一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，由探头骨架、缠绕在探头骨架上的多个轴向周期分布的螺线管电磁铁组和收发一体电涡流线圈、屏蔽导线和表面保护层组成；探头整体呈圆柱形结构，检测时可直接插入被检测管道一端内部激发和接收沿管道轴向传播的纵向超声导波；本发明专利技术通过采用多个轴向周期分布的螺线管电磁铁和螺线管电涡流线圈，相邻两螺线管线圈绕制方向相反，螺线管和螺线管电涡流线圈在矩形脉冲电流作用下分别在被测管壁形成周向均匀、轴向周期分布的径向偏置磁场和周向电涡流，基于洛伦兹力原理实现沿被测管道轴向传播的纵向导波的激发和接收。本发明专利技术可用于非铁磁性小直径管道长距离、非接触和无需要耦合剂导波检测。
【技术实现步骤摘要】
内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头及无损检测方法
本专利技术涉及超声导波检测，具体涉及一种无需永磁铁的内插式全线圈结构电磁超声导波探头及无损检测方法，可用于金属管道的长距离、非接触和无需耦合剂纵向模态导波检测。
技术介绍
管道被大量应用于各重要工业领域，在一些特殊环境中，常伴随着高温、高压、磨损等恶劣的工况，长期运行过程中，管壁容易产生腐蚀和裂纹等各类缺陷，这些缺陷将会引起管道开裂、管内物质泄漏等重大事故发生，因此管道的无损检测为确保其安全运行，防止事故的发生，具有十分重要的意义。超声导波检测技术作为近几年新兴的无损检测技术，不但具有设备简单、携带方便和检测精度高，还具有单点激励即可实现长距离检测的特点，检测速度快。相对于压电式和磁致伸缩式超声导波探头，电磁超声探头可提供一种非接触、无需液体耦合的超声导波检测方法，检测时对被测管道表面要求低，无需特殊表面处理。但目前电磁超声导波探头主要采用永磁铁提供偏置磁场，探头结构较复杂、体积较大。检测时主要采用外包式结构，即探头沿管道外壁一周布置，且由于永磁铁磁场强度受限，在曲面管道结构上产生的磁场分布不均，造成探头转换效率和信噪比较低。同时，在实际工业环境中存在管道外壁存在包覆层或其他遮挡物，造成管道外壁探头不可达。为解决上述问题，本专利技术提出一种针对非铁磁性小直径金属管的无需永磁铁的内插式全线圈结构电磁超声纵向模态导波探头。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种结构简单紧凑、换能效率高和操作方便的非铁磁性管道内插式全线圈结构电磁超声纵向模态导波探头，用于对非铁磁性小直径金属管道管壁缺陷进行长距离、非接触和无需耦剂的快速无损检测。为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，由探头骨架1、轴向周期分布的螺线管电磁铁组2、收发一体螺线管电涡流线圈3、电磁铁屏蔽导线4和电涡流线圈屏蔽导线5以及保护层6组成；螺线管电磁铁组2和收发一体螺线管电涡流线圈3均缠绕在探头骨架1上，呈多段周期分布，螺线管电磁铁组2与电磁铁屏蔽导线4相连接，收发一体螺线管电涡流线圈3与电涡流线圈屏蔽导线5相连接，螺线管屏蔽导线4和电涡流线圈屏蔽导线5固定在探头骨架1一端，保护层6包覆在探头外侧一周；所述探头整体呈圆柱状结构，检测时能直接插入被检测管道9一端内部，激发和接收沿被检测管道9轴向传播的纵向模态超声导波10，实现被检测管道的长距离、非接触和无需耦合剂导波检测。所述螺线管电磁铁组2呈多段周期分布，且相邻两段螺线管电磁铁线圈绕制方向相反，形成相同磁极面对面布置，将螺线管电磁铁组2产生的轴向磁场7转化为周向均匀分布的径向磁场8。所述收发一体螺线管电涡流线圈3呈多段周期分布，布置在螺线管电磁铁组2各分段之间，各分段线圈绕制方向相同，但由于相邻两段所处下方区域径向磁场8方向相反，从而在其下方管壁区域产生方向相反的电磁力，进而在被检测管道9中激发和接收沿管道轴向传播的纵向模态超声导波10。所述收发一体螺线管电涡流线圈3的分布周期为所激发纵向超声导波波长的二分之一。所述的一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头的无损检测方法，所述内插式全线圈结构电磁超声导波探头插入被检测管道9，通过激励电涡流线圈屏蔽导线5的输入端口对收发一体螺线管电涡流线圈3通入高频交变电流，从而使得被检测管道9中产生涡流；通过电磁铁屏蔽导线4的输出端口对螺线管电磁铁组2通入矩形长脉冲电流，从而在被检测管道9中产生垂直于涡流的长脉冲偏置磁场，在偏置磁场和涡流的联合作用下在被检测管道9中产生方向平行于管道轴向的洛伦兹力，当收发一体螺线管电涡流线圈3分布周期为纵向超声导波波长的一半时，以该洛伦兹力作为激振力会在被检测管道9中激发超声导波，超声导波在被检测管道9中传播时在遇到缺陷或端面时会产生回波，通过对缺陷回波的检出便得到缺陷的位置及大小信息；在接受回波时，洛伦兹力和脉冲磁场共同在被检测管道9中产生涡流；从而在收发一体螺线管电涡流线圈3中产生电压，通过电涡流线圈屏蔽导线5的输出端口得到检出电压。和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：本专利技术的一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头为全线圈结构，无需永磁铁，结构简单紧凑、易于设计、加工和小型化，制造成本低。借助电磁耦合方式，可以实现对非铁磁性小直径金属管内插式、非接触和无需液体耦合的超声导波检测。此外，探头中采用电磁铁取代传统永磁铁，能产生更强的磁场，使探头具有更高的能量转换效率和更强的信噪比，可以大幅度提高导波的检测能力。附图说明图1为本专利技术的总体结构示意图。图2为本专利技术用于非铁磁性管道缺陷检测的工作示意图。图3为本专利技术中实验导波信号图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提出的一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，由探头骨架1、螺线管电磁铁组2、收发一体螺线管电涡流线圈3、带二芯插头的电磁铁屏蔽导线4和电涡流线圈屏蔽导线5以及保护层6组成；螺线管电磁铁组2和收发一体螺线管电涡流线圈3均缠绕在探头骨架1上，呈多段周期分布；螺线管电磁铁组2与电磁铁屏蔽导线4相连接，收发一体螺线管电涡流线圈3与电涡流线圈屏蔽导线5相连接；电磁铁屏蔽导线4和电涡流线圈屏蔽导线5后固定在探头骨架1一端，保护层6包覆在探头外侧一周。本专利技术探头的检测原理为：本专利技术内插式全线圈结构电磁超声导波探头插入被检测管道9，通过激励电涡流线圈屏蔽导线5的输入端口对收发一体螺线管电涡流线圈3通入高频交变电流，从而使得被检测管道9中产生涡流；通过电磁铁屏蔽导线4的输出端口对螺线管电磁铁组2通入矩形长脉冲电流，从而在被检测管道9中产生垂直于涡流的长脉冲偏置磁场，在偏置磁场和涡流的联合作用下在被检测管道9中产生方向平行于管道轴向的洛伦兹力，当收发一体螺线管电涡流线圈3分布周期为纵向超声导波波长的一半时，以该洛伦兹力作为激振力会在被检测管道9中激发超声导波，超声导波在被检测管道9中传播时在遇到缺陷或端面时会产生回波，通过对缺陷回波的检出便得到缺陷的位置及大小信息；在接受回波时，洛伦兹力和脉冲磁场共同在被检测管道9中产生涡流。从而在收发一体螺线管电涡流线圈3中产生电压，通过电涡流线圈屏蔽导线5的输出端口可得到检出电压。实施例：下面结合图2、图3对本专利技术探头的应用作进一步的描述。本专利技术是提出一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，用于检测非铁磁性小直径金属管道的管壁缺陷。检测时首先直接将该内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头如图2所示插入在被检测管道9的一端，探头与被检测管道9管壁之间无需完全接触和液体耦合剂。内插式电磁超声纵向导波探头在被检测管道9管壁激发沿管道轴向传播的纵向模态导波，导波遇到管壁缺陷11发生反射，形成反射回波信号12，通过对图3探头接收到的反射回波信号12出现的时间和幅值大小进行分析，即可实现对缺陷的位置和大小评价。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，其特征在于：由探头骨架(1)、轴向周期分布的螺线管电磁铁组(2)、收发一体螺线管电涡流线圈(3)、电磁铁屏蔽导线(4)和电涡流线圈屏蔽导线(5)以及保护层(6)组成；螺线管电磁铁组(2)和收发一体螺线管电涡流线圈(3)均缠绕在探头骨架(1)上，呈多段周期分布，螺线管电磁铁组(2)与电磁铁屏蔽导线(4)相连接，收发一体螺线管电涡流线圈(3)与电涡流线圈屏蔽导线(5)相连接，电磁铁屏蔽导线(4)和电涡流线圈屏蔽导线(5)固定在探头骨架(1)一端，保护层(6)包覆在探头外侧一周；/n所述探头整体呈圆柱状结构，检测时能直接插入被检测管道(9)一端内部，激发和接收沿被检测管道(9)轴向传播的纵向模态超声导波(10)，实现被检测管道的长距离、非接触和无需耦合剂导波检测。/n
【技术特征摘要】
1.一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，其特征在于：由探头骨架(1)、轴向周期分布的螺线管电磁铁组(2)、收发一体螺线管电涡流线圈(3)、电磁铁屏蔽导线(4)和电涡流线圈屏蔽导线(5)以及保护层(6)组成；螺线管电磁铁组(2)和收发一体螺线管电涡流线圈(3)均缠绕在探头骨架(1)上，呈多段周期分布，螺线管电磁铁组(2)与电磁铁屏蔽导线(4)相连接，收发一体螺线管电涡流线圈(3)与电涡流线圈屏蔽导线(5)相连接，电磁铁屏蔽导线(4)和电涡流线圈屏蔽导线(5)固定在探头骨架(1)一端，保护层(6)包覆在探头外侧一周；
所述探头整体呈圆柱状结构，检测时能直接插入被检测管道(9)一端内部，激发和接收沿被检测管道(9)轴向传播的纵向模态超声导波(10)，实现被检测管道的长距离、非接触和无需耦合剂导波检测。
2.根据权利要求1所述的一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，其特征在于：所述螺线管电磁铁组(2)呈多段周期分布，且相邻两段螺线管电磁铁线圈绕制方向相反，形成相同磁极面对面布置，将螺线管电磁铁组(2)产生的轴向磁场(7)转化为周向均匀分布的径向磁场(8)。
3.根据权利要求1所述的一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，其特征在于：所述收发一体螺线管电涡流线圈(3)呈多段周期分布，布置在螺线管电磁铁组(2)各分段之间，各分段线圈绕制方向相同，但由于相邻两段所处下方区域径向...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴翠祥，韩捷，金煜，刘天浩，解晨曦，甘文军，陈振茂，
申请(专利权)人：西安交通大学，核动力运行研究所，中核武汉核电运行技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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