[发明专利]基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置及方法

权利要求书

1.基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置，其特征在于，包括

箱体（1），所述箱体（1）两端分别设置通孔（11），所述通孔（11）的外侧各设置一个传送机构（2），待测管道（3）从所述通孔（11）中通过，并承载于所述传送机构（2），所述箱体（1）的内壁上分别设置有第一超声换能器（4）和第二超声换能器（5），所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）沿所述待测管道（3）轴向间隔设置；

所述箱体（1）为圆柱形箱体，所述箱体（1）的外壁与内壁之间形成腔体（12），所述箱体（1）的内壁包围形成通道（13）；

所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）均为收发共用型换能器；

所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）的中心线分别位于所述箱体（1）的两个横截面上；

所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）在所述待测管道（3）的管壁上的入射点的连线在所述待测管道（3）的横截面上的投影为所述待测管道（3）的横截面的直径；

所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）与所述待测管道（3）的管壁均以相同的倾斜角度设置；

所述第一超声换能器（4）的信号输入端依次通过第一固态继电器、第一功率放大器和第一脉冲信号发生器与主控计算机的信号输出端相连；

所述第一超声换能器（4）的信号输出端依次通过第一固态继电器、第一前置放大器、第一时间增益控制放大器、第一滤波器和第一模拟数字转换器与所述主控计算机的信号输入端相连；

所述第二超声换能器（5）的信号输入端依次通过第二固态继电器、第二功率放大器和第二脉冲信号发生器与主控计算机的信号输出端相连；

所述第二超声换能器（5）的信号输出端依次通过第二固态继电器、第二前置放大器、第二时间增益控制放大器、第二滤波器和第二模拟数字转换器与所述主控计算机的信号输入端相连；

所述箱体（1）内填充有声学耦合剂。

2.根据权利要求1所述的基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置，其特征在于，所述声学耦合剂为水。

3.根据权利要求1所述的基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置，其特征在于，

所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）均采用点聚焦水浸探头，所述点聚焦水浸探头内的压电晶片材料为锆钛酸铅压电陶瓷。

4.根据权利要求1所述的基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置，其特征在于，

所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）的外壳上各连接一个超声变幅杆（6）。

5.根据权利要求1所述的基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置，其特征在于，

所述传送机构（2）包括基台（21）和若干成对设置的滚轮（22），每对所述滚轮（22）沿所述待测管道（3）移动的方向水平设置在所述基台（21）上方，每对所述滚轮（22）中两个所述滚轮（22）之间的距离设置为所述待测管道（3）的直径。

6.根据权利要求1所述的基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置，其特征在于，

所述第一超声换能器（4）和所述第二超声换能器（5）与所述待测管道（3）的管壁均以相同的倾斜角度设置，其中，倾斜角度θ的计算公式为

θ=arcsin(C_w/C_p)

其中，C_p为漏兰姆波的相速度，C_w为待测管道外的声学耦合剂中的声速。

7.基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一所述基于超声漏兰姆波的薄壁管无损检测装置，包括以下步骤，

（1）确定声源主频f₀：在兰姆波频散曲线中选取频厚积区间，由所述频厚积区间的中心值与管壁厚度确定声源主频f₀，f₀即第一脉冲信号发生器和第二脉冲信号发生器输出的窄带激励脉冲信号的中心频率；

（2）选择谐振频率为声源主频f₀的超声换能器作为第一超声换能器、第二超声换能器；

（3）确定激发兰姆波零阶反对称模式的入射角，即倾斜角度θ：计算公式如下，

θ=arcsin(C_w/C_p)

其中，C_p为步骤（1）中声源主频f₀对应的频厚积在兰姆波频散曲线中对应的纵坐标上漏兰姆波的相速度，C_w为待测管道外的声学耦合剂中的声速；

（4）将第一超声换能器和第二超声换能器的发射角调整为倾斜角度θ；

（5）主控计算机控制第一脉冲信号发生器和第二脉冲信号发生器输出中心频率为f₀的窄带激励脉冲信号，同时待测管道在传送机构作用下沿轴向移动；

（6）第一脉冲信号发生器和第二脉冲信号发生器输出的窄带激励脉冲信号分别通过第一功率放大器和第二功率放大器驱动第一超声换能器和第二超声换能器激发出在待测管道内稳定传播的单一模式的漏兰姆波；

（7）第一超声换能器和第二超声换能器激发的漏兰姆波沿待测管道管壁绕同一方向传播并与缺陷作用后形成的反射波分别被第一超声换能器和第二超声换能器接收；

（8）第一超声换能器和第二超声换能器将接收的反射波信号转换成电压信号，第一超声换能器转换的超声波回波电压信号依次经过第一前置放大器、第一时间增益控制放大器、第一滤波器和第一模拟数字转换器处理后传至主控计算机，第二超声换能器转换的超声波回波电压信号依次经过第二前置放大器、第二时间增益控制放大器、第二滤波器和第二模拟数字转换器处理后传至主控计算机；

（9）主控计算机对步骤（8）中接收的信号进行分析处理，获得缺陷相关的特征参数。