專利名稱：一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管道無損檢測裝置，特別是指一種管道無損檢測裝置使用的管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭。
背景技術(shù)：
利用軸向超聲導(dǎo)波檢測待測管道上的焊縫、周向裂紋等缺陷是一種有效的方式， 現(xiàn)有的激發(fā)和接收軸向超聲導(dǎo)波的超聲換能器一般采用壓電式換能器，它的檢測原理是 當軸向超聲導(dǎo)波在待測管道內(nèi)傳播遇到待測管道上的焊縫或周向裂紋時，軸向超聲導(dǎo)波立 即反射，軸向超聲導(dǎo)波的激發(fā)端接收到反射回來的軸向超聲導(dǎo)波，計算出激發(fā)和接收到軸 向超聲導(dǎo)波的時間差與軸向超聲導(dǎo)波的傳播速度的乘積，從而確定待測管道內(nèi)焊縫或周向 裂紋的位置?，F(xiàn)有的壓電式換能探頭在使用之前需要將待測管道的外壁打磨干凈，因此使用起 來很不方便，且它所激發(fā)的軸向超聲導(dǎo)波幅值較小，傳播距離短，檢測的待測管道的長度范 圍有限。在《機械工程學(xué)報》中已發(fā)表的文獻“磁致伸縮效應(yīng)在圓管中激勵縱向?qū)Рǖ睦碚?和試驗研究”(出版日2005. 10，期刊號ISSN:0577-6686)中公開了一種基于磁滯伸縮原 理的電磁超聲換能探頭結(jié)構(gòu)，該換能探頭可以在鐵磁性材料管道上激發(fā)和接收軸向超聲導(dǎo) 波，雖然這種軸向超聲導(dǎo)波的幅值較大，傳播距離較遠，但由于它只能用于檢測鐵磁性材料 的待測管道，因此造成這種換能探頭應(yīng)用范圍較窄，且使用時需要安裝電磁鐵或永磁體等 外置磁場，使這種換能探頭的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不方便使用，因此需要改進。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其 可應(yīng)用于多種材料的待測管道，檢測管道的長度范圍較大且結(jié)構(gòu)簡單。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其 特征在于它包括一預(yù)磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測管道的周 向緊密固定在待測管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩余磁通密度沿待測管道周向分布； 所述多組線圈帶為用一根導(dǎo)線在固定于所述待測管道外壁的所述預(yù)磁化的鎳鐵合金上繞 制而成的多組線圈，相鄰兩組所述線圈的中心距離相等，且相鄰兩組所述線圈的纏繞方向 相反。所述多組線圈帶的導(dǎo)線的起始端連接檢測裝置的脈沖功率放大器，所述多組線圈 帶的導(dǎo)線的末端依次連接所述檢測裝置的濾波放大電路和示波器。所述鎳鐵合金的厚度為0. 2 0. 5mm。所述鎳鐵合金的厚度為0. 2 0. 5mm。所述多組線圈帶的線圈總組數(shù)為2 8組。所述多組線圈帶的每組線圈的導(dǎo)線匝數(shù)為1 20匝。所述鎳鐵合金片內(nèi)的軸向超聲導(dǎo)波的波長為相鄰兩組線圈帶的中心距離的二倍。
所述多組線圈帶的每組線圈的繞設(shè)斜度為與所述待測管道的軸向呈45度夾角。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明采取了在預(yù)磁化的鎳鐵合金和多組線圈帶之間進行軸向超聲導(dǎo)波的激發(fā)和接收，因而對待測管道的材料沒 有特殊要求，它不僅可以可應(yīng)用于非鐵磁性和鐵磁性金屬待測管道，也可應(yīng)用于塑料待測 管道等其他材料的待測管道，因此具有適用材料范圍廣的優(yōu)點。2、本發(fā)明由于采用了多組 線圈帶與待測管道的軸向呈45度夾角的繞制方式，因而可使在相同的激勵信號下，所產(chǎn)生 的軸向超聲導(dǎo)波幅值大、信噪比高，因此軸向超聲導(dǎo)波的傳播距離較遠，具有可以檢測待測 管道較長范圍內(nèi)的焊縫或者周向裂紋的優(yōu)點。3、本發(fā)明由于采取等間隔的線圈纏繞方式， 所激發(fā)和接收的軸向超聲導(dǎo)波的波長是各組線圈間中心距離的二倍，因此具有選頻的功 能，且所激發(fā)和接收的軸向超聲導(dǎo)波具有頻率固定和單一的優(yōu)點。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于管道的無損檢測領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明多組線圈帶的示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括一預(yù)磁化的鎳鐵合金片1和多組線圈帶2，其中鎳鐵合金片1為矩形，沿其中一個邊長磁化處理后形成預(yù)磁化的鎳鐵合金片，使 鎳鐵合金片1帶有靜態(tài)偏置磁場。再將鎳鐵合金片1沿待測管道3的周向緊密固定在待測 管道3的外壁上，使鎳鐵合金片1上的剩余磁通密度扎沿待測管道3的周向分布。多組線圈帶2是用一根導(dǎo)線在固定于待測管道3外壁的預(yù)磁化的鎳鐵合金片1上 繞制而成的多組線圈，每一組線圈中各匝導(dǎo)線的纏繞方向相同，相鄰的兩組線圈間的中心 距離相等，且相鄰的兩組線圈的纏繞方向相反。檢測裝置的脈沖功率放大器連接多組線圈帶2的導(dǎo)線起始端，多組線圈帶2的導(dǎo) 線末端依次連接檢測裝置的濾波放大電路和示波器。本發(fā)明的工作原理為脈沖功率放大器將產(chǎn)生的周期性脈沖信號傳送給多組線圈帶2，在鎳鐵合金片1 上即產(chǎn)生一與周期性脈沖信號同頻率的周期性動態(tài)交變磁場，周期性動態(tài)交變磁場的方向 與多組線圈帶2的各線圈中電流方向呈右手螺旋關(guān)系，由于相鄰兩組線圈中的激勵電流i 大小相等、方向相反，因此相鄰兩組線圈產(chǎn)生的周期性動態(tài)交變磁場大小相等、方向相反。 鎳鐵合金片1上的動態(tài)交變磁場與其自身的靜態(tài)偏置磁場疊加，使鎳鐵合金片1上的磁疇 在靜態(tài)偏置位置附近來回運動，鎳鐵合金片1隨之沿著動態(tài)磁場的方向伸長和縮短，即產(chǎn) 生磁滯伸縮效應(yīng)，這種周期性振動即為鎳鐵合金片1內(nèi)的軸向超聲導(dǎo)波，軸向超聲導(dǎo)波的 波長λ為相鄰兩組線圈的中心距離的二倍。由于鎳鐵合金片1與待測管道3緊密接觸，鎳 鐵合金片1內(nèi)的軸向超聲導(dǎo)波傳導(dǎo)到待測管道3中并沿待測管道的軸向進行傳播，實現(xiàn)軸 向超聲導(dǎo)波信號的激發(fā)。當軸向超聲導(dǎo)波遇到待測管道3中的周向裂紋或者焊縫時，軸向超聲導(dǎo)波反射回鎳鐵合金片1，使鎳鐵合金片1的磁疇來回運動，進而產(chǎn)生動態(tài)交變磁場，即逆磁滯伸縮效 應(yīng)，動態(tài)交變磁場在多組線圈帶2上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢經(jīng)過濾波放大電路后通過示 波器顯示，實現(xiàn)軸向超聲導(dǎo)波信號的接收。 上述實施例中，鎳鐵合金1的厚度為0. 2 0. 5mm。上述實施例中，多組線圈帶2包括2 8組線圈，每組線圈包含的導(dǎo)線匝數(shù)為1 20匝。如圖2所示，上述實施例中，多組線圈帶2的每組線圈的繞設(shè)斜度為與待測管道3 的軸向呈45度夾角，這可使激發(fā)的軸向超聲導(dǎo)波幅值較大，在待測管道3內(nèi)的傳播距離較 遠，因此可以檢測較長范圍內(nèi)的管道上的焊縫和周向裂紋。本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)，一方面對待測管道的材料沒有特殊要求，因此適用范圍廣； 另一方面，由于激發(fā)的軸向超聲導(dǎo)波波長為相鄰兩組線圈的中心距離的二倍，因此可通過 調(diào)整相鄰兩組線圈的中心距離來選擇軸向超聲導(dǎo)波的頻率，即具有選頻的功能，且所激發(fā) 的軸向超聲導(dǎo)波的頻率單一、固定。本發(fā)明方法和裝置的實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、連 接方式，及方法步驟的設(shè)置和順序都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上 進行的改進和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于它包括一預(yù)磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測管道的周向緊密固定在待測管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩余磁通密度沿待測管道周向分布；所述多組線圈帶為用一根導(dǎo)線在固定于所述待測管道外壁的所述預(yù)磁化的鎳鐵合金上繞制而成的多組線圈，相鄰兩組所述線圈的中心距離相等，且相鄰兩組所述線圈的纏繞方向相反。
2.如權(quán)利要求1所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于所述多組線圈 帶的導(dǎo)線的起始端連接檢測裝置的脈沖功率放大器，所述多組線圈帶的導(dǎo)線的末端依次連 接所述檢測裝置的濾波放大電路和示波器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于所述鎳鐵合金 的厚度為0. 2 0. 5mm。
4.如權(quán)利要求2所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于所述鎳鐵合金 的厚度為0. 2 0. 5mm。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于 所述多組線圈帶的線圈總組數(shù)為2 8組。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于 所述多組線圈帶的每組線圈的導(dǎo)線匝數(shù)為1 20匝。
7.如權(quán)利要求5所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于所述多組線圈 帶的每組線圈的導(dǎo)線匝數(shù)為1 20匝。
8.如權(quán)利要求1至7任一所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于所述 鎳鐵合金片內(nèi)的軸向超聲導(dǎo)波的波長為相鄰兩組線圈帶的中心距離的二倍。
9.如權(quán)利要求1至8任一所述的一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于所述 多組線圈帶的每組線圈的繞設(shè)斜度為與所述待測管道的軸向呈45度夾角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，其特征在于它包括一預(yù)磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測管道的周向緊密固定在待測管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩余磁通密度沿待測管道周向分布；所述多組線圈帶為用一根導(dǎo)線在固定于所述待測管道外壁的所述預(yù)磁化的鎳鐵合金上繞制而成的多組線圈，相鄰兩組所述線圈的中心距離相等，且相鄰兩組所述線圈的纏繞方向相反。脈沖功率放大器連接繞制多組線圈帶的導(dǎo)線的起始端，繞制多組線圈帶的導(dǎo)線的末端依次連接濾波放大電路和示波器。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于管道的無損檢測領(lǐng)域。
文檔編號F17D5/00GK101813670SQ201010122670
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者崔愛芳, 李鵬, 王珅, 童允, 董甲瑞, 許 鵬, 趙偉, 郝寬勝, 魏爭, 黃松嶺 申請人:清華大學(xué)