本发明专利技术公开了一种插入式可弯曲电磁超声导波探头，属于超声导波无损检测技术领域，基于电磁感应原理实现管道超声导波的非接触激发和接收，用于金属质弯曲管道的长距离缺陷检测。探头整体结构是由多个圆柱形检测单元通过柔性连接杆串联而成，主要由柔性连接杆、检测线圈、环形磁体和端部环形卡扣组成。进行检测作业时，将探头由管道端部开口处插入至检测线圈完全进入管道内部即可。本发明专利技术提供的插入式可弯曲电磁超声导波探头具有非接触、无需耦合剂、在管道内布置快速便捷、可穿过弯管段和具有较高的检测效率等优点。有较高的检测效率等优点。有较高的检测效率等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种插入式可弯曲电磁超声导波探头
[0001]本专利技术涉及一种插入式柔性电磁超声导波探头，可用于弯曲金属管道的长距离、大范围内的管道壁体积型缺陷检测，并可顺利通过管道弯曲段。
技术介绍
[0002]具有复杂管路走向的金属质长管道被广泛应用于能源工业中的生产和运输环节。这些管道主要承受高温高压和流体侵蚀等作用，经过长期服役后，其管壁易出现各类缺陷，进而危害管路和相关结构、设备的运行安全，需要从业人员定期、及时使用无损检测技术手段检出。由于此类管路的走向复杂，存在大量的弯曲段，且管道间排布密集，间隔空间狭小，常规的无损检测手段不具有良好的可达性，而目前超声导波检测技术则对此具有较好的适用性。超声导波检测技术是一种超声遥探技术，利用了超声导波可沿管道走向进行长距离传播的特征，在单个固定的位置布置探头即可实现对于大范围管道的全域检测。超声导波检测技术因具有检测效率高、范围大、适用性强等优点，已被广泛用于管道、大型容器壁和铁轨、钢索等条状结构的完整性检测。
[0003]目前对于管道的超声导波检测主要采用压电式探头，探头布置时需采用液态或固态耦合剂对工件表面进行良好耦合，通常使用前需要对工件表面进行清洁和打磨处理，安装时需要保证探头和工件表面的紧密接触，整体的安装步骤较为复杂。新兴的电磁超声探头基于电磁感应原理可实现对于金属结构的非接触无损检测，允许探头和时间表面存在提离距离，对试件表面要求低、无需耦合剂、安装布置方便。但传统电磁超声探头均采用整体刚性的设计，存在对于管道的几何适应性较差、在管道弯曲段难以安装布置等缺点，使其对于探头布置条件苛刻的复杂管路不具备检测可行性。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的在于提供一种具有非接触、布置便捷、检测可达性好、检测距离长、具有对弯管段的通过能力等特点的用于管道长距离检测的插入式可弯曲电磁超声导波探头。使用时探头插入管道端部开口处，并可顺利通过管道弯曲段，可实现对于金属管道的长距离超声导波检测。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种插入式可弯曲电磁超声导波探头，包括通过柔性连接杆串联在一起的多个圆柱形检测单元，其中圆柱形检测单元由检测线圈、环形磁体组和端部卡扣同轴拼接组成；检测线圈沿环向绕制于环形磁体组外周，环形磁体组两侧由端部环形卡扣约束并固定在柔性连接杆上。
[0007]本专利技术进一步的改进在于，在检测线圈内通入超声导波激发频率范围的脉冲电流，基于电磁感应原理，在金属管道壁内产生环向的交变电涡流；在环形磁体组提供的偏置磁场作用下，环向交变电涡流受到洛伦兹力作用，进而直接在金属管道近表面激发超声导波；超声导波回波引起的振动在偏置磁场作用下产生感应电动势，通过电磁感应原理使得
检测线圈内产生感应电压，完成超声导波的接收。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，环形磁体组在检测线圈覆盖的部分提供了偏置磁场。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，环形磁体使用永磁体。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，环形磁体使用电磁铁。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，各个圆柱形检测单元的检测线圈互相串连同时工作。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，各个圆柱形检测单元的检测线圈各自作为独立通道分别进行超声波的激发和接收。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，使用时从金属管道端部的开口处插入，使检测线圈完全置于管道内部。
[0014]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0015]1、本专利技术采用多个检测单元以柔性连接实现了可弯曲的功能，因而可顺利通过管道的弯曲段。对于近开口端部处于弯曲段的管道，传统探头整体刚性的结构会导致探头在刚插入管道时即受到弯曲段的干涉而受阻，因而不具备对此类管道的可检性；而本专利技术可顺利通过管道弯曲段，且可直接在弯曲段实现超声导波的激发和接收，因而具备对此类管道的可检性。
[0016]2、本专利技术置于管道弯曲段时，利用电磁超声可实现非接触检测的原理，可在检测单元与管壁存在一定间隙时仍保持良好的电磁耦合，因而导波收发性能不易受到弯曲段曲率的影响。在沿弯曲管道的轴线方向上，各检测单元间距不会发生大幅度变化，因而仍可保持各检测单元间形成良好的导波叠加或聚焦增强作用。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一种插入式可弯曲电磁超声导波探头的结构示意图。
[0018]图2为本专利技术的探头基于洛伦兹力机理激励导波的原理示意图。
[0019]图3为本专利技术探头进行检测作业时在管道内的布置剖视图。
具体实施方式
[0020]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。
[0021]如图1所示，本专利技术提供的一种插入式可弯曲电磁超声导波探头，探头整体结构是由多个圆柱形检测单元通过柔性连接杆1串联而成，其中圆柱形检测单元由检测线圈2、环形磁体组3和端部卡扣4同轴拼接组成。柔性连接杆可采用直径约5mm的可弯曲且具有弹性的杆件，如玻璃纤维或尼龙杆。检测线圈2由直径0.1～0.5mm的漆包铜线紧密沿环向绕制于环形磁体组3外周，环形磁体组3两侧由端部环形卡扣4约束并固定在柔性连接杆1上。端部环形卡扣4需保证检测单元在柔性连接杆1上不发生滑动，如可使用小螺栓固定于柔性连接杆1上。环形磁体组3可使用厚度5～10mm的钕铁硼强磁以相斥状态布置，或采用由较粗的漆包铜线绕制的电磁铁，以在检测线圈2覆盖的部分提供偏置磁场。各个圆柱形检测单元的检测线圈2绕线可互相串连以保证各检测单元同时以同相位工作，也可各自作为独立通道分别进行超声波的激发和接收。
[0022]如图2所示，本专利技术提供的一种插入式可弯曲电磁超声导波探头，其工作原理为：在检测线圈2内通入满足超声导波激发频率范围的脉冲电流，通常对于超声导波激发可选
用20kHz～500kHz的频率范围，基于电磁感应原理，在金属管道壁内产生环向的交变电涡流；在环形磁体组3提供的偏置磁场作用下，环向交变电涡流受到洛伦兹力作用，进而直接在金属管道近表面激发超声导波；超声导波回波引起的振动在偏置磁场作用下产生感应电动势，通过电磁感应原理使得检测线圈2内产生感应电压，经信号放大和滤波后通入信号采集设备可完成超声导波的接收。可串联各检测线圈2以使得各检测单元激发的超声导波形成叠加增强作用，当相邻检测线圈2中心间距为导波半波长的奇数倍时，相邻检测线圈2绕线方向需相反；当相邻检测线圈2中心间距为导波半波长的偶数倍时，相邻检测线圈2绕线方向需相同。此外，各检测线圈可各自连接独立的通道，已实现阵列导波探头的功能。
[0023]如图3所示，所涉及的一种插入式可弯曲电磁超声导波探头在使用时仅需从金属管道端部的开口处插入，使探头的所有检测单元的检测线圈完全置于管道内部。由于探头连接杆为柔性可弯曲，可自适应沿着管道弯头向内进行延伸。为了保证在探头深入弯曲段时不发生干涉，需要保证检测单元的外径略小于管道内径，具体参数可通过已知的待测管道内径和弯曲段曲率半径，经由几何关系计算得出。在本具体实施方式中，待测管本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种插入式可弯曲电磁超声导波探头，其特征在于，包括通过柔性连接杆(1)串联在一起的多个圆柱形检测单元，其中圆柱形检测单元由检测线圈(2)、环形磁体组(3)和端部卡扣(4)同轴拼接组成；检测线圈(2)沿环向绕制于环形磁体组(3)外周，环形磁体组(3)两侧由端部环形卡扣(4)约束并固定在柔性连接杆(1)上。2.根据权利要求1所述的一种插入式可弯曲电磁超声导波探头，其特征在于，在检测线圈(2)内通入超声导波激发频率范围的脉冲电流，基于电磁感应原理，在金属管道壁内产生环向的交变电涡流；在环形磁体组(3)提供的偏置磁场作用下，环向交变电涡流受到洛伦兹力作用，进而直接在金属管道近表面激发超声导波；超声导波回波引起的振动在偏置磁场作用下产生感应电动势，通过电磁感应原理使得检测线圈(2)内产生感应电压，完成超声导波的接收。3.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：方志泓，王理博，王飞，张寅，王方方，裴翠祥，刘天浩，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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