超高溫電磁超聲傳感器及其獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超高溫電磁超聲傳感 器及其獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)用于石油、化工、天然氣、核電等工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備，比如管道、壓力容器等，經(jīng)常 工作在高溫高壓環(huán)境中。如何保障上述設(shè)備安全可靠地長(zhǎng)期運(yùn)行具有非常重要的意義。近 來(lái)，由于上述在役設(shè)備因失效而引發(fā)的事故數(shù)量在逐年增加，迫切需要對(duì)高溫在役設(shè)備進(jìn) 行準(zhǔn)確可靠的質(zhì)量檢驗(yàn)。
[0003] 目前，在高溫條件下應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有紅外熱成像技術(shù)、超聲檢測(cè)技術(shù)及激 光超聲檢測(cè)技術(shù)等。紅外熱成像技術(shù)是利用材料的熱彈效應(yīng)，主要應(yīng)用于高溫壓力容器熱 傳導(dǎo)的在線檢測(cè)或者對(duì)常溫壓力容器的高應(yīng)力集中部位檢測(cè)。但這種方法對(duì)儀器、環(huán)境和 待測(cè)設(shè)備的被檢表面要求苛刻，目前還不適用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
[0004] 超聲檢測(cè)技術(shù)通常用壓電超聲傳感器配合高溫耦合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫設(shè)備的檢測(cè)， 但這種方法對(duì)壓電探頭和耦合劑都提出了獨(dú)特的要求，且由于耦合劑的不穩(wěn)定性導(dǎo)致不能 保證檢測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0005] 激光超聲技術(shù)不需要耦合劑，可探測(cè)微小缺陷，但能量轉(zhuǎn)換效率低且激光超聲信 號(hào)檢測(cè)靈敏多不高。電磁超聲在檢測(cè)時(shí)無(wú)需耦合劑，可實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)，且具有對(duì)材料表面 要求低、安全便捷等特點(diǎn)，是目前較為理想的高溫檢測(cè)方法。然而，由于電磁超聲傳感器內(nèi) 部的永磁鐵等柱形磁鐵和高頻線圈的工作溫度有限，采用漆包線繞制或是PCB印刷的線圈 耐溫一般不超過(guò)300°C。常規(guī)電磁超聲傳感器不能夠直接用于高溫檢測(cè)，這很大程度上制約 了電磁超聲傳感器在高溫檢測(cè)中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種超高溫電磁超聲傳感器及其獲取方法，以解決現(xiàn) 有技術(shù)中的電磁超聲傳感器難以檢測(cè)高溫設(shè)備的問(wèn)題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種超高溫電磁超聲傳感器， 超高溫電磁超聲傳感器包括:殼體;傳感器組件，設(shè)置在殼體的內(nèi)部;隔熱結(jié)構(gòu)，設(shè)置在殼體 的內(nèi)部并位于殼體與傳感器組件之間；其中，超高溫電磁超聲傳感器指的是能夠檢測(cè)溫度 小于等于750°C的待檢設(shè)備的電磁超聲傳感器。
[0008] 進(jìn)一步地，隔熱結(jié)構(gòu)包括隔熱套筒，隔熱套筒具有底壁和與底壁連接的側(cè)壁，底壁 與側(cè)壁形成用于安裝傳感器組件的安裝槽。
[0009] 進(jìn)一步地，傳感器組件包括磁鐵及線圈組件和信號(hào)接頭，安裝槽為階梯槽，安裝槽 具有沿槽深方向依次連通且槽面積依次減小的第一槽段和第二槽段，信號(hào)接頭通過(guò)接頭安 裝座安裝在第一槽段內(nèi)，磁鐵及線圈組件安裝在第二槽段內(nèi)。
[0010] 進(jìn)一步地，隔熱結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在隔熱套筒的外側(cè)并與隔熱套筒連接的環(huán)形凸 緣，環(huán)形凸緣位于隔熱套筒的與底壁相對(duì)的一端，隔熱結(jié)構(gòu)通過(guò)環(huán)形凸緣與殼體連接。 [0011]進(jìn)一步地，殼體包括端蓋和與端蓋連接的容納腔，通過(guò)端蓋將隔熱結(jié)構(gòu)壓緊在容 納腔內(nèi)。
[0012] 進(jìn)一步地，隔熱結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在殼體的內(nèi)壁面和傳感器組件的外周之間的空氣 隔層。
[0013] 進(jìn)一步地，殼體包括端蓋，超高溫電磁超聲傳感器還包括:延長(zhǎng)桿;握持手柄，延長(zhǎng) 桿的第一端與端蓋連接，延長(zhǎng)桿的第二端與握持手柄連接。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種超高溫電磁超聲傳感器的獲取方法，獲取方 法用于獲得前述的超高溫電磁超聲傳感器，獲取方法包括以下步驟:選取隔熱材料;利用超 高溫電磁超聲傳感器允許的提離高度獲取隔熱結(jié)構(gòu);根據(jù)能量守恒定律和傅里葉定律，建 立隔熱結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)模型，模擬傳熱過(guò)程以驗(yàn)證隔熱結(jié)構(gòu)的可行性;驗(yàn)證隔熱結(jié)構(gòu)的隔熱 性能；其中，提離高度指的是超高溫電磁超聲傳感器的線圈的朝向待測(cè)設(shè)備的一側(cè)與待測(cè) 設(shè)備的被檢表面之間的距離。
[0015] 進(jìn)一步地，在利用超高溫電磁超聲傳感器允許的提離高度獲取隔熱結(jié)構(gòu)的步驟 中，獲取方法還包括以下步驟:隔熱結(jié)構(gòu)的厚度小于或者等于提離高度。
[0016] 進(jìn)一步地，隔熱結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)模型需要滿足下述的導(dǎo)熱微分方程：.
其中，t代表溫度，τ代表傳熱時(shí)間，P為隔熱材料的密度，c為隔熱材料的比熱容，λ為隔熱材 料的導(dǎo)熱系數(shù);導(dǎo)熱微分方程需要滿足的初始條件為:t(X，y，z，0) = to;導(dǎo)熱微分方程需要 滿足的邊界條件為：
其中，S是熱傳導(dǎo)模型在X方向上的厚度， U，tf分別是界面溫度和環(huán)境溫度，X方向指的是提離高度的方向，界面溫度指的是隔熱結(jié)構(gòu) 的朝向電磁超聲傳感器的線圈的一側(cè)的側(cè)面的溫度。
[0017] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，由于設(shè)有位于傳感器組件與殼體之間的隔熱結(jié)構(gòu)，當(dāng)應(yīng) 用該超高溫電磁超聲傳感器檢測(cè)高溫設(shè)備時(shí)，隔熱結(jié)構(gòu)能夠在一定時(shí)間內(nèi)延緩高溫設(shè)備的 熱量傳導(dǎo)至殼體內(nèi)部，從而保護(hù)位于殼體內(nèi)部的磁鐵、線圈等傳感器組件免受高溫?fù)p壞，因 此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度較高的待檢設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的功能。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0019] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的超高溫電磁超聲傳感器的實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖； [0020]圖2示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器的部分立體結(jié)構(gòu)示意圖（未示出延長(zhǎng)桿和 握持手柄）；
[0021]圖3示出了圖2的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4示出了圖2的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器檢測(cè)待檢設(shè)備的部分結(jié)構(gòu)示意圖（僅示出 了待檢設(shè)備、空氣隔層和隔熱套筒的底壁）；
[0024]圖6示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器的設(shè)計(jì)方法的流程圖；
[0025]圖7a示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對(duì)溫度為700°C的待檢設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的 檢測(cè)結(jié)果示意圖；
[0026]圖7b示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對(duì)溫度為750°C的待檢設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的 檢測(cè)結(jié)果示意圖；
[0027]圖8a示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對(duì)由TP347H制成的待檢設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的 檢測(cè)信號(hào)圖；以及
[0028]圖8b示出了圖1的超高溫電磁超聲傳感器對(duì)由Q235制成的待檢設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的檢 測(cè)信號(hào)圖。
[0029] 其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：
[0030] 10、殼體；11、端蓋；111、軸向通孔；12、容納腔；20、磁鐵及線圈組件；21、磁鐵;22、 線圈；23、磁鐵安裝座;30、信號(hào)接頭;40、握持手柄;50、鎖緊件;60、隔熱結(jié)構(gòu);61、隔熱套筒； 611、底壁;612、側(cè)壁;613、安裝槽;6131、第一槽段;6132、第二槽段;62、環(huán)形凸緣;63、空氣 隔層;70、接頭安裝座;80、延長(zhǎng)桿;100、待測(cè)設(shè)備;200、傳感器組件。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0032] 本發(fā)明及本發(fā)明的實(shí)施例中，高溫設(shè)備指的是溫度在300°C至750°C之內(nèi)的設(shè)備， 超高溫電磁超聲傳感器指的是能夠檢測(cè)溫度小于等于750°C的待檢設(shè)備的電磁超聲傳感 器。
[0033] 由于超高溫電磁超聲傳感器內(nèi)部的永磁鐵和高頻線圈的工作溫度有限，現(xiàn)有技術(shù) 的電磁超聲傳感器不能夠直接用于高溫設(shè)備的檢測(cè)，這很大程度上制約了電磁超聲傳感器 在高溫檢測(cè)中的應(yīng)用。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超高溫電磁超聲傳感器。 [0034] 實(shí)施例一
[0035] 如圖1至圖4所示，本發(fā)明的實(shí)施例一中，超高溫電磁超聲傳感器包括殼體10、傳感 器組件200和隔熱結(jié)構(gòu)60。傳感器組件200包括磁鐵及線圈組件20和信號(hào)接頭30。磁鐵及線 圈組件20設(shè)置在殼體10的內(nèi)部；信號(hào)接頭30與磁鐵及線圈組件20的線圈接頭連接；隔熱結(jié) 構(gòu)60設(shè)置在殼體10的內(nèi)部并位于殼體10與磁鐵及線圈組件20之間。
[0036]通過(guò)上述設(shè)置，隔熱結(jié)構(gòu)60能夠在一定時(shí)間內(nèi)延緩高溫設(shè)備的熱量傳導(dǎo)至殼體10 內(nèi)部，從而保護(hù)位于殼體10內(nèi)部的磁鐵及線圈組件20等傳感器組件200免受高溫?fù)p壞，這 樣，當(dāng)應(yīng)用該超高溫電磁超聲傳感器檢測(cè)高溫設(shè)備時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度較高的待檢設(shè)備進(jìn) 行檢測(cè)的功能；另外，設(shè)置隔熱結(jié)構(gòu)60能夠阻止熱量快速傳遞至超高溫電磁超聲傳感器的 遠(yuǎn)離待檢設(shè)備的一端，避免傷害操作人員，從而提高了超高溫電磁超聲傳感器檢測(cè)時(shí)的操 作安全性。
[0037]具體地，如圖2至圖4所示，殼體10包括端蓋11和與端蓋11連接的容納腔12,通過(guò)端 蓋11將隔熱結(jié)構(gòu)60壓緊在容納腔12內(nèi)。容納腔12為具有中空部的柱狀體。該柱狀體由不銹 鋼材料制成。該柱狀體的內(nèi)徑為33mm、外徑為43mm、高度尺寸為33mm。磁鐵及線圈組件20和 隔熱結(jié)構(gòu)60均位于上述柱狀體的內(nèi)部。
[0038]如圖4所示，本發(fā)明的實(shí)施例一中，隔熱結(jié)構(gòu)60包括隔熱套筒61。隔熱套筒61具有 底壁611和與底壁611連接的側(cè)壁612。其中，底壁611與側(cè)壁612圍成用于安裝磁鐵及線圈組 件20和信號(hào)接頭30的安裝槽613。
[0039]具體地，安裝槽61