專利名稱：基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)。涉及超聲波的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
成千上萬的長(zhǎng)管道遍布全世界各地，其中許多管道由于長(zhǎng)時(shí)間的服務(wù)存在如腐蝕之類的問題，在役管道的材料異常可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難的故障。因此，定期的對(duì)管道的完整性進(jìn)行檢測(cè)成了維護(hù)這些管道不可或缺的指導(dǎo)。在過去的幾十年，相控陣聚焦掃描在無損檢測(cè)(NDT)已經(jīng)受到了相當(dāng)?shù)闹匾?，大多?shù)的相控陣的設(shè)備使用的體波，通過改變體波成導(dǎo)波，因?yàn)閷?dǎo)波的能量只限于邊界，并能夠沿邊界傳播很長(zhǎng)的距離，有可能測(cè)試如鋼板、鋼管整個(gè)結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的超聲波檢測(cè)(NDT)中通常用的是體波，因?yàn)樗鼈兒苋菀讓?shí)現(xiàn)。但是傳統(tǒng)的相控陣超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)結(jié)構(gòu)是逐點(diǎn)進(jìn)行的，這使體波超聲檢測(cè)繁瑣，費(fèi)時(shí)，昂貴而且難以使用在有涂層和地下管線的結(jié)構(gòu)上。在有邊界的結(jié)構(gòu)中(如平板和圓筒)，超聲導(dǎo)波表現(xiàn)出了強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)跟隨趨勢(shì)而且可以傳播很長(zhǎng)距離，這種沿結(jié)構(gòu)界面或靠近界面?zhèn)鞑ツ芰康牟ň褪菍?dǎo)波。由于其低衰減， 導(dǎo)波適合遠(yuǎn)距離無損檢測(cè)。導(dǎo)波通常比體波復(fù)雜得多，也正是這種復(fù)雜性給導(dǎo)波提供了更多的選擇性，導(dǎo)波技術(shù)給我們的檢測(cè)提供了更快更經(jīng)濟(jì)的方式。導(dǎo)波技術(shù)的探索在一個(gè)世紀(jì)前已經(jīng)開始了，并在20世紀(jì)得到了發(fā)展(蘭姆波， 1917 ；勒夫波，1944 ；瑞利波，1945)。但是直到20世紀(jì)后期，導(dǎo)波技術(shù)才被應(yīng)用到了無損檢測(cè)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)上。出版大量的導(dǎo)波檢測(cè)管道和油管的文獻(xiàn)(Alleyne Cawley, 1997 ； Guo Kundu, 2000 ；Mohr Holler, 1976 ；Na Kundu2002 ；Roseetal. ,1994 ；Thompson et al., 1972). 1959年(iazis首次獲得了空心圓柱體的完全自由振動(dòng)模態(tài)。在前人的基礎(chǔ)上，2002 年Li和Roes發(fā)展了創(chuàng)新的管道導(dǎo)波技術(shù)，這種技術(shù)加強(qiáng)了傳播的能量并在管道檢測(cè)中提供了周向的分辨率。遠(yuǎn)程管道成像概念是非常新的，Hayashi和Murase在2005進(jìn)行了導(dǎo)波管道成像的第一次嘗試，他們把異常的信號(hào)分解到管道的正常模式上，信息處理以后構(gòu)建了異常的圖像。但是他們所采用的激發(fā)電壓低，所以檢測(cè)距離非常短。CN1521503A公開了一種全數(shù)字相控陣超聲波無損檢測(cè)系統(tǒng)及方法，它對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行生束聚焦掃描檢測(cè)，數(shù)字化精確確定聚焦聲束掃描方案和缺陷反射源的位置，但不能多次聚焦，檢測(cè)距離短，精確度和定位還是不夠準(zhǔn)確。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種激發(fā)能量更大、檢測(cè)距離更長(zhǎng)、精度和定位更準(zhǔn)確的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)。本實(shí)用新型是利用換能器激發(fā)超聲信號(hào)并且調(diào)整振幅因素與時(shí)間延時(shí)，使超聲波聚焦在管道中任何預(yù)定位置，并采用多通道相控陣陣列在每個(gè)檢測(cè)距離進(jìn)行多次聚焦，改變聚焦點(diǎn)在管道中的距離，將每個(gè)聚焦區(qū)的最大振幅記錄并構(gòu)建圖像，就可以得到整個(gè)管道的聚焦掃描?；趯?dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像如圖1所示，有管道包覆層4的兩端裸露為管端Il和管端112，在其中的一管端Il或管端112安裝超聲導(dǎo)波換能器3?；趯?dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像原理如圖2所示。根據(jù)導(dǎo)波的對(duì)稱性，導(dǎo)波在管道中傳播可以劃分為兩類軸對(duì)稱模態(tài)和彎曲模態(tài)。 軸對(duì)稱模態(tài)導(dǎo)波在整個(gè)管道的圓周內(nèi)有規(guī)則的位移和應(yīng)力。它們可以分為縱向模式(與之對(duì)應(yīng)的是平板中的對(duì)稱模式)與扭轉(zhuǎn)模式(這與平板中的水平剪切模式類似)。軸對(duì)稱導(dǎo)波可以在軸對(duì)稱源產(chǎn)生。與軸對(duì)稱模態(tài)導(dǎo)波不同，扭曲模態(tài)導(dǎo)波在圓周內(nèi)有正弦曲線的位移和應(yīng)力的分布，扭曲模態(tài)將在管道的部分激發(fā)。軸對(duì)稱導(dǎo)波管道檢測(cè)通常用于那些快速長(zhǎng)距離的檢測(cè)。軸對(duì)稱導(dǎo)波管道檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)出與傳感器軸向平行的異常。近年來，導(dǎo)波聚焦技術(shù)被發(fā)展起來用于長(zhǎng)距離的管道檢測(cè)(Li和Rose，2002)。這項(xiàng)技術(shù)關(guān)注于控制利用扭曲模態(tài)。它采用相控陣組成多通道，(通常是4到8個(gè))，通過發(fā)送超聲信號(hào)并且調(diào)整振幅因素與時(shí)間延時(shí)，超聲波可以聚焦在管道中任何一個(gè)事先確定好的位置。相比與軸對(duì)稱導(dǎo)波管道檢測(cè)，這種聚焦技術(shù)能提供大約兩倍的穿透能量，因此距離也將是兩倍，另外，由于波都聚焦在軸向和圓周，相干噪聲也被減低了，從而周向的分辨率就加強(qiáng)了。振幅因素和時(shí)間延時(shí)與管道尺寸、材料、頻率、傳感器和焦距都是相關(guān)的。因此，在應(yīng)用時(shí)這些參數(shù)都應(yīng)該首先加入到聚焦算法里(Li和Rose，200 。該通過具體案例，算法計(jì)算時(shí)間延時(shí)和振幅因素。然后把聚焦參數(shù)輸入到商業(yè)相控陣系統(tǒng)安裝在管道周邊發(fā)送信號(hào)并聚焦到指定地點(diǎn)。在一個(gè)圓周掃描，多個(gè)聚焦位置的時(shí)間延時(shí)和振幅因素都可以計(jì)算出來。在不同的聚焦位置的掃描就可以得到管道全部的掃描。在接收的部分，時(shí)間設(shè)置為每個(gè)收到的波形，最大振幅記錄了聚焦區(qū)域沿軸線的長(zhǎng)度。在最終的管道掃描成像圖可以把這些最大振幅值標(biāo)記出來，與聚焦的區(qū)域?qū)ΨQ。在聚焦的角度還可以標(biāo)記出這些最大振幅值。圓周輪廓圖呈現(xiàn)了聚焦區(qū)域的異常的圓周分布，當(dāng)聚焦區(qū)域有異常時(shí)，這些重要映像都可以看到。 對(duì)于有非軸對(duì)稱特征的異常(如不連續(xù))，它的周向輪廓圖也是非軸對(duì)稱的。如果異常是軸對(duì)稱的(如焊縫)，它的周向輪廓圖也是軸對(duì)稱的，通知這種方式，不連續(xù)的異?？梢院芎玫呐c焊縫區(qū)分開來。本實(shí)用新型的組成見圖3，它由超聲導(dǎo)波傳感器、激勵(lì)(功率放大)模塊、接收(前置放大)模塊、主處理單元組成，主處理單元輸出接激勵(lì)模塊的輸入，激勵(lì)模塊輸出接超聲導(dǎo)波傳感器，超聲導(dǎo)波傳感器輸出接接收模塊的輸入，接收模塊的輸出接主處理單元的輸入，主處理單元的輸入有信息輸入，主處理單元的輸出有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示、特征提取、缺陷識(shí)別。有信息輸入的主處理單元輸出控制信號(hào)至激勵(lì)(功率放大)模塊，激勵(lì)模塊輸出大激發(fā)能量的電信號(hào)，由超聲導(dǎo)波傳感器轉(zhuǎn)化為聲能發(fā)射超聲信號(hào)作用于管道；由超聲導(dǎo)波傳感器接收的信號(hào)經(jīng)接收(前置放大)模塊將功率放大及濾波后送主處理單元進(jìn)行處理，主處理單元將處理的結(jié)果輸出，輸出有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示、特征提取、缺陷識(shí)別。[0018]所述主處理單元為微處理器；所述激勵(lì)(功率放大)模塊包括放大電路和激發(fā)電路，接主處理單元的數(shù)據(jù)輸出端DataBus的放大電路輸出接激發(fā)電路后，由激發(fā)電路輸出接超聲導(dǎo)波傳感器端；其中激發(fā)電路如圖4所示，它由DAC8820U7和運(yùn)算放大器U8A、運(yùn)算放大器U8B、運(yùn)算放大器U9A、運(yùn)算放大器U9B組成；U7的Rl、Rofs端經(jīng)電阻R9接+5V電源，Rl、Rofs端經(jīng)穩(wěn)壓二極管D7與電容C53并聯(lián)接地；U7的Rcom端接運(yùn)算放大器U8B的“-”輸入端6，“ + ” 輸入端5接地，運(yùn)算放大器U8B的輸出端7接U7的REF端；U7的Rof端接運(yùn)算放大器U8A 的“_”輸入端2，“ + ”輸入端3接地，運(yùn)算放大器U8A的輸出端一路接U7的Iout并在U7的 Iout與Rof端之間接電容C52，另一路經(jīng)電阻RlO、電阻Rll與電容C56組成的“T”形電路接運(yùn)算放大器U9A的“_”輸入端2，“ + ”輸入端3接地，運(yùn)算放大器U9A的輸出端1 一路經(jīng)并聯(lián)的電阻R12與電容C59后接回“-”輸入端2，另一路接運(yùn)算放大器U9B的“-”輸入端 6，“ + ”輸入端5接地，運(yùn)算放大器U9B的輸出端7接超聲導(dǎo)波傳感器的高電壓輸入端；運(yùn)算放大器U9B和運(yùn)算放大器WA兩個(gè)輸出均并聯(lián)至放大器的輸出接起來是通用的濾波電路； 其中放大電路如圖7所示，它由運(yùn)算放大器TO06A、運(yùn)算放大器TO06B和兩只 ADC604YRUZ的U607、U608組成，由濾波電路中的U60OT端經(jīng)電容C620接運(yùn)算放大器U606A 的“ + ”輸入端3，運(yùn)算放大器TO06A的“-”輸入端2接TO07的D端，U607的Sl端接運(yùn)算放大器TO06A的輸出端1，且運(yùn)算放大器TO06A的輸出端1與“_”輸入端2之間接有電容 C624 ；運(yùn)算放大器TO06A的輸出端1經(jīng)電容C625接運(yùn)算放大器TO06B的“ + ”輸入端5，運(yùn)算放大器TO06B的“-”輸入端6接TO08的D端，U608的Sl端接運(yùn)算放大器TO06B的輸出端7，且運(yùn)算放大器TO06B的輸出端7與“-”輸入端2之間接有電容；所述接收(前置放大)模塊包括接收電路、放大電路和濾波電路，接超聲導(dǎo)波傳感器輸出的接收電路之輸出依次串接放大電路和濾波電路，濾波電路輸出接主處理單元；其中接收電路如圖5所示，輸入JLANCE接KR9的4端，KR9的2端接+12V，3端一經(jīng)二極管DlOl也接+12V，二經(jīng)電阻RlOl接Q17的3端，Q17的2端接地，1端接273U3/Q1 ； 另一 JLANCE接KRl的4端，KRl的2端接+12V，3端一經(jīng)二極管D102也接+12V，二經(jīng)電阻 R102接Q9的3端，且Q9的3端經(jīng)電阻R103與發(fā)光二極管LED9至+12V，Q9的2端接地，1 端接273U2/Q1 ；KR9的1端與KRl的1端連接后經(jīng)電阻R104接UlOl的2端，而UlOl的2 端還有第一路接二極管D103和D104正向串聯(lián)及反向串聯(lián)到地，還有第二路接正反向并聯(lián)的二極管D105后一路接UlOl的3端，二再接并聯(lián)的電阻R105與電容C102到地，第三路接并聯(lián)的電阻R106與電容C103到UlOl的6端；UlOl的4端接_5V，7端接+5V，5端和14端輸出；其中放大電路如圖7所示，與功率放大模塊中所用放大電路相同；其中濾波電路如圖6所示，它由兩只ADC608YRUZ的U502、U602、三只LTC1562的 U503、U504、U604 和兩只 ADC604YRUZ 的 U505、U605 組成；2734U4/Q1、2734U4/Q2、2734U4/Q3 分別接U502的AO、Al、A2端，U502的Si、S2端各接電容C506、電容507后共同接TO03的 1端，S3、S4端各接電容C508、電容C509后共同接TO03的10端，S5、S6端各接電容C510、 電容C511后共同接TO04的20端，S7、S8端各接電容C512、電容C513后共同接TO04的1 端；U602的Si、S2端各接電容C606、電容C607后共同接TO04的1端，S3、S4端各接電容 C608、電容C609后共同接TO04的10端，S5、S6端各接電容C610、電容C611后共同接TO04的11端，S7、S8端各接電容C612、電容C613后共同接TO04的10端；U503的19端、12端與 U504的19端、2端分別接TO05的S1、S2、S3、S4端；U604的19端、12端與TO04的12端、9 端分別接 U605 的 Si、S2、S3、S4 端；U505 的 AO、Al 端輸出 2734U4/Q2、2734U4/Q3，U605 的 AO、Al 端輸出 27;34U4/Q2、2734U4/Q3。本實(shí)用新型利用換能器激發(fā)超聲信號(hào)，使激發(fā)能量更大，檢測(cè)距離更長(zhǎng)，精度和定位更準(zhǔn)確。

圖1基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像方法圖圖2基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像原理圖圖3基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)原理框圖圖4功率放大模塊電原理圖圖5前置放大模塊電原理圖圖6濾波電路電原理圖圖7放大電路電原理圖圖8T(m，1)扭曲波聚焦在離管道端6. 32m時(shí)的波形圖圖93. 35m距離的間隔的波形圖圖10管道的圓周剖面圖(異常位于508mm處270° )圖11有間隔的管道圓周剖面圖(3. 35m)圖12有焊縫的12. 78m處的圓周剖面圖其中1-管端I2-管端II3-超聲導(dǎo)波換能器 4-管道包覆層
具體實(shí)施方式
實(shí)施例.本例是一實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，系統(tǒng)組成如圖4所示，它由超聲導(dǎo)波傳感器、激勵(lì) (功率放大)模塊、接收(前置放大)模塊、主處理單元組成，主處理單元輸出接激勵(lì)模塊的輸入，激勵(lì)模塊輸出接超聲導(dǎo)波傳感器，超聲導(dǎo)波傳感器輸出接接收模塊的輸入，接收模塊的輸出接主處理單元的輸入，主處理單元的輸入有信息輸入，主處理單元的輸出有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示、特征提取、缺陷識(shí)別。所述主處理單元為微處理器，可選；DSP (Digital Signal processor，業(yè)界共知處理器類型)，如TMS320C5&低功耗系列DSP ；或者ARM (業(yè)界共知微處理器架構(gòu)類型)系列處理器如TI AM37x系列。所述激勵(lì)(功率放大)模塊包括放大電路和激發(fā)電路，接主處理單元的數(shù)據(jù)輸出端DataBus的放大電路輸出接激發(fā)電路后，由激發(fā)電路輸出接超聲導(dǎo)波傳感器端；其中激發(fā)電路U7 選 DAC8820 ；U8A、U8B、U9A、U9B 選 0P262 ；R8、RllitlOK;R9 選 300K ；[0049R10、R12、R13 選 20K ；[0050C51、C52、C53、C54、C55、C57、C58 選選 104 ；[0051C56、C59、C60 選 103 ；[0052其中放大電路[0053U605、U607、U608 選 ADG604YRUZ ；[0054U606A、U606B 選 0P262GS ；[0055R625、R630 選 IOK ；[0056R626.R631 選 22K ；[0057R627、R632 選 6. 8K ；[0058R628.R633 選 2. 7K ；[0059R629、R634 選 330K ；[0060所述接收(前置放大)模塊包括接收電路、放大電路和濾波電路，接超聲導(dǎo)波傳感器輸出的接收電路之輸出依次串接放大電路和濾波電路，濾波電路輸出接主處理單元；[0061其中接收電路[0062UlOl選 LT1792LS8 ；[0063D101、D102、D103、D104、D105、D106、D107 選 DAV99 ；[0064KRl 選 36K ；[0065Q9、Q17 選 K72 ；[0066RlOU R102 選 100K ；[0067R103 選 33K ；[0068R104 選 20K ；[0069R105 選 IOK ；[0070R106 選 350K ；[0071C101、C104、C128 選 104 ；[0072C102、C103 選 103 ；[0073其中濾波電路[0074U503、U504、U604 選 LTC1562 ；[0075U502、U602 選 ADG608BRUZ ；[0076R513 選 300K ；[0077R514 選 4M;[0078R515 選 300K ；[0079R516 選 4M ；[0080R517 選 150K ；[0081R518 選 IM ；[0082R519 選 150K ；[0083R520 選 IM ；[0084R521 選 75K ；[0085R522 選 250K ；[0086R523 選 43K ；
8[0087]R524 選 8 ；R613 選 300K;R614 選 4M;R615 選 300K;R616 選 4M;R617 選 150K;R618 選 1M;R619 選 150K;R620 選 IM ；R621 選 75K ；R622 選 250K ；R623 選 43K ；R624 選 82K ；C504、C505、C506、C507、C508、C509、C510、C511、C512、C513、C514、C515、C516、 C517、C518、C519、C520、C521、C604、C605、C606、C607、C608、C609、C610、C611、C612、C613、 C614、C615、C616、C617、C618、C619、C620、C621 均為默認(rèn)的 103 電容；其他未標(biāo)注電阻(R) 均為默認(rèn)的100K。導(dǎo)波聚焦掃描在508mm直徑，2 !長(zhǎng)的40s鋼管道上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，相控陣分為四個(gè)通道。理論上四通道可以覆蓋90°的區(qū)域，四次測(cè)量足夠覆蓋整個(gè)圓周，但是為了確保有充分的能量覆蓋整個(gè)圓周，在每一個(gè)聚焦距離用四通道陣列進(jìn)行了 8次聚焦掃描。 把換能器陣列放置在離管端1#1.細(xì)的地方，管道的兩端傳送縱向L(m，2)模態(tài)波和扭曲(m， 1)模態(tài)波，并得到它們相應(yīng)的環(huán)形回波剖面圖。結(jié)論如下，圖8顯示的是相控陣得到的T(m， 1)扭曲波聚焦在離管道端6. 32m時(shí)的波形，每個(gè)波形圖中兩條垂直線之間的區(qū)域就是聚焦區(qū)，可以很清楚的看到在這些波形圖里面聚焦區(qū)回波最大的是270°時(shí)的回波。通過最大回波的到達(dá)時(shí)間也可以準(zhǔn)確地確定軸向位置。在每個(gè)聚焦區(qū)的最大振幅記錄下來并與聚焦的角度對(duì)應(yīng)構(gòu)建了圓周圖。這個(gè)剖面圖清楚的顯示了異常位置在270°。也注意到了在315°也有小的回波，這可能是聚焦束的寬帶正好是兩倍于我們掃描的圓周。為了說明不同的異常有不同的回波，圖9提供了 3. 35m距離的間隔的波形圖，這些波形同樣也是扭轉(zhuǎn)波聚焦實(shí)驗(yàn)采集的。不同于異常，間隔分散在管道的圓周上。因此，當(dāng)聚焦束在圓周上移動(dòng)是，在多個(gè)角度上都有明顯的回波。圖9中相應(yīng)的在圓剖面圖8中也顯示出來了。圖11中可以明顯的觀察到間隔(spacers)的回波幅度比異常的回波幅度大，這可能有兩種可能一、多個(gè)間隔可能存在與一個(gè)聚焦掃描束的范圍內(nèi)；二、這些間隔的位置更接近換能器陣列。從而比起圖10所示異常的回波來說，當(dāng)聚焦到間隔時(shí)聚焦束的衰減較小。另一種值得關(guān)注進(jìn)行調(diào)查的異常是焊縫，一個(gè)好的焊縫在超聲導(dǎo)波回波顯示了非常好的軸對(duì)稱特性，圖12顯示了有焊縫的12. 78m處的圓周剖面圖，這是L(m，2)縱向波在管端2聚焦掃描得到的圖?？梢钥闯鲞@個(gè)圓周剖面圖幾乎是軸對(duì)稱的。通過聚焦掃描的回波圓周圖，可以很好的把焊縫與間隔分別出來。[0105]結(jié)合不同掃描距離的圓周剖面圖可以得到管道的圖像，圖8顯示了一個(gè)沒有包裹的管道的圖像，圖8的縱軸表示的是管道圓周的角度，從0°到360°。橫軸表示聚焦的距離?；夭ǖ姆狄灶伾姆绞皆趫D上顯示，3D的表示出來。在圓周角度和軸線方向上進(jìn)行插值平滑圖像。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是從兩邊進(jìn)行的，圖像綜合了從管端1的扭轉(zhuǎn)波和管端2的縱向波，因此圖像比單一端的圖像有更高的信噪比。此外，由于導(dǎo)波沿著管道傳播衰減，放大了信號(hào)軸線方向的管道圖像。衰減的Sehz，這里的a是衰減因素，ζ是聚焦距離，2表示導(dǎo)波在每次回波時(shí)傳播了兩個(gè)聚焦距離。衰減因素可以從實(shí)驗(yàn)中計(jì)算出來。在本文中，a是從經(jīng)驗(yàn)估計(jì)出來，如圖8顯示，管道的聚焦掃描圖像是相當(dāng)?shù)那宄?。一些異常情況和管道特征都可在發(fā)現(xiàn)并在圖上標(biāo)記出來。表1中簡(jiǎn)要介紹了軸向和圓周位置的各種特征。異常1#到異常4#都可以清晰地在聚焦掃描圖里面看到，注意到異常3#和人工缺陷都在同一個(gè)間斷面，這說明當(dāng)換能器接受到異常的回波之后，導(dǎo)波依舊在管道中傳播，當(dāng)遇到人工缺陷時(shí)回波依舊可以被換能器陣列所接收到。有時(shí)這個(gè)反射信號(hào)會(huì)很強(qiáng)，如本文中的例子。因此這可能有兩個(gè)異常而不是一個(gè)，這個(gè)反射信號(hào)很難被完全確定下來。然而，通過從另一端放置陣列或改變陣列的位置，反射的回波會(huì)改變它的軸向位置，通過這種方式，異常的真正位置就可以確定了。根據(jù)之前的討論，從它非常規(guī)則的圓周方向的分布可以判斷出來焊縫1#。 間隔1#也可以從它規(guī)則軸向位置和很不規(guī)則的圓周回波大小判斷出來。表1管道異常部位信息匯總
權(quán)利要求1.一種基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是它由超聲導(dǎo)波傳感器、激勵(lì)模塊、接收模塊、主處理單元組成，主處理單元輸出接激勵(lì)模塊的輸入，激勵(lì)模塊輸出接超聲導(dǎo)波傳感器，超聲導(dǎo)波傳感器輸出接接收模塊的輸入，接收模塊的輸出接主處理單元的輸入，主處理單元的輸入有信息輸入，主處理單元的輸出有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示、特征提取、缺陷識(shí)別；有信息輸入的主處理單元輸出控制信號(hào)至激勵(lì)模塊，激勵(lì)模塊輸出大激發(fā)能量的電信號(hào)，由超聲導(dǎo)波傳感器轉(zhuǎn)化為聲能發(fā)射超聲信號(hào)作用于管道；由超聲導(dǎo)波傳感器接收的信號(hào)經(jīng)接收模塊將功率放大及濾波后送主處理單元進(jìn)行處理，主處理單元將處理的結(jié)果輸出，輸出有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示、特征提取、缺陷識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述主處理單元為微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述激勵(lì)模塊包括放大電路和激發(fā)電路，接主處理單元的數(shù)據(jù)輸出端DataBus的放大電路輸出接激發(fā)電路后，由激發(fā)電路輸出接超聲導(dǎo)波傳感器端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述放大電路由運(yùn)算放大器U606A、運(yùn)算放大器U606B和兩只ADC604YRUZ的TO07、U608組成，由濾波電路中的U605D端經(jīng)電容C620接運(yùn)算放大器U606A的“ + ”輸入端( ，運(yùn)算放大器U606A 的“_”輸入端( 接U607的D端，U607的Sl端接運(yùn)算放大器TO06A的輸出端(1)，且運(yùn)算放大器TO06A的輸出端⑴與“_”輸入端(2)之間接有電容C6M;運(yùn)算放大器TO06A的輸出端(1)經(jīng)電容C625接運(yùn)算放大器TO06B的“ + ”輸入端(5)，運(yùn)算放大器TO06B的“-”輸入端(6)接TO08的D端，U608的Sl端接運(yùn)算放大器TO06B的輸出端(7)，且運(yùn)算放大器 U606B的輸出端(7)與“_”輸入端(2)之間接有電容
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述激發(fā)電路由DAC8820U7和運(yùn)算放大器U8A、運(yùn)算放大器U8B、運(yùn)算放大器U9A、運(yùn)算放大器U9B 組成；U7的Rl、Rofs端經(jīng)電阻R9接+5V電源，RU Rofs端經(jīng)穩(wěn)壓二極管D7與電容C53并聯(lián)接地；U7的Rcom端接運(yùn)算放大器U8B的“-”輸入端(6)，“ + ”輸入端(5)接地，運(yùn)算放大器U8B的輸出端(7)接U7的REF端；U7的Rof端接運(yùn)算放大器U8A的“-”輸入端(2)，“ + ” 輸入端⑶接地，運(yùn)算放大器U8A的輸出端一路接U7的Iout并在U7的Iout與Rof端之間接電容C52，另一路經(jīng)電阻R10、電阻Rll與電容C56組成的“T”形電路接運(yùn)算放大器U9A 的“_”輸入端⑵，“ + ”輸入端⑶接地，運(yùn)算放大器U9A的輸出端⑴一路經(jīng)并聯(lián)的電阻 Rl2與電容C59后接回“-”輸入端0)，另一路接運(yùn)算放大器U9B的“-”輸入端(6)，“ + ”輸入端( 接地，運(yùn)算放大器U9B的輸出端(7)接超聲導(dǎo)波傳感器的高電壓輸入端；運(yùn)算放大器U9B和運(yùn)算放大器WA兩個(gè)輸出均并聯(lián)至放大器的輸出接起來是通用的濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述接收模塊包括接收電路、放大電路和濾波電路，接超聲導(dǎo)波傳感器輸出的接收電路之輸出依次串接放大電路和濾波電路，濾波電路輸出接主處理單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述接收電路為輸入JLANCE接KR9的4端，KR9的2端接+12V，3端一經(jīng)二極管DlOl也接+12V， 二經(jīng)電阻RlOl接Q17的3端，Q17的2端接地，1端接273U3/Q1 ’另一 JLANCE接KRl的4端，KRl的2端接+12V，3端一經(jīng)二極管D102也接+12V，二經(jīng)電阻R102接Q9的3端，且Q9 的3端經(jīng)電阻R103與發(fā)光二極管LED9至+12V，Q9的2端接地，1端接273U2/Q1 ；KR9的1 端與KRl的1端連接后經(jīng)電阻R104接UlOl的2端，而UlOl的2端還有第一路接二極管 D103和D104正向串聯(lián)及反向串聯(lián)到地，還有第二路接正反向并聯(lián)的二極管D105后一路接 UlOl的3端，二再接并聯(lián)的電阻R105與電容C102到地，第三路接并聯(lián)的電阻R106與電容 C103到UlOl的6端；UlOl的4端接-5V，7端接+5V，5端和14端輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述放大電路由運(yùn)算放大器U606A、運(yùn)算放大器U606B和兩只ADC604YRUZ的TO07、U608組成，由濾波電路中的U605D端經(jīng)電容C620接運(yùn)算放大器U606A的“ + ”輸入端( ，運(yùn)算放大器U606A 的“_”輸入端( 接U607的D端，U607的Sl端接運(yùn)算放大器TO06A的輸出端(1)，且運(yùn)算放大器TO06A的輸出端(1)與“_”輸入端(2)之間接有電容C6M;運(yùn)算放大器TO06A的輸出端(1)經(jīng)電容C625接運(yùn)算放大器TO06B的“ + ”輸入端5，運(yùn)算放大器TO06B的“-”輸入端6接TO08的D端，U608的Sl端接運(yùn)算放大器TO06B的輸出端(7)，且運(yùn)算放大器U606B 的輸出端(7)與“_”輸入端(2)之間接有電容
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)，其特征是所述濾波電路由兩只ADC608YRUZ的U502、U602、三只LTC1562的U503、U504、U604和兩只 ADC604YRUZ 的 U505、U605 組成；2734U4/Q1、2734U4/Q2、2734U4/Q3 分別接 U502 的 AO、Al、 A2端，U502的S1、S2端各接電容C506、電容C507后共同接TO03的1端，S3、S4端各接電容 C508、電容C509后共同接TO03的10端，S5、S6端各接電容C510、電容C511后共同接TO04 的20端，S7、S8端各接電容C512、電容C513后共同接TO04的1端；U602的Si、S2端各接電容C606、電容C607后共同接TO04的1端，S3、S4端各接電容C608、電容C609后共同接 TO04的10端，S5、S6端各接電容C610、電容C611后共同接TO04的11端，S7、S8端各接電容C612、電容C613后共同接TO04的10端；U503的19端、12端與TO04的19端、2端分別接U505的Si、S2、S3、S4端；U604的19端、12端與U504的12端、9端分別接U605的Si、 S2、S3、S4 端；U505 的 A0、A1 端輸出 27!34U4/Q2、2734U4/Q3，U605 的 AO、Al 端輸出 27IMU4/ Q2、27;34U4/Q3。
專利摘要本實(shí)用新型是一種基于導(dǎo)波聚焦掃描的遠(yuǎn)距離管道成像系統(tǒng)。涉及超聲波的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它由超聲導(dǎo)波傳感器、激勵(lì)模塊、接收模塊、主處理單元組成，主處理單元輸出接激勵(lì)模塊的輸入，激勵(lì)模塊輸出接超聲導(dǎo)波傳感器，超聲導(dǎo)波傳感器輸出接接收模塊的輸入，接收模塊的輸出接主處理單元的輸入，主處理單元的輸入有信息輸入，主處理單元的輸出有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示、特征提取、缺陷識(shí)別。本實(shí)用新型利用換能器激發(fā)超聲信號(hào)，使激發(fā)能量更大，檢測(cè)距離更長(zhǎng)，精度和定位更準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01N29/06GK201965117SQ201020685339
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者佟文強(qiáng), 馮展軍, 劉哲, 劉廣文, 王禹欽, 王維斌, 艾慕陽, 蔣先堯, 趙丑民, 陳健峰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司