CN109917019A - 一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置及方法 - Google Patents
一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置及方法，超声相控阵检测仪和相控阵线性阵列探头；超声相控阵检测仪包括计算机、信号采集模块与显示模块，相控阵线性阵列探头与超声相控阵检测仪相连；计算机与相控阵线性阵列探头相连，相控阵线性阵列探头与信号采集模块相连，信号采集模块与计算机相连，计算机与显示模块相连；通过设置两个线扫通道并在检测过程中快速切换形成两个B扫图像，然后经过计算机处理后形成新的融合B扫图像，并保留相关A扫信号。根据检测成像结果，实现对钢骨架聚乙烯复合管快速高效的在线实时成像检测，并从检测技术上极大改善检测盲区问题。同时，还可以对钢骨架聚乙烯复合管管壁内部缺陷进行定位分析和数据保存等操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置及方法，能够针对该种复杂结构的管道管体进行超声相控阵成像检测，属于超声波无损检测技术领域。
背景技术
钢骨架聚乙烯塑料复合管是以低碳钢丝为增强相，以高密度聚乙烯(HDPE)为基体，通过对钢丝点焊成网与塑料挤出填注同步进行，在生产线上连续挤出成型的双面防腐压力管道。聚乙烯通过金属网孔连接在一起，管体结构类似于钢筋混凝土。国内外对无钢骨架的PE管焊接接头超声检测和相控阵超声检测技术研究比较多，但大多只论证了PE管材料、电熔焊或热熔焊焊接接头的超声相控阵检测的可行性；而钢骨架聚乙烯复合管是工程应用管道的新兴产品，加之管体结构复杂，常规无损检测方法难以应用，没有成熟的无损检测技术和工艺。
参见图2，钢骨架聚乙烯复合管3包括PE材料12，PE材料12中设置有轴向钢骨架11，轴向钢骨架11外侧设置有周向钢骨架10。
与普通聚乙烯管材相比，钢骨架聚乙烯复合管的成型工艺复杂，钢丝点焊成网与塑料挤出填注同步进行，因此管体出现质量缺陷的几率增大，所以十分有必要对其进行无损检测；另一方面，钢骨架聚乙烯复合管的结构复杂，如果使用常规的超声波相控阵技术进行无损检测，则管体中存在的轴向和周向钢丝骨架会对超声波造成强反射，进而形成很大的检测盲区，如图3和图4所示，因此依靠常规技术手段无法实现无损检测。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置及方法，该方法基于相控阵延时聚焦偏转技术以及两角度融合线扫成像技术，针对钢骨架聚乙烯复合管进行一次性超声快速成像检测。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，包括用于对待测钢骨架聚乙烯复合管进行检查的超声相控阵检测仪和相控阵线性阵列探头；所述超声相控阵检测仪包括计算机、信号采集模块与显示模块，所述相控阵线性阵列探头安置在待测钢骨架聚乙烯复合管外表面，相控阵线性阵列探头与超声相控阵检测仪相连；计算机与相控阵线性阵列探头相连，相控阵线性阵列探头与信号采集模块相连，信号采集模块与计算机相连，计算机与显示模块相连；其中，所述相控阵线性阵列探头为一维线阵探头，包含有64个晶片。
本发明进一步的改进在于，晶片频率为2MHz，晶片尺寸1mm×8mm。
本发明进一步的改进在于，相控阵线性阵列探头与待测钢骨架聚乙烯复合管轴向方向平行并引出导线，引出的导线与超声相控阵检测仪相连。
本发明进一步的改进在于，所述相控阵线性阵列探头沿待测钢骨架聚乙烯复合管外表面，与管道轴向方向平行。
本发明进一步的改进在于，所述超声相控阵检测仪通过设置在计算机(4)内的FPGA采用聚焦法则进行数据采集，并将采集数据通过A/D转换器进行信号处理后提取有效信号，然后将有效信号通过PCI总线进行图像融合处理后传输至显示模块。
本发明进一步的改进在于，所述超声相控阵检测仪的计算机将相控阵线性探头的64个晶片依次编号为1-64号，以每8个晶片分为一组依次进行激发超声波，当1-8号晶片开始激发超声波后，2-9号晶片为一组进行激发，以此类推，沿待测钢骨架聚乙烯复合管轴向方向上各组晶片循环发射超声波信号，则在不移动相控阵线性阵列探头的前提下，通过控制超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管管壁深度方向上进行不同角度的偏转及不同深度的聚焦，切换A扫与B扫两种线扫模式，最后，根据该超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管管壁内部传播时产生的缺陷回波信号，进行数据处理后形成B扫图像，同时保留在不同角度下的A扫波型信号；
所述计算机在接收到两个线扫通道下形成的A扫波型信号及B扫图像后，计算在当前两个通道设置参数前提下的覆盖检测区域的相应空间范围；在两次覆盖区域中，针对同一空间位置上的两个波幅信号选取较大波幅信号作为该位置的声压幅值响应；最后，以此类推形成新的检测声场并经处理后形成新的B扫图像，并判断钢骨架聚乙烯复合管的质量。
本发明进一步的改进在于，所述显示模块包括有24位真彩显示屏、USB和以太网接口，用于检测结果的显示及输出。
一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测方法，首先根据待测钢骨架聚乙烯复合管分别设置超声相控阵检测仪的两个线扫通道的检测参数，其中两个通道设置为一定角度的线性扫查模式，角度偏转方向相反设置；其中，角度不超过20°；
在待测钢骨架聚乙烯复合管道外表面检测面均匀涂抹上超声波耦合剂，将相控阵探头放置在已涂抹好耦合剂的检测面上，相控阵线性阵列探头沿复合管轴向方向放置；
打开超声相控阵检测仪的B扫模式，通过钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测技术，形成两角度线扫的融合B扫成像检测结果，根据B扫成像检测结果来对待测钢骨架聚乙烯复合管质量做出评价。
本发明进一步的改进在于，通过钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测技术，形成两角度线扫的融合B扫成像检测结果的具体过程如下：
超声相控阵检测仪将相控阵线性探头的64个晶片依次编号为1-64号，以每8个晶片分为一组依次进行激发超声波，当1-8号晶片开始激发超声波后，2-9号晶片为一组进行激发，以此类推，沿待测钢骨架聚乙烯复合管轴向方向上各组晶片循环发射超声波信号，在不移动相控阵线性阵列探头的前提下，通过控制超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管管壁深度方向上进行不同角度的偏转及不同深度的聚焦，切换A扫与B扫两种线扫模式，最后，根据该超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管管壁内部传播时产生的缺陷回波信号，进行数据处理后形成B扫图像，同时保留在不同角度下的A扫波型信号；
计算机在接收到两个线扫通道下形成的A扫波型信号及B扫图像后，计算在当前两个通道设置参数前提下的覆盖检测区域的相应空间范围；在两次覆盖区域中，针对同一空间位置上的两个波幅信号选取较大波幅信号作为该位置的声压幅值响应；最后，以此类推形成新的检测声场并经处理后形成融合B扫成像检测结果。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：针对于现有的钢骨架聚乙烯复合管超声检测难点及盲区问题，本发明提供了一种基于相控阵检测技术的两角度线扫融合成像方法。该方法通过设置两个线扫通道并在检测过程中快速切换形成两个B扫图像，然后经过计算机处理后形成新的融合B扫图像，并保留相关A扫信号。根据检测成像结果，可以实现对钢骨架聚乙烯复合管快速高效的在线实时成像检测，并从检测技术上极大改善检测盲区问题。同时，还可以对钢骨架聚乙烯复合管内部缺陷进行定位分析和数据保存等操作。
进一步的，相控阵线性阵列探头沿待测钢骨架聚乙烯复合管外表面，与管道轴向方向平行，确保声束扫查面垂直于管道轴向方向。
进一步的，本发明中通过两种模式切换，能显示单个角度扫查图像中被钢骨架遮挡的阴影部位，更全面地显示缺陷信号。
附图说明
图1是本发明的检测示意图。
图2是使用现有技术检测管体结构示意图。
图3是使用现有技术检测管体的信号模拟图。
图4是使用现有技术检测管体的实际检测结果。
图5是本发明的垂直入射时聚焦法则声束覆盖示意图。
图6是本发明的倾斜入射时聚焦法则声束覆盖示意图。
图7是本发明的测试方法流程图。
图8是本发明的超声相控阵检测仪示意框图。
图中，1为超声相控阵检测仪，2为相控阵线性阵列探头，3为待测钢骨架聚乙烯复合管，4为计算机，5为信号采集模块，6为显示模块，7为FPGA，8为A/D转换器，9为PCI总线，10为周向钢骨架，11为轴向钢骨架，12为PE材料。
具体实施方式
下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明保护的范围。超声相控阵检测仪、待测钢骨架聚乙烯复合管结构为现有的。
参见图1和图7，一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，主要包括用于对待测钢骨架聚乙烯复合管进行检查的超声相控阵检测仪1和相控阵线性阵列探头2，所述相控阵线性阵列探头2安置在待测钢骨架聚乙烯复合管3外表面，与待测钢骨架聚乙烯复合管3轴向方向平行并引出导线，引出的导线与超声相控阵检测仪1相连。参见图8，所述超声相控阵检测仪1包括计算机4、信号采集模块5与显示模块6，所述计算机4与相控阵线性阵列探头2相连，相控阵线性阵列探头2与信号采集模块5相连，信号采集模块5与计算机4相连，计算机4与显示模块6相连。
所述相控阵线性阵列探头2为一维线阵探头，包含有64个晶片，晶片频率为2MHz，晶片尺寸1mm×8mm。
所述相控阵线性阵列探头2沿待测钢骨架聚乙烯复合管3外表面，与管道轴向方向平行，确保声束扫查面垂直于管道轴向方向。即探头沿复合管轴向方向放置，确保声束扫查面垂直于复合管轴向方向。
所述待测钢骨架聚乙烯复合管3为以低碳钢丝为增强相，以高密度聚乙烯(HDPE)为基体，通过对钢丝点焊成网与塑料挤出填注同步进行，在生产线上连续挤出成型的双面防腐压力管道。
所述显示模块6包括有24位真彩显示屏、USB和以太网接口，用于检测结果的显示及输出。
所述超声相控阵检测仪1为具有32发射/64接收通道的相控阵检测仪。可以分别设置不同角度及聚焦深度的检测技术参数，针对所述复合管的钢骨架结构特征，将两个通道设置为一定角度的线性扫查模式，角度偏转方向应相反设置。
所述超声相控阵检测仪1的计算机4通过聚焦法则，将相控阵线性探头2的64个晶片依次编号为1-64号，以每8个晶片分为一组依次进行激发超声波，当1-8号晶片开始激发超声波后，2-9号晶片为一组进行激发，以此类推沿待测钢骨架聚乙烯复合管3轴向方向上各组晶片循环发射超声波信号，则在不需要移动相控阵线性阵列探头2的前提下，通过控制超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管3管壁深度方向上进行不同角度的偏转及不同深度的聚焦，以达到以一定角度进行线性扫查的检测目的。最后，根据该超声信号在所述待测钢骨架聚乙烯复合管3管壁内部传播时产生的缺陷回波信号，进行数据处理后形成B扫图像，同时在不同角度下的A扫信号也应保留。
所述超声相控阵检测仪1功能包含两个相互独立的线性扫查参数设置通道。其功能有两个独立角度的线性扫查。可以分别设置不同角度及聚焦深度的检测技术参数，针对所述复合管的钢骨架结构特征，将两个通道设置为某一角度的线性扫查模式，角度偏转方向应相反设置。
所述信号采集模块5在扫查过程中，在相控阵线性阵列探头2不移动的前提下进行两种线扫模式的来回快速切换，保留两个线性扫查通道下所形成的B扫图像及相应的A扫波型信号。
所述计算机4在接收到两个线扫通道下形成的A扫波型信号及B扫图像后，计算在当前两个通道设置参数前提下的覆盖检测区域的相应空间范围。在两次覆盖区域中，针对同一空间位置上的两个波幅信号选取较大波幅信号作为该位置的声压幅值响应。最后，以此类推形成新的检测声场并经进一步处理后形成新的B扫图像，作为检测结果显示在仪器显示模块上。该结果能显示单个角度扫查图像中被钢骨架遮挡的阴影部位，更全面地显示缺陷信号。评价缺陷信号和钢骨架信号的特征，并判断钢骨架聚乙烯复合管3的质量。
参见图7，超声相控阵检测仪1主要通过设置在计算机4内的FPGA 7采用聚焦法则进行数据采集，并将采样数据通过A/D转换器8进行信号处理后提取有效信号，然后将有效信号通过PCI总线9进行图像融合处理后传输至显示模块6。
具体的，基于上述装置的测试方法如下：
准备一个待测钢骨架聚乙烯(PE)复合管道3及所述一维线性阵列相控阵探头2。
超声相控阵检测仪调试：首先根据待测钢骨架聚乙烯复合管3分别设置好两个线扫通道的检测参数，其中两个通道设置为一定角度的线性扫查模式，角度偏转方向应相反设置。需要注意的是一定角度不应超过20°。
在待测钢骨架聚乙烯复合管道3外表面检测面均匀涂抹上超声波耦合剂，将一维线性阵列相控阵探头2放置在已涂抹好耦合剂的检测面上，通过按压探头使其耦合良好，确保一维相控阵线性阵列探头2沿复合管轴向方向放置，线性声束扫查面垂直于复合管轴向方向。
打开超声相控阵检测仪1的B扫模式，通过钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测技术，形成两角度线扫的融合B扫成像检测结果，显示在所述显示模块上，并保留相关A扫信号。
根据B扫成像检测结果来对待测管体质量做出评价。
参见图5和图6，本发明提供了一种基于相控阵检测技术的多角度线扫融合成像技术。该技术通过设置多个线扫通道并在检测过程中快速切换形成多个B扫图像，然后经过计算机处理后形成新的融合B扫图像，并保留相关A扫信号来进行检测。首先利用超声相控阵检测仪线扫检测技术在复合管轴向方向上循环发射超声波信号，该种扫查方式可在不需要移动探头的前提下，控制超声波信号在复合管管壁深度方向上进行不同角度的偏转及不同深度的聚焦，以达到以一定角度进行线性扫查的检测目的。最后，根据该超声信号在所述待测复合管管壁内部传播时产生的缺陷回波信号，进行数据处理后形成B扫图像，同时在不同角度下的A扫信号也应保留。
信号采集模块5在扫查过程中，在探头不移动的前提下进行三种线扫模式的来回快速切换，保留三个线性扫查通道下所形成的B扫图像及相应的A扫波型信号。超声相控阵检测仪1主要通过FPGA7设置所述聚焦法则进行数据采集，并将采样数据通过A/D转换器8进行信号处理后提取有效信号，然后将有效信号通过PCI总线9进行图像融合处理后传输至显示模块6，如图7所示。
其次针对本发明中待测接头的聚焦法则应包含三个相互独立的线性扫查参数设置通道。可以分别设置不同角度及聚焦深度的检测技术参数，针对所述复合管焊接接头检测要求，将其中一个线性扫查通道设置为0°垂直线扫，如图5所示，另外两个通道设置为一定角度的线性扫查模式，角度偏转方向应相反设置，其中，一定角度不应超过20°，如图6所示。
Claims (9)
1.一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，其特征在于，包括用于对待测钢骨架聚乙烯复合管(3)进行检查的超声相控阵检测仪(1)和相控阵线性阵列探头(2)；所述超声相控阵检测仪(1)包括计算机(4)、信号采集模块(5)与显示模块(6)，所述相控阵线性阵列探头(2)安置在待测钢骨架聚乙烯复合管(3)外表面，相控阵线性阵列探头(2)与超声相控阵检测仪(1)相连；计算机(4)与相控阵线性阵列探头(2)相连，相控阵线性阵列探头(2)与信号采集模块(5)相连，信号采集模块(5)与计算机(4)相连，计算机(4)与显示模块(6)相连；其中，所述相控阵线性阵列探头(2)为一维线阵探头，包含有64个晶片。
2.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，其特征在于，晶片频率为2MHz，晶片尺寸1mm×8mm。
3.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，其特征在于，相控阵线性阵列探头(2)与待测钢骨架聚乙烯复合管(3)轴向方向平行并引出导线，引出的导线与超声相控阵检测仪(1)相连。
4.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，其特征在于，所述相控阵线性阵列探头(2)沿待测钢骨架聚乙烯复合管(3)外表面，与管道轴向方向平行。
5.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，其特征在于，所述超声相控阵检测仪(1)通过设置在计算机(4)内的FPGA(7)采用聚焦法则进行数据采集，并将采集数据通过A/D转换器(8)进行信号处理后提取有效信号，然后将有效信号通过PCI总线(9)进行图像融合处理后传输至显示模块(6)。
6.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，其特征在于，所述超声相控阵检测仪(1)的计算机(4)将相控阵线性探头(2)的64个晶片依次编号为1-64号，以每8个晶片分为一组依次进行激发超声波，当1-8号晶片开始激发超声波后，2-9号晶片为一组进行激发，以此类推，沿待测钢骨架聚乙烯复合管(3)轴向方向上各组晶片循环发射超声波信号，则在不移动相控阵线性阵列探头(2)的前提下，通过控制超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管(3)管壁深度方向上进行不同角度的偏转及不同深度的聚焦，切换A扫与B扫两种线扫模式，最后，根据该超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管(3)管壁内部传播时产生的缺陷回波信号，进行数据处理后形成B扫图像，同时保留在不同角度下的A扫波型信号；
所述计算机(4)在接收到两个线扫通道下形成的A扫波型信号及B扫图像后，计算在当前两个通道设置参数前提下的覆盖检测区域的相应空间范围；在两次覆盖区域中，针对同一空间位置上的两个波幅信号选取较大波幅信号作为该位置的声压幅值响应；最后，以此类推形成新的检测声场并经处理后形成新的B扫图像，并判断钢骨架聚乙烯复合管(3)的质量。
7.根据权利要求1所述的一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测装置，其特征在于，所述显示模块(6)包括有24位真彩显示屏、USB和以太网接口，用于检测结果的显示及输出。
8.一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测方法，其特征在于，首先根据待测钢骨架聚乙烯复合管(3)分别设置超声相控阵检测仪(1)的两个线扫通道的检测参数，其中两个通道设置为一定角度的线性扫查模式，角度偏转方向相反设置；其中，角度不超过20°；
在待测钢骨架聚乙烯复合管道(3)外表面检测面均匀涂抹上超声波耦合剂，将相控阵探头放置在已涂抹好耦合剂的检测面上，相控阵线性阵列探头(2)沿复合管轴向方向放置；
打开超声相控阵检测仪(1)的B扫模式，通过钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测技术，形成两角度线扫的融合B扫成像检测结果，根据B扫成像检测结果来对待测钢骨架聚乙烯复合管(3)质量做出评价。
9.根据权利要求8所述的一种钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测方法，其特征在于，通过钢骨架聚乙烯复合管相控阵成像检测技术，形成两角度线扫的融合B扫成像检测结果的具体过程如下：
超声相控阵检测仪(1)将相控阵线性探头(2)的64个晶片依次编号为1-64号，以每8个晶片分为一组依次进行激发超声波，当1-8号晶片开始激发超声波后，2-9号晶片为一组进行激发，以此类推，沿待测钢骨架聚乙烯复合管(3)轴向方向上各组晶片循环发射超声波信号，在不移动相控阵线性阵列探头(2)的前提下，通过控制超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管(3)管壁深度方向上进行不同角度的偏转及不同深度的聚焦，切换A扫与B扫两种线扫模式，最后，根据该超声波信号在待测钢骨架聚乙烯复合管(3)管壁内部传播时产生的缺陷回波信号，进行数据处理后形成B扫图像，同时保留在不同角度下的A扫波型信号；
计算机(4)在接收到两个线扫通道下形成的A扫波型信号及B扫图像后，计算在当前两个通道设置参数前提下的覆盖检测区域的相应空间范围；在两次覆盖区域中，针对同一空间位置上的两个波幅信号选取较大波幅信号作为该位置的声压幅值响应；最后，以此类推形成新的检测声场并经处理后形成融合B扫成像检测结果。
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