一种自主行进式电磁超声全向导波管道裂纹检测器

本发明属于机械结构及电磁超声导波无损检测领域，涉及一种自主行进式电磁超声全向导波管道裂纹检测器。

背景技术：

1、在工业快速发展的时代人们对管道的安全性提出了新的要求，管道的安全性受到了人们高度的重视。国内外对管道检测技术的研究中都投入了大量的人力和物力。在发达国家中，对老化的管道非常重视，会定期对在役的长输油管道进行强制性的检测。目前，我国大部分管道已经服役了很多年，并已进入老化阶段，为了防止管道泄漏等重大事故，投入大量资金进行管道检测，但由于检测手段的限制，检测效率有待进一步提高，因此，开发经济、实用、高效的检测方法成为研究的重点。通过进行定期检查、缺陷验证，消除了潜在的隐患，确保管道的安全可靠运行，具有十分重要和紧迫的意义，可以为我国管道检测提供方便实用的检测设备，促进和保障了我国工业的可持续发展。

2、与其他传统测量技术相比，超声波导检测技术具有结构简单、成本低、传输距离远、能够在高温高速环境下在线检测管道等诸多优点,超声技术主要有压电超声技术和电磁超声技术，压电超声技术在高温高速环境下难以在线检测管道，其检测过程取决于耦合剂的作用，只有在耦合剂的作用下才能测量管道和检测探头的紧密配合，超声波换能器可以激发超声波信号的效果，另外压电超声检测的自动实时性差，属于逐点检测，相比之下，电磁超声输出线的检测形式节省了检测时间，提高了检测效率。它不仅检测表面缺陷，还检测内部缺陷，包括缺陷大小和精确定位，检测成本通常仅为传统超声技术的1/20。

3、发明人发现：现有的电磁超声检测器在运行时只能针对固定管径，不具有变径特性，不能满足电磁超声管道检测的实际需求；同时，现有的电磁超声检测器在管道内设备行进困难，给检测的操作带来了不便。

技术实现思路

1、发明目的

2、本发明是为了解决现有技术的不足，提出了一种自主行进式电磁超声全向导波管道裂纹检测器，解决现有的管道缺陷检测设备无法适应管径容易在管道检测运行过程中卡死和管道缺陷检测设备在管道内行进困难的问题。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种自主行进式电磁超声全向导波管道裂纹检测器，包括驱动机构、驱动设备存放机构、随动装置、电路存放机构、第一辅助滑动单元、第二辅助滑动单元和电磁超声探头，

5、所述电磁超声探头用于检测信号的发送和接收；

6、所述电路存放机构用于放置检测系统的电路，所述电路存放机构与电磁超声探头电性连接；

7、所述驱动设备存放机构用于放置所述驱动机构的主控器及电源，所述驱动设备存放机构与驱动机构电性连接；

8、所述驱动机构一侧依次连接有驱动设备存放机构、随动装置、第一辅助滑动单元、电路存放机构、第二辅助滑动单元和电磁超声探头。

9、作为上述方案的进一步描述，所述驱动机构包括自适应调节支架和驱动轮组件，所述驱动轮组件设置有多个，多个所述驱动轮组件均设置在自适应调节支架上，每个所述驱动轮组件均包括舵机、转动平台、电机和驱动轮；所述舵机设置在自适应调节支架上，所述舵机通过齿轮与转动平台底部可转动连接，所述电机设置在转动平台的顶面上，且在所述电机上驱动连接有驱动轮；

10、所述自适应调节支架包括第一支架、第二支架、第三支架和中间连接部，

11、所述第一支架、第二支架和三支架均设置在中间连接部上；

12、所述第一支架包括第一弹簧、弹簧套、连接螺杆和支架本体，所述支架本体内设置有安装腔，所述安装腔具有开口，且在安装腔的侧壁开设有滑槽；

13、所述第一弹簧的一端设置在安装腔内，所述第一弹簧的另一端设置在弹簧套内；所述弹簧套外径小于所述安装腔的内径，所述弹簧套一端伸入安装腔内，所述弹簧套另一端的顶部设置有舵机安装槽，所述舵机设置在舵机安装槽内；所述弹簧套侧壁设有与滑槽匹配的螺纹通孔；

14、所述连接螺杆一端穿过滑槽与螺纹通孔螺纹连接，且所述连接螺杆与滑槽滑动连接；

15、所述第二支架和第三支架与第一支架结构相同，且每个舵机安装槽内都设置有舵机；

16、所述自适应调节支架通过中间连接部与驱动设备存放机构固定连接。

17、作为上述方案的进一步描述，所述驱动设备存放机构的壳体一侧与中间连接部相连接，所述驱动设备存放机构的壳体另一侧通过第一中间轴与所述电路存放机构相连接；

18、所述随动装置包括随动轮菱形传动件、随动装置连接件、随动弹簧和万向轮，所述菱形传动件包括四根第一连杆，四根所述第一连杆首尾依次通过销轴连接，所述菱形传动件的前端通过销轴与万向轮铰接，所述菱形传动件的后端通过销轴与随动装置连接件铰接，所述菱形传动件左端和右端的销轴通过随动弹簧连接；

19、所述随动装置连接件固定设置在第一中间轴上，且所述随动装置连接件位于靠近驱动设备存放机构一侧。

20、作为上述方案的进一步描述，所述电磁超声探头包括机壳和电磁超声激励探头，所述机壳包括前导、芯体、壳体和自适应机构，所述芯体的前端面和后端面上均设置有前导；所述壳体有多个，且多个所述壳体通过自适应机构沿芯体的周向对称设置；所述电磁超声激励探头设置在每个所述壳体的侧壁上，且所述电磁超声激励探头具有全向导波线圈，且所述全向导波线圈整体为圆形；

21、所述电路存放机构的壳体两侧均设置有第二中间轴，电路存放机构的壳体一侧的第二中间轴通过联轴器和第一中间轴相连接，电路存放机构的壳体另一侧的第二中间轴与前导相连接；

22、所述第一辅助滑动单元和第二辅助滑动单元结构相同，所述第一辅助滑动单元设置在所述第二中间轴靠近第一中间轴的一侧；所述第二辅助滑动单元设置在所述第二中间轴靠近前导的一侧。

23、作为上述方案的进一步描述，所述第一辅助滑动单元包括连接组件和滑动轮组件，

24、所述连接组件包括固定连接件和滑动连接件，所述固定连接件固定在第二中间轴上，所述滑动连接件滑动套设在第二中间轴上；

25、所述第二弹簧一端与滑动连接件相连接，所述第二弹簧另一端与固定连接件相连接；

26、所述滑动轮组件设置有多个，所述滑动轮组件包括万向轮、第一摇杆和第二摇杆，

27、所述第一摇杆的一端与固定连接件铰接，所述第一摇杆的另一端设置有万向轮；所述第二摇杆一端与所述第一摇杆铰接，另一端与滑动连接件通过销轴铰接。作为上述方案的进一步描述，所述滑动连接件设置有3个，在所述滑动连接件上设置有与第二摇杆相匹配的第一安装槽；在所述固定连接件上设置有与第二摇杆相匹配的第二安装槽；

28、所述电路存放机构内设置有检测单元和信号调理单元，

29、其中检测单元具有超声波激励模块，用于产生激励信号对换能器进行驱动，包括如下部件：包括三极管q1，且三极管q1的b极连接fpga产生的pwm信号，c极连接r1与hcpl2631管脚catnode1，r1与r2连接vcc，r2下端连接hcpl2631管脚anode1，hcpl2631管脚vo1连接r3与icl7667管脚ina连接，hcpl2631管脚vo2接地，hcpl2631管脚vcc连接电源vcc，icl7667管脚outa连接场效应管g极，场效应管d极连接r4与c，r4上端连接高压电压源，c另一端连接d1与d2，d1另一端连接r5与换能器，换能器另一端、r5、d2、场效应管s极接地。

30、其中信号调理单元用于接收到的初始电信号进行初步的信号处理，再将其转换成数字信号，包括如下部件：

31、前置放大电路，将从被测物体中接收到的回波电信号放大，

32、前置放大电路的电阻r1左端接地，电阻r1右端与可变电阻r2、max4104esa管脚in-连接，max4104esa管脚in+连接电阻r3上端，电阻r3下端接地，可变电阻r2连接max4104esa管脚out，max4104esa管脚v+连接电容c2，电容c2连接+5v电源，max4104esa管脚v-连接电容c1，电容c1连接-5v电源，max4104esa管脚v+连接电容c1，电容c1连接-5v电源，max4104esa管脚out接入滤波电路。

33、带通滤波电路用于滤除在超声波检测系统行进时造成的干扰噪声，包括以下部件：max4104esa管脚out连接带通滤波电路电阻r1左端，r1右端连接r3、c2、c1，c2左端连接r3、r1、c1，c2右端连接r2与max4104管脚in+，c1、r2下端接地，max4104管脚in-连接r4与r5，r4另一端接地，r5另一端连接max4104管脚out，max4104管脚v-连接-5v电源和c3，c3连接-5v电源和接地，max4104管脚v+连接+5v电源和c4，c4连接+5v电源和接地，max4104管脚out接入运放电路。

34、运放电路用于保证ad9238正常工作不被烧损，运放电路将输入信号进行衰减，包括以下部件：ad8065管脚sv+连接+5v电压与c1，c1另一端接地，ad8065管脚sv-连接-5v电压与c2，c2另一端接地，ad8065管脚in-连接r1与r2，r2下端接地，ad8065管脚sv+，r1左端连接带通滤波电路的输出信号，ad8065管脚vout输出；

35、单端转差分电路用于减小转换误差，提高信噪比和电路精度，电路中的ad8138的作用是将信号转化为差分信号，同时衰减ad8138的产生的误差，包括以下部件：电阻r1左端连接ad8065管脚vout，电阻r1右端连接ad8138管脚in-和r3，r3左端连接r1和ad8065管脚in-，r3右端连接r5和ad8138管脚out-，ad8138管脚in+连接r2和r4，r2左端接地，r4右端连接r6和ad8138管脚out+，r5左端连接r3与ad8138管脚out-，r5与r6连接c3进行输出。ad8138管脚v+连接+5v电压与c1，c1上端接地，ad8138管脚v-连接-5v电压与c1，c2下端接地，

36、ad9238转换电路用于进行模数转换，包括以下部件：ad9238管脚oeb_b连接r1，ad9238管脚pdwn_b连接r2，ad9238管脚oeb_a连接r3，ad9238管脚pdwn_a连接r4，r1、r2、r3、r4接地，ad9238管脚mu_select连接r5，ad9238管脚shared_ref连接r6，ad9238管脚dcs连接r7，ad9238管脚dfs连接r8，r5、r7连接3v电压，r6、r8接地，ad9238管脚drvdd1、drvdd2、drvdd3、avdd1、avdd2、avdd3、avdd4连接电压，ad9238管脚drvgnd1、drvgnd2、drvgnd3、avgnd1、avgnd2、avgnd3、avgnd4、trad接地，ad9238管脚vin+_b连接ad_vin_b+，ad9238管脚vin-_b连接ad_vin_b-，ad9238管脚vin+_a连接ad_vin_a+，ad9238管脚vin-_a连接ad_vin_a-，ad9238管脚reft_b、refb_b连接c1、c2、c3、c4、c5，c4、c5接地，ad9238管脚reft_a、refb_a连接c6、c7、c8、c9、c10，c9、c10接地，ad9238管脚vref连接c11、c12，c11、c12另一端接地，ad9238管脚sense连接r9，r9另一端接地。

37、作为上述方案的进一步描述，在所述壳体的内侧还设有固定槽体，所述电磁超声激励探头还包括厄铁、海绵、线圈盖、线圈盒和方形磁铁，所述厄铁设置在所述固定槽体内，所述方形磁铁设置在设在壳体内；所述海绵设在壳体的外侧壁上；所述线圈盒的顶部设置有线圈盖，所述线圈盒底部与海绵固定连接，所述全向导波线圈设置在线圈盒内。

38、作为上述方案的进一步描述，所述自适应调节单元包括第三弹簧、两组曲柄、芯体连接件和壳体连接件，所述芯体连接件垂直设在芯体的外侧壁上；

39、所述壳体连接件垂直设置在壳体的内侧壁上；

40、每组所述曲柄包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一侧与壳体连接件铰接，所述第一连杆的另一侧设有铰接部；所述第二连接杆的一侧通过连接件与铰接部相铰接，所述第二连接杆的另一侧与芯体连接件铰接；

41、所述第三弹簧的两端分别与两组曲柄铰接部的连接件相连接。

42、作为上述方案的进一步描述，所述壳体包括贴合部和两侧的圆弧过渡部，所述贴合部沿水平方向设置；所述圆弧过渡部与贴合部之间呈钝角设置；所述贴合部还设置有向内凹陷的线圈固定槽，所述海绵设置在线圈固定槽内，所述海绵在伸展状态时，所述线圈盖的顶部高度高于贴合部的顶部5mm-10mm。

43、作为上述方案的进一步描述，所述前导、电路存放机构和驱动设备存放机构的机壳均是采用抽壳处理的；在所述圆弧过渡部与贴合部连接的钝角部位设置有安装槽，所述安装槽内转动连接有承重万向轮；所述圆弧过渡部与贴合部之间钝角的角度为125度-150度。

44、优点及效果

45、1.本发明使用灵活，能通过驱动机构自主的在管道内以任意角度进行旋转行进检测，且驱动机构设置有自适应调节支架，在管径变化时，驱动机构能够自适应管径的变化并自主行进；在经过管道的障碍物时，探头的前导会对障碍物起到缓冲作用，同时探头的自适应调节单元能够使线圈始终紧贴管道内壁，从而提高检测的准确性。

46、2.电磁超声检测技术不需要涂抹耦合剂，而且目前的电磁超声超声检测只能实施轴向和周向的检测，本电磁超声全向导波检测器的探头可以实现全向检测，提高了检测效率和检测精度，同时探头设置有自适应调节单元能够避免在管径变化时卡死的问题，对管道缺陷的检测具有更好的适用性。