一种用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器的制作方法

本技术涉及传感器，具体涉及一种用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器。

背景技术：

1、天然气掺氢管道面临氢脆腐蚀等安全影响，输氢管道的壁厚、内应力和缺陷可以通过压电超声回波进行评估。目前，压电超声检测技术因其回波信号好，检测范围深的特点，在天然气掺氢管道无损检测中得到应用。压电超声测量应力的原理是利用压电换能器激发和接收超声波，通过声弹性效应即材料应力会改变超声波传播速度来反演应力。其核心在于高精度测量由应力引起的超声波渡越时间或频谱的微小变化，并经过严格的温度补偿和材料校准后，将这些变化量转换为应力值。

2、现有的纵波单波压电超声是使用单个压电超声探头进行测量，具体操作时，需要先测量无应力及腐蚀基准试块的波形和回波，设置基准后再对测试对象进行检测，对于天然气掺氢管道的检测环境，该方法在实际应用中存在明显缺陷：

3、第一、因输氢管道的曲面特性，检测人员使用传统用手按压时会因耦合剂润滑效果而滑脱，而曲面的特性使检测人员更难把握按压方向，不利于数据采集的准确性。

4、第二、传统纵波单波压电超声进行检测时面对不同形貌，不同材料以及不同厚度的被检测对象时都得进行基准采集，这会增加检测人员的工作量和检测难度。

5、第三、对于昼夜气温变化较大的环境，温度对检测影响较为明显，因为固体材料的弹性模量都随温度变化（通常温度升高，模量降低）。由于声速，弹性模量和密度的变化共同导致声速变化。例如钢材，典型的声速温度系数约为-0.04%至-0.06%每摄氏度。这意味着温度变化10°c，声速变化为0.5%，由此引起的飞行时间变化会完全掩盖由应力引起的变化（应力引起的声速变化量级通常在0.01%以下）。而传统单波传感器并没有温度检测功能，对于检测分析综合评估有一定影响。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，以解决上述技术问题的至少之一。

2、本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，包括：传感器外壳、纵波传感器、横波传感器以及保护层；保护层设置在传感器外壳的底部，纵波传感器和横波传感器安装在保护层靠近传感器外壳的内腔的一侧。

4、进一步地，上述传感器外壳的内腔通过灌注的方式设有背衬层。

5、进一步地，上述纵波传感器嵌设在横波传感器内。

6、进一步地，上述用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器还包括温度传感器，温度传感器安装在传感器外壳上并且其探头伸出传感器外壳的底部。

7、进一步地，上述传感器外壳的中部设有安装筒，安装筒的顶部滑动伸入有真空推杆，真空推杆伸入到安装筒内的一端与安装筒密封配合，安装筒的底部设置有真空吸盘，安装筒连接有用于将真空推杆固定在安装筒的不同位置的固定件。

8、进一步地，上述安装筒与传感器外壳一体成型。

9、进一步地，上述固定件沿安装筒的径向滑动设置，真空推杆设有至少两个与固定件配合的限位孔。

10、进一步地，上述传感器外壳连接有永磁铁，永磁铁延伸至靠近传感器外壳的底部的位置。

11、进一步地，上述永磁铁套设在安装筒的外侧并与传感器外壳连接，真空吸盘嵌设在永磁铁与安装筒之间。

12、进一步地，上述传感器外壳包括壳体以及与壳体相配合的盖板，盖板设有用于走线的通孔。

13、本实用新型具有以下有益效果：

14、（1）本实用新型的超声传感器采用横、纵双波传感器进行检测，通过数学变换，可以推导出一个与纵波基准声速和横波基准声速都无关的数学表达式，无需知道材料在零应力状态下的基准声速，即不用采集无应力及腐蚀基准试样的基准信号，从而减小检测工作量，提升检测效率，降低检测难度。

15、（2）本实用新型的超声传感器采用真空吸盘吸附和永磁铁吸附的复合吸附方式来进行固定，不但能增强在曲面管道表面的吸附固定效果，还能在管道具有较厚镀层的环境下（磁吸效果差的环境），具有良好的吸附固定效果，从而扩大了传感器的适用环境。

16、（3）本实用新型将温度传感器与横、纵双波传感器结合，有利于检测人员在温度变化较大的环境进行准确评估。

1.一种用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，包括：传感器外壳（10）、纵波传感器（20）、横波传感器（30）以及保护层（40）；所述保护层（40）设置在所述传感器外壳（10）的底部，所述纵波传感器（20）和横波传感器（30）安装在所述保护层（40）靠近所述传感器外壳（10）的内腔的一侧。

2.根据权利要求1所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述传感器外壳（10）的内腔通过灌注的方式设有背衬层。

3.根据权利要求1所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述纵波传感器（20）嵌设在所述横波传感器（30）内。

4.根据权利要求1所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，还包括温度传感器（50），所述温度传感器（50）安装在所述传感器外壳（10）上并且其探头伸出所述传感器外壳（10）的底部。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述传感器外壳（10）的中部设有安装筒（11），所述安装筒（11）的顶部滑动伸入有真空推杆（12），所述真空推杆（12）伸入到所述安装筒（11）内的一端与所述安装筒（11）密封配合，所述安装筒（11）的底部设置有真空吸盘（13），所述安装筒（11）连接有用于将所述真空推杆（12）固定在所述安装筒（11）的不同位置的固定件（14）。

6.根据权利要求5所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述安装筒（11）与所述传感器外壳（10）一体成型。

7.根据权利要求5所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述固定件（14）沿所述安装筒（11）的径向滑动设置，所述真空推杆（12）设有至少两个与所述固定件（14）配合的限位孔（15）。

8.根据权利要求7所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述传感器外壳（10）连接有永磁铁（16），所述永磁铁（16）延伸至靠近所述传感器外壳（10）的底部的位置。

9.根据权利要求8所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述永磁铁（16）套设在所述安装筒（11）的外侧并与所述传感器外壳（10）连接，所述真空吸盘（13）嵌设在所述永磁铁（16）与所述安装筒（11）之间。

10.根据权利要求8所述的用于天然气掺氢管道腐蚀监测的超声传感器，其特征在于，所述传感器外壳（10）包括壳体（17）以及与所述壳体（17）相配合的盖板（18），所述盖板（18）设有用于走线的通孔（19）。