本發(fā)明涉及管壁厚度測(cè)量領(lǐng)域，特別是涉及一種管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

日常生產(chǎn)生活中，各種各樣的水管、油管、輸氣管等管道運(yùn)輸十分常見(jiàn)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要組成部分。其中，管壁的厚度則是決定管道質(zhì)量的最重要因素，直接決定管道的承重，連接性，可靠性，以及美觀等因素。

傳統(tǒng)的管壁測(cè)厚儀大多數(shù)是接觸式的，無(wú)法進(jìn)行在線測(cè)量。目前，市場(chǎng)上常見(jiàn)的管壁厚度測(cè)量方法普遍采用超聲波測(cè)量和X射線測(cè)量，超聲波雖然能發(fā)現(xiàn)物體的輪廓和狀態(tài)，但需要接觸物體進(jìn)行檢測(cè)，此種檢測(cè)手段也會(huì)對(duì)管壁造成一定程度的磨損。X射線測(cè)量是一種非接觸型無(wú)損測(cè)厚技術(shù)，但裝置昂貴，操作復(fù)雜，測(cè)量范圍小，并且工作人員需要配備防輻射的裝置，大大提高了成本和操作的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀、系統(tǒng)及方法，無(wú)需接觸管壁就可以實(shí)現(xiàn)管壁厚度快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

一方面，本發(fā)明提出一種管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀，所述在線監(jiān)測(cè)儀包括：

太赫茲發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生太赫茲探測(cè)波并向待測(cè)管壁發(fā)射；

太赫茲接收裝置，用于接收透過(guò)所述待測(cè)管壁的太赫茲探測(cè)波，以根據(jù)所述太赫茲探測(cè)波透過(guò)所述待測(cè)管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測(cè)管壁的厚度。

上述管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀，包括太赫茲發(fā)生裝置和太赫茲接收裝置，太赫茲發(fā)生裝置用于產(chǎn)生太赫茲探測(cè)波并向待測(cè)管壁發(fā)射，太赫茲接收裝置用于接收透過(guò)所述待測(cè)管壁的太赫茲探測(cè)波，以根據(jù)所述太赫茲探測(cè)波透過(guò)所述待測(cè)管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測(cè)管壁的厚度；在對(duì)管壁厚度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，設(shè)置在其內(nèi)的太赫茲發(fā)生裝置發(fā)出太赫茲探測(cè)波，并入射到待測(cè)管壁上，當(dāng)該太赫茲探測(cè)波透過(guò)該待測(cè)管壁時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，太赫茲接收裝置探測(cè)到太赫茲探測(cè)波的變化，進(jìn)而可以得到待測(cè)管壁的厚度；該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀無(wú)需接觸管壁就可以實(shí)現(xiàn)管壁厚度快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在線監(jiān)測(cè)儀開(kāi)設(shè)有用于供待測(cè)管壁穿入的空洞。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述待測(cè)管壁的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波經(jīng)過(guò)所述待測(cè)管壁時(shí)產(chǎn)生的衰減對(duì)應(yīng)的吸收峰的延遲時(shí)間，c為光速，n為所述待測(cè)管壁的折射率。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述太赫茲發(fā)生裝置包括產(chǎn)生激光脈沖的激光器、產(chǎn)生偏置電壓的直流偏置裝置和光電導(dǎo)發(fā)射天線，所述光電導(dǎo)發(fā)射天線在所述偏置電壓的作用下將所述激光脈沖轉(zhuǎn)換為太赫茲波發(fā)射出去。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述太赫茲接收裝置為光電導(dǎo)探測(cè)天線。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第一分束器和延時(shí)器，所述第一分束器將所述激光脈沖分為探測(cè)光和泵浦光，并將所述探測(cè)光發(fā)送給所述光電導(dǎo)發(fā)射天線，將所述泵浦光經(jīng)延時(shí)器處理后發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括設(shè)置在所述太赫茲探測(cè)波的發(fā)射路徑上的第一太赫茲透鏡和第二分束器，所述第一太赫茲透鏡用于對(duì)所述太赫茲探測(cè)波進(jìn)行聚焦處理，所述第二分束器用于將經(jīng)過(guò)聚焦處理后的太赫茲探測(cè)波轉(zhuǎn)換為平行光輸出。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第二太赫茲透鏡，設(shè)置在所述太赫茲探測(cè)波的發(fā)射路徑上，用于對(duì)透過(guò)所述待測(cè)管壁的太赫茲探測(cè)波進(jìn)行聚焦處理，并發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括鎖相器，設(shè)置在所述太赫茲探測(cè)波的接收路徑上，用于對(duì)所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波進(jìn)行鎖相和放大處理，并將處理后的太赫茲探測(cè)波發(fā)送到計(jì)算終端。

另一方面，本發(fā)明提出一種管壁厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括上述管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀和管壁擠出機(jī)，所述管壁擠出機(jī)用于將管道成型并輸送至所述管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀的空洞中。

再一方面，本發(fā)明提出一種管壁厚度在線監(jiān)測(cè)方法，包括：

向待測(cè)管壁發(fā)射太赫茲探測(cè)波；

接收透過(guò)了所述待測(cè)管壁的太赫茲探測(cè)波；

根據(jù)所述太赫茲探測(cè)波透過(guò)所述待測(cè)管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測(cè)管壁的厚度。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述待測(cè)管壁的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波經(jīng)過(guò)所述待測(cè)管壁時(shí)產(chǎn)生的衰減對(duì)應(yīng)的吸收峰的延遲時(shí)間，c為光速，n為所述待測(cè)管壁的折射率。

附圖說(shuō)明

圖1為一實(shí)施例中管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一實(shí)施例中太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波的波形圖；

圖3為一實(shí)施例中管壁厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，圖1為一實(shí)施例中管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀的結(jié)構(gòu)圖。

在本實(shí)施例中，該管壁厚度線監(jiān)測(cè)儀包括樣品架10，在該樣品架10上開(kāi)設(shè)有用于供待測(cè)管壁穿入的空洞101，該空洞101為柱形通孔，不限于柱形。

太赫茲發(fā)生裝置用于產(chǎn)生太赫茲探測(cè)波并向待測(cè)管壁30發(fā)射。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，該太赫茲發(fā)生裝置包括產(chǎn)生激光脈沖的激光器11、產(chǎn)生偏置電壓的直流偏置裝置12和光電導(dǎo)發(fā)射天線13，所述光電導(dǎo)發(fā)射天線13在所述偏置電壓的作用下將所述激光脈沖轉(zhuǎn)換為太赫茲波發(fā)射出去。進(jìn)一步的，該激光器11為鈦-藍(lán)寶石激光器。

太赫茲接收裝置用于接收透過(guò)所述待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波。

光電導(dǎo)發(fā)射天線13發(fā)射出太赫茲探測(cè)波，并垂直入射到待測(cè)管壁30上，該太赫茲探測(cè)波在透過(guò)待測(cè)管壁30時(shí)將會(huì)被待測(cè)管壁30部分吸收，進(jìn)而發(fā)生衰減，太赫茲接收裝置接收透過(guò)待測(cè)管壁30后的太赫茲探測(cè)波，可以得到該太赫茲探測(cè)波在透過(guò)待測(cè)管壁30時(shí)發(fā)生的變化，進(jìn)而得到管壁厚度。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，參見(jiàn)圖2，圖2為一實(shí)施例中太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波的波形圖。其中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示能量百分比。

待測(cè)管壁30的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波經(jīng)過(guò)所述待測(cè)管壁30時(shí)產(chǎn)生的吸收峰的延遲時(shí)間，c為光速，n為所述待測(cè)管壁30的折射率。

太赫茲探測(cè)波在透過(guò)待測(cè)管壁30時(shí)將會(huì)被其部分吸收產(chǎn)生衰減，該衰減對(duì)應(yīng)于太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波的吸收峰，該吸收峰持續(xù)的延遲時(shí)間為太赫茲波透過(guò)該待測(cè)管壁30經(jīng)歷的時(shí)間，即Δt。c為光速，n為所述待測(cè)管壁30的折射率，c/n即為太赫茲波在透過(guò)該待測(cè)管壁30時(shí)的傳播速度。

由此，得到待測(cè)管壁30的厚度為太赫茲波透過(guò)待測(cè)管壁30的傳播速度c/n與經(jīng)歷時(shí)間Δt的乘積，即d＝(Δt×c)/n。通過(guò)該方式可以快速、準(zhǔn)確的得到待測(cè)管壁30的管壁厚度。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，該太赫茲接收裝置為光電導(dǎo)探測(cè)天線14。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第一分束器15和延時(shí)器16，所述第一分束器15將所述激光脈沖分為探測(cè)光和泵浦光，并將所述探測(cè)光發(fā)送給所述光電導(dǎo)發(fā)射天線13，將所述泵浦光經(jīng)所述延時(shí)器16處理后發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

激光器11發(fā)出的激光脈沖的一部分，即探測(cè)光用于產(chǎn)生太赫茲探測(cè)波，另一部分，即泵浦光用于泵浦太赫茲接收裝置，即泵浦光電導(dǎo)探測(cè)天線14接收透過(guò)待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波。

其中，在泵浦光到達(dá)泵浦光電導(dǎo)探測(cè)天線14前先進(jìn)行延時(shí)處理，使得該泵浦光與透過(guò)待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波同時(shí)到達(dá)光電導(dǎo)探測(cè)天線14，保障該光電導(dǎo)探測(cè)天線14對(duì)信號(hào)的有效接收，不需要額外的泵浦裝置，簡(jiǎn)化了該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第一太赫茲透鏡17，設(shè)置在所述太赫茲探測(cè)波的發(fā)射路徑上，用于對(duì)所述太赫茲探測(cè)波進(jìn)行聚焦處理。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第二分束器18，設(shè)置在所述太赫茲探測(cè)波的發(fā)射路徑上，用于將經(jīng)過(guò)聚焦處理后的太赫茲探測(cè)波轉(zhuǎn)換為平行光輸出。

光電導(dǎo)發(fā)射天線13發(fā)射出太赫茲探測(cè)波，分散的太赫茲探測(cè)波通過(guò)第一太赫茲透鏡17進(jìn)行聚焦處理，減少太赫茲探測(cè)波的損耗，然后通過(guò)第二分束器18處理后轉(zhuǎn)換為平行光輸出，垂直入射到待測(cè)管壁30上，對(duì)待測(cè)管壁30進(jìn)行檢測(cè)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括第二太赫茲透鏡19，設(shè)置在所述太赫茲探測(cè)波的發(fā)射路徑上，用于對(duì)透過(guò)所述待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波進(jìn)行聚焦處理，并發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

太赫茲探測(cè)波透過(guò)待測(cè)管壁30后為分散光，由第二太赫茲透鏡19進(jìn)行聚焦處理后發(fā)送給太赫茲接收裝置，即光電導(dǎo)探測(cè)天線14進(jìn)行接收，減少透過(guò)待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波在傳播過(guò)程中的損耗，增強(qiáng)光電導(dǎo)探測(cè)天線14接收到的信號(hào)強(qiáng)度，增強(qiáng)檢測(cè)效果。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括鎖相器20，設(shè)置在所述太赫茲探測(cè)波的接收路徑上，用于對(duì)所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波進(jìn)行鎖相和放大處理，并將處理后的太赫茲探測(cè)波發(fā)送到計(jì)算終端40。

光電導(dǎo)探測(cè)天線14接收到透過(guò)待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波之后，將其發(fā)送給鎖相器20進(jìn)行鎖相和放大處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的穩(wěn)定采集，然后發(fā)送給計(jì)算終端40，如計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，提取相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而得到待測(cè)管壁30的厚度。

在該計(jì)算終端40中存儲(chǔ)有對(duì)應(yīng)于不同材質(zhì)的待測(cè)管壁30的折射率n，在進(jìn)行管壁厚度的計(jì)算過(guò)程中，根據(jù)待測(cè)管壁30的特性自動(dòng)調(diào)取，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

上述管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100，在對(duì)管壁厚度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，待測(cè)管壁30穿過(guò)該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100，設(shè)置在其內(nèi)的光電導(dǎo)發(fā)射天線13發(fā)出太赫茲探測(cè)波，并入射到待測(cè)管壁30上，當(dāng)該太赫茲探測(cè)波透過(guò)該待測(cè)管壁30時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，產(chǎn)生吸收峰，光電導(dǎo)探測(cè)天線14探測(cè)到該吸收峰的持續(xù)時(shí)間，結(jié)合待測(cè)管壁30的折射率得到太赫茲探測(cè)波通過(guò)該待測(cè)管壁30時(shí)的傳播速度，進(jìn)而得到待測(cè)管壁30的厚度。將激光器11發(fā)出的激光脈沖進(jìn)行分束處理后一部分用于產(chǎn)生太赫茲探測(cè)波，一部分經(jīng)延時(shí)處理后泵浦光電導(dǎo)探測(cè)天線14接收透過(guò)待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波，無(wú)需額外的泵浦裝置，簡(jiǎn)化了該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本。同時(shí)，光電導(dǎo)發(fā)射天線13發(fā)出的太赫茲探測(cè)波在到達(dá)待測(cè)管壁30之前，和光電導(dǎo)探測(cè)天線14在接收透過(guò)了待測(cè)管壁30的太赫茲探測(cè)波之前均進(jìn)行相應(yīng)的光束處理，減小了太赫茲探測(cè)波在傳播過(guò)程中的損耗，增強(qiáng)了檢測(cè)效果和精度。該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100無(wú)需接觸管壁就可以實(shí)現(xiàn)管壁厚度快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

參見(jiàn)圖3，圖3為一實(shí)施例中管壁厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

在本實(shí)施例中，該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括上述管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100和管壁擠出機(jī)200，在對(duì)待測(cè)管道的管壁，即待測(cè)管壁30進(jìn)行厚度檢測(cè)時(shí)，管壁擠出機(jī)200將管道成型并輸送至該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100的柱形通孔，待測(cè)管壁30能夠穿過(guò)該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)儀100。在對(duì)管壁厚度進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，無(wú)需接觸管壁，避免了對(duì)管壁的磨損。

一種管壁厚度在線監(jiān)測(cè)方法，在其中一個(gè)實(shí)施例中，包括如下步驟：

步驟一、向待測(cè)管壁發(fā)射太赫茲探測(cè)波。太赫茲波的頻率非常高，脈沖寬度非常短，所以它的空間分辨率和時(shí)間分辨率都很高，且光子能量只有4毫電子伏特，安全性高，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損、非接觸檢測(cè)。

步驟二、接收透過(guò)了所述待測(cè)管壁的太赫茲探測(cè)波。

步驟三、根據(jù)所述太赫茲探測(cè)波透過(guò)所述待測(cè)管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測(cè)管壁的厚度。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，利用該管壁厚度在線監(jiān)測(cè)方法得到的待測(cè)管壁的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測(cè)波經(jīng)過(guò)所述待測(cè)管壁時(shí)產(chǎn)生的衰減對(duì)應(yīng)的吸收峰的延遲時(shí)間，c為光速，n為所述待測(cè)管壁的折射率。

上述管壁厚度在線監(jiān)測(cè)方法，無(wú)需接觸管壁就可以實(shí)現(xiàn)管壁厚度安全、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。