一种带包覆层的地面钢质管道检测扫描器的制作方法

本发明涉及管道无损检测技术领域，具体涉及一种带包覆层的地面钢质管道检测扫描器。

背景技术：

针对带包覆层地面钢质管道的损伤检测问题，检测时需要具有一定的提离效应，以保证能够在不拆除包覆层的前提下对管道进行损伤检测。

目前，针对带包覆层地面钢质管道在不拆除包覆层前提下的无损检测，涉及的检测方法主要有交流漏磁检测法、脉冲涡流检测法等。在检测中，需要将检测探头直接贴在管道的包覆层外壁或留有一定提离距离，检测人员需要通过直接手持检测探头或手持与检测探头相接的连杆进行巡检，该检测方式费时费力，效率低，同时，人工手持探头巡检必然存在检测高度的变化和其它人为干扰出现的问题，导致检测误差的存在。另外一种检测方式是使用环绕式管道检测器，管道检测器整体为圆形结构，环绕固定于管道包覆层外壁，能够代替检测人员人工手持探头，在管道的包覆层外壁实现滑行扫描检测，但该检测方式无法适应不同管径的待测管道，应用范围单一，使用不方便，环绕管道的结构浪费空间。

技术实现要素：

为解决人工手持检测探头费时费力，环绕式管道检测器不能适应不同管径的待测管道的问题，本发明提供带包覆层的地面钢质管道检测扫描器及实现方法，该管道检测扫描器能够装载检测探头，在管道上方从一端至另外一端实现稳定扫描检测，整个过程无需手持探头，同时能够调节检测器实现针对不同管径管道的检测需求；从而得到整个扫描过程中的检测信号，对数据进行分析处理后获取管道缺陷信息。

本发明公开了一种带包覆层的地面钢质管道检测扫描器，包括：壳体；

所述壳体的中部安装有可上下调节的内部结构体，所述内部结构体用于装载检测探头；通过调节所述内部结构体的上下高度，调节所述检测探头的提离距离；

所述壳体的左右两端均安装有可左右俯仰调节的调节结构体，通过调节所述调节结构体的俯仰角度，以适应一定范围内不同管径和不同厚度包覆层的待测管道；

所述调节结构体上安装有可前后滑动的滑行结构体，通过调节所述调节结构体的俯仰角度，使所述滑行结构体紧贴所述待测管道，实现地面钢质管道检测扫描器的滑动扫描。

作为本发明的进一步改进，所述检测探头与数据采集卡相连，所述数据采集卡与上位机相连；

所述上位机通过所述数据采集卡收集所述检测探头的检测信号，对数据进行分析处理后获取所述待测管道的缺陷信息。

作为本发明的进一步改进，所述内部结构体包括：箱体、底板和顶栓；

所述箱体与底板间隙配合胶接，在所述箱体内浇注环氧树脂使所述检测探头密封固定；

所述箱体与底板置于所述壳体的容纳槽内，所述箱体的前后两侧板的中心位置设有纵向凹槽；所述顶栓螺接在所述壳体的螺纹孔上且所述顶栓的端部可对应抵在所述纵向凹槽内；当所述检测探头调节至合适的提离距离后，旋紧所述顶栓夹紧所述箱体，实现所述箱体与所述壳体的固定。

作为本发明的进一步改进，所述箱体顶部的预制圆孔用于固定2芯航空插头、16芯接头和提手，2芯航空插头作为所述检测探头内传感器电源线的引出接头，16芯接头作为所述检测探头内信号线的引出接头。

作为本发明的进一步改进，所述调节结构体包括：调整旋杆、固定环、提杆和工字型底；

所述工字型底通过长轴铰接在所述壳体底部的左端或右端，所述提杆的下端通过短轴铰接在所述工字型底的中部，所述提杆的上端螺接在所述调整旋杆下端的内螺纹孔中，所述调整旋杆的上端通过所述固定环安装在所述壳体上；

旋转所述调整旋杆使所述提杆上升或下降，以调节所述工字型底的俯仰角度，从而适应一定范围内不同管径和不同厚度包覆层的待测管道。

作为本发明的进一步改进，所述滑行结构体包括轮轴和滚轮；

每个所述工字型底的前后两侧均螺接有一所述轮轴，每个所述轮轴上安装有所述滚轮；

旋转所述调整旋杆使所述提杆上升或下降，以调节所述工字型底的俯仰角度，使四个所述滚轮紧贴所述待测管道的外壁，实现管道检测扫描器的滑动扫描。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明管道检测扫描器无需人工手持检测探头进行检测，省力省时，提高管道检测效率，避免抖动和人为误差；通过调节调整旋杆，达到提杆上升或下降的效果，两侧提杆提拉两侧工字型底改变张合角度，使四个滚轮与包覆层外壁稳定接触，实现管道检测扫描器的滑动扫描，能够针对管径及包覆层总厚度在150mm～500mm范围内的待测管道进行有效检测扫描；同时，通过旋转前后两侧顶栓，调节内部结构体垂直高度从而改变探头提离距离，优化检测效果；本发明的整个检测扫描过程稳定、方便，无需人工操控检测探头，便于实验研究和工程应用。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的管道检测扫描器的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的管道检测扫描器的剖视图；

图3为本发明一种实施例公开的管道检测扫描器的应用示意图；

图4为本发明一种实施例公开的管道检测扫描器的参数关系示意图；

图5为图1中内部结构体的结构示意图；

图6为图1中调节结构体的结构示意图；

图7为图1中滑行结构体的结构示意图；

图8为图1中工字型底的水平剖视图；

图9a为图1中提杆的结构示意图；

图9b为图1中提杆的剖视图；

图10a为图1中调整旋杆的结构示意图；

图10b为图1中调整旋杆的结构示意图。

图中：

i、内部结构体；ii、调节结构体；iii、滑行结构体；

1、调整旋杆；2、固定环；3、长轴；4、提杆；5、工字型底；6、箱体；7、壳体；8、顶栓；9、滚轮；10、轮轴；11、底板；12、短轴；13、待测管道；14、管壁；15、保温层；16、金属保护层；17、数据采集卡；18、上位机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1-3所示，本发明提供一种带包覆层的地面钢质管道检测扫描器，包括壳体7、内部结构体i、调节结构体ii和滑行结构体iii；其中：

壳体7的中部安装有可上下调节的内部结构体，内部结构体用于装载检测探头；通过调节内部结构体的上下高度，调节检测探头的提离距离；壳体的左右两端均安装有可左右俯仰调节的调节结构体，通过调节调节结构体的俯仰角度，以适应一定范围内不同管径和不同厚度包覆层的待测管道13；调节结构体上安装有可前后滑动的滑行结构体，通过调节调节结构体的俯仰角度，使滑行结构体紧贴待测管道，实现地面钢质管道检测扫描器的滑动扫描。本发明的管道检测扫描器结构简单，操作方便，针对一定范围内不同厚度的包覆层和不同管径的待测管道，能够装载检测探头，在管道的上表面进行扫描，得到完整的检测信号，从而对包覆层下的钢质管道进行有效探伤，适用于针对带包覆层地面钢质管道的无损检测，可以作为一种管道检测扫描器开展实验研究工作。

具体的：

本发明管道检测扫描器的整体材料应用pom聚甲醛塑料，pom塑料表面光滑，电绝缘性较好，几乎不受温度和湿度的影响，可以在温度为-40℃～100℃范围内长期使用，它的耐磨性和自润滑性比大多数工程塑料优越，具有良好的耐油、耐过氧化物性能，同时，pom塑料材质可以有效避免对检测信号的干扰。

如图5所示，本发明的内部结构体i主要由箱体6和底板11组成，整个内部结构体i用于装载检测探头。其中，箱体6与底板11间隙配合胶接，检测探头固定于底板11上方中心位置处。对箱体6内部进行环氧树脂浇注，使探头密封、固定，环氧树脂具有绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等特点，可以作为良好的填充剂浇注在箱体6中。箱体6与底板11置于壳体7的容纳槽内，壳体7为整个管道检测扫描器的外形结构；箱体6前后两侧的中心位置预制纵向凹槽，凹槽宽度为6mm、深度为5mm，顶栓8与壳体7螺纹连接，固定于壳体7前后两侧的中心位置处，顶栓8底部置于箱体6前后两侧的纵向凹槽中，在顶栓8的压力作用下，产生的摩擦力使内部结构体i位置固定，从而检测探头位置固定。当需要调节检测探头提离高度时，旋转顶栓8适当减小两端顶栓8的压力，提拉内部结构体i调整检测探头提离高度，检测高度确定后，旋转顶栓8固定内部结构体i。箱体6顶部的预制圆孔用于固定2芯航空插头和16芯接头，分别作为检测探头内传感器电源线和信号线的引出接头，中心位置处的圆孔为固定提手，用于提拉内部结构体i，便于调整检测探头的提离距离以达到最佳检测效果。

如图3所示，将检测探头放置于箱体6中，检测探头传感器信号线和电源线连接相应位置处的接头引出，连接外部采集卡17及电源，数据采集卡17外接上位机18进行数据存储及实时波形显示。

如图6、7、9a、9b、10a、10b所示，本发明的调节结构体包括调整旋杆1、固定环2、长轴3、提杆4、工字型底5和短轴12，调节结构体ii用于调节管道检测扫描器，以适应一定范围内的不同管径和不同厚度包覆层的待测管道，实现针对不同管径的扫描检测。固定环2与调整旋杆1螺纹连接，使调整旋杆1固定于壳体7两翼不能上下移动，但可以旋转以及两侧滑动，调整旋杆1与提杆4螺纹连接；提杆4的下端通过短轴12铰接在工字型底5的中部，工字型底5通过长轴3铰接在所述壳体底部的两端；长短轴的两端均采用e型卡圈固定。当需要调节管道检测扫描器以适应不同管径时，旋转调整旋杆1可以达到提杆4上升或下降的效果，从而改变工字型底5的张合角度，实现在一定范围内不同厚度包覆层和不同管径的待测管道的检测扫描。

如图8所示，本发明的滑行结构体iii为整个管道检测扫描器的滑行结构，实现管道扫描功能。滑行结构体iii包括轮轴9和滚轮10，左右两侧的工字型底5用于连接每侧的前后滚轮9和提杆4，轮轴10底端与工字型底5螺纹连接，轮轴10固定不动，深沟球轴承内圈与轮轴10过盈配合，外圈与滚轮9过盈配合，使滚轮能够在管道上进行滚动，保证检测扫描器能够整体沿管道包覆层外壁进行滑行。当旋转调整旋杆1时，带动提杆4上升或下降，提杆4提拉两侧工字型底5改变位置和张合角度，从而调节管道检测扫描器能够满足不同的管径和包覆层厚度的检测扫描需求。

如图5所示，在参数设计中，取工字型底5与水平面的夹角为α，根据实际检测情况，α角的取值范围为0°至90°之间，旋转调整旋杆1使α角的值为0°，此时，检测扫描器两侧的工字型底5保持水平，两侧滚轮9之间的间距为220mm。调整旋杆1和提杆4之间细牙螺纹长度设计为40mm，按计算该值足以保证α角为90°时，调整旋杆1和提杆4仍然相连接，又因为在实际检测应用中，α角不可能取到90°，所以调整旋杆1和提杆4之间的螺纹长度符合取值要求。

调节管道检测扫描器，以适应不同管径及不同包覆层厚度的待测管道13，为了防止管道中传输介质的温度能量通过管道表面散热而造成过大损失，待测管道的管壁14外侧会加上一层厚厚的保温层15，在保温层外侧又会加上一层一定厚度的金属保护层16，取待测包覆层管道的管道半径长为l1，包覆层总厚度为l2，所以，管道检测扫描器的滚轮9与管道外壁相接触的点到管径中心的距离l的计算公式为：

l＝l1+l2(1)

式(1)中l即为不同待测管道的半径总长，同样取两端工字型底5与水平面的夹角为α，内部结构体i中箱体6的底面到管径中心的距离为探头的提离距离h，根据三角函数数学关系，得到的计算公式如下所示：

式中，a在数值上约为壳体7底面长度的一半，h为检测探头提离距离，x在数值上约为工字型底5长度的一半，将公式(2)带入公式(3)计算消去参数β，因为a和x在数值上已知，由此计算得到待测管道半径总长l、探头提离距离h和工字型底5与水平面的夹角α之间的关系式：

实际检测时，探头的提离距离越小检测信号越明显，包含的有效信息越多，当调节两侧工字型底5张角α使管道检测扫描器适应不同管径待测管道时，必然导致探头提离值的改变，这时需要调节探头的提离距离优化检测效果，根据尺寸设计关系，探头可以调节的最大下降距离h1约为箱体高度的一半，所以h1的取值范围为0mm至35mm之间。取探头与待测管道外壁之间的垂直距离为△，则有计算关系为：

δ＝h-l(5)

式(5)中，若要在理论上使检测效果更为优化，则应保证△尽量小，即适当调节前后两端顶栓8的压力，使内部结构体i尽量贴近管壁而不接触，在△接近无穷小时，探头提离距离h数值上约等于待测管道半径总长l，根据几何关系，a的数值也与x相等，所以，角度关系为β＝α/2。根据三角函数计算关系，可以得到在调节探头提离值最佳的条件下，待测管道半径总长l的计算公式：

式(6)中，x在数值上约为两侧工字型底5设计长度的一半，即x＝50mm，工字型底5与水平面的夹角α理论上的取值范围为0°至90°之间，由公式(6)的计算关系可以得到该管道检测扫描器理论上能够检测的管径范围理论上为100mm至正无穷，但根据实际检测情况，工字型底5与水平面的夹角α一般取值范围在20°至70°之间，由公式(6)的计算关系可以得到该管道检测扫描器实际能够保证检测的管径范围为150mm至500mm之间。另一方面，将之前分析得到的h＝l和a＝x条件带入公式(4)，得到待测管道半径总长l的计算公式：

式(7)同样得到待测管道半径总长l、工字型底5与水平面的夹角α和参数x之间的计算关系，带入x的数值和α的取值范围，得到与公式(6)相同的计算结果，即发明的管道检测扫描器实际能够保证检测的管径范围为150mm至500mm之间，验证了计算结论。

本发明通过管道检测扫描器对带包覆层地面钢质管道进行检测扫描的方法包括：

步骤一、将检测探头放置于箱体6中，固定在底板11中心位置，底板11与箱体6胶接，检测探头的信号线与电源线从箱体6上方相应接头引出，信号线外接数据采集卡17至上位机端18，在上位机端18实现实时数据显示和数据采集。在箱体6中浇注环氧树脂作为填充剂，使探头密封、固定。

步骤二、将顶栓8拧入壳体7前后两侧中心位置处的螺纹孔中，顶栓8底部嵌入箱体6的纵向凹槽，实现壳体7与内部结构体i的连接，使检测探头只能沿纵向凹槽上下移动。旋转顶栓8适当增加两端压力，使内部结构体i位置固定。

步骤三、将调整旋杆1与固定环2螺纹连接，固定在壳体7两翼相应位置处，使调整旋杆1无法上下移动。同时，将调整旋杆1与提杆4螺纹连接，提杆4和短轴12铰接，工字型底5连接每侧的前后滚轮9和提杆4，其中，轮轴10连接工字型底5和滚轮9，短轴12连接工字型底5和提杆4。轮轴10底端与工字型底5螺纹连接，轮轴10固定不动，深沟球轴承内圈和外圈分别与轮轴10和滚轮9过盈配合，使滚轮能够在管道上进行滚动，保证检测扫描器能够整体沿管道包覆层外壁进行滑行。将长轴3连接工字型底5和壳体7，所有轴的两端均采用e型卡圈固定。

步骤四、根据待测管道的管径和包覆层总厚度，旋转调整旋杆1使提杆4上升或下降，两侧提杆4提拉两侧工字型底5，工字型底5以长轴3为中心轴转动改变张合角度，使四个滚轮9与包覆层外壁稳定接触，实现管道检测器的稳定扫描。

步骤五、旋转顶栓8适当减小两端顶栓8的压力，提拉内部结构体i，调整检测探头提离距离，优化检测结果。检测高度确定后，旋转顶栓8压紧内部结构体i，使探头位置固定。

步骤六、将管道检测扫描器置于待测管道正上方，检测过程中，推动管道检测扫描器由管道一端至另外一端均匀低速滚动扫描通过管道，得到完整的检测信号，对实验数据进行处理和分析，实现针对带包覆层的地面钢质管道，在不拆除包覆层前提下，进行有效探伤的实验研究。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。