便攜式管道螺旋焊縫柔性相控陣超聲波無損檢測設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及精密測量技術、無損檢測技術領域，具體來說，是指一種便攜式管道螺旋焊縫柔性相控陣超聲波無損檢測設備。
【背景技術】
[0002]早期的全自動超聲檢測設備是將多個探頭組合在一起形成探頭盤，每個探頭有固定的聲束發(fā)射方向和聚焦深度，從而達到覆蓋整個焊縫分區(qū)的目的，通過機械自動掃查，完成焊縫檢測，超聲管道檢測儀器多通道驅動硬件電路復雜、穩(wěn)定性差、成本高、檢測速度慢。
[0003]在申請?zhí)枮镃N200910073490.7的中國發(fā)明專利中，公開了一種便攜式超聲相控陣檢測成像儀，它是由觸摸屏、計算機、超聲相控陣電路系統(tǒng)、超聲相控陣探頭和檢測成像軟件組成的。觸摸屏連接計算機，計算機通過數(shù)據(jù)總線連接超聲相控陣電路系統(tǒng)，觸摸屏、計算機、超聲相控陣電路系統(tǒng)三者集成一體，構成儀器主體，通過電纜外接超聲相控陣探頭，檢測成像軟件安裝在計算機上。由于該發(fā)明專利中采用的電路復雜，使得制造成本高，同時由于采用線路連接導致該設備只能固定設置在待檢測管道上，不能方便移動進行連續(xù)檢測。
[0004]在授權公告號為CN100503342的中國發(fā)明專利中公開了一種輪式永磁吸附管道爬行機器人，包括四輪驅動小車、永磁吸附機構和轉向機構。小車由安裝在車架上的四套車輪組組成，車輪組均包括輪架、車輪、車輪軸、輪架轉向軸、減速器和電機；永磁吸附機構包括銜鐵和二個極性相反永磁鐵組；轉向機構包括支架、主動鏈輪、主動鏈輪軸、鏈條、減速器和電機；永磁吸附機構與小車車架底部連接；轉向機構固定在小車的車架上。該專利中雖然公開了永磁吸附結構，但是是通過采用永磁吸附結構將車架吸附在待檢測管道上，再通過滾輪實現(xiàn)移動，整體結構復雜，制造工藝繁瑣，并且永磁吸附機構在與待檢測管道接觸過程中，由于其接觸面大，導致整體結構運行阻力大，運行不便。
[0005]在申請?zhí)枮镃N201410289724.2的中國發(fā)明專利申請中公開了一種基于電磁超聲波相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法，包括置于小徑管外且與其同軸的螺線管偏置磁場發(fā)生單元，在小徑管內同軸布置的電磁超聲激勵線圈單元和沿管周向均勻布置的陣列檢測線圈單元構成的電磁超聲探頭。該發(fā)明申請中必須根據(jù)待測小徑管的直徑及長度設置相應的螺線管偏置磁場發(fā)生單元，造成必須根據(jù)特定的待測物體生產(chǎn)設備，使得整個裝置的生產(chǎn)成本大大提高，并且對于較大型壓力管道缺陷檢測時，該裝置無法適用。
[0006]由于現(xiàn)有的針對壓力管道無損檢測系統(tǒng)使用的設備驅動電路復雜，并且不能適用于高溫高壓等惡劣環(huán)境使用，在對壓力管道無損檢測時容易出現(xiàn)失效。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式管道螺旋焊縫柔性相控陣超聲波無損檢測設備，利用聲速快速掃描成像技術，采用模塊化設計，采用無線傳輸方式，方便進行遠距離檢測，能夠適用于壓力管道等高溫、惡劣環(huán)境使用。
[0008]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
[0009]一種便攜式管道螺旋焊縫柔性相控陣超聲波無損檢測設備，包括管道爬行器及對稱設置在管道爬行器上的2個二維柔性相控陣探頭，在所述管道爬行器上設置有能夠吸附在螺旋焊管上的磁吸輪，在所述管道爬行器內設置有無線傳輸模塊，還包括與無線傳輸模塊無線連接的工控機控制及成像模塊，所述無線傳輸模塊通過超聲波發(fā)射接收模塊分別與2個二維柔性相控陣探頭相連接。
[0010]本發(fā)明是一種聲速快速掃描成像技術，采用模塊化設計。將磁吸輪吸附在待測鋼管上，使磁吸輪將整個管道爬行器附著在管道上，將二維柔性相控陣探頭通過耦合劑放置在焊縫兩側，通過工控機控制及成像模塊向無線傳輸模塊傳送控制信號，無線傳輸模塊將控制信號傳輸?shù)匠暡òl(fā)射接收模塊，通過超聲波發(fā)射接收模想二維柔性相控陣探頭發(fā)射激勵信號，使二維柔性相控陣探頭產(chǎn)生超聲波，通過超聲波發(fā)射電路中設置FPGA控制處理中心對超聲波相位進行延時控制，以控制的相應激發(fā)超聲，實現(xiàn)對超聲波的動態(tài)聚焦，產(chǎn)生的球面波在傳播過程中波前相互疊加，形成不同聲束，在螺旋焊縫管道中傳播，當聚焦超聲波遇到焊縫中缺陷時，會發(fā)生反射作用，產(chǎn)生反射超聲波，反射超聲波被柔性二維柔性相控陣探頭接收，經(jīng)過超聲波發(fā)射接收模塊處理之后通過無線傳輸模塊發(fā)送到工控機控制及成像模塊中進行計算，最終在工控機屏幕上通過C型方式進行焊縫橫截面缺陷顯示，生成螺旋管道焊縫內部結構缺陷精確、詳細的橫截面圖像。
[0011 ] 本發(fā)明中，所述超聲波發(fā)射接收模塊設置有AD轉換器將二維柔性相控陣探頭接收的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并通過濾波放大后傳輸?shù)綗o線傳輸模塊，超聲波發(fā)射接收模塊包含高壓脈沖產(chǎn)生電路、通道選擇電路、信號放大、帶通濾波、A/D轉換電路、FPGA控制電路，以及高速數(shù)據(jù)采集以及信號處理電路，在本發(fā)明中，高壓脈沖可以采用SUPERTEX公司的專用超聲波窄脈沖發(fā)生芯片HV748來搭建脈沖發(fā)射模塊，該芯片系統(tǒng)集成度高，抗干擾能力強；高壓、低壓信號隔離電路采用Min1.Circuits公司的TCl.1變壓器進行高壓信號與低壓信號隔離，其變換比為1:1，具有寬帶寬，低介入損耗和低回波損耗的特點，對平衡傳輸信號具有很好的作用。A/D轉換電路采用MAX496芯片，該芯片是一款16通道，超高速，增益固定為1，閉環(huán)電壓反饋的視頻緩沖器，它采用獨特的兩級電壓反饋結構，具有傳統(tǒng)的電壓反饋和電流模式反饋的優(yōu)點，帶寬可達375MHz.3dB，回轉率達1600V/us，170mA的輸出電流驅動能力。再兼之具有低噪聲，相位、增益誤差低，低失真的優(yōu)點，適合于本系統(tǒng)驅動高速的模數(shù)轉換器(ADC)輸入以及應用于數(shù)據(jù)通信。信號放大、帶通濾波電路本系統(tǒng)采用Analog Devices公司的AD8334放大芯片。AD8334是一款16通道，超低噪聲，輸入電阻可配置的可變增益線性放大器，采用FPGA+DAC的方式來實現(xiàn)得到可控的電壓值。帶通濾波電路A/D采樣之后有FPGA進行數(shù)字濾波等措施，可有效減小噪聲。FPGA電路選用Altera公司第三代采用65nm工藝的低成本FPGA——V yclone III系列的EP3C25Q240，它含有25k邏輯單元，66個DSP乘法器，存儲器6kbits，4個PLL，62對差分數(shù)據(jù)通道，148個用戶1/0，各陣元間的相位延遲通過FPGA數(shù)字方式精確控制，時間延遲精度為1.5ns ;與競爭對手的FPGA相比，Cyclone III FPGA的功耗低75% 0與CycloneII代產(chǎn)品相比，Cyclone III每邏輯單元的成本降低了 20%。采用16通道的高壓脈沖產(chǎn)生、放大和A/D轉換芯片，這種高集成度芯片所需的外圍器件也比較少，這樣可以大大縮小系統(tǒng)的體積，減小設計的難度。
[0012]本發(fā)明中，工控機控制及成像模塊由工控機及相控陣測控軟件構成，本軟件為適應不同的探頭及檢測條件，通過軟件可以靈活選擇和控制激發(fā)脈沖頻率、通道選擇、放大增益、采樣頻率、激勵電壓等參數(shù)，并結合電子掃查、扇形查收和動態(tài)聚焦三種基本的掃查方式，聚焦法則達到2048種，通過無線傳輸模塊傳輸?shù)暮缚p缺陷數(shù)據(jù)，進行反演、計算，實現(xiàn)C型方式進行焊縫橫截面缺陷，對螺旋焊管焊縫缺陷實現(xiàn)定位、定性和定量功能。
[0013]進一步地，為更好地實現(xiàn)本發(fā)明，在所述管道爬行器內設置有爬行器控制模塊，所述爬行器控制模塊與無線傳輸模塊通過數(shù)據(jù)線相連接。
[0014]本發(fā)明中爬行器控制模塊由兩個伺服電機、伺服電機驅動電路和PLC構成，PLC接收上位機控制與成像模塊通過無線傳輸模塊發(fā)送的運動指令，通過伺服電機驅動電路驅動伺服電機，沿著螺旋焊管焊縫進行運動，實現(xiàn)對磁吸式管道爬行器的運動控制。
[0015]進一步地，為更好地實現(xiàn)本發(fā)明，在所述管道爬行器內設置有電源模塊，所述電源模塊分別與爬行器控制模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、無線傳輸模塊電連接。
[0016]本發(fā)明所述電源模塊可以采用12V直流鋰電池和高壓電路，對爬行器控制模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、無線傳輸模塊進行供電，高壓電路采用Boost與Buck-Boost電路結構實現(xiàn)升壓，包括正負高壓電源及多路低壓電源，12直流鋰電池電源輸入，為系統(tǒng)產(chǎn)生±75V方波脈沖供電。
[0017]進一步地，為更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述管道爬行器包括爬行器外殼及設置在爬行器外殼內的電氣控制箱，所述爬行器控制模塊、超聲波發(fā)射接收模塊、無線傳輸模塊、電源模塊均位于電氣控制箱內。
[0018]本發(fā)