本发明专利技术提供了一种管道缺陷与管内流体流量同步测量装置及方法，信号发生器用于产生激励信号；激励换能器用于在激励信号的激励下在被测试管道中产生电磁超声信号，以及接收电磁超声信号的反射信号；接收换能器用于接收在被测试管道中传播后的电磁超声信号；ADC数字采集系统用于接收激励换能器发送的反射信号和接收换能器发送的电磁超声信号，并基于接收到的信号计算被测试管道的流体流量以及被测试管道的管道缺陷位置。本发明专利技术能够实现管道缺陷和管道流体流量的同步测量，安装简便，测量精度高且检测效率高。度高且检测效率高。度高且检测效率高。
【技术实现步骤摘要】
管道缺陷与管内流体流量同步测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及测试计量及无损检测
，尤其是涉及一种管道缺陷与管内流体流量同步测量装置及方法。
技术介绍
[0002]管道是现代社会经济发展的大动脉，石油、天然气、化工原料等等大多采用管道的方式进行运输。管道运输在各行各业中发挥着重要的作用，管道的质量检测是保障运输安全的必要手段，因此，管道的无损检测技术一直是研究的热点，同时管道内部流体流量的计量与检测工作也是管道检测中必不可少的。
[0003]目前，在线、长距离和非接触式的管道检测的方法主要为剩磁检测、涡流检测和超声检测，其中，剩磁检测方法和涡流检测方法均需要将检测装置在管道内部或外部移动实现长距离的检测，例如较为成熟的管道猪；而超声检测方法可以利用导波传输模式进行非移动式的长距离检测。管道内流体流量的检测是一个很常见的领域，常用的非接触式方法有电磁流量计和超声波流量计等，利用超声上下游时间差或多普勒效应来实现流量的测量，但是以上方式大多采用压电材料实现超声的激发，具有超声在流体中渡越体积小、安装位置特殊和与流体相接触等问题。
[0004]超声检测由于其检测精度高、成本低、响应快、安装方便、非接触等优点，在管道流量和缺陷测量中发展较为迅速。超声导波作为超声激励模式的一种，由于可以在波导结构中进行远距离传播，适合对管道缺陷进行检查。压电超声在应用中需使用耦合剂将能量耦合进被检测材料中，而高低温环境会造成耦合剂的失效，从而限制了该方法的使用场景。
[0005]综上，目前缺乏能够同步进行管道缺陷检测和流量测量的检测方法和手段，并且管道缺陷检测流量测量存都在大小管径和极端环境情况下无法安装检测装置与检测失效的情况。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种管道缺陷与管内流体流量同步测量装置及方法，能够实现管道缺陷和管道流体流量的同步测量，安装简便，测量精度高且检测效率高。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供了一种管道缺陷与管内流体流量同步测量装置，包括：信号发生器、激励换能器、接收换能器和ADC数字采集系统；其中，激励换能器和接收换能器设置于被测试管道上；信号发生器用于产生激励信号；激励换能器用于在激励信号的激励下在被测试管道中产生电磁超声信号，以及接收电磁超声信号的反射信号；接收换能器用于接收在被测试管道中传播后的电磁超声信号；ADC数字采集系统用于接收激励换能器发送的反射信号和接收换能器发送的电磁超声信号，并基于接收到的信号计算被测试管道的流体流量以及被测试管道的管道缺陷位置。
[0009]在一种实施方式中，ADC数字采集系统用于根据激励换能器产生电磁超声信号的第一时间与激励换能器接收到反射信号的第二时间之间的时间间隔，以及被测试管道的管壁中电磁超声信号的群速度计算被测试管道的管道缺陷位置；ADC数字采集系统还用于根据接收换能器接收到电磁超声信号的时间信息计算被测试管道中流体的流速，并基于流速和被测试管道的管径信息计算被测试管道的流体流量。
[0010]在一种实施方式中，该装置还包括：大功率脉冲信号放大模块、双工器和阻抗匹配模块；大功率脉冲信号放大模块用于对激励信号进行放大；双工器用于将放大后的激励信号经阻抗匹配模块输入到激励换能器。
[0011]在一种实施方式中，该装置还包括：功率限制模块、程控增益运算放大模块和可变滤波器；功率限制模块用于将激励换能器发送的反射信号和接收换能器发送的电磁超声信号进行幅值限制；程控增益运算放大模块用于将过滤后的反射信号和电磁超声信号进行放大；可变滤波器用于对放大后的反射信号和电磁超声信号进行滤波处理，并将滤波后的反射信号和电磁超声信号发送至ADC数字采集系统。
[0012]在一种实施方式中，激励换能器将接收到的反射信号依次通过阻抗匹配模块和双工器发送至功率限制模块；接收换能器将接收到的电磁超声信号依次通过阻抗匹配模块和双工器发送至功率限制模块。
[0013]第二方面，本专利技术实施例提供了一种管道缺陷与管内流体流量同步测量方法，该方法应用于第一方面提供的任一项的管道缺陷与管内流体流量同步测量装置，包括：通过信号发生器产生激励信号；基于激励信号，通过激励换能器在被测试管道中产生电磁超声信号；通过激励换能器接收电磁超声信号的反射信号，以及通过接收换能器接收在被测试管道中传播后的电磁超声信号；通过ADC数字采集系统接收激励换能器发送的反射信号和接收换能器发送的电磁超声信号，并基于接收到的信号计算被测试管道的流体流量以及被测试管道的管道缺陷位置。
[0014]在一种实施方式中，基于接收到的信号计算被测试管道的流体流量以及被测试管道的管道缺陷位置，包括：根据激励换能器产生电磁超声信号的第一时间与激励换能器接收到反射信号的第二时间之间的时间间隔，以及被测试管道的管壁中电磁超声信号的群速度计算被测试管道的管道缺陷位置；根据接收换能器接收到电磁超声信号的时间信息计算被测试管道中流体的流速，并基于流速和被测试管道的管径信息计算被测试管道的流体流量。
[0015]在一种实施方式中，通过信号发生器产生激励信号之后，该方法还包括：通过大功率脉冲信号放大模块对激励信号进行放大；通过双工器将放大后的激励信号经阻抗匹配模块输入到激励换能器。
[0016]在一种实施方式中，通过信号发生器产生激励信号之前，该方法还包括：基于被测试管道的材料属性和管径信息确定波模态，并基于波模态确定激励换能器和接收换能器；基于激励换能器的线圈的阻抗特性和大功率脉冲信号放大模块的输出阻抗信息确定阻抗匹配模块；基于波模态确定激励信号的频率。
[0017]在一种实施方式中，通过ADC数字采集系统接收激励换能器发送的反射信号和接收换能器发送的电磁超声信号，包括：通过激励换能器将接收到的反射信号依次通过阻抗匹配模块和双工器发送至功率限制模块，以及通过接收换能器将接收到的电磁超声信号依
次通过阻抗匹配模块和双工器发送至功率限制模块；通过功率限制模块将激励换能器发送的反射信号和接收换能器发送的电磁超声信号进行幅值限制；通过程控增益运算放大模块将过滤后的反射信号和电磁超声信号进行放大；通过可变滤波器对放大后的反射信号和电磁超声信号进行滤波处理，并将滤波后的反射信号和电磁超声信号发送至ADC数字采集系统。
[0018]本专利技术实施例带来了以下有益效果：
[0019]本专利技术实施例提供的上述管道缺陷与管内流体流量同步测量装置及方法，包括：信号发生器、激励换能器、接收换能器和ADC数字采集系统；其中，激励换能器和接收换能器设置于被测试管道上；信号发生器用于产生激励信号；激励换能器用于在激励信号的激励下在被测试管道中产生电磁超声信号，以及接收电磁超声信号的反射信号；接收换能器用于接收在被测试管道中传播后的电磁超声信号；ADC数字采集系统用于接收激励换能器发送的反射信号和接收换能器发送的电磁超声信号，并基于接收到的信号计算被测试管道的流体流量以及被测试管道的管道本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种管道缺陷与管内流体流量同步测量装置，其特征在于，包括：信号发生器、激励换能器、接收换能器和ADC数字采集系统；其中，所述激励换能器和所述接收换能器设置于被测试管道上；所述信号发生器用于产生激励信号；所述激励换能器用于在所述激励信号的激励下在所述被测试管道中产生电磁超声信号，以及接收所述电磁超声信号的反射信号；所述接收换能器用于接收在所述被测试管道中传播后的电磁超声信号；所述ADC数字采集系统用于接收所述激励换能器发送的反射信号和所述接收换能器发送的电磁超声信号，并基于接收到的信号计算所述被测试管道的流体流量以及所述被测试管道的管道缺陷位置。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述ADC数字采集系统用于根据所述激励换能器产生电磁超声信号的第一时间与所述激励换能器接收到反射信号的第二时间之间的时间间隔，以及所述被测试管道的管壁中电磁超声信号的群速度计算所述被测试管道的管道缺陷位置；所述ADC数字采集系统还用于根据所述接收换能器接收到电磁超声信号的时间信息计算所述被测试管道中流体的流速，并基于所述流速和所述被测试管道的管径信息计算所述被测试管道的流体流量。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：大功率脉冲信号放大模块、双工器和阻抗匹配模块；所述大功率脉冲信号放大模块用于对所述激励信号进行放大；所述双工器用于将放大后的所述激励信号经所述阻抗匹配模块输入到所述激励换能器。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：功率限制模块、程控增益运算放大模块和可变滤波器；所述功率限制模块用于将所述激励换能器发送的反射信号和所述接收换能器发送的电磁超声信号进行幅值限制；所述程控增益运算放大模块用于将过滤后的反射信号和电磁超声信号进行放大；所述可变滤波器用于对放大后的反射信号和电磁超声信号进行滤波处理，并将滤波后的反射信号和电磁超声信号发送至所述ADC数字采集系统。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述激励换能器将接收到的反射信号依次通过所述阻抗匹配模块和所述双工器发送至所述功率限制模块；所述接收换能器将接收到的电磁超声信号依次通过所述阻抗匹配模块和所述双工器发送至所述功率限制模块。6.一种管道缺陷与管内流体流量同步测量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至5任一项所述的管道缺陷与管内流体流量同步测量装置，包括：通过信号发生器产生激...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢跃东，刘福禄，黄晓菲，饶静，徐立军，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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