超声波自动测厚打标系统的研制

　　超声波自动测厚与打标系统作为水冷壁清扫、检测爬壁机器人分布式控制系统中的一个子系统,主要完成对水冷壁厚度的测量任务,同时,在检测到壁厚小于预置的极限值处,能够发出报警并打标记。

　　由于电站锅炉正常运行时,水冷壁的向火侧管壁表面上存在着积灰、结渣、磨损和腐蚀等问题,使得水冷壁厚度不断减薄,必须定期测量管壁厚度。目前,测厚工作全部由人工进行,测量结果受人为因素影响较大,只能先估测,再使用测厚仪细测。另外,测厚仪生产厂商提供的全是手动操作的仪器,需要对其加以改进。目前,常用的测厚仪从原理上可分为射线测厚仪、超声波测厚仪、磁性测厚仪和涡流测厚仪等。超声波测厚仪具有体积小、轻便、测量速度快、精度高、容器内积水和结垢不影响测量精度等优点,但在使用时需要耦合剂。综合优缺点,选用超声波测厚仪较好。在原有的测厚仪基础上,我们设计了探头夹持装置、测厚仪的RS-232串行接口软件协议、主计算机处理软件和打标记机构,从而,构成了超声波自动测厚系统。

　　1　超声波测厚的基本原理

　　超声波测厚从原理上可分为共振式和脉冲反射式两种。

　　1.1　共振式测厚原理

　　根据

　　式中:

　　c——材料中传播的超声波声速

　　f——超声波频率

　　λ——超声波波长

　　若改变激励信号频率,则λ改变。当工件厚度d=n·λ/2时,工件内引起共振,形成驻波。共振时,有

　　由此,任何两个相邻的共振频率之差都等于基波频率f1,即

　　因此,得知厚度共振的两个相邻的共振频率时,可求得厚度

　　1.2　脉冲反射式测厚原理

　　测得超声波脉冲在材料中往返传播时间t,可得到厚度d

　　2　超声波自动测厚系统在实现中的难点分析及方案论证

　　由于水冷壁清扫、检测爬壁机器人需要设计自动测厚及打标系统。因此,我们所研制的超声波自动测厚系统需要解决四个关键问题,即:

　　1)超声波测厚探头的夹持装置能自动抬放。

　　2)超声波测厚探头的耦合剂能够自动添加。

　　3)超声波测厚仪的接口标准。

　　4)超声波测厚仪与被控计算机之间的软件通讯协议。

　　当今国内外生产的无损检测仪器大都需人工操作,在很多场合下对水冷壁厚度的测量比较困难,因而实现机器人的自动测厚功能是很必要的。国外在这方面发展比较早,一般都是无损检测公司与院校等研究机构合作,对方提供爬行载体,携带测量探头进行自动测量。如英国Silver Wing Limited公司推出的HANDSCAN测厚系统,可对厚度达20mm的壁面进行精确检测;PIPESCAN测厚系统可调整自身曲率,适合>Φ101mm管壁的自动检测等,但这类产品目前价格昂贵,并不适合中国国情,因而我们有必要在这方面进行深入的研究。