输气管道内表层缺陷空气耦合超声检测阵列探头装置的制作方法

本实用新型涉及输气管道内表层无损检测技术领域，具体涉及一种阵列探头装置。

背景技术：

天然气等气体作为重要的能源，广泛地应用于工业生产和日常生活中，为我们带来了极大地便利。天然气主要是通过管道进行运输的，随着经济社会的发展，天然气的需求量急剧增加，天然气输送管道的长度也急剧增加。随着管道运营时间的增加，服役管道因气体的腐蚀作用、环境与压力载荷作用而逐渐发生老化，易在管道表层产生裂纹和腐蚀等缺陷，当裂纹发生扩展和腐蚀深度加深时，管道壁强度下降，管道极易发生爆管或开裂泄漏，从而导致灾难性的后果。因此，对于长距离输气管道表面缺陷的超声无损检测，是油气管道输送行业研究的一个亟待解决的重要工程问题。

超声波法是一种检测输气管道中裂纹、气孔和夹杂等缺陷比较成熟有效的方法。对于输气管道的内表层缺陷的在役无损检测，常规的耦合方式不太适用，此时利用空气耦合的方式来进行检测是一种有效的方法，因此需要研制输气管道内空气耦合超声检测的阵列探头装置。

目前，在输气管道在线无损检测技术领域受到广泛应用的是漏磁检测技术，该方法对管道腐蚀缺陷较为敏感，技术比较成熟，但对于管道裂纹缺陷不敏感，检测能力有待提高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：为弥补现有技术的不足，提供一种输气管道内表层缺陷空气耦合超声检测阵列探头装置。

本实用新型的技术方案是：一种输气管道内表层缺陷空气耦合超声检测阵列探头装置，它包括：薄壁圆筒、空气耦合超声探头组、探头安装板、隔声板以及行走轮；

薄壁圆筒用于安装探头安装板以及行走轮，要求其材料具有一定的强度，不易变形，其外径根据待检测的输气管道内径确定；

空气耦合超声探头组采用成对组合一发一收方式，包括：空耦激励探头以及空耦接收探头；空耦激励探头以及空耦接收探头的形状一般为长方体或圆柱体；

一个以上的探头安装板沿薄壁圆筒周向等间距安装；

空耦激励探头以及空耦接收探头安装在探头安装板上，中间由隔声板隔开；隔声板用于阻隔空耦激励探头发出的超声通过气体传入空耦接收探头，保证空耦接收探头接收到的超声信号是从管壁内表层中传播过来的；

工作时，空耦激励探头以及空耦接收探头距输气管道管壁间距0.1mm～20mm，通过气体介质耦合进行检测，空耦激励探头的入射角以及空耦接收探头的接收角均为等于或略大于气体和管道钢介质界面的第二临界角；

行走轮安装在薄壁圆筒两端，本装置通过行走轮可沿输气管道轴向运动，实现长距离检测。

进一步的，探头安装板沿薄壁圆筒周向上横向或纵向布置；横向布置时，用于对输气管道内表层纵向缺陷进行检测；纵向布置时，用于对输气管道内表层横向缺陷进行检测。

进一步的，考虑到空气耦合超声探头组的安装空间，薄壁圆筒上设有一圈以上的探头安装板；每圈探头安装板之间错开设定角度，空气耦合超声探头组安装在探头安装板上，实现对输气管道360°进行检测。

进一步的，阵列探头装置还包括：安装在薄壁圆筒上的传感器单元；传感器单元包括但不限于：间隙或距离检测探头、气体压力传感器、气体密度传感器、气体温度和湿度传感器、倾角与姿态和里程传感器；传感器单元用于记录空气耦合超声探头组运动时的抖动或震动程度、气体介质的压力、密度、温度、湿度、装置的倾角姿态和里程等数据，以对检测数据进行补偿修正，实现对管道内表层缺陷的高精度检测。

有益效果：本实用新型将空耦激励探头以阵列形式排布，通过调整空耦激励探头以及空耦接收探头的入射角和接收角，使超声通过气体耦合方式发射和接收，超声在管壁内表层产生并传播表面波，非接触式的检测输气管道内表层裂纹等缺陷，实现了对管道缺陷周向全角度的检测。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图。

具体实施方式

实施例1，参见附图1，一种输气管道内表层缺陷空气耦合超声检测阵列探头装置，它包括：薄壁圆筒1、空气耦合超声探头组、探头安装板3、隔声板4以及行走轮6；

薄壁圆筒1用于安装探头安装板3以及行走轮6，要求其材料具有一定的强度，不易变形；薄壁圆筒1的外径根据待检测的输气管道内径确定，一般在100～200mm之间，厚度一般为5～10mm，长度综合考虑空气耦合超声探头组的组数、间距、以及行走轮安装位置等确定；

空气耦合超声探头组的频率为20～1000KHz之间，采用成对组合一发一收方式；空气耦合超声探头组包括：空耦激励探头2以及空耦接收探头5；空耦激励探头2以及空耦接收探头5的形状一般为长方体或圆柱体；

一个以上的探头安装板3沿薄壁圆筒1周向等间距安装；本例中探头安装板3沿薄壁圆筒1周向纵向布置，用于对输气管道内表层横向缺陷进行检测；

空耦激励探头2以及空耦接收探头5安装在探头安装板3上，中间由隔声板4隔开；隔声板4用于阻隔空耦激励探头2发出的超声通过气体传入空耦接收探头5，保证空耦接收探头5接收到的超声信号是从管壁内表层中传播过来的；

工作时，空耦激励探头2以及空耦接收探头5距输气管道管壁间距0.1mm～20mm，通过气体介质耦合进行检测，空耦激励探头2的入射角以及空耦接收探头5的接收角均为等于或略大于气体和管道钢介质界面的第二临界角；

本例中，行走轮6共六个，分别安装在薄壁圆筒1两端，通过行走轮6，本装置可沿输气管道轴向运动，实现长距离检测。

进一步的，考虑到空气耦合超声探头组的安装空间，薄壁圆筒1上设有一圈以上的探头安装板3；每圈探头安装板3之间错开设定角度，空气耦合超声探头组安装在探头安装板3上，实现对输气管道360°进行检测。

进一步的，阵列探头装置还包括：安装在薄壁圆筒1上的传感器单元7；传感器单元7包括但不限于：间隙或距离检测探头、气体压力传感器、气体密度传感器、气体温度和湿度传感器、倾角与姿态和里程传感器；传感器单元7用于记录空气耦合超声探头组运动时的抖动或震动程度、气体介质的压力、密度、温度、湿度、装置的倾角姿态和里程等数据，以对检测数据进行补偿修正，实现对管道内表层缺陷的高精度检测。传感器单元7可布置一组或多组。

实施例2，参见附图2，一种输气管道内表层缺陷空气耦合超声检测阵列探头装置，它与实施例1所述方案基本相同，差别在于：

本例中，探头安装板3沿薄壁圆筒1周向横向布置，用于对输气管道内表层纵向缺陷进行检测。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。