同步激发超声阵列探头声场测试装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及超声无损检测【技术领域】，是一种同步激发超声阵列探头声场测试装置；包括第一本体、第二本体和第三本体；第一本体、第二本体和第三本体均呈L形，第二本体的长边套装在第一本体的长边上，第三本体的短边套装在第二本体的长边上，在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上通过紧固装置分别安装有能上下滑动的竖直滑块，在第一本体、第二本体和第三本体的下方分别对应有探头卡盘。本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过发射探头调节装置、接受装置和电路板的配合使用，实现油气管道腐蚀缺陷检测的目的，能够全覆盖检测，具有漏检率小、测量准确、稳定性好和体积小的特点，方便了检测，提高了检测效率。
【专利说明】同步激发超声阵列探头声场测试装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声无损检测【技术领域】，是一种同步激发超声阵列探头声场测试装置。
【背景技术】
[0002]超声波检测是目前主要的无损检测技术，由于超声波对人体无害，并且检测速度快，操作方便，易于实现自动化，因此应用最为广泛，特别在自动化和安全要求极高的油气管道腐蚀缺陷检测中，超声波检测是应用最多的技术。
[0003]腐蚀性油气介质在油气管道输送、存储等生产过程中状态极复杂，对管道所产生的腐蚀分布既复杂也无法预测，同时，油气管道安全生产等级要求极高，要求超声波缺陷监测时做到管道的全覆盖检测，将多个超声波探头按一定方式排列起来的探头阵列能很好地实现全覆盖检测。
[0004]超声波探头阵列方式可分为相控阵阵列探头和机械组合阵列探头，超声相控阵阵列探头是利用电子控制声束的合成来实现超声波发射、接收。在相控发射和接收过程中，通过计算各阵元所需的延迟时间来精确控制声束偏转聚焦到特定检测的各个区域内，从而达到对该检测区的扫描，因此，相控阵检测需预先设定检测区域或路径，可用于输油管道环焊缝缺陷的检测(无损探伤2002年第4期29-30)，不能用于形状及位置均随机出现的油气管道腐蚀缺陷的全覆盖检测。机械组合阵列探头采用沿管道截面整周、多排均布探头的方式，实现阵列探头声场对管道内表面全覆盖，从而实现对随机出现的腐蚀缺陷全覆盖。
[0005]经对现有的国内外公开文献报道检索发现，目前对机械组合阵列探头的激发采用循环时序激发方式，即阵列探头在管道内行走的同时，以一定的时序循环激发阵列中的各个探头，使各探头依次单独产生和接受超声场，实现对缺陷的覆盖检测(RussianJournal of Nondestructive Testing April 2009，Volume 45，Issue 4，pp 285—291 ；仪器仪表学报2006，Vol.27，N0.5 pp547_550)。采用循环时序激发时，在某一激发时序，阵列探头中只有一个探头工作，各探头间声场相对独立，两相邻探头间无声场耦合影响，但由于探头的时序激发与探头阵列行进同时进行，当需要探头阵列快速行进且阵列探头数较多时，受激发时序的限制，无法实现对缺陷的全覆盖检测，因此产生较大的漏检率。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种同步激发超声阵列探头声场测试装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有装置无法对缺陷油气管道全覆盖检测，漏检率大的问题。
[0007]本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种同步激发超声阵列探头声场测试装置，包括第一本体、第二本体和第三本体；第一本体、第二本体和第三本体均呈L形，第二本体的长边套装在第一本体的长边上，第三本体的短边套装在第二本体的长边上，在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上通过紧固装置分别安装有能上下滑动的竖直滑块，在第一本体、第二本体和第三本体的下方分别对应有探头卡盘，竖直滑块和对应的探头卡盘通过连接装置固定连接在一起，在每个探头卡盘的底部固定安装有发射探头；在发射探头的下方有接受装置，在接受装置上固定安装有接受探头，在第一本体的长边、第二本体的长边和第三本体的短边上沿轴向分别设置有刻度，在每个竖直滑块的外侧固定安装有刻度盘。
[0008]下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进:
上述接受装置包括底座、水平板、水平滑块、固定筒和调节螺杆；水平板通过螺钉固定安装在底座上，在水平滑块的底部设置有水平滑槽，水平滑块通过水平滑槽安装在水平板的上部并能沿水平板左右滑动，在水平滑块上有紧固螺栓安装孔，在紧固螺栓安装孔上固定安装有第一调节螺栓，第一调节螺栓的内端压紧在水平板上，固定筒固定安装在滑块上，在固定筒的内侧有内螺纹，调节螺杆的下部通过螺纹固定安装在固定筒内，在调节螺杆的顶部固定安装有接受探头。
[0009]上述在第二本体的长边的上端面上沿轴向设置有第一滑槽，在第一滑槽的侧壁上固定有第一滑块，在第一本体的长边的前侧和后侧分别有与第一滑块相对应的第一安装槽，第二本体的长边和第一本体的长边通过第一滑槽、第一安装槽和第一滑块安装在一起；在第三本体的短边的上端面上沿轴向设置有第二滑槽，在第二滑槽的侧壁上固定有第二滑块，在第二本体的长边的前侧和后侧分别有与第二滑块相对应的第二安装槽，第三本体的短边和第二本体的长边通过第二滑槽、第二安装槽和第二滑块安装在一起。
[0010]上述紧固装置为第二调节螺栓；在每个竖直滑块上设置有竖直滑槽，竖直滑块通过竖直滑槽分别安装在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上，在每个竖直滑块上有紧固螺栓安装孔，在每个紧固螺栓安装孔上固定安装有第二调节螺栓，第二调节螺栓的内端对应压紧在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上。
[0011]上述连接装置为筋板；在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上分别沿轴向设置有安装槽，筋板的上部和中部安装在安装槽内，筋板的上部和竖直滑块的内侧固定安装在一起，筋板的下部和探头卡盘固定连接在一起，在每个竖直滑块的外侧通过螺钉固定安装有刻度盘。
[0012]上述探头卡盘包括左卡盘和右卡盘，左卡盘和对应筋板的下部固定连接在一起，在左卡盘和右卡盘的前侧和后侧分别对应有紧固螺栓安装孔，左卡盘和右卡盘通过紧固螺栓安装孔、紧固螺栓和螺帽固定安装在一起，在左卡盘和右卡盘的下部内侧对应有弧形安装槽，发射探头通过紧固螺栓和螺帽压紧在左卡盘和右卡盘的弧形安装槽内。
[0013]上述在接受装置上固定安装有电路板；在电路板上分别固定安装有电源、信号接收模块、信号处理模块、A/D转换模块、信号发射模块和FPGA控制模块；信号接收模块的信号输出端和信号处理模块的信号输入端电连接在一起，信号处理模块的信号输出端和A/D转换模块的信号输入端电连接在一起，A/D转换模块的信号输出端和FPGA控制模块的信号输入端电连接在一起，FPGA控制模块的信号输出端和信号发射模块的信号输入端电连接在一起；在FPGA控制模块上设置有IDE硬盘接口，在FPGA控制模块的IDE硬盘接口上通过数据线电连接有硬盘。
[0014]上述电源为高压激励电源；或/和，发射探头为超声波探头。
[0015]本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过发射探头调节装置、接受装置和电路板的配合使用，实现油气管道腐蚀缺陷检测的目的，能够全覆盖检测，具有漏检率小、测量准确、稳定性好和体积小的特点，方便了检测，提高了检测效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图1为本发明中发射探头调节装置的主视局部剖视结构示意图。
[0017]附图2为附图1的仰视结构示意图。
[0018]附图3为附图1的左视局部剖视结构示意图。
[0019]附图4为本发明中接受装置的主视局部剖视结构示意图。
[0020]附图5为附图4的俯视结构示意图。
[0021 ] 附图6为附图4的侧视结构示意图。
[0022]附图7为本发明的电路流程图。
[0023]附图中的编码分别为:1为第一本体,2为第二本体，3为第三本体，4为竖直滑块，5为螺钉,6为刻度盘,7为底座,8为水平板,9为水平滑块,10为固定筒,11为调节螺杆，12为第一调节螺栓，13为第一滑块,14为第二滑块,15为第二调节螺栓,16为筋板,17为左卡盘，18为右卡盘,19为弧形安装槽。
【具体实施方式】
[0024]本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0025]在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。
[0026]下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
如附图1、2、3、4、5、6、7所示，该同步激发超声阵列探头声场测试装置包括发射探头调节装置和接受装置；发射探头调节装置包括第一本体1、第二本体2和第三本体3 ;第一本体1、第二本体2和第三本体3均呈L形，第二本体2的长边套装在第一本体I的长边上，第三本体3的短边套装在第二本体2的长边上，在第一本体I的短边、第二本体2的短边和第三本体3的长边上通过紧固装置分别安装有能上下滑动的竖直滑块4，在第一本体1、第二本体2和第三本体3的下方分别对应有探头卡盘，竖直滑块4和对应的探头卡盘通过连接装置固定连接在一起，在每个探头卡盘的底部固定安装有发射探头；在发射探头的下方有接受装置，在接受装置上固定安装有接受探头，在第一本体I的长边、第二本体2的长边和第三本体3的短边上沿轴向分别设置有刻度，在每个竖直滑块4的外侧固定安装有刻度盘6。三个发射探头处于同一高度；通过发射探头调节装置和接受装置来调节左右和上下之间的距离，使测试距离改变都在毫米级的范围内，满足了理论的精度要求；能够全覆盖检测，具有漏检率小、测量准确、稳定性好和体积小的特点，方便了检测，提高了检测效率。
[0027]可根据实际需要，对上述同步激发超声阵列探头声场测试装置作进一步优化或/和改进:
如附图4、5、6所示，接受装置包括底座7、水平板8、水平滑块9、固定筒10和调节螺杆
11;水平板8通过螺钉5固定安装在底座7上，在水平滑块9的底部设置有水平滑槽，水平滑块9通过水平滑槽安装在水平板8的上部并能沿水平板8左右滑动，在水平滑块9上有紧固螺栓安装孔，在紧固螺栓安装孔上固定安装有第一调节螺栓12，第一调节螺栓12的内端压紧在水平板8上，固定筒10固定安装在滑块上，在固定筒10的内侧有内螺纹，调节螺杆11的下部通过螺纹固定安装在固定筒10内，在调节螺杆11的顶部固定安装有接受探头。这样，可通过水平滑块9和第一调节螺栓12调节接受探头和发射探头之间的水平距离，通过固定筒10和调节螺杆11调节接受探头和发射探头之间的竖直距离。
[0028]如附图1、2、3所示，在第二本体2的长边的上端面上沿轴向设置有第一滑槽，在第一滑槽的侧壁上固定有第一滑块13，在第一本体I的长边的前侧和后侧分别有与第一滑块
13相对应的第一安装槽，第二本体2的长边和第一本体I的长边通过第一滑槽、第一安装槽和第一滑块13安装在一起；在第三本体3的短边的上端面上沿轴向设置有第二滑槽，在第二滑槽的侧壁上固定有第二滑块14，在第二本体2的长边的前侧和后侧分别有与第二滑块14相对应的第二安装槽，第三本体3的短边和第二本体2的长边通过第二滑槽、第二安装槽和第二滑块14安装在一起。这样，便于第二本体2的长边在第一本体I的长边上左右滑动来调节接受探头和发射探头之间的水平距离；便于第三本体3的短边在第二本体2的长边上左右滑动调节接受探头和发射探头之间的水平距离。
[0029]如附图1、2、3所示，紧固装置为第二调节螺栓15 ;在每个竖直滑块4上设置有竖直滑槽，竖直滑块4通过竖直滑槽分别安装在第一本体I的短边、第二本体2的短边和第三本体3的长边上，在每个竖直滑块4上有紧固螺栓安装孔，在每个紧固螺栓安装孔上固定安装有第二调节螺栓15，第二调节螺栓15的内端对应压紧在第一本体I的短边、第二本体2的短边和第三本体3的长边上。
[0030]如附图2、3所示，连接装置为筋板16 ;在第一本体I的短边、第二本体2的短边和第三本体3的长边上分别沿轴向设置有安装槽，筋板16的上部和中部安装在安装槽内，筋板16的上部和竖直滑块4的内侧固定安装在一起，筋板16的下部和探头卡盘固定连接在一起，在每个竖直滑块4的外侧通过螺钉5固定安装有刻度盘6。这样，通过筋板16可调节竖直滑块4的上下高度，从而调节接受探头和发射探头之间的竖直距离。
[0031]如附图1、2、3所示，探头卡盘包括左卡盘17和右卡盘18，左卡盘17和对应筋板16的下部固定连接在一起，在左卡盘17和右卡盘18的前侧和后侧分别对应有紧固螺栓安装孔，左卡盘17和右卡盘18通过紧固螺栓安装孔、紧固螺栓和螺帽固定安装在一起，在左卡盘17和右卡盘18的下部内侧对应有弧形安装槽19，发射探头通过紧固螺栓和螺帽压紧在左卡盘17和右卡盘18的弧形安装槽19内。这样，通过左卡盘17、右卡盘18和紧固螺栓改变内孔直径便于安装不同直径的发射探头。在同步激发阵列探头测试过程中，改变发射探头之间的距离1、检测提离高度h和发射探头直径d三个参数，来测试同频率、相差恒定的三个发射探头的超声波声场之间的耦合与干扰，从而确定合适的阵元间距、提离值和阵元的声学特征。
[0032]如附图7所示，在接受装置上固定安装有电路板；在电路板上分别固定安装有电源、信号接收模块、信号处理模块、A/D转换模块、信号发射模块和FPGA控制模块；信号接收模块的信号输出端和信号处理模块的信号输入端电连接在一起，信号处理模块的信号输出端和A/D转换模块的信号输入端电连接在一起，A/D转换模块的信号输出端和FPGA控制模块的信号输入端电连接在一起，FPGA控制模块的信号输出端和信号发射模块的信号输入端电连接在一起；在FPGA控制模块上设置有IDE硬盘接口，在FPGA控制模块的IDE硬盘接口上通过数据线电连接有硬盘。在A/D转换模块上配置有工作时钟；工作时，FPGA控制模块向信号发射模块提供5MHz的触发脉冲，将高压电源的直流电压转换为交流高电压脉冲，三个发射探头同时被激发，发射出超声脉冲给接收探头；信号接收模块和信号处理模块对接收信号进行处理，由于接收探头接收到的超声信号是包括噪声干扰的微弱模拟信号，通常只有毫伏级，先将信号经过信号接收模块的放大，再经过信号处理模块对其进行滤波、再次放大处理达到与A/D转换模块相符合的电压；经放大、滤波处理过的信号被送入A/D转换模块，由A/D转换模块对其进行高速采样，并将数据写入FIFO，当FIFO数据半满时发出中断信号，FPGA控制模块响应中断信号读取数据后通过IDE硬盘接口将数据存入硬盘，然后对硬盘中的数据进行分析。
[0033]根据需要，电源为高压激励电源；或/和，发射探头为超声波探头。这样，高压激励电源可提供200V可调的直流电压。
[0034]以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
【权利要求】
1.一种同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于包括第一本体、第二本体和第三本体；第一本体、第二本体和第三本体均呈L形，第二本体的长边套装在第一本体的长边上，第三本体的短边套装在第二本体的长边上，在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上通过紧固装置分别安装有能上下滑动的竖直滑块，在第一本体、第二本体和第三本体的下方分别对应有探头卡盘，竖直滑块和对应的探头卡盘通过连接装置固定连接在一起，在每个探头卡盘的底部固定安装有发射探头；在发射探头的下方有接受装置，在接受装置上固定安装有接受探头，在第一本体的长边、第二本体的长边和第三本体的短边上沿轴向分别设置有刻度，在每个竖直滑块的外侧固定安装有刻度盘。
2.根据权利要求1所述的同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于接受装置包括底座、水平板、水平滑块、固定筒和调节螺杆；水平板通过螺钉固定安装在底座上，在水平滑块的底部设置有水平滑槽，水平滑块通过水平滑槽安装在水平板的上部并能沿水平板左右滑动，在水平滑块上有紧固螺栓安装孔，在紧固螺栓安装孔上固定安装有第一调节螺栓，第一调节螺栓的内端压紧在水平板上，固定筒固定安装在滑块上，在固定筒的内侧有内螺纹，调节螺杆的下部通过螺纹固定安装在固定筒内，在调节螺杆的顶部固定安装有接受探头。
3.根据权利要求1或2所述的同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于第二本体的长边的上端面上沿轴向设置有第一滑槽，在第一滑槽的侧壁上固定有第一滑块，在第一本体的长边的前侧和后侧分别有与第一滑块相对应的第一安装槽，第二本体的长边和第一本体的长边通过第一滑槽、第一安装槽和第一滑块安装在一起；在第三本体的短边的上端面上沿轴向设置有第二滑槽，在第二滑槽的侧壁上固定有第二滑块，在第二本体的长边的前侧和后侧分别有与第二滑块相对应的第二安装槽，第三本体的短边和第二本体的长边通过第二滑槽、第二安装槽和第二滑块安装在一起。
4.根据权利要求1或2或3所述的同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于紧固装置为第二调节螺栓；在每个竖直滑块上设置有竖直滑槽，竖直滑块通过竖直滑槽分别安装在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上，在每个竖直滑块上有紧固螺栓安装孔，在每个紧固螺栓安装孔上固定安装有第二调节螺栓，第二调节螺栓的内端对应压紧在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于连接装置为筋板；在第一本体的短边、第二本体的短边和第三本体的长边上分别沿轴向设置有安装槽，筋板的上部和中部安装在安装槽内，筋板的上部和竖直滑块的内侧固定安装在一起，筋板的下部和探头卡盘固定连接在一起，在每个竖直滑块的外侧通过螺钉固定安装有刻度盘。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于探头卡盘包括左卡盘和右卡盘，左卡盘和对应筋板的下部固定连接在一起，在左卡盘和右卡盘的前侧和后侧分别对应有紧固螺栓安装孔，左卡盘和右卡盘通过紧固螺栓安装孔、紧固螺栓和螺帽固定安装在一起，在左卡盘和右卡盘的下部内侧对应有弧形安装槽，发射探头通过紧固螺栓和螺帽压紧在左卡盘和右卡盘的弧形安装槽内。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于接受装置上固定安装有电路板；在电路板上分别固定安装有电源、信号接收模块、信号处理模块、A/d转换模块、信号发射模块和FPGA控制模块；信号接收模块的信号输出端和信号处理模块的信号输入端电连接在一起，信号处理模块的信号输出端和A/D转换模块的信号输入端电连接在一起，A/D转换模块的信号输出端和FPGA控制模块的信号输入端电连接在一起，FPGA控制模块的信号输出端和信号发射模块的信号输入端电连接在一起；在FPGA控制模块上设置有IDE硬盘接口，在FPGA控制模块的IDE硬盘接口上通过数据线电连接有硬盘。
8.根据权利要求7所述的同步激发超声阵列探头声场测试装置，其特征在于电源为高压激励电源；或/和，发射探头为超声波探头。
【文档编号】G01N29/22GK104267098SQ201410535532
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】赵江, 王斌, 赵显钧, 唐东林, 申鹏飞, 袁晓红, 郭长柱, 张文文 申请人:克拉玛依市金牛工程建设有限责任公司