專利名稱：用于熱交換器管的扭轉波檢查的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及使用長距離導波檢查技術來檢查熱交換器管的方法和系統，特別是涉及使用扭轉導波來快速地從管的內徑檢查熱交換器管的方法。
背景技術：
熱交換器在加工廠(諸如煉油廠、化工廠和發電設備)中被廣泛地使用，并且典型地包括由管板支撐在固定位置上的大量熱交換器管。為了檢查與維護目的，每個熱交換器管都可以從一端進入。熱交換器管運載處于第一溫度的第一液體或氣體，并且被處于第二溫度的第二液體或氣體所環繞，由此從第一液體或氣體向第二液體或氣體傳導熱，或者相反。為了使由于熱交換器故障所導致的設備的被迫停機、處理以及相關的運行和維護成本最小化，需要對熱交換器管進行定期檢查。由于熱交換器管被緊密地捆扎在一起，使得難以從它們的外徑進行檢查，所以通常從管的內徑來進行熱交換器管的檢查。由于在熱交換器中存在大量的熱交換器管以及檢查的高成本，所以通常基于來自少數管的抽樣檢查數據來維護熱交換器管。這種流行的維護實踐不能得到熱交換器的高可靠性。
為了尋找用于檢查熱交換器管的解決方案，以往人們已經作出許多努力。許多這樣的努力曾經依賴于將導波引入熱交換器管壁，并且檢測從管壁的缺陷處反射的感應導波信號。某些這樣的解決方案提供了一種從管外徑上的固定探針位置檢查很長一段管的裝置，用于檢測反射的導波信號。接近熱交換器管的外徑的困難曾經使這個方案行不通。然而，這些方法已經提供了這樣的認識，即，只要能從熱交換器管的內徑發送和檢測所述導波，就存在一種用于快速地檢查熱交換器管的完整性的可能的解決方案。由于現有技術中所公開的解決方案的各種缺點，包括效率低、缺陷檢測能力差以及模式控制困難，使得這些解決方案在本領域中尚未被廣泛接受用于實際的熱交換器管檢查。
在加工工業中存在對一種無損傷的測試方法的需求，以便通過快速地檢查熱交換器中的所有熱交換器管來提高可靠性并降低成本，同時提供適于確定適當的后繼檢查和維護操作的數據。一種所期望的技術就是可以從熱交換器管的內徑應用，能夠快速地從一端來檢查管的整個長度，并且僅需在放置探針的區域內進行清潔。
發明內容
本發明提供一種無損傷的測試方法，通過快速地檢查熱交換器中的所有熱交換器管來提高效率并且降低成本，同時提供適于確定適當的后繼檢查和維護操作的數據。它提供從一個管端內徑來檢查所有管的整個長度，并且僅需清潔每個管上的探針放置區域。
所公開的發明提供一種從管內徑來檢查熱交換器管的方法和系統，它克服了現有技術的各種缺點。本發明依賴于磁致伸縮發送器以及管狀波導，在被耦合到熱交換器管內的波導中產生扭轉波，以便將扭轉波發送到熱交換器管內。從熱交換器管壁中的缺陷和不規則處反射的扭轉波返回到耦合的波導，并且被磁致伸縮傳感器檢測。它采納了一種導波探針方案，此方案利用扭轉波模式來取代在現有技術中所公開的縱向波模式。在檢測缺陷方面，扭轉波模式相對于縱向波模式來說有許多優點。使用扭轉波模式的優點在于，大大地減小了波的色散、比較容易的模式控制、降低來自其它波模式的干擾、能抵御液態產品的影響，以及提高了缺陷檢測能力。所發明的探針在波導管中產生并檢測扭轉波，上述波導管與熱交換器管的內徑緊密接觸，以便在波導管和熱交換器管之間耦合扭轉波。波導管利用阻尼材料，以便使波導管內的導波信號的交混回響最小化。靠近波導管的工作波導尖端的軸向狹縫允許擴張，以便提供與熱交換器管內壁的緊密接觸，從而在熱交換器管與波導管之間耦合扭轉波。當受到適當儀器的激勵時，所述探針產生扭轉波信號，此信號從波導管耦合到熱交換器管。當來自熱交換器管壁中的缺陷的反射信號被返送到熱交換器管的檢查開口端時，所述反射的缺陷信號被耦合到探針波導管，用于反射信號的檢測。
應當注意的是，在本說明書的上下文中，術語“傳感器”被用來描述貼附到波導上的裝置，它能夠在波導中發送和接收扭轉波。而且，人們認為，發送傳感器也可以是不同于接收傳感器的單獨裝置。
本發明的一個實施例是一種使用反射的扭轉波來檢查熱交換器管的方法，包括下列各步驟將圓柱形波導探針插入到熱交換器管的開口端，波導探針的耦合端位于距離所述開口端至少從所述開口端到熱交換器管板的距離，向安裝在波導探針上的磁致伸縮傳感器施加電子發送脈沖，由磁致伸縮傳感器在波導探針中產生和發送扭轉波脈沖，把發送的扭轉波從波導探針耦合到熱交換器管的內壁，使之沿著熱交換器管的長度傳播，把來自缺陷和熱交換器管遠端的反射的扭轉波耦合到所述波導探針，由磁致伸縮傳感器來檢測反射的扭轉波信號，并且電處理所檢測的信號以確定熱交換器管壁上的缺陷的位置和特性。由包括集成的磁致伸縮發送器和接收器的同一個磁致伸縮傳感器來執行產生扭轉波脈沖的步驟和檢測反射的扭轉波信號的步驟。還可以由包括磁致伸縮發送器和單獨磁致伸縮接收器的單獨磁致伸縮傳感器來執行產生扭轉波脈沖的步驟和檢測反射的扭轉波信號的步驟。產生扭轉波脈沖的步驟包括向纏繞在磁致伸縮傳感器的鐵磁條上的線圈施加固定頻率的電流脈沖，上述磁致伸縮傳感器以圓柱形方式貼附在圓柱形波導探針上。所述鐵磁條是從包括鎳條和具有良好磁致伸縮特性的材料條的組中選擇的。所述方法還包括在圓周方向上磁性極化所述鐵磁條的步驟。在所述方法中，在波導管和熱交換器管之間耦合扭轉波的步驟包括通過使用可擴張裝置來擴張波導管的耦合端，以便從波導管內施加力使得耦合端和熱交換器管的內徑之間建立緊密的接觸。施加電子發送脈沖的步驟包括通過控制處理器的輸出端來激活函數發生器以便產生發送脈沖，在函數發生器的輸出端，把所述發送脈沖連接到功率放大器的輸入端以便放大所述發送脈沖，以及把來自所述功率放大器的輸出端的已放大的輸出脈沖施加到所述磁致伸縮傳感器，其中，電處理反射的扭轉波的步驟包括在前置放大器中放大來自磁致伸縮傳感器的信號，在前置放大器的輸出端將已放大的信號連接到模數轉換器的輸入端，并且將模數轉換器的輸出端連接到控制處理器的輸入端，還可以包括由控制處理器使用來自模數轉換器輸出端的信號特性以及施加電子發送脈沖和檢測來自模數轉換器輸出端的信號特性之間的時間差，來確定熱交換器管中的缺陷的位置和特性的步驟。
本發明的另一個實施例是一種使用反射的扭轉波來檢查熱交換器管的系統，包括被插入到熱交換器管的開口端的圓柱形波導探針，波導探針的耦合端位于距離所述開口端至少從所述開口端到熱交換器管板的距離，用于向安裝在波導探針上的磁致伸縮傳感器施加電子發送脈沖的裝置，通過磁致伸縮傳感器在波導探針中產生和發送扭轉波脈沖的裝置，把來自波導探針的發送的扭轉波耦合到熱交換器管的內壁、使之沿著熱交換器管的長度傳播的裝置，把來自缺陷和熱交換器管遠端的反射的扭轉波耦合到所述波導探針的裝置，由磁致伸縮傳感器來檢測反射的扭轉波信號的裝置，以及電處理所檢測的信號、以確定熱交換器管壁上的缺陷的位置和特性的裝置。用于施加電子發送脈沖的裝置包括用于激活函數發生器以產生輸出脈沖的控制處理器，用于放大所述輸出脈沖以提供電子發送脈沖的功率放大器，以及所述電子發送脈沖被連接到所述磁致伸縮傳感器。由包括集成的磁致伸縮發送器和接收器的同一個磁致伸縮傳感器來實現產生扭轉波脈沖的裝置和檢測反射的扭轉波信號的裝置。還可以由包括磁致伸縮發送器和單獨磁致伸縮接收器的單獨磁致伸縮傳感器來實現用于產生扭轉波脈沖的裝置和用于檢測反射的扭轉波信號的裝置。用于產生扭轉波脈沖的裝置包括向纏繞在磁致伸縮傳感器的鐵磁條上的線圈施加固定頻率的電流脈沖的裝置，上述磁致伸縮傳感器以圓柱形方式貼附在圓柱形波導探針上。所述鐵磁條是從包括鎳條和具有良好磁致伸縮特性的材料條的組中選擇的。所述系統還包括在圓周方向上磁性極化所述鐵磁條的裝置。所述用于在波導管和熱交換器管之間耦合扭轉波的裝置包括擴張波導管的耦合端的裝置，通過使用可擴張裝置，從波導管內施加力，使得耦合端和熱交換器管的內徑之間建立緊密的接觸。用于在波導管和熱交換器管之間耦合扭轉波的裝置包括拉桿機構，它被重新定位以便致動波導探針的耦合端上的擴張套爪，所述被致動的擴張套爪用于擴張所述波導探針的耦合端以便建立與熱交換器管的內壁的牢固機械接觸，所產生的發送的扭轉波從磁致伸縮傳感器傳播到波導探針的耦合端，并且所傳播的扭轉波從波導探針的耦合端耦合到熱交換器管的內壁。用于耦合反射的扭轉波信號的裝置可以包括反射的扭轉波信號從熱交換器管的內壁耦合到波導探針的耦合端，以及反射的扭轉波信號從波導探針的耦合端被傳播到磁致伸縮傳感器。在所述系統中，用于施加電子發送脈沖的裝置包括函數發生器，它被控制處理器的輸出所激活以便產生發送脈沖，在函數發生器的輸出端，把所述發送脈沖連接到功率放大器的輸入端以便放大所述發送脈沖，以及把來自所述功率放大器的輸出端的已放大的輸出脈沖施加到所述磁致伸縮傳感器，其中，電處理反射的扭轉波的裝置包括在前置放大器中放大來自磁致伸縮傳感器的信號，在前置放大器的輸出端，將已放大的信號連接到模數轉換器的輸入端，并且將模數轉換器的輸出端連接到控制處理器的輸入端，還包括由控制處理器使用來自模數轉換器輸出端的信號特性，以及施加電子發送脈沖和檢測來自模擬/數字轉換器輸出端的信號特性之間的時間差，來確定熱交換器管中的缺陷的位置和特性。
本發明的又一個實施例是一種使用反射的扭轉波來檢查熱交換器管的方法，包括產生、發送扭轉波脈沖，并且將其耦合到熱交換器管的內壁以便沿著熱交換器管的長度傳播，從熱交換器管的缺陷和遠端耦合并檢測反射的扭轉波信號，以及電處理已發送和檢測的扭轉波，以便確定缺陷的位置和特性。
通過參照下列說明書、所附的權利要求書和附圖，將有助于更好地理解本發明的這些和其它特征、方面和優點，在附圖中圖1表示用于實施本發明的系統的功能性方框圖；圖2表示發送的扭轉模式導波信號和從熱交換器管壁的缺陷反射的扭轉模式導波信號；圖3表示在不同直徑的管中，縱向模式和扭轉模式波的色散曲線；圖4表示扭轉模式導波探針的實施例；圖5表示扭轉模式導波探針的實施例的放大傳感器結構；圖6表示作為扭轉模式導波探針的實施例的放大的波導尖端結構；圖7表示用于產生和檢測扭轉模式導波信號的磁致伸縮傳感器的細節。
具體實施例方式
轉到圖1，圖1表示用于實施本發明的系統100的功能性方框圖。控制處理器110命令函數發生器130起動固定頻率的電流脈沖，該電流脈沖被功率放大器150放大。已放大的電流脈沖155被送往位于探針160上的磁致伸縮傳感器165。已放大的電流脈沖155使磁致伸縮傳感器165產生扭轉波脈沖并發送到與熱交換器管耦合的探針波導管中。當扭轉波遇到熱交換器管壁中的缺陷時，反射的扭轉波信號被返送到與熱交換器管耦合的波導管。所述反射信號在磁致伸縮傳感器165中產生電壓信號，該電壓信號由前置放大器140進行放大。然后，使用模數轉換器120將已放大的信號轉換為數字信號，并送往控制處理器110用于分析和解釋。
轉到圖2A和2B，圖2A表示發送的扭轉模式導波信號230和來自熱交換器管的一端的反射的扭轉模式導波信號240的典型代表200。如磁致伸縮傳感器165所測量的那樣，信號230、240以振幅210和距離220來表示。如圖2所示，入射波230被發送到熱交換器管中，并且在磁致伸縮傳感器165發送入射信號230和接收反射的缺陷信號240之間的往返路程所決定的時間之后。如圖1所示，磁致伸縮傳感器165位于合適的探針上。圖2B還表示發送脈沖230和來自熱交換器管的相反一端的返回脈沖。在頂部跡線270中表示有來自缺口250和腐蝕260的反射。在底部跡線280中，從相反一端對熱交換器管進行測試，示出腐蝕點260和缺口250。
轉到圖3，圖3表示在不同直徑的管中，縱向模式和扭轉模式波的色散曲線300。圖3說明在缺陷檢測方面，使用扭轉波相對于使用縱向波的優點。圖3描述了在不同大小的管的情況下，不同的縱向波和扭轉波的群速度310如何隨著頻率320而改變。對1/2英寸外徑的管350、3/4英寸外徑的管340和1英寸外徑的管330而言，縱向波模式L(0，1)的速度在所示的頻率范圍內，在大約0和每秒5公里以上之間改變。對1/2英寸外徑的管380、3/4英寸外徑的管370、和1英寸外徑的管360而言，縱向波模式L(0，2)的速度也在所示的頻率范圍內，在0和每秒5公里以上之間改變。與在縱向波速度中的寬廣變化(范圍)相比，對于3種大小的管390而言，扭轉波模式T(0，1)在群速度310上沒有改變，并且與頻率320無關。
轉到圖4A和4B，圖4A表示被插入到由管板420定位的許多熱交換器管410其中之一的扭轉模式導波探針400的一個實施例。探針400類似于專利日期為1999年4月6日的美國專利第5,892,162號所公開的探針，上述專利在此通過參考而并入。上述專利公開了一個用于從內徑檢查管和排管的導波探針，它依賴于從熱交換器管以外的區域在探針的波導中產生的縱向導波。跟先前申請專利的發明相比，本發明在缺陷檢測方面依賴于扭轉波信號而不是縱向波信號，因為如上所述，扭轉波信號與縱向波信號相比，在色散方面要小得多，并且具有不依賴于管徑大小和波頻率的速度。扭轉模式信號與縱向模式信號相比，更容易控制并且具有較好的缺陷檢測能力。在已獲專利權的發明中所使用的傳感器不同于在本發明中所使用的傳感器。在本發明中，由傳感器450產生的波沿著所述探針的波導460傳播，并且在探針波導的工作尖端區域通過擴張套爪470以機械方式耦合到管410的內壁。所述探針的波導460的耦合區域沿其靠近套爪470的長度被切分開，使得當被上緊時，套爪470使分開端擴張以便與管內壁貼緊，以便在波導460和管410之間耦合信號。本發明公開了當套爪螺母430被上緊到與擴張套爪470旋轉連接的套爪拉桿435的螺紋端時，使用套爪470來擴張探針400的工作尖端區域。探針400還包括被定位于波導管460上的阻尼材料440，用于使波導管460中的導波信號的交混回響最小化。
根據圖4A，本發明使用傳感器450來發送和檢測扭轉模式信號，該傳感器依賴于一種磁致伸縮傳感器，它類似于專利日期為1996年12月3日的美國專利第5,581,037號所公開的磁致伸縮傳感器，上述專利在此通過參考而并入。所述專利公開了一種磁致伸縮傳感器，用于從內徑來檢測管，它可應用于鐵質管，并且使用在管壁中直接產生的縱向波。本發明的磁致伸縮傳感器450利用細的鐵磁條在探針的波導460中產生并檢測扭轉模式信號，上述鐵磁條類似于專利日期為2002年5月28日的美國專利第6,396,262號所公開的磁致伸縮傳感器，上述專利在此通過參考而并入。
如圖4A所示，為了進行熱交換器管410的檢查，探針400被插入到熱交換器管410的一個開口端，因此，探針400的耦合區域470處于管板420處，或者剛好超過管板420。然后，通過上緊套爪螺母430，重新定位拉桿機構432，將所述探針耦合到熱交換器管410的內表面。接著，磁致伸縮傳感器450被激活，同時扭轉波從探針400的尖端470耦合到熱交換器管410。來自管缺陷的反射信號被返送到傳感器450，并且被圖1所示的相關儀器所獲取。在探針400的套管440上示出了一個電連接器442，用于將傳感器信號連接到相關的儀器。
圖4B表示本發明的另一個實施例490。為了進行熱交換器管410的檢查，探針490被插入到熱交換器管410的一個開口端，因此，探針490的耦合區域474處于管板420處或者剛好超過管板420。然后，通過拉動手柄434，使得手柄434可以環繞樞軸點435轉動，從而使拉桿機構438重新定位，將探針490耦合到熱交換器管410的內表面，上述拉桿機構438被連接到連桿437，后者又被連接到手柄434。拉桿機構438的重新定位動作使得探針的耦合區域474緊貼在熱交換器管410的內壁上。接著，磁致伸縮傳感器450被激活，同時扭轉波從探針490的尖端474耦合到熱交換器管410。來自管缺陷的反射信號被返送到傳感器450，并且被圖1所示的相關儀器所獲取。在探針490的套管440上示出了電連接器442，用于將傳感器信號連接到相關的儀器。
轉到圖5，圖5表示扭轉模式導波探針400的實施例的放大的傳感器結構500。圖5描繪了圖4中所示的探針400的一部分。探針400被定位于由管板420固定就位的許多熱交換器管410中的一個。傳感器450包括傳感器線圈452和圓柱形鐵磁條454，諸如鎳或具有適當磁致伸縮特性的其它材料，上述圓柱形鐵磁條454被牢固地貼附在波導管460的外壁，用于提供產生和檢測根據本發明的扭轉波信號所需的磁致伸縮特性。由傳感器線圈452產生的時變磁場通過磁致伸縮效應而在圓柱形鐵磁條454中產生扭轉波。圓柱形鐵磁條454和傳感器線圈452也被用來通過逆磁致伸縮效應來檢測來自管缺陷的反射波。阻尼材料440也被表示為定位于波導管460上，以便使波導管460中的導波信號的交混回響最小化。
為了產生和檢測扭轉模式信號，需要圓周方向上的直流偏置磁場。在沿圓周方向將鐵磁條454貼附或者纏繞在波導管460上之前，通過在鐵磁條454中沿著它的長度感應剩余磁化，就能完成圓周方向上的偏置磁化。在鐵磁條454中生成圓周方向上的偏置磁場的另一種方法是，在把鐵磁條貼附到波導管上之后，讓直流電沿著導波探針管460的縱軸流過。所述電流處于波導管460的縱軸方向。
轉到圖6A和6B，圖6A表示扭轉模式導波探針400的實施例的放大的波導工作尖端結構600。波導管460的尖端在靠近波導管460的工作尖端的區域中含有環繞著管圓周定位的軸向狹縫。使用套爪拉桿機構435，以機械方式把在波導管460中產生的扭轉波耦合到熱交換器管410。圖6A表示，當用戶上緊拉桿螺母430以重新定位拉桿435從而以機械方式將波導管尖端460耦合到熱交換器管410內側時，當拉桿435迫使鼻片(nose piece)475進入套爪470時，套爪470是如何擴張的。
類似地，圖6B表示扭轉導波探針的放大的波導工作尖端結構650的另一個實施例。波導管460的尖端在靠近波導管460的工作尖端的區域中含有環繞管四周定位的軸向狹縫。使用拉桿機構474，以機械方式把在波道管460中產生的扭轉波耦合到熱交換器管410。圖6B示出，當用戶重新定位拉桿474而以機械方式將波導管尖端460耦合到熱交換器管410的內側時，當鼻片476被迫進入波導管460的尖端時，拉桿鼻片476是如何使波導管460的尖端擴張的。
轉到圖7，圖7表示用于產生和檢測扭轉模式導波信號的磁致伸縮傳感器的細節。圖7A和7B表示磁致伸縮傳感器(在圖4和5中被表示為450)的更詳細的視圖。圖7A和7B表示被貼附到波導管760的圓柱形鐵磁條754。傳感器線圈752繞在含有偏置剩余磁化的圓柱形鐵磁條754上。鐵磁條754典型地為1英寸寬，并且纏繞在波導管760周圍。可以根據導波的頻率來調整鐵磁條754的寬度，在較高頻率下寬度較窄，在較低頻率下寬度較寬。鐵磁條754可以用具有良好磁致伸縮特性的任何材料制成，上述材料諸如鎳、晶粒取向硅鋼或者具有保持剩余磁化能力和高磁致伸縮系數的其它磁致伸縮材料。通過向鐵磁條754施加適當的勵磁磁場然后去除勵磁磁場，在鐵磁條754中引入剩余磁場，使得當圓柱形鐵磁條754被纏繞在波導管周圍時，引入磁場的方向為圓周方向。在把圓柱形鐵磁條754貼附在波導管760上之后，磁致伸縮傳感器線圈752就環繞著圓柱形鐵磁條754而被放置。為了產生扭轉模式波，直流偏置磁場必須處于如上所述的環繞波導管760的圓周方向。與此相對比，為了產生縱向模式波，直流偏置磁場必須處于波導管760的縱向或長度方向。
在圓柱形鐵磁條754中生成圓周方向偏置磁場的另一種方法示于圖7C。如圖7C所示，令直流電流在環繞導電波導管760的導電環782、784之間流過。此電流在圓柱形的鐵磁條754中感應圓周方向的磁場。如果波導管760不導電，則可以將大規格銅線插入穿過波導管，并且向所述銅線施加直流電流，以便獲得相同的結果。
雖然已經參照某些實施例詳細地說明了本發明，但是，在不離開本發明的精神實質和范圍的前提下，對這些實施例可以作出各種各樣的修改和調適，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種使用反射的扭轉波來檢查熱交換器管的方法，包括下列各步驟將圓柱形波導探針插入到熱交換器管的開口端，波導探針的耦合端位于距離所述開口端至少從所述開口端到熱交換器管板的距離；向安裝在波導探針上的磁致伸縮傳感器施加電子發送脈沖；由所述磁致伸縮傳感器在波導探針中產生和發送扭轉波脈沖；把發送的扭轉波從波導探針耦合到熱交換器管的內壁，使其沿著熱交換器管的長度傳播；把來自缺陷和熱交換器管的遠端的反射的扭轉波耦合到所述波導探針；由磁致伸縮傳感器來檢測反射的扭轉波信號；以及電處理所檢測的信號，以確定熱交換器管壁內的缺陷的位置和特性。
2.如權利要求1所述方法，其中，由包括集成的磁致伸縮發送器和接收器的同一個磁致伸縮傳感器來執行產生扭轉波脈沖的步驟和檢測反射的扭轉波信號的步驟。
3.如權利要求1所述方法，其中，由包括磁致伸縮發送器和單獨磁致伸縮接收器的單獨磁致伸縮傳感器來執行產生扭轉波脈沖的步驟和檢測反射的扭轉波信號的步驟。
4.如權利要求1所述方法，其中，產生扭轉波的步驟包括向纏繞在磁致伸縮傳感器的鐵磁條上的線圈施加固定頻率的電流脈沖，上述磁致伸縮傳感器以圓柱形方式貼附在圓柱形波導探針上。
5.如權利要求4所述方法，其中，所述鐵磁條是從包括鎳條和具有良好磁致伸縮特性的材料條的組中選擇的。
6.如權利要求4所述方法，還包括在圓周方向上磁性極化所述鐵磁條的步驟。
7.如權利要求1所述方法，其中，所述在波導管和熱交換器管之間耦合扭轉波的步驟包括擴張波導管的耦合端，以便通過使用可擴張裝置從波導管內側施加力，使得在耦合端和熱交換器管的內徑之間進行緊密接觸。
8.如權利要求1所述方法其中，施加電子發送脈沖的步驟包括通過控制處理器的輸出來激活函數發生器以便產生發送脈沖，在函數發生器的輸出端，把所述發送脈沖連接到功率放大器的輸入端以便放大所述發送脈沖，以及把來自所述功率放大器的輸出端的已放大的輸出脈沖施加到所述磁致伸縮傳感器；其中，電處理反射的扭轉波的步驟包括在前置放大器中放大來自磁致伸縮傳感器的信號，在前置放大器的輸出端，將已放大的信號連接到模數轉換器的輸入端，并且將模數轉換器的輸出端連接到控制處理器的輸入端；以及還包括由控制處理器使用來自模數轉換器輸出端的信號特性，以及在施加電子發送脈沖和檢測來自模數轉換器輸出端的信號特性之間的時間差，來確定熱交換器管壁中的缺陷的位置和特性的步驟。
9.一種使用反射的扭轉波來檢查熱交換器管的系統，包括被插入到熱交換器管的開口端的圓柱形波導探針，波導探針的耦合端位于距離所述開口端至少從所述開口端到熱交換器管板的距離；向安裝在波導探針上的磁致伸縮傳感器施加電子發送脈沖的裝置；由磁致伸縮傳感器在波導探針中產生和發送扭轉波脈沖的裝置；把發送的扭轉波從波導探針耦合到熱交換器管的內壁，使其沿著熱交換器管的長度傳播的裝置；把來自缺陷和熱交換器管的遠端的反射的扭轉波耦合到所述波導探針的裝置；由磁致伸縮傳感器來檢測反射的扭轉波信號的裝置；以及電處理所檢測的信號以確定熱交換器管壁內的缺陷的位置和特性的裝置。
10.如權利要求9所述的系統，其中，用于施加電子發送脈沖的裝置包括用于激活函數發生器以產生輸出脈沖的控制處理器；用于放大所述輸出脈沖以提供電子發送脈沖的功率放大器；以及所述電子發送脈沖被連接到所述磁致伸縮傳感器。
11.如權利要求9所述的系統，其中，由包括集成的磁致伸縮發送器和接收器的同一個磁致伸縮傳感器來實現產生扭轉波脈沖的裝置和檢測反射的扭轉波信號的裝置。
12.如權利要求9所述系統，其中，由包括磁致伸縮發送器和單獨磁致伸縮接收器的單獨磁致伸縮傳感器來實現用于產生扭轉波脈沖的裝置和用于檢測反射的扭轉波信號的裝置。
13.如權利要求9所述系統，其中，用于產生扭轉波的裝置包括向被纏繞在磁致伸縮傳感器的鐵磁條上的線圈施加固定頻率的電流脈沖的裝置，上述磁致伸縮傳感器以圓柱形方式貼附在圓柱形波導探針上。
14.如權利要求13所述系統，其中，所述鐵磁條是從包括鎳條和具有良好磁致伸縮特性的材料條的組中選擇的。
15.如權利要求13所述系統，還包括在圓周方向上磁性極化所述鐵磁條的裝置。
16.如權利要求9所述系統，其中，所述在波導管和熱交換器管之間耦合扭轉波的裝置包括擴張波導管的耦合端的裝置，以便通過使用可擴張裝置，從波導管內側施加力，使得在耦合端和熱交換器管的內徑之間進行緊密接觸。
17.如權利要求9所述系統，其中，用于在波導管和熱交換器管之間耦合扭轉波的裝置包括拉桿機構，它被重新定位以便致動波導探針的耦合端上的擴張套爪，被致動的擴張套爪用于擴張所述波導探針的耦合端，以便建立與熱交換器管內壁的牢固機械接觸；所產生的發送的扭轉波從磁致伸縮傳感器傳播到波導探針的耦合端；以及所傳播的扭轉波從波導探針的耦合端耦合到熱交換器管的內壁。
18.如權利要求17所述系統，其中，用于耦合反射的扭轉波信號的裝置包括將反射的扭轉波信號從熱交換器管的內壁耦合到波導探針的耦合端；以及將反射的扭轉波信號從波導探針的耦合端傳播到磁致伸縮傳感器。
19.如權利要求9所述系統其中，用于施加電子發送脈沖的裝置包括函數發生器，它被控制處理器的輸出激活以便產生發送脈沖，在函數發生器的輸出端，把所述發送脈沖連接到功率放大器的輸入端以便放大所述發送脈沖，以及把來自所述功率放大器的輸出端的已放大的輸出脈沖施加到所述磁致伸縮傳感器；其中，電處理反射的扭轉波的裝置包括在前置放大器中放大來自磁致伸縮傳感器的信號，在前置放大器的輸出端，將已放大的信號連接到模數轉換器的輸入端，并且將模數轉換器的輸出端連接到控制處理器的輸入端；以及還包括由控制處理器使用來自模數轉換器輸出端的信號特性，以及在施加電子發送脈沖和檢測來自模數轉換器輸出端的信號特性之間的時間差，來確定熱交換器管壁中的缺陷的位置和特性。
20.一種使用反射的扭轉波來檢查熱交換器管的方法，包括產生、發送扭轉波脈沖，并且將其耦合到熱交換器管的內壁，以便沿著熱交換器管的長度傳播；從熱交換器管的缺陷和遠端耦合并檢測反射的扭轉波信號；以及電處理已發送和檢測的扭轉波，以便確定缺陷的位置和特性。
全文摘要
本發明提供一種用于從管內徑檢查熱交換器管(410)的改進的方法與裝置，它克服了現有技術的各項缺點。它采納一種導波探針方案，利用扭轉波模式來取代在現有技術中所公開的縱向波模式。在檢測缺陷方面，扭轉波模式(T)相對于縱向波模式(L)來說有許多優點。當被適當的儀器激勵時，所述探針(400)產生扭轉波信號，此信號從波導管(460)發送到熱交換器管(410)。當來自熱交換器管(410)的管壁的缺陷的反射信號被返送到熱交換器管(410)的檢查開口端時，所述反射的缺陷信號被發送到探針波導管(460)用于反射信號的放大、檢測和特征化。
文檔編號G01M13/00GK1898558SQ200480038549
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月12日 優先權日2003年11月13日
發明者黑格恩·庫, 詹姆斯·F·卡拉內, 金尚永 申請人:西南研究院
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