本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)運(yùn)輸螺旋焊管的檢測(cè)裝置，具體涉及一種基于雙模態(tài)超聲導(dǎo)波的長(zhǎng)運(yùn)輸管道自動(dòng)檢測(cè)裝置，屬于長(zhǎng)運(yùn)輸管道無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今石油、天然氣的使用已經(jīng)進(jìn)入平常百姓家，面對(duì)巨大的需求量，石油、天然氣的運(yùn)輸成為一項(xiàng)重大的工程，而管道運(yùn)輸作為與鐵路、公路、水運(yùn)和航空并列的五大運(yùn)輸方式之一，具有運(yùn)輸周期短、運(yùn)輸量大、運(yùn)輸成本低、運(yùn)輸效率高等優(yōu)勢(shì)，使其在石油、天然氣運(yùn)輸領(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用。

隨著我國(guó)西氣東輸工程的逐漸投入，管道的需求量迅速的增加，而用于如此長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)墓艿来蠖鄶?shù)為螺旋焊管，為了能夠提高運(yùn)輸?shù)男?，管道?nèi)的油氣都是通過增強(qiáng)壓力來運(yùn)輸?shù)模虼寺菪腹芤惺芫薮蟮膲毫l件，而焊縫處無非是螺旋焊管最脆弱的部位，因此不僅要保證螺旋焊管的質(zhì)量，還要通過后期的檢測(cè)方法避免焊縫處有裂紋、氣泡、夾渣等缺。除此之外，長(zhǎng)運(yùn)輸管道所處的環(huán)境條件以及內(nèi)部運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)都會(huì)對(duì)管道有不同程度的腐蝕破壞?；诖耍艿佬孤﹩栴}時(shí)有發(fā)生，為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸管道的內(nèi)部缺陷，在保證輸油、輸氣管道正常運(yùn)輸?shù)那闆r下，需要對(duì)運(yùn)輸管道進(jìn)行缺陷在役檢測(cè)。

目前的管道無損檢測(cè)技術(shù)主要有射線檢測(cè)技術(shù)、滲透檢測(cè)技術(shù)、磁粉檢測(cè)技術(shù)和超聲波檢測(cè)技術(shù)。其中射線檢測(cè)技術(shù)僅對(duì)管道焊縫中的氣孔、夾渣和疏松等體積型缺陷的檢測(cè)靈敏度較高，對(duì)平面缺陷和腐蝕的檢測(cè)靈敏度較低，檢測(cè)效率低；滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)由于是在管道內(nèi)部進(jìn)行，因而可操作性不強(qiáng)；超聲波檢測(cè)技術(shù)則具有能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離在役檢測(cè)、可檢測(cè)焊縫缺陷和腐蝕缺陷、可在管道外部在無需剝離防腐層和清管測(cè)徑的情況下檢測(cè)、操作性強(qiáng)檢測(cè)效率和精度高等優(yōu)點(diǎn)。因而超聲導(dǎo)波無損檢測(cè)技術(shù)近年來已廣泛應(yīng)用于管道檢測(cè)領(lǐng)域，并且成為眾多研究者關(guān)注的課題。

在申請(qǐng)?zhí)枮?01410581346.5的發(fā)明專利提供了一種壓力管道超聲內(nèi)檢測(cè)自動(dòng)化裝置，由于管道運(yùn)輸具有持續(xù)性，因此對(duì)于實(shí)現(xiàn)管道的內(nèi)在的在役檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用上并不可行。而在申請(qǐng)?zhí)枮?01320124475.2的發(fā)明專利提供了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程燃?xì)夤艿佬孤z測(cè)系統(tǒng)，其采用在運(yùn)輸管道上間隔一定距離部署紅外傳感器，然后通過采集紅外傳感器信號(hào)的方式對(duì)管道進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)，但是這種方法對(duì)于紅外傳感器精度和環(huán)境適應(yīng)性的要求非常高，并且紅外傳感器只能檢測(cè)管道泄露之后的情況，這時(shí)再經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)處理后可能已經(jīng)造成了一定程度的經(jīng)濟(jì)損失，這種方法不僅檢測(cè)成本高、時(shí)效性差，而且檢測(cè)精度差，容易受環(huán)境因素影響。因此，總的來說目前超聲波檢測(cè)還存在自動(dòng)化程度低、對(duì)人員技術(shù)要求高、管道缺陷類型識(shí)別度差的缺點(diǎn)。而且隨著智能化時(shí)代的到來，為避免工人在我國(guó)大西部惡劣環(huán)境下對(duì)運(yùn)輸管道進(jìn)行在役檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)管道檢測(cè)的遠(yuǎn)程控制下的自動(dòng)化、智能化，這就成為眾多研究者持續(xù)關(guān)注的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種基于雙模態(tài)超聲導(dǎo)波的長(zhǎng)運(yùn)輸管道自動(dòng)檢測(cè)裝置。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于雙模態(tài)超聲導(dǎo)波的長(zhǎng)運(yùn)輸管道自動(dòng)檢測(cè)裝置，包括可越障式的管道爬行器、超聲導(dǎo)波發(fā)生器、雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、無線傳輸模塊、圖像處理模塊、電源模塊、gps定位模塊和遠(yuǎn)程總控室；可越障式的管道爬行器包括管道爬行器外殼和設(shè)置在管道爬行器外殼下方的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶齒磁吸輪、齒輪轉(zhuǎn)軸、三輪連接桿；

帶齒磁吸輪安裝在齒輪轉(zhuǎn)軸的兩端，齒輪轉(zhuǎn)軸的每一端均設(shè)置有三個(gè)帶齒磁吸輪，三個(gè)帶齒磁吸輪等角度分布于齒輪轉(zhuǎn)軸的外側(cè)并與其嚙合在一起，且位于齒輪轉(zhuǎn)軸同側(cè)的三個(gè)帶齒磁吸輪之間采用三輪連接桿、螺栓和螺母固定在一起；齒輪轉(zhuǎn)軸為兩根，水平對(duì)稱設(shè)置在管道爬行器外殼的兩側(cè)；

超聲導(dǎo)波發(fā)生器與雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭相連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊與無線傳輸模塊相連接；電源模塊設(shè)置在管道爬行器外殼的中部，并通過導(dǎo)線分別與超聲導(dǎo)波發(fā)生器、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、無線傳輸模塊、遙控裝置以及管道爬行器驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接；管道爬行器外殼的外壁上安裝有紅外傳感器。

超聲導(dǎo)波發(fā)生器、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、無線傳輸模塊和遙控裝置均設(shè)置在管道爬行器外殼內(nèi)；管道爬行器外殼采用全封閉鋼制外殼。

雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭為可發(fā)射縱向波l(0,2)和扭轉(zhuǎn)波t(0,1)超聲導(dǎo)波的組合探頭；縱向l(0,2)導(dǎo)波可準(zhǔn)確檢測(cè)管道表面的腐蝕和裂紋等缺陷，扭轉(zhuǎn)波t(0,1)導(dǎo)波可沿螺旋焊縫檢測(cè)焊縫缺陷。

雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭使用螺釘固定在管道爬行器外殼的下方，雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭與待測(cè)管道的接觸部分材料為橡膠，在檢測(cè)時(shí)雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭與待測(cè)管道間形成一層空氣耦合劑。

信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊由a/d轉(zhuǎn)換器和d/a轉(zhuǎn)換器組成。

圖像處理模塊將接收到的反射波形進(jìn)行分割后與預(yù)先獲取的參考波形進(jìn)行比較從而確定管道缺陷的類型；參考波形為存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用人工模擬各種管道缺陷而制作的多種波形庫。

gps定位模塊包括控制臺(tái)、基站、客戶端和中繼臺(tái)，遠(yuǎn)程總控室將發(fā)出的警報(bào)以短信的方式發(fā)送指令到基站，再由基站發(fā)送指令到客戶端，客戶端接收到信息后將gps數(shù)據(jù)通過中繼臺(tái)發(fā)送給接收器，最后接收器將gps數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至控制臺(tái)即可得到所標(biāo)定的具體位置。

本發(fā)明與現(xiàn)有的管道檢測(cè)裝置比較，具有以下有益效果：

(1)采用安裝有帶齒磁吸輪的管道爬行器進(jìn)行長(zhǎng)運(yùn)輸管道的檢測(cè)，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶齒磁吸輪在管道上爬行，帶齒磁吸輪的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)管道爬行裝置在不同管徑間的移動(dòng)，并通過紅外傳感器實(shí)現(xiàn)管道爬行器的轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)此裝置的連續(xù)在役檢測(cè)；

(2)通過超聲波發(fā)射器經(jīng)過雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭產(chǎn)生兩種不同模態(tài)的超聲導(dǎo)波，可一次性對(duì)待測(cè)運(yùn)輸管道進(jìn)行縱向和橫向的檢測(cè)，使所檢測(cè)的范圍廣、精度高、效率快；

(3)通過將各個(gè)模塊都集中在管道爬行器內(nèi)，并對(duì)管道爬行器外殼采用鋼質(zhì)材料進(jìn)行全密封處理，一方面提高了整個(gè)裝置的高度集成化，另一方面也增加整個(gè)裝置對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，大大擴(kuò)展了檢測(cè)的適應(yīng)范圍；

(4)通過gps定位模塊，當(dāng)檢測(cè)到管道有缺陷時(shí)會(huì)對(duì)缺陷所在的位置及時(shí)的進(jìn)行定位與標(biāo)定，提高了檢測(cè)的時(shí)效性，并降低了因管道泄露發(fā)生危險(xiǎn)的概率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明管道爬行器越障時(shí)的狀態(tài)示意圖。

圖3為本發(fā)明三個(gè)帶齒磁吸輪連接方式示意圖。

圖4為本發(fā)明中雙模態(tài)超聲導(dǎo)波的傳播方向示意圖。

圖中：101、管道爬行器外殼；102、遙控裝置；103、齒輪轉(zhuǎn)軸；104、紅外傳感器；105、帶齒磁吸輪；106、待測(cè)管道；107、無線傳輸模塊；108、電源模塊；109、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊；110、超聲導(dǎo)波發(fā)生器；111、三輪連接桿；112、雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖4所示，本發(fā)明包括可越障式的管道爬行器、超聲導(dǎo)波發(fā)生器110、雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊109、無線傳輸模塊107、圖像處理模塊、電源模塊108、gps定位模塊和遠(yuǎn)程總控室；可越障式的管道爬行器包括管道爬行器外殼101和設(shè)置在管道爬行器外殼下方的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶齒磁吸輪105、齒輪轉(zhuǎn)軸103、三輪連接桿111；帶齒磁吸輪105安裝在齒輪轉(zhuǎn)軸103的兩端，齒輪轉(zhuǎn)軸103的每一端均設(shè)置有三個(gè)帶齒磁吸輪105，三個(gè)帶齒磁吸輪105等角度分布于齒輪轉(zhuǎn)軸103的外側(cè)并與其嚙合在一起，且位于齒輪轉(zhuǎn)軸103同側(cè)的三個(gè)帶齒磁吸輪105之間采用三輪連接桿111、螺栓和螺母固定在一起；齒輪轉(zhuǎn)軸103為兩根，水平對(duì)稱設(shè)置在管道爬行器外殼101的兩側(cè)。

本發(fā)明每?jī)山M帶齒磁吸輪105由齒輪轉(zhuǎn)軸103安裝在爬行器外殼101的下部，一方面對(duì)管道爬行器起到了支撐作用，另一方面又通過帶齒磁吸輪105的磁吸作用將其吸附在待測(cè)管道106上，從而形成一種磁吸式的管道爬行器以用于進(jìn)一步的長(zhǎng)運(yùn)輸管道檢測(cè)。

其中，管道爬行器采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪的方式提供動(dòng)力，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)軸103轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由嚙合關(guān)系帶動(dòng)每一個(gè)帶齒磁吸輪105轉(zhuǎn)動(dòng)使得管道爬行器行駛于待測(cè)管道106表面，當(dāng)整個(gè)管道爬行器駛至不同管徑連接處時(shí)，與較大管徑接觸的帶齒磁吸輪105無法轉(zhuǎn)動(dòng)使得齒輪轉(zhuǎn)軸103帶動(dòng)整組帶齒磁吸輪105繞齒輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)前輪繞過障礙后，管道爬行器繼續(xù)向前行駛，后輪遇到障礙后的越障方式與前輪一樣，至此整個(gè)管道爬行器便可跨過不同管徑的障礙。當(dāng)管道爬行器行駛至管道彎曲處時(shí)，位于管道爬行器前端的紅外傳感器104發(fā)送轉(zhuǎn)向指令給管道爬行器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能，由此越障式管道爬行器便可自動(dòng)在待測(cè)管道106上行駛。

本發(fā)明用于檢測(cè)的雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112被安裝在管道爬行器外殼101的下方中央處，雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112與待測(cè)管道106的接觸部分材料為橡膠，雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112由鋼質(zhì)保護(hù)殼罩住，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)通過氣缸帶動(dòng)超聲導(dǎo)波探頭外殼緊密壓在待測(cè)管道106上，使管道表面與雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112間形成一層密封的空氣耦合劑。

超聲導(dǎo)波發(fā)生器110與雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112相連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊109與無線傳輸模塊107相連接；電源模塊108設(shè)置在管道爬行器外殼101的中部，并通過導(dǎo)線分別與超聲導(dǎo)波發(fā)生器110、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊109、無線傳輸模塊107、遙控裝置102以及管道爬行器驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接；本裝置的電源模塊可采用12v的直流鋰電池，對(duì)整個(gè)管道爬行裝置及其內(nèi)部的用電模塊進(jìn)行供電。管道爬行器外殼101的外壁上安裝有紅外傳感器104。其中，超聲導(dǎo)波發(fā)生器110、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊109、無線傳輸模塊107和遙控裝置102均設(shè)置在管道爬行器外殼101內(nèi)。

雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112為可發(fā)射縱向波l(0,2)和扭轉(zhuǎn)波t(0,1)超聲導(dǎo)波的組合探頭；縱向l(0,2)導(dǎo)波可準(zhǔn)確檢測(cè)管道表面的腐蝕和裂紋等缺陷，扭轉(zhuǎn)波t(0,1)導(dǎo)波可沿螺旋焊縫檢測(cè)焊縫缺陷。參考圖4，f為超聲導(dǎo)波傳遞方向，位于管道爬行器內(nèi)部的超聲波發(fā)生器110的發(fā)射頻率為25khz的超聲導(dǎo)波，此時(shí)超聲導(dǎo)波經(jīng)雙模態(tài)超聲導(dǎo)波探頭112轉(zhuǎn)換為扭轉(zhuǎn)波t(0,1)后作用在待測(cè)管道上沿管道焊縫進(jìn)行螺旋式傳播的同時(shí)轉(zhuǎn)換為縱向波l(0,2)進(jìn)行縱向傳播，位于管道爬行器內(nèi)部的信號(hào)接收器接收到超聲導(dǎo)波的反射回波后，通過端口接線輸送到信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊109由a/d轉(zhuǎn)換器和d/a轉(zhuǎn)換器組成。在實(shí)際應(yīng)用中，模擬信號(hào)經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)經(jīng)濾波放大后由無線傳輸模塊107發(fā)射到遠(yuǎn)程總控室，遠(yuǎn)程總控室接收到的數(shù)字信號(hào)再經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)顯示在示波器上。

圖像處理模塊將接收到的反射波形進(jìn)行分割后與預(yù)先獲取的參考波形進(jìn)行比較從而確定管道缺陷的類型。具體是：圖像處理模塊將對(duì)示波器上所顯示的波形分割后與參照波形進(jìn)行比較處理，當(dāng)識(shí)別到分割后的波形與參考波形類似時(shí)便可確定此處管道缺陷的類型，并通過計(jì)算機(jī)發(fā)出警報(bào)指令給到基站，再由基站發(fā)送指令到客戶端，客戶端接收到信息后將gps數(shù)據(jù)通過中繼臺(tái)發(fā)送給接收器，最后接收器將gps數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至控制臺(tái)即可得到所標(biāo)定的具體位置。參考波形為存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用人工模擬各種管道缺陷而制作的多種波形庫。

本發(fā)明采用雙模態(tài)超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)于長(zhǎng)運(yùn)輸管道的自動(dòng)化檢測(cè)、管道缺陷定位、報(bào)警等功能，不僅檢測(cè)精度高、效率快，而且減少了人力物力，可適用于高溫高壓等環(huán)境惡劣的情況下工作。

上述實(shí)施方式并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。