超声波检测探头及检测系统的制作方法

本实用新型涉及超声波检测技术领域，具体而言，涉及一种超声波检测探头及检测系统。

背景技术：

无损检测是指在不损坏被检测对象使用性能的前提下，检测被检测对象中是否存在缺陷或不均匀性，并给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检测对象所处技术状态(如合格与否、使用寿命等)的所有技术手段的总称。

其中，超声波检测是当前无损检测的主要方式之一。超声波检测是一种通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。

目前，在使用超声波检测技术检测管道的缺陷时，主要是通过将超声波检测探头安装在管道的外表面上的待检测位置处进行检测。然而在现有技术中，超声波检测探头的检测范围较小，在检测过程中需要频繁通过人工移动检测探头的位置才能够完成所有待检测位置的检测，检测效率低下。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种超声波检测探头及检测系统，以解决上述技术问题。

本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：

第一方面，本实用新型实施例提供一种超声波检测探头，包括：套环、超声波传感器以及配合部；

套环套设在待检测的管道上；

多个超声波传感器嵌入在套环上并沿套环的周向分布；多个配合部设置在套环的内周面上，并沿套环的径向凸出于套环的内周面；

配合部被构造为与管道的外周面可滑动地配合。

可见，由于该超声波检测探头包括沿套环周向分布的多个超声波传感器，因此其检测范围能够覆盖整个管道，从而更够提高超声波检测的效率，同时提高检测精度。并且，即使在多个超声波传感器中的一个或数个传感器出现故障时，该超声波检测探头仍然能够依靠剩余的的传感器完成检测任务，其可靠性较高。此外，该超声波检测探头还能够通过配合部沿管道迅速滑动到待检测位置，避免了繁琐的安装拆卸工作，使得超声波检测的效率进一步提高。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实施方式中，配合部包括万向滚珠，万向滚珠设置在套环的内周面的。

万向滚珠可沿各方向自由移动，从而安装有万向滚珠的超声波检测探头具备沿管道轴向平移或沿管道周向旋转的能力，能够快速移动到待检测位置完成检测任务。同时，万向滚珠为一种常见的零件，价格便宜，便于实施。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实施方式中，配合部包括扇环状凸起以及万向滚珠，扇环状凸起设置在套环的内周面上，万向滚珠设置在扇环状凸起的内圆面上。

设置扇环凸起便于万向滚珠的安装，同时也可以使套环的内周面与管道的外周面之间间隔一定距离，避免因管道表面的凸起物阻碍超声波检测探头的移动。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实施方式中，多个超声波传感器沿套环的周向均匀分布。

将超声波传感器设置为均匀分布的，既能确保传感器的检测范围有效覆盖整个管道，同时还能尽可能减少各传感器之间检测范围的重叠区域，进而改善检测效果。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实施方式中，超声波检测探头还包括锁紧螺钉，套环上开设有螺纹孔，锁紧螺钉安装在螺纹孔中时，锁紧螺钉的一端与管道的外周面抵紧。

检测时可以通过锁紧螺钉固定超声波检测探头，取得更好的检测效果，同时锁紧螺钉的固定以及松开都十分方便。

结合第一方面或第一方面的第一种至第四种中的任意一种可能的实施方式，在第一方面的第五种可能的实施方式中，套环包括第一部分套环以及第二部分套环，第一部分套环以及第二部分套环均为半环状，第一部分套环的第一端与第二部分套环的第一端可转动地连接，第一部分套环的第二端与第二部分套环的第二端可拆卸地连接。

通过将套环设置为分体式的，便于将套环套设在管道的外周面上的，此为套环的第一种分体式结构。

结合第一方面或第一方面的第一种至第四种中的任意一种可能的实施方式，在第一方面的第六种可能的实施方式中，套环包括第一部分套环以及第二部分套环，第一部分套环以及第二部分套环均为半环状，第一部分套环的第一端与第二部分套环的第一端可拆卸地连接，第一部分套环的第二端与第二部分套环的第二端可拆卸地连接。

通过将套环设置为分体式的，便于将套环套设在管道的外周面上的，此为套环的第二种分体式结构。

结合第一方面或第一方面的第一种至第四种中的任意一种可能的实施方式，在第一方面的第七种可能的实施方式中，超声波检测探头还包括驱动电机，驱动电机安装在套环上。

驱动电机能够驱动超声波检测探头移动至待检测位置，减少检测过程中的人工干预，省时省力。

结合第一方面或第一方面的第一种至第四种中的任意一种可能的实施方式，在第一方面的第八种可能的实施方式中，超声波传感器包括压电陶瓷晶片。

压电陶瓷晶片是一种常见的超声波传感器，其价格便宜，技术成熟，便于实施。同时其陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀、抗氧化以及结构稳定等优点，便于在某些极端环境下对管道进行超声波检测。

第二方面，本实用新型实施例提供一种超声波检测系统，包括：超声波发射接收卡、数据采集卡、处理设备以及第一方面或第一方面的任意一种可能的实施方式提供的超声波检测探头；

超声波发射接收卡与超声波检测探头连接，数据采集卡分别与超声波发射接收卡以及处理设备连接；

超声波发射接收卡产生加载在超声波检测探头上的高压脉冲信号以及接收超声波检测探头产生的回波电信号，并将回波电信号发送至数据采集卡，数据采集卡对回波电信号进行采样量化，并将生成的量化电信号发送至处理设备。

该超声波检测系统检测精度高、检测速度快，同时还具有较高的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的超声波检测探头的结构示意图；

图2(A)至图2(B)示出了本实用新型第一实施例提供的套环的结构示意图；

图3示出了本实用新型第二实施例提供的超声波检测探头的结构示意图；

图4示出了本实用新型第三实施例提供的超声波检测系统的结构框图。

图中：1－超声波检测系统；10－超声波检测探头；10a－管道；100－套环；100a－第一部分套环；100b－第二部分套环；102－螺纹孔；104－锁紧螺钉；106－扇环凸起；108－旋转轴；110－万向滚珠；120－超声波传感器；20－超声波发射接收卡；30－数据采集卡；40－处理设备。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

第一实施例

图1示出了本实用新型第一实施例提供的超声波检测探头10的结构示意图。参照图1，超声波检测探头10包括套环100、超声波传感器120以及配合部。

其中，套环100为圆环状结构，套设在待检测的管道10a的外周面上。

超声波传感器120用于在加载高压脉冲信号后向管道10a发射超声波，以及从管道10a接收超声波的回波，并将其转换为对应的回波电信号输出。超声波传感器120共有多个，嵌入设置在套环100上并沿套环100的周向分布，各个超声波传感器120的检测范围覆盖整个管道10a，从而可以对套环100所在区域的管道10a进行无死角的检测，检测精度较高。并且，通过各个超声波传感器120同时工作，检测过程可以一次性完成，检测速度较快。此外，多个超声波传感器120还能起到互为备份的作用，假设在某次检测过程中其中的一个或数个超声波传感器120发生损坏二不能正常工作，并且工作现场也不方便更换超声波传感器120，则剩余的超声波传感器120仍然能够起到检测作用，可以完成检测任务，从而可以提高超声波检测探头10的可靠性。

超声波传感器120是一种现有的元件，目前市面上有很多产品可以选用，具体的型号、类型在此均不作限定。例如，可以采用基于压电陶瓷晶片的超声波传感器120，这类传感器价格便宜，技术成熟，稳定可靠，便于进行实施。同时其陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀、抗氧化以及结构稳定等优点，有时，需要在一些较为极端的环境下进行管道10a的检测，例如刚刚完成射击后的火炮炮管，其温度很高，一般的传感器容易损坏，而基于压电陶瓷晶片的超声波传感器120则能够胜任这样的检测任务。

进一步的，在第一实施例的某些实施方式中，将多个超声波传感器120设置为沿套环100的周向均匀分布，确保各个超声波传感器120的检测范围有效覆盖整个管道10a，并且尽可能减少各个超声波传感器120检测范围之间的重叠区域，避免各个超声波传感器120相互干扰影响检测结果，同时使每个超声波传感器120的作用最大化。在图1示出的实施方式中，超声波传感器120共有8个，沿套环100的周向均匀分布。可以理解的，第一实施例的其他实施方式中，多个超声波传感器120也可以设置为沿套环100的周向非均匀分布。此外，图1示出的仅仅是垂直于管道10a的轴向的一个截面上的情况，或者说一组超声波传感器120，在实际实施中，套环100上可以沿管道10a的轴向设置多组这样的超声波传感器120，组成阵列结构，以进一步扩展超声波检测探头10的检测范围。

配合部设置在套环100的内周面上，并沿套环100的径向方向凸出于套环100的内周面。配合部被构造为与管道10a的外周面可配合地滑动，意思是当超声波检测探头10受到外力时，通过配合部与管道10a的配合关系，可以实现超声波检测探头10沿管道10a的运动，对于管道10a的检测而言，运动的主要目的是将超声波检测探头10移动到某一待检测位置，从而实现对于管道10a的不同待检测位置的连续检测，而无需反复拆卸安装超声波检测探头10，提高检测效率。同时，配合部的数量为多个，以便对套环100起到有效的支撑作用。

配合部的具体结构在本实用新型实施例中不作限定，可以是现有的各种能够实现滑动配合的结构。在第一实施例中，配合部实现为嵌入在套环100内周面的万向滚珠110。万向滚珠110是一种常见的用于实现滑动配合的零件，其可沿各方向自由移动，从而安装有万向滚珠110的超声波检测探头10具备沿管道10a轴向平移或沿管道10a周向旋转的能力，进而能够快速移动到待检测位置完成检测任务。

进一步的，万向滚珠110可以设置沿套环100的周向均匀分布，使得超声波检测探头10在移动过程中受力均匀，不会发生倾斜，加快移动速度。在图1示出的实施方式中，万向滚珠110共有4个，沿套环100的周向均匀分布。可以理解的，第一实施例的其他实施方式中，万向滚珠110也可以设置为沿套环100的周向非均匀分布。此外，图1示出的仅仅是垂直于管道10a的轴向的一个截面上的情况，或者说一组万向滚珠110，在实际实施中，套环100上可以沿管道10a的轴向设置多组这样的万向滚珠110，组成阵列结构，以进一步加强超声波检测探头10在移动过程中的稳定性。

进一步的，驱动超声波检测探头10运动可以采用人工方式，例如用手推动超声波检测探头10。在第一实施例的某些实施方式中，还可以采用电机驱动的方式，减少检测过程中的人工干预，节省时间和相关人员的体力。在这些实施方式中，超声波检测探头10的套环100上安装有驱动电机(图未示出)，驱动电机工作时，可以推动超声波检测探头10沿管道10a移动。还可以对驱动电机通过有线或无线的方式进行控制，以确保超声波检测探头10移动至待检测位置。

在进行检测时，为确保超声波检测探头10处于稳定状态，可以通过设置某些固定结构将超声波检测探头10固定在管道10a上的待检测位置处。固定结构的具体实现方式在第一实施例中不作限定，可以是现有的各种能够实现固定的结构。作为第一实施例的一种实现方式，采用锁紧螺钉104作为固定结构。继续参照图1，在该实施方式中，套环100上开设有至少一个能够与锁紧螺钉104配合的螺纹孔102，当锁紧螺钉104安装在螺纹孔102中并拧紧时，锁紧螺钉104的一端压紧管道10a的表面，从而超声波检测探头10不能再沿管道10a进行移动。在图1中仅示出了一个锁紧螺钉104以及螺纹孔102，显然的在具体实施时，根据具体需求还可以设置更多的锁紧螺钉104以及螺纹孔102，以增强固定效果。锁紧螺钉104的固定以及松开都十分方便，便于快速固定以及拆卸。

使用第一实施例提供的超声波检测探头10进行检测前，可以从管道10a的断开处将超声波检测探头10的套环100套到管道10a的外周面，然后再沿管道10a移动至待检测位置。然而在实际中很多时候管道10a是连接为一体的，并不具有断开处，可以通过将套环100设置为分体式的以解决这一问题。图2(A)至图2(B)示出了本实用新型第一实施例提供的套环100的结构示意图。需要指出，为使套环100的具体结构更为清晰，在图2(A)和图2(B)中仅仅示出了套环100，对于超声波检测探头10的其余部分则未示出。

参照图2(A)，在第一种实施方式中，套环100包括第一部分套环100a以及第二部分套环100b，第一部分套环100a以及第二部分套环100b均为半环状，第一部分套环100a的第一端与第二部分套环100b的第一端可转动地连接，第一部分套环100a的第二端与第二部分套环100b的第二端可拆卸地连接。其中，可转动连接以及可拆卸连接的连接结构均不作限定。在图2(A)中，第一部分套环100a的第一端与第二部分套环100b的第一端通过旋转轴108可转动地连接，而第一部分套环100a的第二端与第二部分套环100b的第二端的具体连接方式则未示出，在实际中可以采用，但不限于卡扣、锁紧结构等方式。在进行检测前，使第一部分套环100a的第二端与第二部分套环100b的第二端相互远离，在管道10a处于第一部分套环100a与第二部分套环100b之间后，使第一部分套环100a的第二端与第二部分套环100b的第二端相互接近并固定在一起。

参照图2(B)，在第一种实施方式中，套环100包括第一部分套环100a以及第二部分套环100b，第一部分套环100a以及第二部分套环100b均为半环状，第一部分套环100a的第一端与第二部分套环100b的第一端可拆卸地连接，第一部分套环100a的第二端与第二部分套环100b的第二端可拆卸地连接。其中，可拆卸连接的连接结构不作限定，在图2(B)中也未具体示出，在实际中可以采用，但不限于卡扣、锁紧结构等方式。在进行检测前，使第一部分套环100a与第二部分套环100b相互远离，在管道10a处于第一部分套环100a与第二部分套环100b之间后，使第一部分套环100a与第二部分套环100b相互接近，然后将第一部分套环100a的第一端与第二部分套环100b的第一端固定在一起，以及将第一部分套环100a的第二端与第二部分套环100b的第二端固定在一起。

上述第一种实施方式安装超声波检测探头10的速度较快，上述第二种实现方式的第一部分套环100a与第二部分套环100b可以完全拆卸，便于在超声波检测探头10不使用时进行收纳。

综上所述，本实用新型第一实施例提供的超声波检测探头10通过在套环100的周向设置多个超声波传感器120，增大了超声波检测探头10的检测范围，提高了检测精度，加快了检测速度，同时增强了检测的可靠性。此外，超声波检测探头10还能够通过配合部沿管道10a移动，从而能够快速定位至待检测位置，进一步提高检测效率。进一步的，可以在超声波检测探头10的套环100上设置螺纹孔102，并配合锁紧螺钉104固定超声波检测探头10，改善检测效果。进一步的，超声波检测探头10的套环100可以设置为分体式结构，便于超声波检测探头10的安装。进一步的，还可以在超声波检测探头10上安装驱动电机，使得超声波检测探头10能够更方便地进行移动。此外，应当理解，该超声波检测探头10可以用于检测管道10a，还可以用于检测形状与管道10a类似的被检测对象，例如柱状的实心对象等。

第二实施例

图3示出了本实用新型第二实施例提供的超声波检测探头10的结构示意图。参照图3，相较于第一实施例，第二实施例提供的超声波检测探头10具有不同的配合部。该配合部包括设置在套环100内周面的扇环凸起106以及设置在扇环凸起106内圆面上的万向滚珠110。其中，多个配合部中的每个配合部包括一个扇环凸起106以及至少一个万向滚珠110。万向滚珠110的作用和第一实施例中的类似，在此不再重复阐述。

通常而言，实际中使用的万向滚珠110产品，需要一定的空间进行安装，设置扇环凸起106可以便于万向滚珠110的安装。同时，设置扇环凸起106后，管道10a外周面与套环100内周面之间的间隙变大了，在实际环境中，管道10a的表面可能存在一些凸起的障碍物，例如土块、锈块等，这些障碍物可能对超声波检测探头10沿管道10a的移动造成阻碍，如果管道10a的外周面与套环100的内周面之间的间隙较大，以至于大于障碍物的高度，则可以避免障碍物阻碍到超声波检测探头10的移动。

在图3示出的实施方式中，扇环凸起106共有4个，沿套环100的周向均匀分布。可以理解的，第一实施例的其他实施方式中，扇环凸起106也可以设置为沿套环100的周向非均匀分布。同时，每个扇环凸起106上安装有一个万向滚珠110，可以理解的，第二实施例的其他实施方式中，每个扇环凸起106上也可以安装多个万向滚珠110，进一步增强超声波检测探头10在移动过程中的稳定性。

第二实施例与前述实施例相同的部分，在第二实施例中未重复提及，可以参考前述实施例中的相关阐述。

第三实施例

图4示出了本实用新型第三实施例提供的超声波检测系统1的结构框图。参照图4，超声波检测系统1包括超声波发射接收卡20、数据采集卡30、处理设备40以及本实用新型实施例提供的超声波检测探头10。其中，超声波发射接收卡20与超声波检测探头10连接，数据采集卡30分别与超声波发射接收卡20以及处理设备40连接。

超声波发射接收卡20包括发射单元与接收单元两部分，在某些实施方式中也可以实现为独立的两个部件。其中，发射单元可以是脉冲触发器，用于生成高压脉冲信号并将其发送至超声波检测探头10，超声波检测探头10的超声波传感器120在高压脉冲信号的激励下发射超声波，以及接收超声波的回波，并将生成的回波电信号发送至接收单元。接收单元可以包括滤波及放大电路，用于对回波电信号进行滤波放大后将其发送至数据采集卡30。

数据采集卡30对回波电信号进行采样量化，并将生成的量化电信号发送至处理设备40，数据采集卡30目前有很多现有产品可供选用，例如可以是，但不限于德国Spectrum公司生产的M2i.31XX系列数据采集卡。

处理设备40可以基于接收到的数据进行分析处理，获得管道10a的超声波检测结果。对于超声波检测的具体计算及相关理论，属于现有技术，这里不进行具体阐述。处理设备40可以是独立的具有运算处理能力的设备，例如个人计算机、智能手机、智能穿戴设备、智能车载设备等。处理设备40也可以是具有运算处理能力的微处理器，例如中央处理器芯片、单片机芯片、数字信号处理芯片等。总之，能够运行超声波检测的分析程序的设备都可以作为处理设备40的一种实现方式，在这里不作具体限定。

该超声波检测系统1由于采用了本实用新型实施例提供的超声波检测探头10，因此具有检测精度高、检测速度快、可靠性高的优点。

第三实施例与前述实施例相同的部分，在第三实施例中未重复提及，可以参考前述实施例中的相关阐述。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。