专利名称：利用环形激光激励轴向导波的管道检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用导波检测管道方法及装置，具体的说是一种利用环形激光激励轴向导波的管道检测方法及装置，用于管道的无损检测。
背景技术：
在道管道导波检测中，传感器是检测系统中的重要组成部分，在检测过程中激励和接收导波。而能否在答道中有效地激励和接收超声导波，不仅与导波的特性、管道的尺寸以及下况密不可分。而且与超声导波探头的选择和性能有关，利用不同的传感器可以激励的一或多种不同模态的导波对管道进行检测。目前主要的用于激励管道导波的传感器有有压电式传感器、磁致伸缩传感器、声磁传感器、脉冲激光式传感器。在管道检测过程中，利用脉冲激光产生窄脉冲超声信号，实现非接触测录或遥测、 高温条件以及腐蚀性强有放射等恶劣条件检测。由于这此特点，激光在管道导波检测中也得到了一定的应用。为了提高信噪比，通常利用阵列激励技术提高激光激励的能量，美国学者Rose等人采用了内插式环状抛物线形铜反射镜，使脉冲激光的能量经反射后沿圆周方向均勻分布，激励轴向模态导波实现管道检测。韩国汉阳大学提供了一种通过在管道内置反射镜在管道内壁上激励导波的方法，接收到了轴向的L(0，1)模态的导波信号以实现检测，但是轴向的L(0，1)模态的导波的衰减系数较大，本发明激励L (0，2)模态的导波，该模态的导波具有频散小、速度快、衰减系数小的特点，测试范更大围。激光超声检测系统庞大、昂贵、技术复杂，以及检测环境要求较高，制约了其在管道导波检测的应用与发展。
发明内容
本发明的目的是有利于激励管道轴向对称模态导波进行管道检测，能够提高信噪比，通过调整透镜组与管道端面之间的距离控制环形半径的大小来适应不同管径管道的无损检测方法与设备。为了达到上述的目的，本发明所实现环形激光激励管道轴向模态导波的方法，是采用脉冲式激光发射器，使激光器发射出的圆型激光束通过透镜组成的光路系统，包括聚焦减束光路系统与环形光光路系统，转换为圆环形的激光束，同时根据管道半径的大小调整环形光斑的直径大小，让该环形激光辐射于安装在管道一端的套环上，套环将环形激光束产生的冲击力载荷传递到管道的环形截面上，同时由于夹紧装置对管道壁的约束作用管壁内产生了定波长的轴向对称模态导波，该导波遇到管道缺陷产生的回波信号被布置在管道外壁上的信号接收装置接收，接收装置将接收到的信号输入至数字示波器中，通过回波波峰与激励信号波峰的距离和通过频散曲线确定对应的频率与群速度，按照下式计算出管道缺陷距离传感器的轴向位置X，从而实现管道检测。其中，
权利要求
1.一种利用环形激光激励轴向导波的管道检测方法，其特征是，采用脉冲式激光发射器(1)，使激光器发射出的圆型激光束通过透镜组成的光路系统转换为圆环形的激光束 (8)，同时根据管道半径的大小调整环形光斑的直径大小，让环形激光辐射在布置于管道一端的套环(4)上，套环将环形激光束产生的冲击力载荷传递到管道的环形截面上，同时由于夹紧装置(5)对管道壁的约束作用管壁内产生了定波长的轴向对称模态导波，所述轴向对称模态导波遇到管道缺陷产生的回波信号被布置在管道外壁上的信号接收装置(6)接收，接收装置将接收到的信号输入至数字示波器(7)中，通过回波波峰与激励信号波峰的距离判断管道缺陷的轴向位置，实现管道检测。
2.根据权利要求1所述环形激光激励轴向导波的管道检测方法，其特征在于，所述出管道缺陷距离传感器的轴向位置χ为
3.实施权利要求1所述利用环形激光激励轴向导波的管道检测方法的装置，其特征在于，由激光发射器(1)、聚焦减束光路系统(2)、环形光光路系统(3)、套环(4)、夹紧装置 (5)，信号接收装置(6)、数字示波器(7)组成；所述激光发射器(1)、聚焦减束光路系统(2)、 环形光光路系统(3)安装在光具座(10)上，以激光光束的传播方向依次布置并且使光束与光路系统中的透镜组中心重合；所述套环(4)布置在管道端面上，所述夹紧装置(5)夹紧管道的外壁，夹紧装置(5)底部连接在光具座(10)上，信号接收装置(6)布置在管道外壁面上并且靠近管道的激励端。
4.根据权利要求3所述利用环形激光激励轴向导波的管道检测装置，其特征在于，所述套环由硬质低阻耗橡胶圈Ga)与增透膜Gb)组成，所述增透膜Gb)粘贴在橡胶圈面向环形光束的一端，橡胶圈的了另一端布置在管道的环形端面上。
5.根据权利要求3或4所述利用环形激光激励轴向导波的管道检测装置，其特征在于， 所述聚焦减束光路系统(2)由凹透镜(2a)和凸透镜Qb)组成，所述环形光光路系统由负轴棱锥体透镜(3a)、正轴棱锥体透镜(3b)和凸透镜(3c)组合而成，负圆锥体透镜(3a)、 正圆锥体透镜(3b)和凸透镜(3c)以激光光束的传播方向为中心依次布置。
6.根据权利要求3或4所述利用环形激光激励轴向导波的管道检测装置，其特征在于， 所述夹紧装置(5)为夹紧管道限制管道自由度的管道夹，所述夹紧装置(5)距离管道端面的距离为广10cm。
7.根据权利要求3或4所述利用环形激光激励轴向导波的管道检测装置，其特征在于， 所述信号接收装置(6)为列阵排布的压电传感器组或者为PVDF传感器，压电传感器数量为 4个到10个围绕着管壁均勻阵列排布。
8.根据权利要求3或4所述利用环形激光激励轴向导波的管道检测装置，其特征在于， 所述聚焦减束光路系统(2)和环形光光路系统(3)安装固定在相同的套筒中。
全文摘要
本发明公开了一种利用环形激光激励轴向导波的管道检测方法及装置，先将圆形的激光束转换成环形的激光束，调整环形激光束半径的大小，使之与管道环形端面的半径大小一致，该环形激光投射到管道端面环端面上时，产生的冲击力载荷将会激励出轴向对称模态的导波，该导波遇到缺陷产生的回波信号被信号接收装置接收，从而实现对管道缺陷的检测。本发明有利于激励管道轴向对称模态导波，利用圆锥透镜组将圆形光斑能量集中在管道环形端面上，增强了所施加冲击力载荷的效果，提高信噪比，并且通过调整透镜组与管道端面之间的相对位置控制环形半径的大小以适应不同半径管道的检测，检测效率高、范围广，成本较低等特点。
文档编号G01N21/88GK102507595SQ201110364358
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者井然, 姜文帆, 姜银方, 张永康, 郭镇宁, 黄宇, 龙昆 申请人:江苏大学