專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于管道無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在海洋油氣資源開(kāi)發(fā)中，管道是油氣輸運(yùn)的主要形式，是海上油氣田開(kāi)發(fā)和運(yùn)輸?shù)纳€。管道腐蝕是海洋油氣生產(chǎn)的重大安全隱患，在管道運(yùn)行過(guò)程中若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些潛在危險(xiǎn)，就可能引發(fā)油氣泄露，發(fā)生管道事故，造成經(jīng)濟(jì)上的重大損失及社會(huì)負(fù)面影響。因此為保障海洋管道在服役期間的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)在役管道進(jìn)行安全檢測(cè)已成為世界各國(guó)研究的重要課題。隨著超聲導(dǎo)波理論的發(fā)展，將超聲導(dǎo)波技術(shù)用于不同類(lèi)型管道的損傷檢測(cè)在國(guó)際上已趨于成熟，并應(yīng)用于工程實(shí)際，且取得了較好的效果。導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)利用固定在管道周?chē)奶筋^環(huán)發(fā)射適當(dāng)模式的低頻聲波(屬超聲波范疇)，該頻率范圍不需要液體進(jìn)行耦合， 采用機(jī)械或氣體施加到探頭的背面以保證探頭與管道表面接觸，從而達(dá)到超聲波良好的耦合。固定在管道環(huán)向的超聲波探頭均勻的間隔排列，使得聲波以管道軸芯為對(duì)稱(chēng)傳播。超聲導(dǎo)波檢測(cè)與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)相比有如下優(yōu)勢(shì)(1)只需在管道一處激勵(lì)超聲導(dǎo)波，由于導(dǎo)波沿傳播路徑衰減很小，能夠同時(shí)檢測(cè)或掃描長(zhǎng)距離管道，最遠(yuǎn)可達(dá)百米；(2) 超聲導(dǎo)波在管道的內(nèi)、外表面和中部均有質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，聲場(chǎng)遍及整個(gè)壁厚或管道截面，可同時(shí)檢測(cè)長(zhǎng)距離管道內(nèi)部和表面的缺陷；C3)通過(guò)速度模式控制和頻率選擇，可提高管道缺陷的檢測(cè)精度；(4)通用性較好，適合水下、覆蓋物下或絕緣層下的管道而無(wú)精度損失；(5) 使為了確定缺陷分類(lèi)和尺寸而經(jīng)常需要進(jìn)行的多模式/頻率診斷成為可能；(6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 降低檢測(cè)費(fèi)用。超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成1)以壓電晶片為核心元件、用于發(fā)射和接受檢測(cè)信號(hào)的探頭；幻均勻布置在管道周向的探頭系統(tǒng)(探頭環(huán)和夾具)；幻數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；4)數(shù)據(jù)傳輸和損傷診斷系統(tǒng)。探頭系統(tǒng)作為超聲導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)的核心部件，其設(shè)計(jì)對(duì)超聲導(dǎo)波系統(tǒng)檢測(cè)性能有重要影響。探頭系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括探頭安裝設(shè)計(jì)(如何實(shí)現(xiàn)探頭布置和固定，主要是考慮探頭在管道周向和徑向兩個(gè)方向上安裝，構(gòu)成探頭環(huán))、探頭環(huán)夾具設(shè)計(jì)。探頭環(huán)的作用主要是布置和安裝探頭，實(shí)現(xiàn)探頭和管道的能量耦合；探頭環(huán)卡具的功能是將探頭環(huán)固定在管道上，保證探頭系統(tǒng)在工作時(shí)，探頭與被測(cè)管道緊密接觸。對(duì)于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)，還要求探頭系統(tǒng)既能防水，又能耐高壓。目前現(xiàn)有的陸地管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)主要是采用一體化固定式探頭系統(tǒng)和柔性探頭系統(tǒng)。若要用于海洋管道的超聲導(dǎo)波檢測(cè)，不僅要在防水設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，而且還要考慮水下安裝的要求，即如何用水下機(jī)器人進(jìn)行探頭系統(tǒng)安裝，或便于潛水員水下作業(yè)安裝。一體化固定式探頭系統(tǒng)是根據(jù)被測(cè)管道外徑直徑將探頭的固定裝置做成環(huán)狀，根據(jù)探頭固定環(huán)直徑尺寸，在其圓周方向上均勻地銑出若干個(gè)槽以放置對(duì)應(yīng)數(shù)量的單個(gè)探頭。為了便于安裝，一般是將探頭固定環(huán)分解為兩個(gè)半圓式探頭固定環(huán)，兩個(gè)探頭固定環(huán)采用螺栓連接夾在管道上，即實(shí)現(xiàn)探頭固定裝置(探頭環(huán))和卡具一體化。在每個(gè)探頭槽上裝有壓緊裝置(主要是采用彈簧)，利用彈簧壓縮對(duì)探頭施加壓緊力。因此，這種一體化固定式探頭系統(tǒng)可擴(kuò)展性差，只適合特定外徑的管道，且制造復(fù)雜，工藝要求高。隨著徑向探頭增加或外徑增加，便會(huì)導(dǎo)致探頭系統(tǒng)體積大，質(zhì)量大。柔性探頭系統(tǒng)主要是采用柔性卡具。這種柔性卡具主要有兩類(lèi)一是帶有可首尾連接成環(huán)狀的氣囊，且環(huán)狀氣囊的內(nèi)側(cè)可安裝探頭固定裝置，并對(duì)氣囊進(jìn)行充氣，氣囊膨脹對(duì)探頭固定裝置施加預(yù)緊力；二是采用高彈性碳纖維材料作為包覆層，包覆層上可安裝探頭固定裝置，探頭固定裝置和包覆層之間裝有氣囊；利用快鎖機(jī)構(gòu)將包覆層卡緊在管道上。 上述兩類(lèi)柔性探頭系統(tǒng)安裝比較復(fù)雜，不適合海洋管道檢測(cè)，而且柔性卡具是針對(duì)特定外徑的管道，這也限制了柔性探頭系統(tǒng)的整體擴(kuò)展性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，其可使探頭系統(tǒng)具有柔性和整體可擴(kuò)展性，并可適應(yīng)不同外徑的管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于其包括多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊、快鎖機(jī)構(gòu)、連接軸和容設(shè)在所述探頭系統(tǒng)單元模塊中的氣囊，各個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊通過(guò)所述連接軸連接，且相鄰的兩個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊能繞所述連接軸旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成柔性結(jié)構(gòu)；連接成一體的各個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊圈裹在被測(cè)海洋管道外表面周向上，由所述快鎖機(jī)構(gòu)將首尾兩個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊連接卡緊，呈環(huán)狀定位在所述被測(cè)海洋管道外表面周向上；所述探頭系統(tǒng)單元模塊還以防水材料密封。每一所述探頭系統(tǒng)單元模塊由一多模式探頭模塊和一卡具模塊構(gòu)成，所述多模式探頭模塊和所述卡具模塊通過(guò)兩個(gè)定位銷(xiāo)連接固定。所述多模式探頭模塊具有一探頭模塊基座，所述探頭模塊基座為長(zhǎng)方體，其與所述被測(cè)海洋管道接觸的面上開(kāi)設(shè)有一個(gè)以上用于安裝探頭的探頭凹槽，所述探頭凹槽成線性陣列，縱波探頭和扭轉(zhuǎn)波探頭間隔設(shè)置在各所述探頭凹槽中，所述探頭凹槽的深度小于各所述縱波探頭和扭轉(zhuǎn)波探頭的高度，所述探頭凹槽底部還開(kāi)設(shè)有一用于安裝探頭電源接口的探頭電源安裝槽，所述探頭模塊基座內(nèi)部開(kāi)設(shè)有電源線槽與所述探頭電源安裝槽連通，所述探頭模塊基座的另一側(cè)面上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)連接所述卡具模塊的盲孔，所述探頭模塊基座的一端面上還開(kāi)設(shè)有一安裝多模式探頭模塊外部電源接口的凹槽，所述凹槽的底部與所述電源線槽連通。所述卡具模塊具有一卡具模塊基座和兩個(gè)卡具模塊連接件，所述卡具模塊基座為一中段向內(nèi)凹的長(zhǎng)方塊體，兩個(gè)所述卡具模塊連接件分別固定在所述卡具模塊基座兩側(cè)， 所述卡具模塊連接件朝向外側(cè)的一面上分別設(shè)有供所述連接軸穿設(shè)的安裝件，所述卡具模塊基座兩端設(shè)有與所述探頭模塊基座的盲孔相對(duì)應(yīng)的通孔，兩所述通孔中心軸線之間的距離由所檢測(cè)的管道外徑和設(shè)置的多模式探頭模塊數(shù)量確定。所述氣囊設(shè)置在所述卡具模塊基座中段的內(nèi)凹處，所述氣囊能首尾連接成環(huán)狀，所述氣囊上裝有氣嘴，以連接外部充氣裝置進(jìn)行充氣。所述探頭系統(tǒng)單元模塊上的防水材料設(shè)置在所述多模式探頭模塊中的每一探頭與所述探頭凹槽接合的部位、所述探頭模塊基座的電源線槽與所述多模式探頭模塊外部電源接口的接合部位。所述防水材料為聚氨酯防水材料。所述快鎖機(jī)構(gòu)由移動(dòng)快鎖座、固定快鎖座、快鎖連接件及快鎖手柄組成，所述移動(dòng)快鎖座和固定快鎖座分別安裝在首尾兩個(gè)卡具模塊基座上；所述快鎖手柄一端通過(guò)銷(xiāo)軸安裝在所述固定快鎖座上，并能繞所述銷(xiāo)軸的中心旋轉(zhuǎn)；所述快鎖連接件一端為可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在所述快鎖手柄上，另一端卡放在所述移動(dòng)快鎖座的卡座中。所述連接軸為U型連接軸，其兩端的直徑小于所述卡具模塊連接件上鉸接頭上的通孔的直徑，并設(shè)有螺紋，所述U型連接軸的兩端分別穿設(shè)在相鄰兩個(gè)所述卡具模塊連接件的鉸接頭的通孔中，將兩個(gè)相鄰的所述卡具模塊連接在一起。本發(fā)明還提供了一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述探頭系統(tǒng)的探頭環(huán)及探頭環(huán)卡具系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，所述探頭環(huán)由多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊組成，每個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊包括一個(gè)多模式探頭模塊和一個(gè)卡具模塊，所述多模式探頭模塊中安裝有不同類(lèi)型和數(shù)量的探頭，構(gòu)成扭轉(zhuǎn)波檢測(cè)模式、縱波檢測(cè)模式、扭轉(zhuǎn)波和縱波相組合的多種檢測(cè)模式；所述探頭環(huán)卡具系統(tǒng)由各個(gè)所述卡具模塊構(gòu)成，各個(gè)所述卡具模塊之間通過(guò)連接軸互相連接，多個(gè)連接起來(lái)的所述探頭系統(tǒng)單元模塊的首尾用快鎖機(jī)構(gòu)鎖緊，構(gòu)成均勻安裝在管道環(huán)向上的具有一定柔性的探頭系統(tǒng)，在所述卡具模塊和所述多模式探頭模塊之間安裝有氣體壓緊裝置，以對(duì)所述多模式探頭模塊中的探頭施加壓力，實(shí)現(xiàn)探頭與管道的能量耦合，激發(fā)出超聲導(dǎo)波進(jìn)行管道無(wú)損檢測(cè)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，將探頭系統(tǒng)進(jìn)行模塊化，構(gòu)成多模式探頭模塊和卡具模塊，每個(gè)多模式探頭模塊安裝一個(gè)卡具模塊，實(shí)現(xiàn)了探頭固定裝置和卡具系統(tǒng)在功能和物理上的分離；通過(guò)增加或減少多模式探頭模塊和卡具模塊，可使探頭系統(tǒng)適應(yīng)不同外徑的管道檢測(cè)，保證了探頭系統(tǒng)具有柔性和擴(kuò)展性。2、多模式探頭模塊上開(kāi)有5個(gè)用于安裝探頭的凹槽，可安裝和拆卸不同類(lèi)型的探頭，構(gòu)成多模式檢測(cè)模式。若安裝兩個(gè)扭轉(zhuǎn)波探頭，則構(gòu)成扭轉(zhuǎn)波檢測(cè)模式；若安裝三個(gè)縱波探頭，則構(gòu)成縱波檢測(cè)模式；若安裝三個(gè)縱波探頭和兩個(gè)扭轉(zhuǎn)波探頭，則構(gòu)成管道多模式檢測(cè)模式，拓寬了檢測(cè)模式，并可提高管道缺陷檢測(cè)精度和效率。3、由于將探頭系統(tǒng)的探頭固定裝置和卡具系統(tǒng)進(jìn)行了功能和物理上分離，只需對(duì)多模式探頭模塊進(jìn)行防水設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了探頭系統(tǒng)防水設(shè)計(jì)。具體體現(xiàn)在在探頭和探頭模塊基座的安裝連接部采用防水材料進(jìn)行密封，同時(shí)對(duì)探頭模塊基座的電源通道和外部電源接口部位采用防水材料進(jìn)行密封， 整個(gè)防水工藝簡(jiǎn)單。4、卡具模塊和多模式探頭模塊之間安裝氣囊，工藝簡(jiǎn)單，拆裝方便?？ň吣K采用鉸接方式互相連接，并對(duì)首尾兩個(gè)卡具模塊采用快鎖機(jī)構(gòu)鎖緊，構(gòu)成卡具系統(tǒng)， 整個(gè)卡具在管道周向方向上長(zhǎng)度保持固定。對(duì)氣囊進(jìn)行充氣膨脹，壓迫整個(gè)多模式探頭模塊沿著管道徑向方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)探頭施加壓力。通過(guò)調(diào)整氣囊壓力，可調(diào)整探頭與被測(cè)管道的壓緊力，保證了探頭與被測(cè)管道結(jié)構(gòu)的耦合性能的可重復(fù)性和均一性。


圖1是采用本發(fā)明設(shè)計(jì)方法制成的探頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2是圖1的左視3是本發(fā)明的探頭系統(tǒng)單元模塊組成示意4是本發(fā)明的多模式探頭模塊示意5是本發(fā)明的探頭模塊基座截面6是本發(fā)明的卡具模塊裝配示意7是本發(fā)明的快鎖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意8是本發(fā)明的卡具模塊互相連接的裝配結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1、如圖2所示，為本發(fā)明所提供的一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其由探頭系統(tǒng)單元模塊1、快鎖機(jī)構(gòu)2、連接軸3和氣囊5構(gòu)成。本實(shí)施例是以外徑為八英寸的海洋管道4為例，在海洋管道4的周向上共設(shè)置有二十四個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1，各個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1通過(guò)連接軸3連接起來(lái)，且相鄰的兩個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1可繞連接軸3旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成柔性結(jié)構(gòu)。連接成一體的各個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1圈裹在被測(cè)海洋管道 4外表面周向上，由快鎖機(jī)構(gòu)2將首尾兩個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1連接卡緊，定位在被測(cè)海洋管道4外表面周向上構(gòu)成本發(fā)明具有柔性的探頭系統(tǒng)。其中探頭系統(tǒng)單元模塊1由一多模式探頭模塊11和一卡具模塊12構(gòu)成(如圖3所示)。多模式探頭模塊11能激發(fā)扭轉(zhuǎn)波模式、縱波模式以及扭轉(zhuǎn)波和縱波相結(jié)合模式， 如圖4、圖5所示，多模式探頭模塊11具有一探頭模塊基座111，探頭模塊基座111為長(zhǎng)方體，其一側(cè)面上開(kāi)設(shè)有五個(gè)用于安裝探頭的探頭凹槽112，探頭凹槽112成線性陣列，縱波探頭116和扭轉(zhuǎn)波探頭117間隔設(shè)置在探頭凹槽112中。相鄰的探頭凹槽112中心之間的距離由探頭激發(fā)超聲波確定，一般為四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍。在探頭凹槽112底部還開(kāi)設(shè)有一用于安裝探頭電源接口 115的探頭電源安裝槽113，探頭電源安裝槽113與設(shè)置在探頭模塊基座111內(nèi)部供安放電源線的電源線槽114連通。探頭模塊基座111的另一側(cè)面上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)用于連接卡具模塊12的螺紋盲孔118。在探頭模塊基座111的一端面上還開(kāi)設(shè)有一凹槽119，用于安裝多模式探頭模塊外部電源接口 120，凹槽119的底部與電源線槽 114連通，用于各探頭電源線的走線。探頭凹槽112的深度小于所安裝探頭的高度，即要保證探頭上壓電元件位于探頭凹槽112的開(kāi)口端面之上。在本實(shí)施例中，探頭凹槽112的長(zhǎng)度為14mm，寬度為12mm，深度為11mm，相鄰兩個(gè)探頭凹槽112中心之間的距離為20mm。探頭電源接口 115和多模式探頭模塊外部電源接口 120均采用同軸線接口。本發(fā)明是根據(jù)所需的管道檢測(cè)模式(扭轉(zhuǎn)波檢測(cè)模式、縱波檢測(cè)模式、扭轉(zhuǎn)波與縱波相結(jié)合的檢測(cè)模式)， 在探頭模塊基座111上安裝所需類(lèi)型的探頭和探頭數(shù)量。如圖6所示，卡具模塊12由一卡具模塊基座121和兩個(gè)T形卡具模塊連接件122 構(gòu)成?？ň吣K基座121為一中段向內(nèi)凹的長(zhǎng)方塊體，卡具模塊基座121的凹進(jìn)部分用于容納氣囊5。兩端的凸臺(tái)上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)通孔123，兩通孔123中心之間的距離為探頭模塊基座111上兩螺紋盲孔118中心之間的距離。兩個(gè)卡具模塊連接件122分別固定在卡具模塊基座121兩側(cè)，在本實(shí)施例中，卡具模塊連接件122是用螺釘固定安裝在卡具模塊基座121的兩側(cè)?？ň吣K連接件122朝向外側(cè)的一面上分別設(shè)有兩個(gè)鉸接頭124，鉸接頭IM上均開(kāi)設(shè)有通孔125，以供連接軸3穿設(shè)于其中。兩通孔125中心軸線之間的距離由所檢測(cè)的管道外徑和布置的多模式探頭模塊數(shù)量確定。相鄰的兩個(gè)卡具模塊12分別利用其中一個(gè)T形卡具模塊連接件122采用鉸接方式進(jìn)行連接。卡具模塊12通過(guò)兩個(gè)定位銷(xiāo)15與多模式探頭模塊11連接固定。兩定位銷(xiāo)15的一端穿設(shè)在位于卡具模塊基座121兩端的凸臺(tái)的通孔123中，并用螺母1 鎖固，另一端則穿入并鎖固在多模式探頭模塊11的兩螺紋盲孔118中，將多模式探頭模塊11和卡具模塊12定位在一起組成探頭系統(tǒng)單元模塊1 (如圖 3所示)。螺母1 為鎖固在兩定位銷(xiāo)15的端部，但并不將卡具模塊12和多模式探頭模塊 11鎖死，使得多模式探頭模塊11可以沿著卡具模塊12的卡具模塊基座121上的通孔123 在軸向方向進(jìn)行一定移動(dòng)，以適應(yīng)氣囊5因充氣、放氣而帶來(lái)的體積變化。多個(gè)卡具模塊12首尾相連接即構(gòu)成內(nèi)徑不變的卡具系統(tǒng)，并具有一定的柔性。為了保證探頭系統(tǒng)連接松緊程度，第一個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊和最后一個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊之間采用快鎖機(jī)構(gòu)或其他鎖緊裝置進(jìn)行卡緊。如圖3所示，氣囊5設(shè)置在卡具模塊基座121中段的凹入部，與能連接成環(huán)狀的探頭系統(tǒng)單元模塊1相適應(yīng)，各氣囊5也可首尾連接成環(huán)狀。氣囊5上裝有氣嘴，可連接外部充氣裝置進(jìn)行充氣。由于各卡具模塊12首尾相連接構(gòu)成內(nèi)徑不變的卡具系統(tǒng)，膨脹的氣囊 5使得多模式探頭模塊11可以沿著卡具模塊12的卡具模塊基座121上的通孔123在軸向方向向垂直于管道徑向方向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生壓力壓迫多模式探頭模塊11的各個(gè)探頭，使各個(gè)探頭與被測(cè)管道進(jìn)行能量耦合，產(chǎn)生超聲導(dǎo)波進(jìn)行檢測(cè)。如圖7所示，快鎖機(jī)構(gòu)2由移動(dòng)快鎖座21、固定快鎖座22、快鎖連接件23及快鎖手柄M組成。其中移動(dòng)快鎖座21和固定快鎖座22開(kāi)有通孔211、221，通過(guò)螺釘或螺栓分別安裝在首尾兩個(gè)卡具模塊基座121上?？戽i手柄M —端通過(guò)銷(xiāo)軸沈安裝在固定快鎖座 22上，可繞銷(xiāo)軸沈的中心O1旋轉(zhuǎn)，快鎖手柄M的手柄身部上開(kāi)有一通孔，其中設(shè)有一銷(xiāo)軸 25，快鎖連接件23通過(guò)銷(xiāo)軸25連接快鎖手柄24。快鎖連接件23的另一端為一凸部231 (在本實(shí)施例中為一球體)，卡放在移動(dòng)快鎖座21上的卡座212中。當(dāng)施力在快鎖手柄M時(shí)， 快鎖手柄M便繞固定快鎖座22上的銷(xiāo)軸26旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)快鎖連接件^移動(dòng)，使首尾兩個(gè)卡具模塊基座121之間的距離減小，如此便能將探頭系統(tǒng)緊緊地卡套在被測(cè)海洋管道4上。如圖8所示，連接軸3采用的是一種U型連接軸，其兩端的直徑小于卡具模塊連接件上的鉸接頭124的通孔125的直徑，連接軸3的兩端設(shè)有螺紋，U型連接軸的兩端分別穿設(shè)在兩個(gè)卡具模塊連接件122的鉸接頭124的通孔125中，并在連接軸3兩端安裝定位螺母31，以防止連接軸3從卡具模塊12上脫落，如此便將相鄰的兩個(gè)卡具模塊12連接在一起。本發(fā)明的多模式探頭模塊11具有防水設(shè)置，多模式探頭模塊11中的每一探頭和探頭模塊基座111上用于安裝探頭的探頭凹槽112裝配部位、探頭與探頭凹槽112接合的部位、探頭模塊基座111與多模式探頭模塊外部電源接口 120的接合部位以及電源線槽114 均采用防水材料進(jìn)行密封，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明探頭系統(tǒng)的防水功能。在本實(shí)施例中，是采用聚氨酯防水材料進(jìn)行封裝，以保證整個(gè)探頭系統(tǒng)能夠在水下正常工作。本發(fā)明的多模式探頭模塊11中的探頭模塊基座111、探頭電源接口 115及卡具模塊12的一卡具模塊基座121采用鋁合金制成，其他連接件一般可采用不銹鋼。
以上所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法的主旨是將探頭環(huán)及探頭環(huán)卡具系統(tǒng)進(jìn)行模塊化處理。由多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1組成探頭環(huán)，每個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1包括一個(gè)多模式探頭模塊11和一個(gè)卡具模塊12，多模式探頭模塊11中安裝有不同類(lèi)型和數(shù)量的探頭，構(gòu)成扭轉(zhuǎn)波檢測(cè)模式、縱波檢測(cè)模式、扭轉(zhuǎn)波和縱波相組合的多種檢測(cè)模式?？ň吣K12構(gòu)成探頭環(huán)卡具系統(tǒng)，各個(gè)卡具模塊12之間通過(guò)連接軸3互相連接，將多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊1連接起來(lái)，再利用快鎖機(jī)構(gòu)2將首尾兩端的探頭系統(tǒng)單元模塊1鎖緊，構(gòu)成均勻安裝在管道環(huán)向上的具有一定柔性的探頭系統(tǒng)。在卡具模塊12和多模式探頭模塊11之間安裝有氣體壓緊裝置，以對(duì)多模式探頭模塊11上的探頭施加壓力，實(shí)現(xiàn)探頭與管道的能量耦合，激發(fā)出超聲導(dǎo)波進(jìn)行管道無(wú)損檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于其包括多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊、快鎖機(jī)構(gòu)、連接軸和容設(shè)在所述探頭系統(tǒng)單元模塊中的氣囊，各個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊通過(guò)所述連接軸連接，且相鄰的兩個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊能繞所述連接軸旋轉(zhuǎn)， 構(gòu)成柔性結(jié)構(gòu)；連接成一體的各個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊圈裹在被測(cè)海洋管道外表面周向上，由所述快鎖機(jī)構(gòu)將首尾兩個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊連接卡緊，呈環(huán)狀定位在所述被測(cè)海洋管道外表面周向上；所述探頭系統(tǒng)單元模塊還以防水材料密封。
2.如權(quán)利要求1所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于每一所述探頭系統(tǒng)單元模塊由一多模式探頭模塊和一卡具模塊構(gòu)成，所述多模式探頭模塊和所述卡具模塊通過(guò)兩個(gè)定位銷(xiāo)連接固定。
3.如權(quán)利要求2所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于所述多模式探頭模塊具有一探頭模塊基座，所述探頭模塊基座為長(zhǎng)方體，其與所述被測(cè)海洋管道接觸的面上開(kāi)設(shè)有一個(gè)以上用于安裝探頭的探頭凹槽，所述探頭凹槽成線性陣列，縱波探頭和扭轉(zhuǎn)波探頭間隔設(shè)置在各所述探頭凹槽中，所述探頭凹槽的深度小于各所述縱波探頭和扭轉(zhuǎn)波探頭的高度，所述探頭凹槽底部還開(kāi)設(shè)有一用于安裝探頭電源接口的探頭電源安裝槽，所述探頭模塊基座內(nèi)部開(kāi)設(shè)有電源線槽與所述探頭電源安裝槽連通，所述探頭模塊基座的另一側(cè)面上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)連接所述卡具模塊的盲孔，所述探頭模塊基座的一端面上還開(kāi)設(shè)有一安裝多模式探頭模塊外部電源接口的凹槽，所述凹槽的底部與所述電源線槽連通。
4.如權(quán)利要求2或3所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于所述卡具模塊具有一卡具模塊基座和兩個(gè)卡具模塊連接件，所述卡具模塊基座為一中段向內(nèi)凹的長(zhǎng)方塊體，兩個(gè)所述卡具模塊連接件分別固定在所述卡具模塊基座兩側(cè)，所述卡具模塊連接件朝向外側(cè)的一面上分別設(shè)有供所述連接軸穿設(shè)的安裝件，所述卡具模塊基座兩端設(shè)有與所述探頭模塊基座的盲孔相對(duì)應(yīng)的通孔，兩所述通孔中心軸線之間的距離由所檢測(cè)的管道外徑和設(shè)置的多模式探頭模塊數(shù)量確定。
5.如權(quán)利要求2或3所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于所述氣囊設(shè)置在所述卡具模塊基座中段的內(nèi)凹處，所述氣囊能首尾連接成環(huán)狀，所述氣囊上裝有氣嘴，以連接外部充氣裝置進(jìn)行充氣。
6.如權(quán)利要求4所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于所述氣囊設(shè)置在所述卡具模塊基座中段的內(nèi)凹處，所述氣囊能首尾連接成環(huán)狀，所述氣囊上裝有氣嘴，以連接外部充氣裝置進(jìn)行充氣。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)， 其特征在于所述探頭系統(tǒng)單元模塊上的防水材料設(shè)置在所述多模式探頭模塊中的每一探頭與所述探頭凹槽接合的部位、所述探頭模塊基座的電源線槽與所述多模式探頭模塊外部電源接口的接合部位。
8.如權(quán)利要求7所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于所述防水材料為聚氨酯防水材料。
9.如權(quán)利要求1至8任一所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于 所述快鎖機(jī)構(gòu)由移動(dòng)快鎖座、固定快鎖座、快鎖連接件及快鎖手柄組成，所述移動(dòng)快鎖座和固定快鎖座分別安裝在首尾兩個(gè)卡具模塊基座上；所述快鎖手柄一端通過(guò)銷(xiāo)軸安裝在所述固定快鎖座上，并能繞所述銷(xiāo)軸的中心旋轉(zhuǎn)；所述快鎖連接件一端為可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在所述快鎖手柄上，另一端卡放在所述移動(dòng)快鎖座的卡座中。
10.如權(quán)利要求1至9任一所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)，其特征在于 所述連接軸為U型連接軸，其兩端的直徑小于所述卡具模塊連接件上鉸接頭上的通孔的直徑，并設(shè)有螺紋，所述U型連接軸的兩端分別穿設(shè)在相鄰兩個(gè)所述卡具模塊連接件的鉸接頭的通孔中，將兩個(gè)相鄰的所述卡具模塊連接在一起。
11.如上所述用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述探頭系統(tǒng)的探頭環(huán)及探頭環(huán)卡具系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，所述探頭環(huán)由多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊組成，每個(gè)所述探頭系統(tǒng)單元模塊包括一個(gè)多模式探頭模塊和一個(gè)卡具模塊，所述多模式探頭模塊中安裝有不同類(lèi)型和數(shù)量的探頭，構(gòu)成扭轉(zhuǎn)波檢測(cè)模式、縱波檢測(cè)模式、扭轉(zhuǎn)波和縱波相組合的多種檢測(cè)模式；所述探頭環(huán)卡具系統(tǒng)由各個(gè)所述卡具模塊構(gòu)成，各個(gè)所述卡具模塊之間通過(guò)連接軸互相連接，多個(gè)連接起來(lái)的所述探頭系統(tǒng)單元模塊的首尾用快鎖機(jī)構(gòu)鎖緊，構(gòu)成均勻安裝在管道環(huán)向上的具有一定柔性的探頭系統(tǒng)，在所述卡具模塊和所述多模式探頭模塊之間安裝有氣體壓緊裝置，以對(duì)所述多模式探頭模塊中的探頭施加壓力，實(shí)現(xiàn)探頭與管道的能量耦合，激發(fā)出超聲導(dǎo)波進(jìn)行管道無(wú)損檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于海洋管道超聲導(dǎo)波檢測(cè)的探頭系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法，該探頭系統(tǒng)包括多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊、快鎖機(jī)構(gòu)、連接軸和容設(shè)在探頭系統(tǒng)單元模塊中的氣囊，各個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊通過(guò)連接軸連接，且相鄰的兩個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊能繞連接軸旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成柔性結(jié)構(gòu)；連接成一體的各個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊圈裹在被測(cè)海洋管道外表面周向上，由快鎖機(jī)構(gòu)將首尾兩個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊連接卡緊，呈環(huán)狀定位在被測(cè)海洋管道外表面周向上；探頭系統(tǒng)單元模塊還以防水材料密封。其設(shè)計(jì)方法是將探頭系統(tǒng)的探頭環(huán)及探頭環(huán)卡具系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，探頭環(huán)由多個(gè)探頭系統(tǒng)單元模塊組成，探頭環(huán)卡具系統(tǒng)由各個(gè)卡具模塊構(gòu)成，通過(guò)連接軸互相連接，首尾用快鎖機(jī)構(gòu)鎖緊，構(gòu)成具有一定柔性的探頭系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102175773SQ201010605979
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者張恩勇, 曹靜, 柳敏靜, 武湛君, 沙勇, 王奕首, 趙劍, 陳嚴(yán)飛, 馬書(shū)義 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 大連理工大學(xué)