[发明专利]利用环形激光激励轴向导波的管道检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用导波检测管道方法及装置，具体的说是一种利用环形激光激励轴向导波的管道检测方法及装置，用于管道的无损检测。 

技术背景

在道管道导波检测中，传感器是检测系统中的重要组成部分，在检测过程中激励和接收导波。而能否在答道中有效地激励和接收超声导波，不仅与导波的特性、管道的尺寸以及下况密不可分。而且与超声导波探头的选择和性能有关，利用不同的传感器可以激励的一或多种不同模态的导波对管道进行检测。目前主要的用于激励管道导波的传感器有有压电式传感器、磁致伸缩传感器、声磁传感器、脉冲激光式传感器。 

在管道检测过程中，利用脉冲激光产生窄脉冲超声信号，实现非接触测录或遥测、高温条件以及腐蚀性强有放射等恶劣条件检测。由于这此特点，激光在管道导波检测中也得到了一定的应用。为了提高信噪比，通常利用阵列激励技术提高激光激励的能量，美国学者Rose等人采用了内插式环状抛物线形铜反射镜，使脉冲激光的能量经反射后沿圆周方向均匀分布，激励轴向模态导波实现管道检测。韩国汉阳大学提供了一种通过在管道内置反射镜在管道内壁上激励导波的方法，接收到了轴向的L(0,1)模态的导波信号以实现检测，但是轴向的L(0,1)模态的导波的衰减系数较大，本发明激励L（0，2）模态的导波，该模态的导波具有频散小、速度快、衰减系数小的特点，测试范更大围。 

激光超声检测系统庞大、昂贵、技术复杂，以及检测环境要求较高，制约了其在管道导波检测的应用与发展。 

发明内容

本发明的目的是有利于激励管道轴向对称模态导波进行管道检测，能够提高信噪比，通过调整透镜组与管道端面之间的距离控制环形半径的大小来适应不同管径管道的无损检测方法与设备。

为了达到上述的目的，本发明所实现环形激光激励管道轴向模态导波的方法，是采用脉冲式激光发射器，使激光器发射出的圆型激光束通过透镜组成的光路系统，包括聚焦减束光路系统与环形光光路系统，转换为圆环形的激光束，同时根据管道半径的大小调整环形光斑的直径大小，让该环形激光辐射于安装在管道一端的套环上，套环将环形激光束产生的冲击力载荷传递到管道的环形截面上，同时由于夹紧装置对管道壁的约束作用管壁内产生了定波长的轴向对称模态导波，该导波遇到管道缺陷产生的回波信号被布置在管道外壁上的信号接收装置接收，接收装置将接收到的信号输入至数字示波器中，通过回波波峰与激励信号波峰的距离和通过频散曲线确定对应的频率与群速度，按照下式计算出管道缺陷距离传感器的轴向位置x，从而实现管道检测。 

其中，                                                   。 

在上述的方法中，激光发射器将所说的横截面呈圆形的激光光束通过一个由一对凹透镜和凸透镜或两个凸透镜组成的聚焦减束光路系统聚焦后，再通过环形光光路系统将其转换成所说的横截面呈圆环形的激光光束，所说的环形光光路系统由负轴棱锥体透镜、正轴棱锥体透镜和凸透镜组合而成，该负圆锥体透镜、正圆锥体透镜和凸透镜以激光光束的传播方向为中心依次对称按照一定的距离布置，之后所生成的环形激光先辐照在半径比管径略大的由硬质低阻耗橡胶圈与增透膜组成的套环上，再由套环将环形激光束产生的冲击力载荷传递到管道的环形截面上以激励出纵向轴对称模态的导波。 

套环的由为硬质低阻耗橡胶圈与增透膜组成，其中增透膜贴在橡胶圈面向环形光束的一端，橡胶圈的了另一端布置在管道的环形端面上。夹紧装置为能够夹紧管道限制其自由度管道夹，该管道夹的距离管道的距离为1~10cm。 

接收装置为列阵排布的压电传感器组或者为PVDF传感器，压电传感器数量为3个到10个围绕着管壁均匀阵列排布。 

利用环形激光激励轴向导波的管道检测的装置，主要由激光发射器、聚焦减束光路系统、环形光光路系统、套环、夹紧装置、信号接收装置、数字示波器组成。激光发射器、聚焦减束光路系统、环形光光路系统安装在光具座上，同时以激光光束的传播方向依次对称按照一定的距离布置并且使光束与光路系统中的透镜组中心重合。套环布置在管道端面上。夹紧装置夹紧在管道的外壁上，其底部连接在光具座上。信号接收装置布置在管道外壁面上并且靠近管道的激励端。 

本发明的优点在： 

（1）有利于激励管道纵向L（0,2）对称模态导波，该模态导波具有频散小、速度快、衰减系数小的特点，使检测信号容易识别，测试范围更大。

（2）同时相比于其他传感器，激光激励管中导波的方法能够提高信噪比，使信号更加清晰。