长距离管道压电超声波内检测探头组件的制作方法

本实用新型属于无损检测技术领域，特别是涉及一种长距离管道的压电超声波内检测探头组件。

背景技术：

长距离管道有着非常广泛的应用，比如：随着石油天然气工业的发展和产业能源需求的日益增长，我国石油天然气运输管线发展迅速，长距离管道己经成为输送石油、天然气等能源的重要运输手段。

长距离管道在运营过程中由于管道周边地理环境会对管壁造成腐蚀，当腐蚀到一定阶段时，管道在外界以及管道内部压力作用下会造成腐蚀区域的应力腐蚀从而产生裂纹，当管壁上的裂纹扩展到一定程度就会造成泄露，对管线周围的国家财产和生命安全造成威胁。为了保障长距离管道的运行安全，必须对其进行定期检测，以便及时发现问题，采取措施，防止出现重大事故，确定出管壁腐蚀以及裂纹并及时进行维修、成为管线维护的必要措施。

由于长距离管道的大部分埋于地下，地面上的操作人员很难接触到管道，因而传统的检测方法很难实现管线的定期检验，目前国际上针对长距离管道定期检测主要的应用工具是“管道内检测装置”或俗称“管道猪”。该检测装置是由电池供电，内置电子舱探头装置以及数据存储单元，组成一类似太空舱、能进行自动检测并存储数据的封闭系统。该系统在管道内部因管道输送介质(油气)的流动而被推动，同时对所经过的管道进行全方位的检测，待检测装置在管道内运行一段距离(一般是两个分输站之间的距离≥100公里)后，在下游的分输站取出。由服务人员在地面上读取检测装置已经存储的数据并进行处理，从而给出所经过管道的基本检测情况及对结果进行分析。

管道内检测主要有三种类型，第一种是管道漏磁检测装置，可参见“高清晰度管道漏磁检测装置机械系统(申请号200710118862.4)”、“in-lineinspectiontool(us20180106762a1)”；第二种是管道电磁超声检测装置，可参见“in-lineinspectiontoolforpipelineintegritytesting(us8479577b2)”；第三种是压电超声波内检测装置。压电超声波内检测装置主要用于长距离输送液体介质(主要是原油或成品油)的管道的检测，分超声波腐蚀内检测装置以及超声波裂纹内检测装置两种。

“石油管道超声波检测方法及检测用的机器人(申请号200510130338.x)”，公布了旋转探头的超声波探头的技术在管道内实时检测，但该方法由于选抓速度跟不上检测装置移动速度、因而需要在检测速度极慢的情况下才能实施，并且由于振动等原因，旋转探头跟管壁之间存在对中的问题、从而造成影响了超声波信号的幅度。“apparatusforpipelineinspectionandmethodofpipelineinspection(us20130025370a1)”，公布了把探头分成组及组合在一个方块型探头靴的方法。该方法在实施腐蚀检测时由于探头直入射，所以探头之间不构成影响。但在实时裂纹检测时，由于探头采用斜入射，如果探头还是聚集在如此小的空间、会造成探头间的声场相互干扰。同时，下游的超声检测装置在实施检测时，作业人员要向管道内分别发送超声波腐蚀内检测装置和超声波裂纹内检测装置，才能完成对管道的全方位检测，也就是要检测两次才能完成。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种新型长距离管道的压电超声波内检测探头组件，用于解决现有技术中长距离管道的压电超声波内检测所存在的问题。本实用新型集腐蚀检测与裂纹检测功能于一体，一次检测即可完成腐蚀与裂纹的检测。本实用新型所采用的技术方案如下：

一种长距离管道的压电超声波内检测探头组件，包括：若干根长条状的沿圆周方向均匀排列的探头架，探头架的一端通过万向节相连成一体，每根探头架上均匀排列着若干个探头组，所述的探头组由两个腐蚀检测探头及两个裂纹检测探头组成，探头组在探头架长度方向上前后依次等距离排列，探头组的入射面面向管道内壁；每根探头架的长度方向相对于管道轴线方向有一定的倾斜角。

优选地，相邻探头组所覆盖的圆周区域有一定程度的重叠。

优选地，检测探头组件中探头架和探头组的数量，具体根据管道直径大小的不同来确定。所述的探头架由柔性材料制成，并具有一定的弹性。

优选地，每个探头组中的两个裂纹检测探头沿管壁法线方向对称排列，并分别发射超声波到管壁上的同一个点上。

优选地，在探头架的平面上开孔，将探头组塞到探头架上的孔中进行固定。

本实用新型的有益效果：

1)检测探头组件由沿圆周方向均匀排列的探头架组成，探头架上等距离分布着由腐蚀检测探头和裂纹检测探头组成的探头组，因此检测装置同时具备了腐蚀检测与裂纹检测能力，一次检测即可完成对管道腐蚀与裂纹的检测，大大提高了检测效率。

2)本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

附图说明

图1为本实用新型的检测探头组件立体示意图；

图2为本实用新型的单根探头架相对管道轴线斜向布置的示意图；

图3为本实用新型的由壁厚腐蚀检测探头与裂纹检测探头组成的一个探头组的示意图；

图4为本实用新型的裂纹检测探头两两相对排列的示意图。

图中，1－探头架，2－探头组，3－裂纹检测探头，4－腐蚀检测探头。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

下面结合附图，具体说明本实用新型的实施方式。一种长距离管道的压电超声波内检测探头组件，包括：若干根长条状的沿圆周方向均匀排列的探头架1，若干根探头架1在一端通过万向节相连成一体，每根探头架1上均匀排列着若干个由两个腐蚀检测探头4及两个裂纹检测探头3组成的探头组2，探头组2在探头架1长度方向上前后依次等距离排列，探头组2的入射面面向管道内壁。每根探头架1的长度方向相对于管道轴线方向有一定的倾斜角，从而保证所有探头组2相对管道均处于不同的圆周位置上，所有探头组2组合在一起构成对管壁的检测全覆盖。

如图1所示，为本实用新型的探头架沿圆周方向均匀分布的检测探头组件立体示意图，如图2所示，为本实用新型的单根探头架相对管道轴线斜向布置的示意图。检测探头组件中探头架1和探头组2的数量，具体根据管道直径大小的不同来确定，以能够实现管道内全覆盖为标准。相邻探头组2所覆盖的圆周区域有一定程度的重叠、用以保证缺陷检出率。如图3所示，为本实用新型的由壁厚腐蚀检测探头与裂纹检测探头组成的一个探头组2的示意图。

每根探头架1由柔性材料制成，并具有一定的弹性，从而使每根探头架1可以紧贴管道内壁并在管道弯头部位实现探头组件自动弯曲。该柔性探头架1可确保探头组2与管道内壁保持相对稳定的提离距离和入射角，从而入射超声波到管道内壁上。

腐蚀检测探头4与裂纹检测探头3分别与检测装置电子舱中的腐蚀检测模块和裂纹检测模块相连，从而使该检测装置同时具备了腐蚀检测能力与裂纹检测能力，检测装置只需通过一次即可完成管道腐蚀检测与裂纹检测；

每个探头组2中的两个裂纹检测探头3沿管壁法线方向对称排列，并分别发射超声波到管壁上的同一个点上。

本实施例中，在探头架1的平面上开孔，将探头组2塞到探头架1上的孔中进行固定。

在具体的检测时，将本实用新型的检测探头组件与电子舱及电池舱相连构成一套完整的压电超声波内检测装置，其包括：

电子舱、电池舱、以及探头组件，探头组件由多个探头架1组合而成，多个探头架1之间采用万向节相连组成检测探头组件。

电子舱内设有腐蚀检测模块及裂纹检测模块、数据记录与存储模块，腐蚀检测模块及裂纹检测模块分别与所述腐蚀检测和裂纹检测探头相连，所述腐蚀检测模块及裂纹检测模块驱动腐蚀检测探头和裂纹检测探头发出波束直接入射至管道的管壁上，对管壁进行圆周方向上的全覆盖检测。

在检测过程中检测装置在管道内在介质的推动下而移动。在检测装置行进的过程中，检测装置上的编码器每隔一定的行走距离固定地发脉冲给电子舱，电子舱每接收一次编码器信号即检测一次，每检测一次检测探头组件上所有的检测探头都要发射超声波脉冲进行检测、并把检测结果存到存储模块中。

本实用新型采用沿圆周方向均匀排列的探头架，且每个探头架上等距离分布压电超声波检测探头组，每个探头组由两个腐蚀检测探头和两个裂纹检测探头组成。每个探头组覆盖一定的圆周区域，所有探头组一起构成了对管道圆周方向的全覆盖检测。由于检测装置沿管道轴线方向前进，在前进的过程中探头组完成了对所经过管道的全覆盖检测。

本实施例中，本实用新型的检测探头组件与电子舱、电池舱、腐蚀检测模块及裂纹检测模块、数据记录与存储模块的具体连接方式与数据交互方式，以及检测结果的存储和处理方式，均是本领域公知的现有技术，按照常规技术手段即可实现本实用新型，在此不再详细描述。

由于检测装置在行进的过程中，随着检测装置的振动探头与管道内表面之间的距离、也就是提离距离会发生改变。提离距离改变后，反射回波的到达时间也就会发生改变。因此数据处理单元设置的检测窗闸门也要相应地做出改变。对腐蚀检测探头由于探头直入射到管壁上会收到稳定的界面波，根据界面波的到达时间相应设置检测窗闸门。另外，由于裂纹检测探头由于斜入射超声波到管壁上，从管壁反射回来的界面波属于漫反射，幅度与形状都不稳定，不利于作为管壁与裂纹检测探头之间的提离距离的判定依据。因而，本实用新型采用了两个裂纹检测探头相对入射的方法。每个探头会收到从对方发射过来的界面反射波，这个反射波的幅值及形状皆稳定，解决了跟踪检测闸门的处理问题，大大提高了裂纹检测的稳定性。如图4所示，为本实用新型的裂纹检测探头两两相对排列的示意图。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。