧形凹面，以提高與絞線間的接觸面積；本實用新型克服了現有金屬絞線超聲導波檢測技術存在 的檢測不方便、效率低、繁瑣、被檢絞線材料僅限鐵磁性材料等缺陷，為不同材料的金屬絞線等圓柱形等被檢測工件提供了有效實用的檢測工具。

本實用新型所述手柄、耦合劑添加裝置可以使得操作人員在進行檢測工作時僅通過雙手的操作即可便捷地完成裝置的夾持、耦合劑的添加及與被檢絞線間的良好耦合。使本實用新型具有檢測精準、快捷、便攜等優點。

附圖說明

圖1為本實用新型面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置結構示意圖。

圖2為圖1去除手柄外殼後的結構示意圖。

圖3為圖2的剖視圖。

圖4為檢測針結構示意圖。

圖5為檢測時，使用本實用新型兩個面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，夾持在被檢測絞線上的示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本實用新型作進一步具體詳細描述。

實施例

如圖1至5所示。本實用新型公開了一種面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，包括兩個半圓形基體構成的夾持部1和分布在夾持部1上用於檢測絞線結構損傷的多個針狀檢測單元；

所述針狀檢測單元包括呈放射狀分布在夾持部1上的多個檢測針機構；該檢測針機構包括檢測針2、壓電換能器3；在夾持部1的半圓形基體上開設有多個導向腔；所述檢測針2置於該導向腔內，其內端部伸出半圓形基體的內側壁，外端部伸出半圓形基體的外部，壓電換能器3安裝在檢測針2的外端部上；

在導向腔內設有一用於給檢測針2提供一個軸向下壓力的彈性部件，當 夾持部1夾持在被檢測絞線上時，使檢測針2的內端部緊密貼合被檢測絞線。

所述夾持部1的其中一個半圓形基體上設有一個將耦合劑充盈至檢測針2元與被檢測絞線之間的耦合劑添加裝置；所述檢測針2的內端部與被檢測絞線的結合面形狀相應。

所述耦合劑添加裝置包括耦合劑容器9、分布在兩個半圓形基體兩側的多個耦合劑噴嘴11，各耦合劑噴嘴11通過分布在兩個半圓形基體側壁的管路連通耦合劑容器9；耦合劑噴嘴11向內彎折，噴射角度與檢測針2的軸線相交。本實用新型耦合劑噴嘴11分為四組，每組三個，並均等分布在兩個半圓形基體兩側。

所述兩個半圓形基體側壁上的管路之間通過軟管12實現互通；

所述耦合劑容器9上設置有耦合劑添加開關13，當推動耦合劑添加開關13時，耦合劑經過管路並從耦合劑噴嘴11噴出。

所述彈性部件是一個套設在檢測針2桿體上的彈簧4；該彈簧4的一端與導向腔外側的限位板5的內緣相抵，另一端與設在檢測針2桿體上的凸沿6相抵，凸沿6的下端面與導向腔內側凸緣之間設有隔聲墊片7。

所述檢測針2的數量與被檢測絞線外層線芯股數相同。

所述夾持部1設有手柄14，所述壓電換能器3的傳輸線15穿過手柄14連接外部控制設備。

所述限位板5通過螺栓8固定在夾持部1的半圓形基體上。

所述檢測針2的外端部具有一階梯面，壓電換能器3貼合在該階梯面上；所述檢測針2材質為金屬絞線單股線芯。

本實用新型絞線結構損傷超聲導波方法，可通過如下步驟實現：

(1)在對(金屬)絞線結構損傷的檢測過程中，需要兩個面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，其中一個用於激勵超聲導波信號，另一個用於接收超聲導波信號；

(2)將兩個面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，通過手柄14 分別夾持在待檢測的絞線上，操作人員通過對手柄14施加握緊力，待檢測的絞線被包圍在多根檢測針2之間；與此同時，導向腔內的彈性部件給檢測針2提供一個軸向下壓力矩，使檢測針2的內端部緊密貼合被檢測絞線；

(3)將儲存在耦合劑容器9內的耦合劑，通過耦合劑添加開關13推送至耦合劑噴嘴11，耦合劑噴嘴11將耦合劑充盈至檢測針2元與被檢測絞線的空隙內；

(4)開始檢測；檢測源信號由控制設備通過傳輸線15導入其中一個作為激勵超聲導波信號的面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置中，此時，壓電換能器3作為聲電換能器激勵超聲波，超聲導波信號通過檢測針2傳給待檢測的絞線檢測工件，以產生帶有損傷信息的檢測結果信號；此時，另外一個作為接收超聲導波信號的面向絞線結構損傷針狀式超聲導波檢測裝置，將該帶有損傷信息的檢測結果信號通過檢測針2的傳播經壓電換能器3重新轉換成電信號，並通過傳輸線15傳回控制設備；完成一次檢測流程。

如上所述，便可較好地實現本實用新型。

本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。