一种水下带包覆层钢管超声外检测装置的制作方法

本发明属于超声检测领域，具体涉及一种水下带包覆层钢管超声外检测装置。

背景技术：

1、目前海底管道检测方法有内检测方法和外检测方法。内检测方法是指检测设备在管道内部随管道输送介质运行对海底管道进行检测的一类方法，可以很好的检测管道变形和腐蚀等损伤以及路由情况，但需要设备能够在管道内部安全通过，对于部分变形或者内径、工况无法适应内检测设备安全通行的部分管道无法检测。管道外检测是指在海底管道外部进行检测的一类检测方法。与陆地管道不同，为加强保护，海底管道有很大部分是双层管道，即内层管道内部输送介质，外层管道套在内层管道外部对内层管道进行保护。内检测方法检测设备只能在内层管道内运行，常规漏磁、超声内检测手段无法穿透内管对外层管道进行检测。

2、现有的海底管道外检测设备和技术主要有：oceaneering公司的magna水下检测装置，利用emat(electromagnetic acoustic transducer，电磁超声换能器)技术，实现管道外部检测；tracerco公司的discovery海底管道检测装置，是世界上首套海底管道放射性扫描装置，可实现双层保温管的内外壁厚的同时检测；impresub公司的subsea pec系列探测系统，采用脉冲涡流检测技术进行检测，由于脉冲涡流具有很强的穿透能力，可以解决常规涡流检测不能兼顾检测的灵敏度和检测深度的问题；tsc公司的magcrawler深水检测系统，利用交流电磁场测量法(alternating current field measurement，acfm)，检测水下管道周向环焊缝。目前未有海底管道超声外检测相关的设备和技术。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种水下带包覆层钢管超声外检测装置，用于解决水下尤其是海底管道的pe包覆层破损、钢管壁厚以及管壁内的裂纹情况的检测问题。

2、本发明公开了一种水下带包覆层钢管超声外检测装置，采用超声检测阵列进行外超声检测；所述超声检测阵列包括第一超声探头组和第二超声探头组；

3、所述第一超声探头组包括至少一排直探头；每排直探头位于被测钢管圆周外侧，沿垂直于管壁的方向安装，每排中的直探头沿钢管的部分圆周等间隔放置；

4、所述第二超声探头组包括至少一排斜探头；每排斜探头位于被测钢管圆周外侧，以与管壁呈设定角度方向安装，每排中的斜探头沿钢管的部分圆周等间隔放置。

5、进一步地，所述斜探头的倾斜方向使斜探头的超声波发射方向远离直探头位置，倾斜的角度使斜探头发射的超声波在外包覆层内为纵波，到钢管壁内转为横波。

6、进一步地，在外包覆层为pe层时，所述斜探头的倾斜角度为与管道中心轴方向呈70±5度；在钢管壁内的横波角度为45±5度。

7、进一步地，所述直探头和斜探头距离钢管的外包覆层的外壁的提离距离相同；相邻的两排直探头或两排直探头均采用交错排列的排列方式；相邻的直探头与斜探头的中心距离不低于40mm。

8、进一步地，所述提离距离满足：使水/外包覆层界面的二次反射回波与钢管内壁/空气界面的一次反射回波的距离满足距离门限值。

9、进一步地，相邻的两排直探头的水平重叠距离dmax小于检测装置一次采样的最大前进距离。

10、进一步地，水平重叠距离其中，r为声束半径，r为探头的封装半径，r/2<r<r。

11、进一步地，所述超声外检测装置包括运行平台和检测臂；所述运行平台与检测臂固定连接，使检测臂呈弧形包覆在钢管的外侧；

12、超声检测阵列安装在检测臂上，使第一超声探头组每排的直探头沿钢管圆周等间隔放置，距离钢管外壁的提离距离相同，使第二超声探头组每排的斜探头沿钢管圆周等间隔放置距离钢管外壁的提离距离相同，倾斜角度固定；

13、所述运行平台置于钢管上，沿钢管延伸方向移动，在移动过程中，通过超声检测阵列对经过的钢管位置进行检测。

14、进一步地，所述运行平台包括安装框架、电机、驱动轮、里程轮、里程传感器和电子箱；

15、所述安装框架用于安装电机、驱动轮、里程轮和里程传感器，搭载电子箱；

16、所述电子箱内部安装平台运行控制电路、姿态传感器、超声检测阵列控制单元和主控单元；

17、平台运行控制电路与姿态传感器电连接，并通过密封连接器与电机和里程传感器电连接；所述电机带动驱动轮转动，使运行平台运动；里程轮跟随运行平台运动而转动，并通过里程传感器将里程采集信息经运行控制电路反馈回主控单元；所述主控单元与平台运行控制电路电连接，实现对运行平台的运动和姿态调整；

18、所述超声检测阵列控制单元与超声检测阵列和主控单元分别电连接；在主控单元的控制下，所述超声检测阵列控制单元控制超声检测阵列实现超声波信号的发射和接收；

19、所述主控单元，用于超声检测的运行控制、数据的采集存储，与运动平台接口实现运动的控制和里程姿态定位信息的采集，并与外部数据读取和控制设备接口实现数据的读取和设备的工作状态控制。

20、进一步地，所述超声检测阵列控制单元包括收发模块和切换模块；所述收发模块经切换模块连接超声检测阵列；

21、其中，收发模块中包括m个独立超声发射和接收通道；实现m路的超声波发射控制、超声检测回波射频数据采集以及回波射频数据的传输；

22、所述切换模块，用于将每个独立的超声发射接收通道切换到n个探头，m个独立超声发射和接收通道总共可以连接m*n个探头，m*n为所有直探头和斜探头个数的总和。

23、直探头和斜探头总排数以及每排直探头或斜探头个数根据需要设置，优选地，直探头和斜探头总排数为m，每排直探头或斜探头个数均为n。

24、本发明至少可实现以下有益效果：

25、本发明的水下带包覆层钢管超声外检测装置，可为水下尤其是海底管道的pe包覆层破损、钢管壁厚以及管壁内的裂纹情况的提供超声外检测途径，相对于电磁超声、射线、脉冲涡流、交流电磁场测量法等技术，本方案对环境友好、检测结果可精确量化并实现定位。

技术特征：

1.一种水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，采用超声检测阵列进行外超声检测；所述超声检测阵列包括第一超声探头组和第二超声探头组；

2.根据权利要求1所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，所述直探头和斜探头距离钢管的外包覆层的外壁的提离距离相同；相邻的两排直探头或两排直探头均采用交错排列的排列方式；相邻的直探头与斜探头的中心距离不低于40mm。

5.根据权利要求4所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，所述提离距离满足：使水/外包覆层界面的二次反射回波与钢管内壁/空气界面的一次反射回波的距离满足距离门限值。

6.根据权利要求4所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，相邻的两排直探头的水平重叠距离dmax小于检测装置一次采样的最大前进距离。

7.根据权利要求6所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，水平重叠距离其中，r为声束半径，r为探头的封装半径，r/2<r<r。

8.根据权利要求1-7任一项所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，所述超声外检测装置包括运行平台和检测臂；所述运行平台与检测臂固定连接，使检测臂呈弧形包覆在钢管的外侧；

9.根据权利要求8所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的水下带包覆层钢管超声外检测装置，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种水下带包覆层钢管超声外检测装置，采用超声检测阵列进行外超声检测；所述超声检测阵列包括第一超声探头组和第二超声探头组；所述第一超声探头组包括至少一排直探头；每排直探头位于被测钢管圆周外侧，沿垂直于管壁的方向安装，每排中的直探头沿钢管的部分圆周等间隔放置；所述第二超声探头组包括至少一排斜探头；每排斜探头位于被测钢管圆周外侧，以与管壁呈设定角度方向安装，每排中的斜探头沿钢管的部分圆周等间隔放置。本发明可为水下尤其是海底管道的PE包覆层破损、钢管壁厚以及管壁内的裂纹情况的提供超声外检测途径，对环境友好、检测结果可精确量化并实现定位。

技术研发人员：熊鑫,郑莉,李志华,张广宇,李晓燕,乞征,贾文彬,牛延,刘洋,柴泽
受保护的技术使用者：北京华航无线电测量研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15