专利名称：多口径管道在线实时超声测厚装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管道在线实时超声测厚装置，特别是一种多口径管道在线实时超声测厚装置。
背景技术：
管道在加工成型后，如果管材外径和壁厚超差不仅会给安装带来困难，而且会造成严重的材料浪费。壁厚偏心超差将影响管材耐压强度及使用安全性。所以外径及壁厚偏心尺寸的在线测量及控制是十分重要的。目前我国管道成型设备由于缺乏精密的测量控制手段和设备，使得生产出的挤出制品尺寸精度低，废品率高，壁厚均匀性差，从而造成原材料的极大浪费。现行的解决方法之一是采用超声脉冲-回声法测量，即利用超声探头对管道管壁发出一个超声脉冲，先后接收由管壁外表面和内表面反射回的脉冲波，这两个脉冲波之间的间距值就反映了管壁的厚度信息，再经计算则可获得管壁厚度的实际值。利用该方法研制的超声测厚装置，如欧洲专利EP0985905所描述的一种检测装置，包括超声探头、喷水机构和同轴心的探头盘，该装置的不足之处在于探头和喷水机构位置固定，只能测量固定管径的管道。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术存在的缺陷，提供一种多口径管道在线实时超声测厚装置，实现多口径管道壁厚和偏心率的实时监测。
为了实现上述目的，本发明的构思是采用超声脉冲-回声法检测探头与被测管道间水程值和管道壁厚值，将多路水浸聚焦超声探头呈放射状两两正对周向均布的安装在探测仓内，探头延伸线应保持与被测管道中轴线的相交且垂直，工作状态下不停的发射超声波，并将接受回的超声信号通过信号线输入超声信号放大调理电路，并在后续的嵌入式系统中将信号处理为数据以方便显示和保存。
针对不同的被测管径，需要调整探头的位置以保证得到正确的超声信号，同时应确保多路探头在正面几何上形成一个标准圆状分布且两两正对。在采集水程信号与管道壁厚信号以后，因为每对探头的位置相对于管道中轴线正对等距分布，所以对比一下水程值和壁厚值就可以得出是否偏心。本发明采用一个联动径向调位机构，通过外面环形齿轮连接和带动各内部齿轮和齿条，实现探头联动调位的目的超声测厚仪在工作状态下容易产生的问题是由于水浸聚焦超声探头所发出的超声信号在空气中衰减严重，所以要求探头和被测管道之间由介质(水)进行填充，而在实际工作环境中因为密封性等原因很容易产生气泡，一旦气泡进入超声探头的凹型口将导致超声信号的丢失，从而影响整个检测装置的正常运行。本发明采用的喷水机构包括水泵、引水导管、分路连接喷嘴和水槽，其中喷嘴固定在联动径向调位机构上，可随着探头位置的移动相应移动，保证喷水系统所冲出的水能正确的作用在探头凹形口内。
针对不同管径的被测管道，为了保证整个装置水介质的密封性，本发明在装有探头的检测仓两边各固定有一环形衬套，衬套内圈是可随管径大小变化而更换的软橡胶圈，工作状态下，密封衬套、软橡胶圈和被测管外表面形成密封结构，保证各探头和被测管道之间由水介质填充。同时，为了减少水介质的渗漏，本发明在各进出检测仓的地方都装有油毛毡。
根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案一种多口径管道在线实时超声测厚装置，包括沿管道外围周向均布而呈放射状成对相向的多路超声探头、形成水浸聚焦超声探头的喷水机构，其特征在于所述的超声探头和所述的喷水机构的喷嘴与一个联动径向调位机构相连接而协同调节径向位置。
上述的联动径向调位机构的结构是所述的超声探头和喷嘴固定安装在齿条的内端上，齿条与带有滑槽的固定导轨滑动配合而保持超声探头轴线与管道轴线相交且相互垂直；有沿管道周向均布且轴线与管道轴线平行的小转轴，其中部由固定安装的轴承支承而两端各固定连接一个小齿轮，其内端小齿轮与所述的齿条啮合，而外端小齿轮与一个环形内齿轮啮合，环形内齿轮的外侧面上固定连接一个手柄。
上述的喷水机构的结构是在挤出管道的下方设置一个水槽，在水箱内安装一个水泵，水泵的出水管通过导水软管连接所述的喷嘴。
上述的水槽内固定安装两个支架支承两个套装在管道上的密封衬套，密封衫套内孔装有密封软橡胶圈与管道外壁构成水密封；两个密封衫套之间固定连接一个圆环形壳体，形成环形探测仓；所述的固定导轨与圆环形壳体固定连接，所述的齿条、超声探头、喷嘴和导水软管均处于环形探测仓内；所述的小转轴中部轴承安装在圆环形壳体的倒壁上，而其外端小齿轮和环形内齿轮处于圆环形壳体侧壁外，有一个固定安装的齿轮盖，齿轮盖(上有圆环形手柄滑槽。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明将超声波探头和喷水的喷嘴与一个联动径向调位机构相连接而协同调节其径向位置，以适应不同口径管道的测试要求；同时可以调换两个密封衫套的密封软橡胶圈与不同口径管道相配合，从而实现多口径管道壁厚和偏心率的在线实时监测。本测厚装置结构简单，测量范围广泛，精确度高，能有效保证生产中管道的精密加工。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1的左视图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例是参见图一和图2，本多口径管道在线实时超声测厚装置，包括沿管道1外围周向均布而呈放射状成对相向的多路超声探头2、形成水浸聚焦超声探头2的喷水机构，其特征在于所述的超声探头2和所述的喷水机构的喷嘴11与一个联动径向调位机构相连接而协同调节径向位置。上述的联动径向调位机构的结构是所述的超声探头2和喷嘴11固定安装在齿条8的内端上，齿条8与带有滑槽的固定导轨7滑动配合而保持超声探头2轴线与管道1轴线相交且相互垂直；有沿管道1周向均布且轴线与管道轴线平行的小转轴5，其中部由固定安装的轴承支承而两端各固定连接一个小齿轮9、3，其内端小齿轮9与所述的齿条8啮合，而外端小齿轮3与一个环形内齿轮23啮合，环形内齿轮23的外侧面上固定连接一个手柄4。上述的喷水机构的结构是在挤出管道1的下方设置一个水槽18，在水箱18内安装一个水泵，水泵的出水管通过导水软管12连接所述的喷嘴11。上述的水槽18内固定安装两个支架19支承两个套装在管道1上的密封衬套15，密封衫套15内孔装有密封软橡胶圈13与管道1外壁构成水密封；两个密封衫套15之间固定连接一个圆环形壳体21，形成环形探测仓16；所述的固定导轨7与圆环形壳体21固定连接，所述的齿条8、超声探头2、喷嘴11和导水软管12均处于环形探测仓16内；所述的小转轴5中部轴承安装在圆环形壳体21的倒壁上，而其外端小齿轮3和环形内齿轮23处于圆环形壳体21侧壁外，有一个固定安装的齿轮盖22，齿轮盖22上有圆环形手柄滑槽24。水泵出水管进入探测仓时穿越圆环形壳体21处有油毛毡17进行密封，圆环形壳体21上部侧壁上有出水口10。
本发明的工作原理检测仓16为环状结构，内部有多路水浸聚焦超声探头2，当被测管道1自检测仓16内圈通过时，超声探头2发射和接收超声波，实现超声信号的采集；由超声波信号线6连接至超声信号处理系统，该系统包括超声放大调理电路和嵌入式数据处理系统，实现超声信号的处理及显示存储，并通过网口与上位微机进行数据交换；喷水机构的喷嘴11被安装在联动径向调位机构上，与探头的位置保持相对固定，导水软管12可以随着喷嘴11的移动而移动，水介质通过导水软管12后从八个喷嘴11出来对相应的超声探头2进行冲洗，并完成对检测仓16的注水，位于探测仓16上部的出水口10和水槽18实现水介质的循环。
本装置在使用时，首先被测管道1在挤出机械的外力作用下自检测仓16的中空圆中通过，由前后两条密封软橡胶圈13与管道1外壁形成密封结构，开启水泵，喷水机构开始往检测仓16内注水，实现水介质的填充。水介质填充完成之后，超声探头2对管壁发出一个超声脉冲，超声探头2首先接收到由管壁的外表面反射回的脉冲波，然后又会接收到由管壁的内表面反射回的脉冲波，这两个脉冲之间的间距值即反映了管壁厚度的超声信号，该信号经放大整形，输入超声信号处理系统实时显示与存储。通过设定超声发射频率，可实时检测管道的壁厚值。
权利要求
1.一种多口径管道在线实时超声测厚装置，包括沿管道(1)外围周向均布而呈放射状成对相向的多路超声探头(2)、形成水浸聚焦超声探头(2)的喷水机构，其特征在于所述的超声探头(2)和所述的喷水机构的喷嘴(11)与一个联动径向调位机构相连接而协同调节径向位置。
2.根据权利要求1所述的多口径管道在线实时超声测厚装置，其特征在于所述的联动径向调位机构的结构是所述的超声探头(2)和喷嘴(11)固定安装在齿条(8)的内端上，齿条(8)与带有滑槽的固定导轨(7)滑动配合而保持超声探头(2)轴线与管道(1)轴线相交且相互垂直；有沿管道(1)周向均布且轴线与管道轴线平行的小转轴(5)，其中部由固定安装的轴承支承而两端各固定连接一个小齿轮(9、3)，其内端小齿轮(9)与所述的齿条(8)啮合，而外端小齿轮(3)与一个环形内齿轮(23)啮合，环形内齿轮(23)的外侧面上固定连接一个手柄(4)。
3.根据权利要求1或2所述的多口径管道在线实时超声测厚装置，其特征在于所述的喷水机构的结构是在挤出管道(1)的下方设置一个水槽(18)，在水箱(18)内安装一个水泵，水泵的出水管通过导水软管(12)连接所述的喷嘴(11)。
4.根据权利要求3所述的多口径管道在线实时超声测厚装置，其特征在于所述的水槽(18)内固定安装两个支架(19)支承两个套装在管道(1)上的密封衬套(15)，密封衫套(15)内孔装有密封软橡胶圈(13)与管道(1)外壁构成水密封；两个密封衫套(15)之间固定连接一个圆环形壳体(21)，形成环形探测仓(16)；所述的固定导轨(7)与圆环形壳体(21)固定连接，所述的齿条(8)、超声探头(2)、喷嘴(11)和导水软管(12)均处于环形探测仓(16)内；所述的小转轴(5)中部轴承安装在圆环形壳体(21)的倒壁上，而其外端小齿轮(3)和环形内齿轮(23)处于圆环形壳体(21)侧壁外，有一个固定安装的齿轮盖(22)，齿轮盖(22)上有圆环形手柄滑槽(24)。
全文摘要
本发明涉及一种多口径管道在线实时超声测厚装置。它包括沿管道外围周向均而呈放射状成对相向的超声探头、形成水浸聚焦超声探头的喷水机构，所述的超声探头和喷水机构的喷嘴与一个联动径向调位机构相连接而协同调节径向位置，从而可实现多种管道口径的检测。本测厚装置结构简单，测量范围广泛，精确度高，能有效保证生产过程中管道的精密加工。
文档编号G01B17/02GK1924518SQ200610116388
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者周明, 孙延明, 毛文权, 曾俊冬, 孙忠华, 赵恒凯 申请人:上海大学, 华南理工大学