[发明专利]用于管道快速检测的超声导波发生器及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无损检测装置，特别涉及一种用于管道一次快速检测的超声导波发生器及检测方法。属于无损检测技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展以及国防事业的需要，管道输送已广泛应用于冶金、化工、能源和城市的煤气运输等领域。工业管道的服役条件往往很恶劣，由于自然作用和人为损坏等因素使得管道受到不可避免的腐蚀，导致管道壁厚变薄直至破损，泄露事故频发，造成了巨大的经济损失、人员伤亡，且会严重污染环境、影响生态。如何做到防患于未然，做好管道检测工作已成为了当务之急。

目前常用于管道系统检测的技术大致可以分为五种：超声、射线、磁粉、渗透和涡流技术。这些技术基本上采取的是逐点扫描，检测速度较慢，需要剥离管道包裹层，成本较高，耗时耗力，其中一些技术不能做到在线检测。为了解决这些问题，超声导波技术应运而生。

管道超声导波技术是一种用于长管道的无损检测技术，它通过在被测物体内激励机械振动来产生弹性导波，导波会沿着管壁传播。当遇到缺陷时，由于待测件声阻抗的不同，一部分能量会被反射形成波包，通过对各个波包的研究，可以找出各缺陷的位置和缺陷的特点。这是一种很有研究价值的无损检测技术。

如今所用的超声导波产生方法主要有两种。一种是通过用以压电陶瓷为振源，通过施加电场，让压电陶瓷产生高频振动，然后将振动耦合入管道来在管道中产生导波，因为受限于敏感材料压电陶瓷本身性能的影响，驱动力不够高，制造的探头的分辨率较低。第二种是通过在管道上直接绕制线圈，通过永磁铁来磁化一段管道，在线圈中加以交变电流产生交变磁场。通过管道的磁致伸缩效应来产生导波。但由于管道的磁致伸缩系数较小，其能量转换效率较低。

是基于巨磁致伸缩材料铽镝铁（以下简称Terfenol-D），其振动机理是基于磁致伸缩效应，既当其所处磁场发生变化时，其尺寸和形状会随之发生变化。作为一种新型功能材料，其与传统的压电陶瓷相比具有应变大、能量密度高、响应速度快等特点。在室温下Terfenol-D的磁致伸缩应变值是压电陶瓷的5~10倍，能量密度是压电陶瓷的10~14倍，能量转换系数高达0.7，响应时间可达微秒妙级，频率特性好，工作频带宽。Terfenol-D将会成为一种能够替代压电陶瓷的功能材料，具有远大的前景。目前Terfenol-D已被用于微位移制动器、力传感器执行器、水声换能器等领域。但还未见其用于管道无损检测领域。

华中科技大学的徐江、武新军老师已发表了多篇关于磁致伸缩导波传感器的发明专利，如申请与2012年5月28日和2015年4月22日的磁致伸缩导波接收传感器和磁致伸缩导波传感器。但这些传感器都是将管道磁化，然后利用管道本身的磁致伸缩性能发射或接收导波，操作繁琐，效率较低。

发明内容

本发明提出一种工作频率范围大，信号幅值高，分辨率高的用于管道快速检测的超声导波发生器。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于管道快速检测的超声导波发生器，包括夹具体、紧固螺钉、刚玉垫片和振源，水平设置的夹具体呈倒Ｕ型，包括垂直底板和从垂直底板的上下侧分别向外水平延伸的上侧板和下侧板，所述上侧板和下侧板之间构成叉口，所述垂直底板中心设有窗口；所述振源为巨磁致伸缩材料制成的芯棒，所述芯棒一端浸有绝缘漆，在浸有绝缘漆的芯棒一端上绕有线圈，夹具体的叉口插在被检管道端头的管壁上下侧，绕有线圈的芯棒一端穿出窗口，芯棒另一端贴合在被检管道的端头上侧；紧固螺钉下端拧入夹具体的上侧板，依次通过垫片和芯棒一端压在被检管道的端头上。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

进一步的，所述刚玉垫片直径大于紧固螺钉下端的端头直径，紧固螺钉下端端头与刚玉垫片固定连接。

进一步的，绕有线圈的芯棒另一端端头粘贴钕铁硼永磁铁。

进一步的，所述芯棒为长方体形，所述长方体形的尺寸为25mm×4mm×1mm。

进一步的，所述线圈为漆包线线圈，所述漆包线线圈的匝数为150，漆包线直径Φ0.2mm。

所述漆包线线圈的匝数为150，漆包线直径Φ0.2mm。芯棒浸有绝缘漆部的长度和线圈的长度相等，所述浸有绝缘漆部的长度L1与芯棒长度L之比：L1/L=0.46～0.48∶1。

一种用于管道快速检测的超声导波发生器的检测方法，包括以下步骤：

1）将夹具体的叉口插进被检测的管道端口的管壁上下侧；

2）先将紧固螺钉拧入夹具体的上侧板，然后在紧固螺钉下端端头粘接一片刚玉垫片；