CN108845031A - 一种缺陷检测超声波特征信号采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种缺陷检测超声波特征信号采集装置，用于对钢质管道上不同类型、尺寸缺陷检测时的超声波特征信号进行采集。所述装置包括支撑单元、角度调节单元、夹持单元、数据采集单元四个部分。所述支撑单元包括钢管段、支撑架，用于提供超声波特征信号采集的实验环境；所述角度调节单元包括滑动块、滑动块支撑架，用于调节换能器信号发射/接收方向；所述夹持单元包括换能器夹具、换能器夹具底托，用于夹持换能器；所述数据采集单元包括换能器、数据传输线、电路板、检测数据处理软件，用于发射、接收、处理信号，并将信号呈现在计算机上。本发明为管道压电超声在线内检测器研发提供依据。

Description

一种缺陷检测超声波特征信号采集装置
技术领域
本发明涉及油气管道内检测领域，具体涉及一种钢质管道缺陷检测超声波特征信号采集装置。
背景技术
目前，含缺陷油气管道在线内检测广泛采用的技术主要有漏磁检测与超声波检测两种。我国在役油气管道在线内检测器主要以漏磁检测技术为主，此领域已有国产化的工业级检测设备可供选用；而超声在线内检测器仍处于关键技术攻关阶段，尚无成熟产品出现。尽管漏磁内检测器在国内外得到广泛应用，但目前其检测精度较超声内检测器偏低。故而越来越多的国内油气管道检测市场被国外无损检测服务商占据，但检测费用非常昂贵。因此，研制我国自主知识产权的超声在线内检测器可打破跨国公司在该领域对我国的长期技术壁垒，为我国油气管道安全、经济、可靠运行提供技术保障。
超声内检测器的研发需要攻克众多技术难题，其中一个就是缺陷检测超声波特征信号的采集、处理和分析。目前，超声波特征信号的相关研究集中在复合材料结构缺陷、变压器绝缘缺陷、超声相控阵、新材料以及医用领域等，对油气管道上腐蚀损失、壁厚改变、凹陷、褶皱、弯曲、划伤、环焊缝异常、分层、裂纹等缺陷的超声波特征信号的采集、处理和分析无直接支撑作用。因此，有必要设计一套针对油气钢质管道缺陷的超声波特征信号采集装置。
发明内容
鉴于上述技术不足，本发明所要解决的技术问题是通过对钢质管道上不同类型、不同尺寸缺陷的超声波特征信号进行采集分析，从而为管道超声内检测器的研发提供依据。
为实现上述目的，本发明提供了一种缺陷检测超声波特征信号采集装置。
所述缺陷检测超声波特征信号采集装置主要包括支撑单元、角度调节单元、夹持单元、数据采集单元四个部分。支撑单元用于提供超声波特征信号采集的实验环境；角度调节单元用于调节换能器信号发射/接收方向；夹持单元用于夹持发射/接收信号的换能器；数据采集单元用于发射、接收、处理信号，并将回波信号呈现在计算机上。
支撑单元包括钢管段、支撑架；所述钢管段为卧式半圆柱形容器，上端为开口矩形面，下端为半圆弧面，左右两端均采用半圆形钢板封闭，用于放置所述支撑架，并充当换能器的检测对象；所述半圆弧面上设置有人工缺陷，通过改变所述钢管段上人工缺陷的类型和尺寸，得到不同类型、不同尺寸缺陷对应的超声回波的特征信号；所述支撑架由一根支撑柱、四根支撑腿组成，用于支撑夹持单元与角度调节单元；所述支撑柱为卧式圆柱形，过轴心垂直方向有一个通孔，左右两端分别有两个对称的通孔；所述垂直方向通孔用于固定滑动块支撑架；所述左右两端的对称通孔用于固定所述四根支撑腿；所述支撑腿的高度可根据所述钢管段管径进行调整。
角度调节单元包括滑动块、滑动块支撑架；所述滑动块可沿所述滑动块支撑架下端左右移动，一端通过固定螺栓与换能器夹具底托连接在一起，用于调节换能器信号发射/接收角度；所述滑动块支撑架为左右对称的长形结构，上窄下宽，上端固定在所述支撑单元的支撑柱上，下端充当所述滑动块的移动轨道。
夹持单元包括换能器夹具、换能器夹具底托；所述换能器夹具与所述换能器夹具底托通过螺栓连接在一起，用于夹持换能器；所述换能器夹具底托为扇形平板，弧形边带有激光刻度，另一端通过螺栓与角度调节单元连接在一起，用于读出换能器信号发射/接收角度。
数据采集单元包括换能器、数据传输线、电路板、检测数据处理软件；所述换能器用于发射/接收超声信号；所述数据传输线用于传输发射/接收的超声信号；电路板包括超声波发射电路、超声波接收电路和超声波信号处理电路，分别用于超声信号的发射、接收和滤波、增益、模数转换等处理；检测数据处理软件用于采集通过所述电路板的超声波信号处理电路处理后的信号，并进一步进行处理后，以相对友好的界面呈现在计算机屏幕上。
附图说明
图1是在一个较佳实施例中，本发明装置的结构示意图。
图2是图1所示装置中角度调节单元的滑动块支撑架。
具体实施方式
本发明提供的缺陷检测超声波特征信号采集装置用于发射、接收、采集并处理带缺陷钢质管道的检测超声信号，主要包括支撑单元、角度调节单元、夹持单元、数据采集单元四个部分。
如图1所示，在一个较佳实施例中，本发明装置的支撑单元包括钢管段1、支撑腿2和支撑柱3。钢管段1为卧式半圆柱形容器，上端为开口矩形面，下端为半圆弧面，左右两端均采用半圆形钢板封闭，用于放置所述支撑腿2和支撑柱3组成的支撑架，并充当换能器的检测对象；所述半圆弧面上设置有人工缺陷，通过改变所述钢管段上人工缺陷的类型和尺寸，得到不同类型、不同尺寸缺陷对应的超声回波的特征信号。支撑腿2为不锈钢长形结构，垂直方向放置，上端为圆柱形，下端为半球形。支撑柱3为不锈钢圆柱形结构，水平方向放置，依靠四根所述支撑腿2悬置于所述带缺陷钢管段1内，用于支撑夹持单元与角度调节单元；所述支撑柱3过轴心垂直方向有一个通孔，左右两端分别有两个对称的通孔；所述垂直方向通孔用于固定滑动块支撑架4；所述左右两端的对称通孔用于固定四根所述支撑腿2，可通过改变其外露于所述支撑柱3的高度调节所述支撑柱3的竖向位置。
角度调节单元包括滑动块支撑架4、滑动块5。如图2所示，滑动块支撑架4为左右对称的长形结构，上窄下宽，上端固定在所述支撑柱3上，下端充当滑动块5的移动轨道。滑动块5共有两个，分别设置在所述滑动块支撑架4下端左右两侧，均可沿所述滑动块支撑架4下端左右移动；由图1所示，所述滑动块5下端通过固定螺栓与换能器夹具底托6连接在一起，用于调节换能器信号发射/接收角度。
夹持单元包括换能器夹具底托6、换能器夹具7。换能器夹具底托6为扇形板，一端为半圆形，中间面积开阔处设有圆孔，另一端为弧形；所述半圆形区域设置有圆孔，用于通过螺栓与所述滑动块5连接在一起；所述中间圆孔用于通过螺栓与换能器夹具7连接在一起；所述弧形边上设置有激光刻度，用于快速、准确读出换能器信号发射/接收角度。换能器夹具7为凹槽式结构，底面和两壁均设有圆孔，用于夹持换能器8；所述底面圆孔用于通过螺栓与所述换能器夹具底托6连接在一起；所述两壁圆孔用于通过可调定位螺栓固定换能器8。
数据采集单元包括换能器8、数据传输线9、电路板10、检测数据处理软件11。换能器8为圆柱形，用于发射/接收超声信号。数据传输线9用于传输发射/接收的超声信号。电路板10包括超声波发射电路、超声波接收电路和超声波信号处理电路，分别用于超声信号的发射、接收和滤波、增益、模数转换等处理；检测数据处理软件11用于采集通过所述电路板的超声波信号处理电路处理后的信号，并进一步进行处理后，以相对友好的界面呈现在计算机屏幕上。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应明确，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可根据本发明的构思进行诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依据本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析或者有限的试验可得到的技术方案，均应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种缺陷检测超声波特征信号采集装置，其特征在于，包括：
支撑单元，用于提供超声波特征信号采集的实验环境；
角度调节单元，用于调节换能器信号发射/接收方向；
夹持单元，用于夹持发射/接收信号的换能器；
数据采集单元，用于发射、接收、处理信号，并将信号呈现在计算机上；
所述角度调节单元固定在所述支撑单元上，并与所述夹持单元连接在一起；所述夹持单元与所述数据采集单元连接在一起。
2.如权利要求1所述的一种缺陷检测超声波特征信号采集装置，其中所述支撑单元包括钢管段、支撑架；所述钢管段为卧式半圆柱形容器，上端为开口矩形面，下端为半圆弧面，左右两端均采用半圆形钢板封闭，用于放置所述支撑架，并充当换能器的检测对象；所述半圆弧面上设置有人工缺陷，通过改变所述钢管段上人工缺陷的类型和尺寸，得到不同类型、不同尺寸缺陷对应的超声回波的特征信号；所述支撑架由一根支撑柱、四根支撑腿组成，用于支撑夹持单元与角度调节单元；所述支撑柱为卧式圆柱形，过轴心垂直方向有一个通孔，左右两端分别有两个对称的通孔；所述垂直方向通孔用于固定滑动块支撑架；所述左右两端的对称通孔用于固定所述四根支撑腿；所述支撑腿的高度可根据所述钢管段管径进行调整。
3.如权利要求1所述的一种缺陷检测超声波特征信号采集装置，其中所述角度调节单元包括滑动块、滑动块支撑架；所述滑动块可沿所述滑动块支撑架下端左右移动，一端通过固定螺栓与换能器夹具底托连接在一起，用于调节换能器信号发射/接收角度；所述滑动块支撑架为左右对称的长形结构，上窄下宽，上端固定在所述支撑单元的支撑柱上，下端充当所述滑动块的移动轨道。
4.如权利要求1所述的一种缺陷检测超声波特征信号采集装置，其中所述夹持单元包括换能器夹具、换能器夹具底托；所述换能器夹具与所述换能器夹具底托通过螺栓连接在一起，用于夹持换能器；所述换能器夹具底托为扇形平板，弧形边带有激光刻度，另一端通过螺栓与角度调节单元连接在一起，用于读出换能器信号发射/接收角度。
5.如权利要求1所述的一种缺陷检测超声波特征信号采集装置，其中所述数据采集单元包括换能器、数据传输线、电路板、检测数据处理软件；所述换能器用于发射/接收超声信号；所述数据传输线用于传输发射/接收的超声信号；电路板包括超声波发射电路、超声波接收电路和超声波信号处理电路，分别用于超声信号的发射、接收和滤波、增益、模数转换等处理；检测数据处理软件用于采集通过所述电路板的超声波信号处理电路处理后的信号，并进一步进行处理后，以相对友好的界面呈现在计算机屏幕上。
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