专利名称：超声波干耦合轮式聚焦探头的制作方法
技术领域：
本实用新型属于应用超声波技术的新型无损检测技术范畴，涉及一种超声波干耦
合轮式聚焦探头。
背景技术：
自70年代以来，随着科学技术、生产、人类生活的快速提高，对天然气的需求量日益提高，输气管道的建设速度呈现快速增长的趋势。然而，管道和其它设施一样也会损坏、老化。在大量铺设新管道的同时，一批老管道的运行时间已接近设计使用寿命。出现了天然气管道腐蚀泄露的现象，破坏了管道高效、安全运行，同时泄露造成的环境污染给管道经营者带来严重损失。为此，确保管道能有较长的使用寿命，必须考虑有效的检测措施，防止埋地输送燃气管道腐蚀泄露。 然而目前尚无全面解决大口径埋地输送燃气管道腐蚀壁厚的检测方法，仪器及相应的技术方案。因此发展埋地燃气管道腐蚀测厚技术，提高检测的可靠性和自动化程度，加强使役管道的质量检测对提高管道运输安全，确保管道有较长的使用寿命具有重要意义。[0004] 针对埋地燃气管道使用过程中，液化气体及杂质容易沉积在管道底部腐蚀管道内壁，使埋地管道底部容易出现管壁腐蚀减薄现象。因此，亟待开发出一种可随管道内部爬行检测机械车运动的轮式超声波探头，对管道内壁实施动态干耦合(无耦合剂)测厚，测量方式采用点、线聚焦方式。
实用新型内容本实用新型的目的在于，通过提供一种超声波干耦合轮式聚焦探头，采用一种可跟随管道内部爬行机械车运动的轮式超声波聚焦测厚探头，对管道腐蚀内壁实施动态干耦合测厚。 本实用新型是采用以下技术手段实现的 超声波轮式探头由轮式探头骨架，转动轴承，轮皮和超声波聚焦探头构成。超声波聚焦探头固定在轮轴支架中间圆孔部位，穿过圆孔始终保持与轮支架垂直并尽量贴紧轮皮内壁。轮支架上还有两个用于在内部支撑橡胶轮皮的轮圆片，在轮圆片的两外侧还各有一个封闭用轮外圆片，轮外圆片、硅橡胶轮套、轴支架上的轮圆片三者用螺钉相连接，将轮内空间完全密封，以便通过注油嘴往轮内注满机油，作为超声波探头与橡胶轮皮之间的耦合剂。轮外侧轴各嵌入一个转动轴承。 轮式探头可作为检测装置的一个辅助轮，安装在检测机械车体下方，紧贴管道内
的下壁。当检测装置移动时，超声波轮式探头能与管道内壁很好的接触。始终保持聚焦探
头竖直向下，与管壁垂直的状态，保证了轮式探头对管道壁厚的连续检测。 本实用新型超声波干耦合轮式聚焦探头，与现有技术相比，具有以下明显的优势
和有益效果 本实用新型超声波干耦合轮式聚焦探头，采用 一种可跟随管道内部爬行机械车运动的轮式超声波聚焦测厚探头，可对管道腐蚀内壁实施动态干耦合测厚。提高了检测的可靠性和自动化程度，加强了使役管道的质量检测对提高管道运输安全，对确保管道有较长的使用寿命具有重要意义。
图1为超声波干耦合轮式聚焦探头的主视图；[0012] 图2为超声波干耦合轮式聚焦探头内部结构示意图(一 )；[0013] 图3为超声波干耦合轮式聚焦探头的内部结构示意图(二 )；[0014] 图4为超声波干耦合轮式聚焦探头的内部结构示意图(三)；
具体实施方式下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步说明。 请参阅图1所示，为超声波干耦合轮式聚焦探头的主视图，l为轮皮。 请参阅图2、图3、图4所示，为超声波干耦合轮式聚焦探头的内部结构示意图。从
图中可以看出，2为螺丝孔，3为螺丝，4为轮外圆片，5为轮内圆片，12、13为转动轴承，14为
探头固定孔，16为注油嘴。 超声波干耦合轮式聚焦探头由轮式机械骨架，轮皮，超声波聚焦探头构成。[0019] 轮式机械骨架由轮式转轴，轮支架，转动轴承12、13构成。轮式转轴中间钻一个圆孔14，用于固定超声波聚焦探头，轮支架上有两个用于在内部支撑橡胶轮皮的轮内圆片体5，在轮的两外侧各有一个封闭用轮外圆片4，轮外圆片4、硅橡胶轮套1、轴支架上的轮圆片5三者用螺钉相连接，将轮内空间完全密封，以便通过注油嘴16往轮内注满机油，作为超声波聚焦探头与橡胶轮皮1之间的耦合剂。轮轴外侧各嵌入一个转动轴承12、13。[0020] 轮皮由硅橡胶注塑而成。超声波点聚焦、线聚焦探头的技术指标为频率2. 5MHz，直径10mm，焦距30mm。。[0022] 轮式探头可作为检测装置的一个辅助轮，安装在检测机械车体下方，紧贴管道内的下壁，当检测装置移动时，超声波轮式探头能与管道内壁很好的接触。始终保持聚焦探头竖直向下，与管壁垂直的状态，保证了轮式探头对管道壁厚的连续检测。[0023] 启动机械车在管道内沿管道纵向壁爬行。[0024] 超声波测厚的硬件、软件工作过程依次为 首先对轮式探头接收到的超声波信号进行阻容滤波，去除高频噪声，取信号的包络，进行平滑处理，采用LM311放大比较器作为模/数转换的工具，使输出超声波对应测量管道壁厚的一次回波、二次回波的峰值电压为—3V左右。 其次采用施密特触发器对对输出波形整形为有陡直的上升沿和下降沿的方波，并反转，从下降沿开始输出。 然后，将施密特触发器的输出信号输入给555定时器和计数器，555定时器接到输入信号的下降沿后触发翻转，进入暂稳态，输出高电平。 根据始波的持续时间调整定时器外接电阻、电容的大小，使之保持高电平暂稳态的时间比始波的持续时间稍长。这样，当始波信号结束时，555定时器也恢复为低电平的稳定状态，计数器使能端PL接到低电平，开始工作，此时计数器接收到的是从一次回波以后的信号，成功地将始波信号去除。计数器输出的第一个方波宽度就是超声波信号一次、二次回波之间的距离。 这种方波电压的高电平维持在5V左右可以被单片机所识别。根据超声波测厚原理，任意相邻两回波之间的距离是相等的。所以只要测量出第一个方波的宽度来对应超声波一次、二次回波的距离就能满足管道内壁测厚的要求。 最后用40MHz高频脉冲对方波进行采样，记录采样个数。通过采样频率和采样个数间的关系，就能获得测量方波对应的管道腐蚀剩余壁厚。 然后，将在线测量管壁厚度数值呈现在数码管上，再由CCD远距离成像传输于管道外侧的显示板上。 以上实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制实用新型的范围，有关本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案均属于本实用新型的保护范畴，本实用新型的专利保护范围应由各项权利要求所限。
权利要求一种超声波干耦合轮式聚焦探头，包括轮式机械骨架，轮皮，超声波聚焦探头；其特征在于所述的轮式聚焦探头作为检测装置的一个辅助轮，安装在检测机械车体下方，紧贴管道内的下壁运行；超声波聚焦探头固定在轮轴支架中间圆孔部位，穿过圆孔始终保持与轮支架垂直并尽量贴紧轮皮内壁；轮支架上还设有用于在内部支撑橡胶轮皮的轮圆片，在轮的两外侧还各有一个封闭用轮外圆片，将硅橡胶轮套与轴支架上的轮圆片进行连接，将轮内空间完全密封；轮外侧轴各嵌入一个转动轴承。
2. 根据权利要求1所述的超声波干耦合轮式聚焦探头，其特征在于所述的轮式机械骨架由轮轴支架、轮圆片和转动轴承构成。
3. 根据权利要求1所述的超声波干耦合轮式聚焦探头，其特征在于所述的轮皮由硅橡胶注成。
4. 根据权利要求1所述的超声波干耦合轮式聚焦探头，其特征在于所述的超声波频率为2. 5MHz、点、线聚焦探头的直径为10mm，焦距为30mm。
专利摘要一种超声波干耦合轮式聚焦探头，包括轮式机械骨架，轮皮，超声波聚焦探头；轮式聚焦探头安装在检测机械车体下方，紧贴管道内的下壁运行；超声波聚焦探头固定在轮轴支架中间圆孔部位；轮支架上还设有用于在内部支撑橡胶轮皮的轮圆片，在轮的两外侧还各有一个封闭用轮外圆片，将硅橡胶轮套与轴支架上的轮圆片进行连接，将轮内空间完全密封；轮外侧轴各嵌入一个转动轴承。将接收到测量管道壁厚度对应的一次、二次超声回波进行放大、滤波、整形、分频，采用高频脉冲对其采样处理；根据超声波每两次波峰之间的距离与被测物体厚度对应关系测量被检测物体的厚度。可对管道腐蚀内壁实施动态干耦合测厚。提高了检测的可靠性和自动化程度。
文档编号G01N29/265GK201488979SQ20092022231
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者祁欣, 陈娟 申请人:北京化工大学