CN107327713A - 一种供水管道的超声波测损装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供水管道的超声波测损装置及方法：包括两个压电陶瓷片，其中一个压电陶瓷片连接示波器，另一个压电陶瓷片连接超声波发生器，超声波发生器连接PC机；每根管道内部充满水；每根管道外壁分别设置两个压电陶瓷片，一个压电陶瓷片接收超声波发生器的激励超声波信号，传输至另一个压电陶瓷片，传输给示波器；对示波器接收到的反馈波信号进行数据分析，判断每组压电陶瓷片之间的管道段有无损伤；完成一次测损后，重复上述，对每根管道进行逐段检测，直至完成每根管道的检测，并分析比较不同管道之间的损伤程度。本发明弥补了目前存在的检测方法的误差大、精度低和多数检测针对已经造成泄漏的管道的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种装置及方法，更具体的说，是涉及一种供水管道的超声波测损装置及方法。
背景技术
在城市给排水管网中，管道是非常重要的运输支撑设备，但是由于各种原因都会造成一定的腐蚀、侵蚀等从而导致进一步的机械故障和管道断裂泄漏等严重问题，不仅会造成一定的经济损失，而且潜在着***等灾难性事件的危险。因此，对于管道损伤泄露的检测，对于城市给水排水工程，乃至石油工业、天然气输送工业等都具有十分重大的意义。
目前为止，管道的泄漏现象已经引起相关部门和相关施工单位的高度重视，并且已经有很多科研单位已经进行了对管道损伤泄漏检测技术的研究，并且部分已经受到严重破损的管道已经安装上了相应的检测损伤泄露的相关设备。这些设备装置对避免管道损伤泄露事故的进一步扩大起到了十分重要的作用。目前为止，一般的监测方法主要是基于管道内部流体的压力、流量变化、超声波以及漏磁技术来判断是否存在泄露事故。
目前仍然存在的问题是仍然大量研究是针对已经形成泄漏的管道进行检测，而忽视了已经遭受了侵蚀破损，但仍然未形成泄漏的潜在危险方面，而且检测设备所检测管道用到的发射和接收装置基本都是围绕管道环形安装，费时费力，成本较高。在检测中，整体围绕管道形式的发射和接收装置，存在信号之间的干扰和掩盖，不能较准确地提取出泄漏信号，误差较大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，针对已经造成了侵蚀等管道损伤，但仍未造成泄漏的管道，提供一种简便高效、准确详细的供水管道的超声波测损装置及方法，采用新型的单点对应的压电陶瓷片安装发射和接收检测装置，用超声波检测供水管网管道损伤健康情况，弥补了目前存在的检测方法的误差大、精度低和多数检测针对已经造成泄漏的管道的缺陷。
本发明的目的可通过以下技术方案实现。
一种供水管道的超声波测损装置，由装置本体构成，所述装置本体包括两个压电陶瓷片，其中一个压电陶瓷片通过信号线连接有示波器，另一个压电陶瓷片通过信号线连接有超声波发生器，所述超声波发生器连接有PC机。
本发明的目的还可通过以下技术方案实现。
一种基于所述装置的供水管道的超声波测损方法，包括以下步骤：
步骤一，将每根管道内部分别充满水；
步骤二，在每根管道外壁上分别单点设置两个压电陶瓷片，每组压电陶瓷片的连线与管道的轴线相平行，一个压电陶瓷片接收超声波发生器发射的激励超声波信号，经管道传输至另一个压电陶瓷片，通过信号线传输给示波器；
步骤三，对示波器接收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片之间的管道段有无损伤：若反馈波信号大小与激励信号大小相同，则说明两个压电陶瓷片之间的管道段无损伤孔；若反馈波信号较激励信号降低，则说明两个压电陶瓷片之间的管道段有损伤孔；
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，对每根管道进行逐段检测，直至完成每根管道的检测，并分析比较不同管道之间的损伤程度。
步骤二中所述每组压电陶瓷片的间距为12cm，由管道的一端向另一端进行依次分段检测。
步骤二中所述激励超声波信号为正弦信号，发射频率为20kHz～100kHz，幅值为±5v～±10v。
步骤四中所述不同管道之间的损伤程度的比较原则：相同励磁超声波信号强度下，完整管道的反馈波信号幅值最大，而已受到侵蚀损伤的管道的反馈波信号幅值明显减小，且随着侵蚀程度的增大，反馈波信号幅值也相应的增大，但不会超过完整管道的反馈波信号幅值；不同励磁超声波信号强度下，对于完整管道，励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值明显减小，而对于已有点侵蚀的管道，同样呈现励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值减小的规律，且均为管道点蚀坑愈深，反馈波信号最大电压幅值反而增大。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明中两个压电陶瓷片采用单点对应安装，并非传统的环形安装，高效简便、容易控制，并且最大程度的准确检测结果，最大程度避免由于泄漏而存在的潜在危险的发生，满足于当今市场的需求，适用于多种工程领域；
(2)本发明中，一个压电陶瓷片接收超声波发生器的激励超声波信号，经管道传输至另一个压电陶瓷片，传输给示波器，显示出反馈波信号，主要利用当超声波进入材料内部遇到缺陷时会发生反射或者散射，通过对反射或者投射波形的测量和分析，与入射波形进行分析比较，进而确定有无损伤，并比较不同管道之间的损伤程度；
(3)本发明采用超声波技术，对管道因腐蚀、损伤、裂纹等造成缺陷进行检测分析；超声波检测技术的发展方向是针对特定的应用现场，进行定制超声波检测设备。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图；
图2是本发明中每组压电陶瓷片的布置俯视图。
附图标记:1管道；2压电陶瓷片；3超声波发生器；
4PC机；5示波器；6损伤孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
管道1受到侵蚀等损伤缺陷，在不足以造成泄漏的情况下，是一种十分严重的潜在危险，因此对管道1损伤缺陷的检测对管道供水的安全性来说十分必要的。本发明旨在最大限度地提前检测出管道1的安全性能，最大限度地消除潜在危险，所以针对检测技术的应用来说，本发明的研究更具有实际应用性和应用普遍性。所以本发明选择不同损伤程度的管道1(损伤孔深度未超过管道壁厚度)，为目标检测物，进行超声波检测损伤缺陷技术的装置及方法的研究。
本发明涉及一种供水管道的超声波测损装置，由装置本体构成，如图1和图2所示，所述装置本体包括两个压电陶瓷片2，其中一个压电陶瓷片2通过信号线连接有示波器5，另一个压电陶瓷片2通过信号线连接有超声波发生器3，所述超声波发生器3连接有PC机4。使用时，两个压电陶瓷片2单点设置于管道1外壁上，PC机4控制超声波发生器3发射励磁超声波信号，经压电陶瓷片2和管道1，示波器5接收反馈波信号，进行显示。
基于上述装置的供水管道的超声波测损方法，本发明采用发射不同频率和不同幅值强度的超声波检测信号，作用于不同损伤程度的若干编号管道1，然后根据示波器5接收到的反馈波信号，分别进行对应的处理分析，具体包括以下步骤：
步骤一，将若干根管道1内部分别充满水，并对管道1进行A、B、C等编号。
步骤二，在每根管道1外壁上分别单点设置两个压电陶瓷片2，每组压电陶瓷片2的连线与其所在管道1的轴线相平行，其中一个压电陶瓷片2接收超声波发生器3发射的激励超声波信号，经管道1传输至另一个压电陶瓷片2，通过信号线传输给示波器5，显示出反馈波信号。其中，每组压电陶瓷片2的间距为12cm，由管道1的一端向另一端进行依次分段检测。所述激励超声波信号为正弦信号，发射频率为20kHz～100kHz，幅值为±5v～±10v。
步骤三，对示波器接5收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片2之间的管道段有无损伤：若反馈波信号大小与激励信号大小基本相同，则说明两个压电陶瓷片2之间的管道段无损伤孔6；若反馈波信号较激励信号明显降低，则说明两个压电陶瓷片2之间的管道段有损伤孔6。
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，对每根管道1进行逐段检测，直至完成每根管道1的检测，并比较不同管道1之间的损伤程度状况：相同励磁超声波信号强度下，完整管道1的反馈波信号幅值最大，而已受到侵蚀损伤的管道1的反馈波信号幅值明显减小，且随着侵蚀程度的增大，反馈波信号幅值也相应的增大，但不会超过完整管道1的反馈波信号幅值。不同励磁超声波信号强度下，对于完整管道1，励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值明显减小，而对于已有点侵蚀的管道1，同样呈现励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值减小的规律，且均为管道1点蚀坑愈深，反馈波信号最大电压幅值反而略有增大。此外，由于超声波发生器3发射电压幅值增加一倍，反馈波信号最大电压幅值并没有等比例增加，说明两者有明显的关联但并不是线性相关。
实施例一：
供水管道的超声波测损方法，包括以下步骤：
步骤一，取三根DN150球墨铸铁管道1，分别标号A、B、C，并将三根管道1内部均充满自来水。
步骤二，在A、B、C三根管道1外壁上单点设置两个压电陶瓷片2，每组压电陶瓷片的间距为12cm，其中一个压电陶瓷片2接收超声波发生器3发射的激励超声波信号，激励超声波信号的发射频率为20kHz，幅值为±5v，经管道1传输至另一个压电陶瓷片2，通过信号线传输给示波器5，显示出反馈波信号。
步骤三，对示波器5接收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片2之间的管道段有无损伤。
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，分别由管道1一端向另一端进行依次分段检测，直至完成A、B、C三根管道的检测，并比较A、B、C三根管道1之间的损伤程度状况。
实施例二：
供水管道的超声波测损方法，包括以下步骤：
步骤一，取三根DN150球墨铸铁管道1，分别标号A、B、C，并将三根管道1内部均充满自来水。
步骤二，在A、B、C三根管道1外壁上单点设置两个压电陶瓷片2，每组压电陶瓷片2的间距为12cm，其中一个压电陶瓷片2接收超声波发生器3发射的激励超声波信号，激励超声波信号的发射频率为20kHz，幅值为±10v，经管道1传输至另一个压电陶瓷片2，通过信号线传输给示波器5，显示出反馈波信号。
步骤三，对示波器5接收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片2之间的管道段有无损伤。
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，分别由管道1一端向另一端进行依次分段检测，直至完成A、B、C三根管道的检测，并比较A、B、C三根管道之间的损伤程度状况。
实施例三：
供水管道的超声波测损方法，包括以下步骤：
步骤一，取三根DN150球墨铸铁管道1，分别标号A、B、C，并将三根管道1内部均充满自来水。
步骤二，在A、B、C三根管道外壁上单点设置两个压电陶瓷片2，每组压电陶瓷片2的间距为12cm，其中一个压电陶瓷片2接收超声波发生器3发射的激励超声波信号，激励超声波信号的发射频率为100kHz，幅值为±5v，经管道1传输至另一个压电陶瓷片2，通过信号线传输给示波器5，显示出反馈波信号。
步骤三，对示波器5接收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片2之间的管道段有无损伤。
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，分别由管道1一端向另一端进行依次分段检测，直至完成A、B、C三根管道的检测，并比较A、B、C三根管道之间的损伤程度状况。
实施例四：
供水管道的超声波测损方法，包括以下步骤：
步骤一，取三根DN150球墨铸铁管道1，分别标号A、B、C，并将三根管道1内部均充满自来水。
步骤二，在A、B、C三根管道1外壁上单点设置两个压电陶瓷片2，每组压电陶瓷片2的间距为12cm，其中一个压电陶瓷片2接收超声波发生器3发射的激励超声波信号，激励超声波信号的发射频率为100kHz，幅值为±10v，经管道1传输至另一个压电陶瓷片2，通过信号线传输给示波器5，显示出反馈波信号。
步骤三，对示波器5接收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片2之间的管道段有无损伤。
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，分别由管道1一端向另一端进行依次分段检测，直至完成A、B、C三根管道的检测，并比较A、B、C三根管道之间的损伤程度状况。
实施例五：
供水管道的超声波测损方法，包括以下步骤：
步骤一，取三根DN150球墨铸铁管道1，分别标号A、B、C，并将三根管道1内部均充满自来水。
步骤二，在A、B、C三根管道1外壁上单点设置两个压电陶瓷片2，每组压电陶瓷片2的间距为12cm，其中一个压电陶瓷片2接收超声波发生器3发射的激励超声波信号，激励超声波信号的发射频率为50kHz，幅值为±7.5v，经管道1传输至另一个压电陶瓷片2，通过信号线传输给示波器5，显示出反馈波信号。
步骤三，对示波器5接收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片2之间的管道段有无损伤。
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，分别由管道1一端向另一端进行依次分段检测，直至完成A、B、C三根管道的检测，并比较A、B、C三根管道之间的损伤程度状况。
根据上述实施例的检测结果可以看出：相同励磁超声波信号强度下，完整管道1的反馈波信号幅值最大，而已受到侵蚀损伤的管道1的反馈波信号幅值明显减小，且随着侵蚀程度的增大，反馈波信号幅值也相应的增大，但不会超过完整管道1的反馈波信号幅值。不同励磁超声波信号强度下，对于完整管道1，励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值明显减小，而对于已有点侵蚀的管道1，同样呈现励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值减小的规律，且均为管道点蚀坑愈深，反馈波信号最大电压幅值反而略有增大。此外，由于超声波发生器3发射电压幅值增加一倍，反馈波信号最大电压幅值并没有等比例增加，说明两者有明显的关联但并不是线性相关。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种供水管道的超声波测损装置，由装置本体构成，其特征在于，所述装置本体包括两个压电陶瓷片(2)，其中一个压电陶瓷片(2)通过信号线连接有示波器(5)，另一个压电陶瓷片(2)通过信号线连接有超声波发生器(3)，所述超声波发生器(3)连接有PC机(4)。
2.一种基于权利要求1所述装置的供水管道的超声波测损方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将每根管道(1)内部分别充满水；
步骤二，在每根管道(1)外壁上分别单点设置两个压电陶瓷片(2)，每组压电陶瓷片(2)的连线与管道(1)的轴线相平行，一个压电陶瓷片(2)接收超声波发生器(3)发射的激励超声波信号，经管道(1)传输至另一个压电陶瓷片(2)，通过信号线传输给示波器(5)；
步骤三，对示波器(5)接收到的反馈波信号进行数据处理分析，判断每组压电陶瓷片(2)之间的管道段有无损伤：若反馈波信号大小与激励信号大小相同，则说明两个压电陶瓷片(2)之间的管道段无损伤孔(6)；若反馈波信号较激励信号降低，则说明两个压电陶瓷片(2)之间的管道段有损伤孔(6)；
步骤四，完成一次测损后，重复上述步骤二和步骤三，对每根管道(1)进行逐段检测，直至完成每根管道(1)的检测，并分析比较不同管道(1)之间的损伤程度。
3.根据权利要求2所述的供水管道的超声波测损方法，其特征在于，步骤二中所述每组压电陶瓷片(2)的间距为12cm，由管道(1)的一端向另一端进行依次分段检测。
4.根据权利要求2所述的供水管道的超声波测损方法，其特征在于，步骤二中所述激励超声波信号为正弦信号，发射频率为20kHz～100kHz，幅值为±5v～±10v。
5.根据权利要求2所述的供水管道的超声波测损方法，其特征在于，步骤四中所述不同管道(1)之间的损伤程度的比较原则：相同励磁超声波信号强度下，完整管道(1)的反馈波信号幅值最大，而已受到侵蚀损伤的管道(1)的反馈波信号幅值明显减小，且随着侵蚀程度的增大，反馈波信号幅值也相应的增大，但不会超过完整管道(1)的反馈波信号幅值；不同励磁超声波信号强度下，对于完整管道(1)，励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值明显减小，而对于已有点侵蚀的管道(1)，同样呈现励磁超声波信号电压幅值减小，反馈波信号幅值减小的规律，且均为管道点蚀坑愈深，反馈波信号最大电压幅值反而增大。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20171107 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |