一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置及其方法。本发明专利技术采用板条状的波导结构作为降温隔热的热缓冲结构，同时基于波导结构中的非频散的水平剪切导波信号传递，实现对待测高温管道的压电超声远距离在线实时监测，能够监测温度达到1000℃的管道；并且波导结构和待测高温管道是通过压力干耦合接触，具有良好的传声效果，解决了高温下液体耦合剂失效的问题；同时本发明专利技术采用d24模式的压电陶瓷晶片更轻质和廉价，功耗低，效率高，表面粘接固定相比厚度耦合方式也更方便和牢靠；本发明专利技术能够在高温管道试运行时就永久地安装在上面，长期持续获得高温管道安全状态，不仅能够增加检测频率，也减少了探头每次再耦合而产生的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置及其方法
本专利技术涉及超声无损检测
，具体涉及一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置及其方法。
技术介绍
管道壁厚测量是管道腐蚀监测的一种重要手段，可以及时发现管道的安全隐患，合理指导检修和更换，尤其对于极端条件下的高温管道，像石油化工、煤化工、核电等能源工业中，其腐蚀速率和安全隐患更大，对其壁厚进行在线监测具有极大的科学意义和市场价值。传统的工业测厚方法有漏磁法、涡流法、射线法、超声法，其中以超声法应用最多，它的测量原理是根据超声信号在待测试件上下表面回波信号的时间差乘以被测结构中超声波的传播速度来确定厚度值。相比其他方法，超声法具有结构简单，测量精度高，量程范围宽的特点。然而，一般的压电超声探头通常只能在其居里温度一半以下(<150℃)长期正常工作，对于高温环境下的管道，常规的压电换能器都面临退极化失效的问题，尽管目前也有很多关于耐高温超声换能器的研究，但技术上还是不够成熟，仍处在实验室探索阶段，价格成本非常高昂，且工作接触时间不能太长(一般几秒量级)，无法长期持续测量。并且高温下，常规的液体超声耦合剂也会挥发，导致传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置，其特征在于，所述高温管道壁厚在线监测装置包括：波导结构、发射压电换能器、接收压电换能器、波导连接件、声吸收结构、示波器和脉冲超声信号源；其中，所述波导结构包括连接为一体的声吸收端、过渡段和降温隔热波导，降温隔热波导为板条状，长度为l0，宽度为w0，降温隔热波导的顶端通过过渡段连接声吸收端，过渡段为一段弧形折弯波导，声吸收端、过渡段和降温隔热波导的横截面一致，顺次连接为一个整体；在降温隔热波导的顶端分别粘贴发射压电换能器和接收压电换能器，二者之间有距离，接收压电换能器位于发射压电换能器之下；在吸收端设置声吸收结构；所述降温隔热波导的末端通过波导连接...

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置，其特征在于，所述高温管道壁厚在线监测装置包括：波导结构、发射压电换能器、接收压电换能器、波导连接件、声吸收结构、示波器和脉冲超声信号源；其中，所述波导结构包括连接为一体的声吸收端、过渡段和降温隔热波导，降温隔热波导为板条状，长度为l0，宽度为w0，降温隔热波导的顶端通过过渡段连接声吸收端，过渡段为一段弧形折弯波导，声吸收端、过渡段和降温隔热波导的横截面一致，顺次连接为一个整体；在降温隔热波导的顶端分别粘贴发射压电换能器和接收压电换能器，二者之间有距离，接收压电换能器位于发射压电换能器之下；在吸收端设置声吸收结构；所述降温隔热波导的末端通过波导连接件与待测高温管道的接触界面干耦合压力接触，降温隔热波导的宽度方向平行于待测高温管道的轴向，降温隔热波导的长度方向垂直于接触界面；所述降温隔热波导的长度l0由待测高温管道的温度决定，使得待测高温管道的高温经由降温隔热波导缓冲，温度降低至不破坏发射压电换能器和接收压电换能器的性能；发射压电换能器包括两个面内剪切d24模式的第一压电陶瓷晶片，第一压电陶瓷晶片的形状为l1×w1×d1的第一长方体，第一长方体的厚度为d1，长度为l1，宽度为w1，l1＞w1＞d1，极化方向沿着长度方向，两个l1×d1面为电极面，分别在电极面制备电极，两个第一压电陶瓷晶片的极化方向一致，通过电极面粘接在一起并列排布，形成的水平形状为l1×2w1，发射压电换能器的l1×2w1面粘接在降温隔热波导的顶端表面上，第一压电陶瓷晶片的极化方向平行于降温隔热波导的宽度方向，粘接在一起的电极面作为公共电极面连接至脉冲超声信号源的一个电极，两端的电极面分别连接至脉冲超声信号源的另一个电极；接收压电换能器为一个面内剪切d24模式的第二压电陶瓷晶片，第二压电陶瓷晶片的形状为l2×w2×d2的第二长方体，第二长方体的厚度为d2，长度为l2，宽度为w2，l2＞w2＞d2，极化方向沿着长度方向，两个l2×d2面为电极面，在两个电极面分别制备电极，接收压电换能器的l2×w2面粘接在降温隔热波导的顶端的表面上，第二压电陶瓷晶片的极化方向平行于降温隔热波导的宽度方向，两个电极面分别连接至示波器的两个电极；所述接收压电换能器和发射压电换能器的中心位于降温隔热波导的中心线上，并且接收压电换能器的长度l2小于发射压电换能器的长度l1，降温隔热波导的宽度w0大于接收发射压电换能器的长度l1；脉冲超声信号源发出脉冲激励信号至发射压电换能器，发射压电换能器由并列排布两个第一压电陶瓷晶片构成，在降温隔热波导的顶端激励出非频散的水平剪切导波，单指向性沿着降温隔热波导传播，通过波导结构与待测高温管道的接触界面透射进入待测高温管道，在待测高温管道的另一侧内表面再反射回来，又经接触界面透射回到波导结构中，沿着降温隔热波导传播由接收换能器接收，接收压电换能器的长度小于发射压电换能器的长度，只接收位于中心区域的能量均匀的信号，传输至示波器，根据待测高温管道中相邻两次反射回波的时间差就能推导出待测高温管道的厚度；同时，波导结构的声吸收结构吸收掉多余的相反方向的波信号。2.如权利要求1所述的高温管道壁厚在线监测装置，其特征在于，所述发射压电换能器与接收压电换能器之间的距离为40～60mm。3.如权利要求1所述的高温管道壁厚在线监测装置，其特征在于，所述波导结构采用导热系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李法新，王刚，谢明宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11