[发明专利]可插入不锈钢波纹管内部检测的超声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可插入不锈钢波纹管内部检测的超声换能器，属于声学传感器技术领域，其作用是把传感器产生的电磁能通过波纹管转换成机械能(声能)，并通过对机械能(声能)的分析来对不锈钢波纹管的缺陷有无等进行检测。

背景技术

现今，对于冷凝器不锈钢波纹管进行无损检测主要采用涡流检测技术。但在实际检测中采用涡流检验方法需要逐点探测，耗时费力，难以进行大批量的检查。同时不锈钢波纹管的管束密度较大，空间分布紧凑，采用普通检验方法难以进行有效检查。而实时状态检验的高经济性、高效率是必不可少的，因此需要设计一种可插入不锈钢波纹管内部检测的超声换能器，来满足波纹管在役检测的工程要求。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种可插入不锈钢波纹管内部检测的超声换能器，利用超声导波技术来实现冷凝器不锈钢波纹管中快速、长距离检测。

本发明一种可插入不锈钢波纹管内部检测的超声换能器，是采用以下技术手段实现的：

一种可插入不锈钢波纹管内部检测的超声换能器，设置在波纹管内的一端，永磁铁2插入波纹管1内部的铁芯3，铁芯3外表的两端及中间部分均设置有数个隔离台阶，每两个相邻的隔离台阶之间的部分环绕有漆包线，每经过一个隔离台阶漆包线改变一次环绕方向；两块永磁铁2吸附在铁芯3的两侧。

前述的铁芯(3)的外径与波纹管内径相同。

前述的永磁铁(2)的外径与铁芯(3)内径相同。

本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

本发明使用永磁铁在铁芯中产生偏置磁场，当漆包线两端加上交变电压时，根据电磁场定律，在波纹管中会产生局部的机械振动，这种振动会从激励源向两个方向同时传播，当遇到波纹管端面或缺陷处会发生反射，而后被接收传感器捕获到，即可实现对整根波纹管的检测。本发明中的传感器能够插入波纹管内部进行长距离检测，检测信号简单明了、便于分析，进而降低了检测成本，可以适用于管束密度较大、空间分布紧凑的工业现场进行不锈钢波纹管在役状况检测。

附图说明

图1为本发明整体安装示意图；

图2为铁芯3上线圈缠绕的示意图；

图3为使用压电晶片自激励自接收时的接收信号的示意图；

图4为使用压电晶片激励本发明接收时的接收信号的示意图。

图中，1、钢绞线，2、永磁体，3、铁芯，4、漆包线。

具体实施方式

结合本发明方法的内容提供一下实施例：

本实施例的结构如图1所示，包括永磁铁2、以及插入波纹管1内部的铁芯3，铁芯3外表上的两端及中间部分均设置有隔离台阶，每两个隔离台阶之间的部分都环绕有漆包线4，每经过一个隔离台阶漆包线4便改变一次环绕方向。两块永磁铁2附着在铁芯3的两侧，永磁铁2与铁芯3的外径与波纹管内径相同，以便插入波纹管内部并且使漆包线4尽可能贴近波纹管内壁。

本实施例中冷凝器不锈钢波纹管的外直径25mm，壁厚为0.7mm，螺距为10mm，波高为0.5mm。波纹管试样总长为3780mm，传感器安装在距波纹管直管段端面处，压电片环整周均匀分布16片，所选压电陶瓷晶片长7mm，宽3mm，厚0.5mm，振动类型为长度伸缩型。由函数发生器产生峰峰值为300mV的经Hanning窗调制的20个震荡周期的单音频信号，选择的频率为240kHz。激励信号经功率放大器进行功率放大，加载在压电晶片，进而在波纹管中激励出L(0，2)模态导波信号，该信号传播至波纹管端面后会发生反射，然后被超声换能器接收，在数字示波器显示，并通过端口存储到计算机中。

在波纹管上加工一个环向裂纹，周向长度10mm，轴向宽度0.4mm，中心位置距压电片环处1500mm，使用压电晶片自激励自接收时的接收信号如图3所示，使用压电晶片激励本发明接收时的接收信号如图4所示。从试验结果可以看出，除端面回波外，裂纹缺陷回波清晰可辨，读取缺陷波包的到达时间，就可以计算出缺陷的轴向位置，即实现缺陷的识别和定位。压电晶片激励本发明接收的检测结果与压电晶片自激励自接收的检测结果相比，检测信号的杂波少，信噪比高，只是幅度相对较小。

实验结果表明，L(0，2)模态导波适于检测波纹管中的裂纹缺陷，而且采用电磁声换能器可进一步改善检测结果，提高检测范围。实验结果验证了超声导波在波纹管缺陷检测方面的可行性，而这种插入波纹管内部的超声换能器可以适用于管束密度较大、空间分布紧凑的工业现场进行不锈钢波纹管在役状况检测，也为波纹管的在役检测奠定一定基础。