[发明专利]一种基于阵列式压电薄膜传感器的管道腐蚀监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术，属于结构健康检测领域，具体涉及一种基于阵列式压电薄膜(PVDF)传感器的管道腐蚀监测装置。

背景技术

当今，我国经济发展的持续性与高速性对以油气资源为主体的能源需求越来越迫切。管道鉴于诸多优势，已成为油气资源运输主要手段之一，因而预防管道泄漏等事故十分重要。超声检测是常规的无损检测技术，具有携带方便、测量简便、精度高、误差小，能在不损坏设备、零部件的情况下，准确检测管道壁厚。在锅炉、管道等曲面表面检测中，常规超声压电传感器有很多的限制与困难，对这类待测试件表面为曲面的结构，现阶段的压电探头无法直接对其进行厚度测量。此外，在实际工程应用中，压力管道腐蚀情况的检测需要对管道多个区域或者某一较大区域内多点进行厚度测量。单点检测操作复杂繁琐，数据记录混乱，不利于对压力管道腐蚀情况的长期监测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于阵列式压电薄膜传感器的管道腐蚀监测装置，实现了对管道曲面区域范围的厚度进行测试。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于阵列式压电薄膜传感器的管道腐蚀监测装置，包括超声波信号激励模块、阵列式压电薄膜传感器模块、信号采集与处理模块和信号分析模块；超声波信号激励模块加载阵列式压电薄膜传感器模块上，信号采集与处理模块的输入端与阵列式压电薄膜传感器模块连接，信号采集与处理模块的输出端与信号分析模块连接；

超声波信号激励模块负责控制脉冲信号发生装置发出周期性窄脉冲，该周期性窄脉冲用以激励阵列式压电薄膜传感器模块来产生超声波；

阵列式压电薄膜传感器模块受到激励产生超声波，超声波在被测试件上、下面多次地来回反射，反射产生的反射波被阵列式压电薄膜传感器探头接收形成电信号；

信号采集与处理包含信号调理单元、信号采集单元、多通道扫查单元；负责将电信号放大、滤波、以及多通道扫查处理后，发送给信号分析模块；

信号分析模块负责统计超声波在上、下表面的传播时间，采用波形数据分析软件，计算出试件厚度，输出测量厚度变化情况，以检测腐蚀情况。

本发明的有益效果：

本发明所提供的系统分别采用阵列式压电薄膜传感器和超声波测厚技术，对管道进行区域性曲面测厚，大幅提高了腐蚀检测效率，实现了管道腐蚀监测。本发明相对于传统的超声波管材壁厚测量方法，避免了复杂的测量设备、繁琐的测试过程，并且实现了区域监测功能。

附图说明

图1为本发明基于阵列式压电薄膜传感器的管道腐蚀监测装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于阵列式压电薄膜传感器的管道腐蚀监测系统，该系统包括超声波信号激励模块、阵列式压电薄膜传感器模块、信号采集与处理模块和信号分析模块。其中：超声波信号激励部分控制脉冲信号发生装置发出周期性窄脉冲，加载到阵列式压电薄膜传感器探头上，探头受到激励产生超声波，超声波会在试件上、下面多次地来回反射。这些反射波被压电探头接收形成电信号，再通过放大、滤波、多通道扫查等信号采集与处理后，由信号分析模块统计出超声波在上、下表面的传播时间，进而计算出试件厚度，以检测腐蚀情况。

各模块的功能为：

超声波信号激励模块，用于发出周期性窄脉冲以激励压电晶片来产生超声波。超声波信号激励采用电路方式实现，其本质是单稳态触发器。本发明以555定时器为核心来制成单稳态触发器。555定时器是多用途的模拟——数字混合集成电路，利用555定时器可以极为方便地搭建单稳态触发器。单稳态触发器产生脉冲高压的工作原理是RC放电电路。由触发电路控制存储电能的高压云母电容放电，借此产生瞬时高压的脉冲信号。其中tw为输出脉冲宽度，是电容C的电压由0充到的时间。调节tw可以得到本实验要求的窄脉冲信号。

由上式可知，输出脉冲宽度tw仅与R和C的大小相关。因此，调节R、C的大小即可调节输出脉冲宽度。在实际应用中，将电阻R设置成可调式Rw，通过调节Rw来改变脉冲宽度。

阵列式压电薄膜传感器模块，用于受激励发出超声波和接受超声波回波，以此产生压电信号，并输出到信号采集与处理模块。阵列式的设计思路是以单体PVDF压电薄膜传感器为基础，将多片PVDF压电薄膜依据被测对象的实际要求整合排布在柔性基底上，构成阵列式传感器组，实现多个区域或者某一较大区域内多点进行厚度测量。

信号采集与处理模块，用于压电信号调理、信号A/D转换、采样、多通道扫查等。其中，信号调理作用为