[发明专利]一种模块化阵元压电陶瓷超声导波检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种模块化阵元压电陶瓷超声导波检测装置及检测方法，装置包括阵元模块和紧固组件；所述的阵元模块含有一组激励传感器和接收传感器，根据检测的需要自由组合阵元模块的数量，并通过紧固组件将若干阵元模块固定在待检测管道外壁上，每个阵元模块的信号线束均与信号传感与信号处理系统连接，通过一次回波信号每个阵元通道的时延计算聚焦信号每个阵元通道的时延，实现导波信号的聚焦。本发明装置结构配置灵活，可定制度高，能够针对不同的检测需要迅速地调整安装配置，适用于不同大直径地管道。

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其是涉及一种管道结构损伤检测装置和检测方法。

背景技术

随着我国城镇化建设的推进和绿色低碳循环发展经济体系的建立，管网系统作为我国经济建设中的重要一环，其规模也在不断扩大，这给管道系统结构健康监控带来了巨大的挑战。超声导波无损检测技术是一种长距离、大范围结构快速扫查技术，具有单次单点激励、全截面覆盖检测、检测距离长、检测效率高等优点，在检测管件、杆件、薄板、轨道等工程结构上得到了广泛的应用。

传统的超声导波检测的单一通道信号不能实现导波传播的定向控制，只能无差别地在周向激发特定能量大小、模态的导波，存在对小缺陷表征能力较差的问题，无法适应小缺陷、缺陷分布复杂的情况。相控超声导波检测技术是在原有的单通道超声导波检测技术的基础上，借鉴传统相控超声检测技术发展出来的一种新兴检测技术。通过控制阵列换能器和导波场相控激励各阵列元延时、振幅参数，能够实现波束聚焦、频率扫描、模态扫描等功能，在提高缺陷检测的分辨率的同时，提高缺陷辨识的成功率，大幅提高管道检测的适应性。

目前市场商用多通道导波相控阵系统价格昂贵，设备的硬软件高度集成化，检测阵列元难以灵活增减以适应不同直径大小的管道，用户的客制化需求难以实现，在不同使用环境下，检测准确度与检测效率大打折扣。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现对管道结构进行高灵敏度、快速、准确地主动检测的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种模块化阵元压电陶瓷超声导波检测装置，包括一组阵元模块和紧固组件，所述阵元模块包括壳体、信号线束，以及一对伸缩方向与管道轴向一致的压电陶瓷，所述压电陶瓷包括激励传感器、接收传感器，激励传感器和接收传感器嵌入壳体底面，并分别连接信号线束，从而隔绝外部环境的影响，保证设备和信号的可靠性、稳定性，阵元模块周向均匀布置在管道外壁上，并由紧固组件串连拼接。可以通过调整阵元模块的数量及布置间距，产生所需要激发的不同模态的超声导波，以及对超声导波聚焦的不同需求。

模块化可选阵元很大程度上提高了针对不同管径安装的灵活性，适用于不同直径的管道。该检测装置基于相控阵列元聚焦技术以及可以一次性覆盖整个导波结构的超声导波检测技术相结合，实现导波能量聚焦在管道周向任意位置聚焦，可对管道结构进行高灵敏度、快速、准确地主动检测。

进一步的，一组所述阵元模块中包括设有紧固棘轮转轮的零号模块，紧固组件一端与零号模块连接，包覆阵元模块后，另一端与紧固棘轮转轮配合设置，通过旋转紧固棘轮转轮涨紧紧固组件，使每个阵元模块都能紧密贴合在管道外壁上，保证检测装置稳定性，防止松动。

进一步的，所述紧固组件包括柔性有机材料织物和柔性齿条，通过柔性有机材料织物围绕并包裹阵元模块，使阵元模块紧贴管道，柔性齿条与紧固棘轮转轮配合设置，通过旋转紧固棘轮转轮涨紧紧固组件。

进一步的，所述阵元模块上部设有安装吊耳，用于穿插紧固组件，方便紧固组件的安装及安装后各阵元模块位置的固定，防止在管道轴向上的位移。

进一步的，所述信号线束包括激励信号线束和接收信号线束，通过有屏蔽层的线缆引出，分别与信号传感与信号处理系统连接。

进一步的，所述阵元模块与管道外壁之间涂敷超声波耦合剂，激励传感器与接收传感器通过超声波耦合剂与管道外壁接触，保证能量转换的效率最大化。