[发明专利]一种用于埋地管道损伤诊断的低频声子发射监测装置

说明书

本发明公开了一种用于埋地管道损伤诊断的低频声子发射监测装置。布置在管道上的声子汇聚装置、多个探头支架和多个声子接收探头；声子汇聚装置主要由多个声子汇聚单元通过夹紧机构连接构成，每个声子汇聚单元采用可磁致伸缩带材制成且加工成梳子状；每个声子接收探头安装在一个探头支架上，多个声子接收探头对应的多个探头支架安装在抱箍上，抱箍套装于管道外；声子汇聚单元的梳子状梳齿端为放大分支，放大分支层叠且保持端面平整后端面固定垂直连接到声子接收探头探测接收面。本发明实现在管道不停产情况下的缺陷检测，适应于不同安装情况下换能器的布置，结构简单，设计合理，检测距离长，对于埋地管道的监测也非常有效。

技术领域

本发明涉及了属于埋地管道在线监测领域的一种管道检测装置和方式，尤其是涉及一种用于埋地管道损伤诊断的低频声子发射监测装置和方式。

背景技术

管道作为五大运输方式之一，广泛的用于石油、天然气和城市管网建设中，管道损伤是威胁管网运行安全的重要因素。针对管道损伤的无损检测技术有很多，常规的检测包括：漏磁法、射线法、涡流法和超声法等。但是，常规无损检测技术都属于逐点式检测，检测范围小且效率低。对于长距离埋地管道来说，外检测采用常规的无损检测技术需要对埋地管道全部开挖，不太适合且对于穿越管道(河流、湖泊、公路和铁路等)无法实现；管道内检测使用管道猪对管道进行缺陷的探伤，通过在管道内部移动实现长距离管道的扫查，但是该方法无法用于小直径管道，同时对于穿越管道如遇到管道猪卡死情况，处理极为困难，因此一般不用于穿越管道；目前超声导波技术也广泛应用在管道检测领域，但超声导波在埋地管道中衰减很大，特别是一些带有3PE防腐层或埋深条件复杂的管道，导波检测的距离十分有限，且穿越管道穿越河道、村庄、公路、铁路等区域，通常长达数百米至数公里，一般都是管线安全的重点区域，目前包括导波检测技术在内的管道外检测技术仍面临着很多的困难。

声发射监测技术属于一种被动式监测技术，声发射是指材料在变形或损坏过程中释放出应变能，并相应的产生应力波的过程，这种应力波的频域较宽，范围可以从次声波、声频到超声波，为了有效捕获更多的声发射信号，声发射探头基本上都设计为接收宽频范围内的声波，目前声发射检测的范围为0～300KHz，但是高频信号在埋地管道中进行传播时，衰减较大，因此声发射监测技术在埋地管道上的应用受到距离的限制，一般只能对100m左右的管道进行检测，无法实现对长达几公里的埋地管道进行检测。现有的声发射技术对长距离的埋地管道进行检测时，探头将会接收到宽频信号，信噪比低，信号分析困难。声发射技术作为一种被动式的检测方法，只能用于监测生长型的缺陷，使得缺陷监测类型受到一定的限制。如果单纯的使用声子信号的低频部分用于管道的长距离监测，高频信号分量会随传播介质距离逐渐衰减，低频的声子信号可以传播较远的距离(1km以上)，因此不仅可以有效提高监测的距离，并且接收到的低频信号频率范围较小，分析起来更容易，提高了信号的信噪比。综上所述，考虑使用主动和被动两种方式接收低频声子信号。

声子是存在于原子链间的一种能量，当固体材料中受到自然、操作、外部等一种或几种因素的结合时，会向外发射一种低频能量，称为声子能量。声子诊断技术就是通过收集原子链被破坏区域释放的声子能量为条件确定被测对象结构健康状况的一种检测方法。发射声子能量的区域被称为活跃区域，而活跃缺陷是指在活跃区域中的一种累积的或正在发生的活动。埋地管道上会存在腐蚀、断裂、疲劳损伤等缺陷，这些缺陷大多为“活性缺陷”，而“活性缺陷”在生长的过程中便会向外发射声子信号，通过声子接收探头接收到的声子活跃区的数据和声子校验比对，确定声子的位置和空间构造，同时通过对声子活跃区进行识别，对声子活跃区进行排列，确定缺陷的个数。因此，本发明专利使用的声子检测技术只对低频的声子信号进行接收，对生长型的“活性缺陷”，采用被动式方式对其发射的声子信号进行接收；同时也可以使用主动激励的方式实现对非生长型缺陷的检测，通过在管道的另一次激励出低频信号，该信号与缺陷发生作用后同样可以发射出低频的声子信号。因此可以实现对长距离埋地管道的主动式和被动式的监测。