[发明专利]阵列式多角度螺旋类SH导波电磁超声换能器

说明书

本发明公开了一种阵列式多角度螺旋类SH导波电磁超声换能器，超声换能器包括至少一个换能器单元，至少一个换能器单元沿周向布置于管道外壁，以发射和/或接收导波，每个换能器单元包括：铁镍合金带为圆环状，以通过电磁铁或永磁铁周向磁化，获取周向磁场；圆弧形回折线圈的两端设置于铁镍合金带的两端开口处，以使超声换能器激发类SH模态导波以多角度螺旋方式沿管道传播，并检测周向缺陷和轴向缺陷，得到管道的缺陷信息。该换能器可以通过圆弧形回折线圈使超声换能器激发螺旋类SH模态导波以多角度穿过管道的被检测区域，从而可以获得全面的管道缺陷信息，有效提高管道检测的可靠性、准确性和便捷性，简单易实现。

技术领域

本发明涉及管道缺陷检测和健康监测技术领域，特别涉及一种阵列式多角度螺旋类SH导波电磁超声换能器。

背景技术

管道不仅可以运输流体物质，也可运输固体物质，特别地，由铁磁性材料制成的油气长输管道(也常简称“管道”)，承担着输送油气资源的任务，在油气安全生产运输中起着至关重要的作用。管道在长期的使用过程中，不可避免地会发生老化、腐蚀等现象，其一旦发生泄漏，往往会造成巨大的经济损失，而且破坏生态环境。因此，定期对管道进行检测，在保障国家能源安全、保护自然环境和维护人身财产安全等方面均具有十分重要的意义。

目前，对管道的检测，通常采用无损检测的方法，具体有超声波检测、涡流检测、漏磁检测和射线检测等方法。采用电磁超声导波检测的方法，可克服传统超声体波检测需要液体耦合剂的缺点，具有非接触、检测效率高、可实现长距离大范围检测等优势，且可以应用于高温环境下的检测。电磁超声换能器能够在管道中激发多种类型的超声导波。周向导波对轴向裂纹敏感度高，主要用来检测轴向缺陷，为了实现管道的扫查，还需要沿管道轴向移动换能器，检测效率低下，工序繁琐；轴向导波对周向裂纹敏感度高，常用的是轴对称T(0,1)和L(0,2)模态，主要用来检测周向缺陷，而且其传播具有方向性，以单一角度在缺陷边缘处发生反射和透射，接收到的导波信号含有的管道健康状况信息较为缺乏，不利于进行后期的数据处理，从而难于对管道进行缺陷的诊断。

在相关技术中，用于铁磁性管道检测的电磁超声换能器，主要由励磁线圈、直流线圈及其骨架组成，利用磁致伸缩机理在管道中激发轴向L模态导波，完成管道检测，然而该模态受管道载荷影响较大，波能量衰减快，无法进行长距离检测，不仅对轴向缺陷不敏感，而且换能器结构复杂，控制难度大。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种阵列式多角度螺旋类SH导波电磁超声换能器，可以获得全面的管道缺陷信息，有利于数据的后期处理，便于对管道缺陷进行诊断，提高检测的效率，而且对缺陷灵敏度高，可以实现管道的快速检测，进而提高管道检测的可靠性、准确性和便捷性，简单易实现。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种阵列式多角度螺旋类SH导波电磁超声换能器，超声换能器包括至少一个换能器单元，所述至少一个换能器单元沿周向布置于管道外壁，以发射和/或接收导波，每个换能器单元包括：铁镍合金带，所述铁镍合金带为圆环状，以通过电磁铁或永磁铁周向磁化，获取周向磁场；圆弧形回折线圈，所述圆弧形回折线圈的两端设置于所述铁镍合金带的两端开口处，以使所述超声换能器激发类SH模态导波以多角度螺旋方式沿管道传播，并检测周向缺陷和轴向缺陷，得到所述管道的缺陷信息。

本发明实施例的阵列式多角度螺旋类SH导波电磁超声换能器，可以通过圆弧形回折线圈使超声换能器激发螺旋类SH模态导波以多角度穿过管道待检测区域，从而可以获得全面的管道缺陷信息，有利于数据的后期处理，便于对管道缺陷进行诊断，提高检测的效率，而且对缺陷灵敏度高，可以实现管道的快速检测，进而有效提高管道检测的可靠性、准确性和便捷性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的阵列式多角度螺旋类SH导波电磁超声换能器还可以具有以下附加的技术特征：