【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声波局部腐蚀监测，具体涉及一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置。
技术介绍
1、油气田管道或者大罐等设备主要以坑蚀、垢下腐蚀、微生物腐蚀和应力腐蚀开裂等为主，占腐蚀事故总量的95％以上，而所采用的腐蚀监测技术包括：1)电阻探针，2)磁阻探针，3)电化学极化探针，4)电化学噪声探头等，这些方法主要用于管道内流体腐蚀性评价，更多用于工艺控制，指导缓蚀剂、阻垢剂或杀菌剂的药剂加注，并不能直接反映管道本身的腐蚀减薄，包括管道的剩余壁厚、缺陷位置和减薄速率等。此外，当前油田腐蚀监测大都属于单点方式，监测范围窄、难以准确监测大范围内的局部腐蚀。而油田管网的腐蚀泄漏常常由局部腐蚀引起，由于无法检测到局部腐蚀发生位置和发展程度，导致管道安全事故频繁，造成较高的经济损失和严重的环境污染。
2、油气管道局部腐蚀不仅与材料组织的不均匀性有关，也与局部化学环境、流体冲刷状态甚至管道受力状态有关。无机垢层(如caco3、feco3、fe2o3和fe9s8)以及有机垢层(如油泥、生物膜等)的吸附往往造成沉积物下局部环境的显著改变。这种沉积物很容易为微生物菌落提供良好的生活环境，导致硫酸盐还原菌的迅速繁殖，造成沉积物下快速腐蚀穿孔，此外，垢层内、外化学浓差(如氧浓差、盐浓差等)，也会促进垢下腐蚀。在管道弯头附近，由于流体和固体颗粒冲击，往往在弯头外侧内表面形成腐蚀坑，导致腐蚀穿孔。然而，由于常规腐蚀监测方法很难用于监测局部腐蚀，尤其是埋地集输管线，管道内腐蚀缺陷的人工巡检也难以展开，因此很难准确判断局部腐蚀的发生位置与发展
3、超声波在线测厚，即利用超声波进行厚度测量，测量原理为：当探头发射的高压脉冲通过压电晶体转换为高频超声波振动，超声波通过耦合介质到达管道外界面时，被管道内外表面反射并被声波接收探头接收到。通过精确测量超声波在管道内外表面反射的时间差乘以声速，可计算管道壁厚。cn108627127a公布了一种单点移动式超声测厚装置，但单点移动式测厚，取决于人工巡检经验，无法定位到真正的缺陷点，而cn108709517a所公布的手动移动式测量，很难保证探头与管道之间的耦合良好，且声波发射与反射角度难以保持一致性，导致测厚结果因人而异，随机误差较大，很难满足对于壁厚分辨率0.01mm精度的腐蚀监测要求。
4、此外，超声波测厚在遇到管壁内部缺陷时，会将缺陷回波信号“误”认为是管道内壁回波信号，从而导致壁厚测量不准。此外，对于超声波双晶探头，其超声波的传播路径不是直线，而是“v”型的，因此厚度与传播时间之间的关系存在一定的非线性，这时必须要做一定的修正。cn 204128518 u公布了一种基于移动显示终端的超声波测厚仪，采用插值方法进行标定，校正非线性误差。cn 203964886u公布了一种压电超声法高温管道壁厚腐蚀在线监测装置，通过采用波导片和紧固螺栓使超声波探与高温管道脱离直接接触，而实现高温管道壁厚的压电超声测量。然而这些方法都是基于单点壁厚测量，无法监测管道内表面的局部腐蚀缺陷与腐蚀速率。
5、本专利技术通过时序控制电路实现密集阵列超声波探头的协同工作机制，可以对管道较大面积的内表面进行多点壁厚扫描，对内表面腐蚀形态进行3d描绘，从而监测大面积的局部腐蚀深度和各区域的腐蚀速率。还可基于多点壁厚数据计算管道的剩余强度。为油气管道服役安全提供保证。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有技术无法监测管道内表面的局部腐蚀缺陷与腐蚀速率的技术问题。
2、为此，本专利技术提出一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，利用多通道数据采集器内置的时序控制器实现各个超声波探头的交替收发，控制超声激励与回波接收延时顺序，可以对相邻阵列探头之间的管道壁厚进行扫描，从而实现管道内表面的腐蚀缺陷扫描式测量，并基于各个检测点壁厚随时间的变化斜率，计算管道内壁的腐蚀速率。
3、根据本专利技术实施例的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，包括:
4、柔性橡胶圈，所述柔性橡胶圈固定安装在管道的外部；
5、多个超声波探头，多个所述超声波探头均镶嵌在柔性橡胶圈上；
6、多通道数据采集器，所述超声波探头通过多芯电缆线与所述多通道数据采集器电连接，所述多通道数据采集器内置多个通道电子开关，多个所述通道电子开关与多芯电缆连接，所述多通道数据采集器内置的单片机顺序开启相邻的超声波探头进行发射和接收信号，通过交替收发测量管道内、外表面回波信号的时间差，测绘管道内表面的剩余厚度和腐蚀速率分布图；
7、无线收发器，所述无线收发器与所述多通道数据采集器通信连接；
8、云服务器，所述云服务器与所述无线收发器通信连接，以用于接收所述无线收发器传输的数据。
9、根据本专利技术一个实施例，所述柔性橡胶圈内表面刻有多个圆形凹槽阵列，每个凹槽内安装有一个探头座，所述探头座内固定有超声波探头。
10、根据本专利技术一个实施例，每个所述探头座顶部设有一个带螺纹的端盖，所述端盖上旋入至少两根螺纹顶丝，以调节超声波探头声波在管道内壁的入反射方向。
11、根据本专利技术一个实施例，每只所述超声波探头内置有单或双压电晶体，所述压电晶体的工作频率为1mhz～5mhz，所述超声波探头中的低频探头用于内壁粗糙的管道，所述超声波探头中的高频探头则适用于内壁平整的管道。
12、根据本专利技术一个实施例，所述多通道数据采集器内置有高压脉冲信号发生器和多通道回波信号采集器，所述高压脉冲信号发生器采用多通道高压脉冲发生电路，在单片机时序控制下对多个超声波探头进行激励，激励电压在60v～120v，脉冲宽度在0.2～5μs，输出200khz～5mhz多组脉冲信号。
13、根据本专利技术一个实施例，所述高压脉冲信号发生器包括多路转换器一和升压电路，单片机输出的短时脉冲通过多路转换器一选通到其中一个超声波探头，通过升压电路进行升压，升压脉冲加载到超声波探头的发射换能器晶体。
14、根据本专利技术一个实施例，所述多通道回波信号采集器包括整形电路和放大器，从管道内外表面反射的声波信号经过超声波探头的发射换能器晶体再次转换为电脉冲信号，该脉冲信号经过整形电路转换为交流脉冲信号，整形后的脉冲信号经过放大器进行放大。
15、根据本专利技术一个实施例，所述放大器采用高增益的多级交流信号放大器，对内外表面的振荡回波信号进行2～4级放大；单片机根据输出信号幅值，自动调整放大器增益，保证放大器输出的输出信号峰-峰值在0.1v到1v之间。
16、根据本专利技术一个实施例，所述多通道数据采集器内置有双通道高速比较器，所述多通道数据采集器内的单片机通过数模转换器输出可调节的门限电压，将门限电压和内、外表面回波信号幅值导入双通道高速比较器，由单片机根据双通道高速比较器输出信号自动调节门限电压，以适应不同强度的振荡回波信号并进行方波变换；所述双通道高速比较器采用高速延时比较器将超声波回波信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：包括:
2.如权利要求1所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述柔性橡胶圈内表面刻有多个圆形凹槽阵列，每个凹槽内安装有一个探头座，所述探头座内固定有超声波探头。
3.如权利要求2所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：每个所述探头座顶部设有一个带螺纹的端盖，所述端盖上旋入至少两根螺纹顶丝，以调节超声波探头声波在管道内壁的入反射方向。
4.如权利要求1所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：每只所述超声波探头内置有单或双压电晶体，所述压电晶体的工作频率为1MHz～5MHz，所述超声波探头中的低频探头用于内壁粗糙的管道，所述超声波探头中的高频探头则适用于内壁平整的管道。
5.如权利要求1所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述多通道数据采集器内置有高压脉冲信号发生器和多通道回波信号采集器，所述高压脉冲信号发生器采用多通道高压脉冲发生电路，在单片机时序控制下对多个超声波探头进
6.如权利要求5所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述高压脉冲信号发生器包括+多路转换器一和升压电路，单片机输出的短时脉冲通过多路转换器一选通到其中一个超声波探头，通过升压电路进行升压，升压脉冲加载到超声波探头的发射换能器晶体。
7.如权利要求5所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述多通道回波信号采集器包括整形电路和放大器，从管道内外表面反射的声波信号经过超声波探头的发射换能器晶体再次转换为电脉冲信号，该脉冲信号经过整形电路转换为交流脉冲信号，整形后的脉冲信号经过放大器进行放大。
8.如权利要求7所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述放大器采用高增益的多级交流信号放大器，对内外表面的振荡回波信号进行2～4级放大；单片机根据输出信号幅值，自动调整放大器增益，保证放大器输出的输出信号峰-峰值在0.1V到1V之间。
9.如权利要求7所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述多通道数据采集器内置有双通道高速比较器，所述多通道数据采集器内的单片机通过数模转换器输出可调节的门限电压，将门限电压和内、外表面回波信号幅值导入双通道高速比较器，由单片机根据双通道高速比较器输出信号自动调节门限电压，以适应不同强度的振荡回波信号并进行方波变换；
10.如权利要求9所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述多通道数据采集器内置有温度传感器，所述多通道数据采集器内的单片机内置声速补偿公式：其中α是材料的线胀系数，T为开尔文温标，L20和Lt分别为20℃下和任意温度下的厚度值。
...【技术特征摘要】
1.一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：包括:
2.如权利要求1所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述柔性橡胶圈内表面刻有多个圆形凹槽阵列，每个凹槽内安装有一个探头座，所述探头座内固定有超声波探头。
3.如权利要求2所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：每个所述探头座顶部设有一个带螺纹的端盖，所述端盖上旋入至少两根螺纹顶丝，以调节超声波探头声波在管道内壁的入反射方向。
4.如权利要求1所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：每只所述超声波探头内置有单或双压电晶体，所述压电晶体的工作频率为1mhz～5mhz，所述超声波探头中的低频探头用于内壁粗糙的管道，所述超声波探头中的高频探头则适用于内壁平整的管道。
5.如权利要求1所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述多通道数据采集器内置有高压脉冲信号发生器和多通道回波信号采集器，所述高压脉冲信号发生器采用多通道高压脉冲发生电路，在单片机时序控制下对多个超声波探头进行激励，激励电压在60v～120v，脉冲宽度在0.2～5μs，输出200khz～5mhz多组脉冲信号。
6.如权利要求5所述的一种管道内腐蚀监测用柔性密集阵超声波测厚装置，其特征在于：所述高压脉冲信号发生器包括+多路转换器一和升压电路，单片机输出的短时脉冲通过多路转换器一选通到其...
【专利技术属性】
技术研发人员：董泽华，陶新辉，黄曼，赵梦瑶，胡甲，
申请(专利权)人：武汉科思特仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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