本發(fā)明涉及管壁厚度測量領域，特別是涉及一種管壁厚度在線監(jiān)測儀、系統(tǒng)及方法。

背景技術：

日常生產(chǎn)生活中，各種各樣的水管、油管、輸氣管等管道運輸十分常見，是國民經(jīng)濟中不可缺少的重要組成部分。其中，管壁的厚度則是決定管道質(zhì)量的最重要因素，直接決定管道的承重，連接性，可靠性，以及美觀等因素。

傳統(tǒng)的管壁測厚儀大多數(shù)是接觸式的，無法進行在線測量。目前，市場上常見的管壁厚度測量方法普遍采用超聲波測量和X射線測量，超聲波雖然能發(fā)現(xiàn)物體的輪廓和狀態(tài)，但需要接觸物體進行檢測，此種檢測手段也會對管壁造成一定程度的磨損。X射線測量是一種非接觸型無損測厚技術，但裝置昂貴，操作復雜，測量范圍小，并且工作人員需要配備防輻射的裝置，大大提高了成本和操作的難度。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種管壁厚度在線監(jiān)測儀、系統(tǒng)及方法，無需接觸管壁就可以實現(xiàn)管壁厚度快速、準確的檢測。

一方面，本發(fā)明提出一種管壁厚度在線監(jiān)測儀，所述在線監(jiān)測儀包括：

太赫茲發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生太赫茲探測波并向待測管壁發(fā)射；

太赫茲接收裝置，用于接收透過所述待測管壁的太赫茲探測波，以根據(jù)所述太赫茲探測波透過所述待測管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測管壁的厚度。

上述管壁厚度在線監(jiān)測儀，包括太赫茲發(fā)生裝置和太赫茲接收裝置，太赫茲發(fā)生裝置用于產(chǎn)生太赫茲探測波并向待測管壁發(fā)射，太赫茲接收裝置用于接收透過所述待測管壁的太赫茲探測波，以根據(jù)所述太赫茲探測波透過所述待測管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測管壁的厚度；在對管壁厚度進行檢測時，設置在其內(nèi)的太赫茲發(fā)生裝置發(fā)出太赫茲探測波，并入射到待測管壁上，當該太赫茲探測波透過該待測管壁時會發(fā)生衰減，太赫茲接收裝置探測到太赫茲探測波的變化，進而可以得到待測管壁的厚度；該管壁厚度在線監(jiān)測儀無需接觸管壁就可以實現(xiàn)管壁厚度快速、準確的檢測。

在其中一個實施例中，所述在線監(jiān)測儀開設有用于供待測管壁穿入的空洞。

在其中一個實施例中，所述待測管壁的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波經(jīng)過所述待測管壁時產(chǎn)生的衰減對應的吸收峰的延遲時間，c為光速，n為所述待測管壁的折射率。

在其中一個實施例中，所述太赫茲發(fā)生裝置包括產(chǎn)生激光脈沖的激光器、產(chǎn)生偏置電壓的直流偏置裝置和光電導發(fā)射天線，所述光電導發(fā)射天線在所述偏置電壓的作用下將所述激光脈沖轉(zhuǎn)換為太赫茲波發(fā)射出去。

在其中一個實施例中，所述太赫茲接收裝置為光電導探測天線。

在其中一個實施例中，還包括第一分束器和延時器，所述第一分束器將所述激光脈沖分為探測光和泵浦光，并將所述探測光發(fā)送給所述光電導發(fā)射天線，將所述泵浦光經(jīng)延時器處理后發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

在其中一個實施例中，還包括設置在所述太赫茲探測波的發(fā)射路徑上的第一太赫茲透鏡和第二分束器，所述第一太赫茲透鏡用于對所述太赫茲探測波進行聚焦處理，所述第二分束器用于將經(jīng)過聚焦處理后的太赫茲探測波轉(zhuǎn)換為平行光輸出。

在其中一個實施例中，還包括第二太赫茲透鏡，設置在所述太赫茲探測波的發(fā)射路徑上，用于對透過所述待測管壁的太赫茲探測波進行聚焦處理，并發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

在其中一個實施例中，還包括鎖相器，設置在所述太赫茲探測波的接收路徑上，用于對所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波進行鎖相和放大處理，并將處理后的太赫茲探測波發(fā)送到計算終端。

另一方面，本發(fā)明提出一種管壁厚度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括上述管壁厚度在線監(jiān)測儀和管壁擠出機，所述管壁擠出機用于將管道成型并輸送至所述管壁厚度在線監(jiān)測儀的空洞中。

再一方面，本發(fā)明提出一種管壁厚度在線監(jiān)測方法，包括：

向待測管壁發(fā)射太赫茲探測波；

接收透過了所述待測管壁的太赫茲探測波；

根據(jù)所述太赫茲探測波透過所述待測管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測管壁的厚度。

在其中一個實施例中，所述待測管壁的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波經(jīng)過所述待測管壁時產(chǎn)生的衰減對應的吸收峰的延遲時間，c為光速，n為所述待測管壁的折射率。

附圖說明

圖1為一實施例中管壁厚度在線監(jiān)測儀的結構示意圖；

圖2為一實施例中太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波的波形圖；

圖3為一實施例中管壁厚度在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

參見圖1，圖1為一實施例中管壁厚度在線監(jiān)測儀的結構圖。

在本實施例中，該管壁厚度線監(jiān)測儀包括樣品架10，在該樣品架10上開設有用于供待測管壁穿入的空洞101，該空洞101為柱形通孔，不限于柱形。

太赫茲發(fā)生裝置用于產(chǎn)生太赫茲探測波并向待測管壁30發(fā)射。

在其中一個實施例中，該太赫茲發(fā)生裝置包括產(chǎn)生激光脈沖的激光器11、產(chǎn)生偏置電壓的直流偏置裝置12和光電導發(fā)射天線13，所述光電導發(fā)射天線13在所述偏置電壓的作用下將所述激光脈沖轉(zhuǎn)換為太赫茲波發(fā)射出去。進一步的，該激光器11為鈦-藍寶石激光器。

太赫茲接收裝置用于接收透過所述待測管壁30的太赫茲探測波。

光電導發(fā)射天線13發(fā)射出太赫茲探測波，并垂直入射到待測管壁30上，該太赫茲探測波在透過待測管壁30時將會被待測管壁30部分吸收，進而發(fā)生衰減，太赫茲接收裝置接收透過待測管壁30后的太赫茲探測波，可以得到該太赫茲探測波在透過待測管壁30時發(fā)生的變化，進而得到管壁厚度。

在其中一個實施例中，參見圖2，圖2為一實施例中太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波的波形圖。其中，橫坐標表示時間，縱坐標表示能量百分比。

待測管壁30的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波經(jīng)過所述待測管壁30時產(chǎn)生的吸收峰的延遲時間，c為光速，n為所述待測管壁30的折射率。

太赫茲探測波在透過待測管壁30時將會被其部分吸收產(chǎn)生衰減，該衰減對應于太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波的吸收峰，該吸收峰持續(xù)的延遲時間為太赫茲波透過該待測管壁30經(jīng)歷的時間，即Δt。c為光速，n為所述待測管壁30的折射率，c/n即為太赫茲波在透過該待測管壁30時的傳播速度。

由此，得到待測管壁30的厚度為太赫茲波透過待測管壁30的傳播速度c/n與經(jīng)歷時間Δt的乘積，即d＝(Δt×c)/n。通過該方式可以快速、準確的得到待測管壁30的管壁厚度。

在其中一個實施例中，該太赫茲接收裝置為光電導探測天線14。

在其中一個實施例中，還包括第一分束器15和延時器16，所述第一分束器15將所述激光脈沖分為探測光和泵浦光，并將所述探測光發(fā)送給所述光電導發(fā)射天線13，將所述泵浦光經(jīng)所述延時器16處理后發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

激光器11發(fā)出的激光脈沖的一部分，即探測光用于產(chǎn)生太赫茲探測波，另一部分，即泵浦光用于泵浦太赫茲接收裝置，即泵浦光電導探測天線14接收透過待測管壁30的太赫茲探測波。

其中，在泵浦光到達泵浦光電導探測天線14前先進行延時處理，使得該泵浦光與透過待測管壁30的太赫茲探測波同時到達光電導探測天線14，保障該光電導探測天線14對信號的有效接收，不需要額外的泵浦裝置，簡化了該管壁厚度在線監(jiān)測儀100的結構，節(jié)約了成本。

在其中一個實施例中，還包括第一太赫茲透鏡17，設置在所述太赫茲探測波的發(fā)射路徑上，用于對所述太赫茲探測波進行聚焦處理。

在其中一個實施例中，還包括第二分束器18，設置在所述太赫茲探測波的發(fā)射路徑上，用于將經(jīng)過聚焦處理后的太赫茲探測波轉(zhuǎn)換為平行光輸出。

光電導發(fā)射天線13發(fā)射出太赫茲探測波，分散的太赫茲探測波通過第一太赫茲透鏡17進行聚焦處理，減少太赫茲探測波的損耗，然后通過第二分束器18處理后轉(zhuǎn)換為平行光輸出，垂直入射到待測管壁30上，對待測管壁30進行檢測。

在其中一個實施例中，還包括第二太赫茲透鏡19，設置在所述太赫茲探測波的發(fā)射路徑上，用于對透過所述待測管壁30的太赫茲探測波進行聚焦處理，并發(fā)送給所述太赫茲接收裝置。

太赫茲探測波透過待測管壁30后為分散光，由第二太赫茲透鏡19進行聚焦處理后發(fā)送給太赫茲接收裝置，即光電導探測天線14進行接收，減少透過待測管壁30的太赫茲探測波在傳播過程中的損耗，增強光電導探測天線14接收到的信號強度，增強檢測效果。

在其中一個實施例中，還包括鎖相器20，設置在所述太赫茲探測波的接收路徑上，用于對所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波進行鎖相和放大處理，并將處理后的太赫茲探測波發(fā)送到計算終端40。

光電導探測天線14接收到透過待測管壁30的太赫茲探測波之后，將其發(fā)送給鎖相器20進行鎖相和放大處理，實現(xiàn)信號的穩(wěn)定采集，然后發(fā)送給計算終端40，如計算機進行數(shù)據(jù)分析和計算，提取相關參數(shù)，進而得到待測管壁30的厚度。

在該計算終端40中存儲有對應于不同材質(zhì)的待測管壁30的折射率n，在進行管壁厚度的計算過程中，根據(jù)待測管壁30的特性自動調(diào)取，實現(xiàn)在線監(jiān)測。

上述管壁厚度在線監(jiān)測儀100，在對管壁厚度進行檢測時，待測管壁30穿過該管壁厚度在線監(jiān)測儀100，設置在其內(nèi)的光電導發(fā)射天線13發(fā)出太赫茲探測波，并入射到待測管壁30上，當該太赫茲探測波透過該待測管壁30時會發(fā)生衰減，產(chǎn)生吸收峰，光電導探測天線14探測到該吸收峰的持續(xù)時間，結合待測管壁30的折射率得到太赫茲探測波通過該待測管壁30時的傳播速度，進而得到待測管壁30的厚度。將激光器11發(fā)出的激光脈沖進行分束處理后一部分用于產(chǎn)生太赫茲探測波，一部分經(jīng)延時處理后泵浦光電導探測天線14接收透過待測管壁30的太赫茲探測波，無需額外的泵浦裝置，簡化了該管壁厚度在線監(jiān)測儀100的結構，節(jié)約了成本。同時，光電導發(fā)射天線13發(fā)出的太赫茲探測波在到達待測管壁30之前，和光電導探測天線14在接收透過了待測管壁30的太赫茲探測波之前均進行相應的光束處理，減小了太赫茲探測波在傳播過程中的損耗，增強了檢測效果和精度。該管壁厚度在線監(jiān)測儀100無需接觸管壁就可以實現(xiàn)管壁厚度快速、準確的檢測。

參見圖3，圖3為一實施例中管壁厚度在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。

在本實施例中，該管壁厚度在線監(jiān)測系統(tǒng)包括上述管壁厚度在線監(jiān)測儀100和管壁擠出機200，在對待測管道的管壁，即待測管壁30進行厚度檢測時，管壁擠出機200將管道成型并輸送至該管壁厚度在線監(jiān)測儀100的柱形通孔，待測管壁30能夠穿過該管壁厚度在線監(jiān)測儀100。在對管壁厚度進行檢測的過程中，無需接觸管壁，避免了對管壁的磨損。

一種管壁厚度在線監(jiān)測方法，在其中一個實施例中，包括如下步驟：

步驟一、向待測管壁發(fā)射太赫茲探測波。太赫茲波的頻率非常高，脈沖寬度非常短，所以它的空間分辨率和時間分辨率都很高，且光子能量只有4毫電子伏特，安全性高，可以實現(xiàn)無損、非接觸檢測。

步驟二、接收透過了所述待測管壁的太赫茲探測波。

步驟三、根據(jù)所述太赫茲探測波透過所述待測管壁后發(fā)生的衰減獲取所述待測管壁的厚度。

在其中一個實施例中，利用該管壁厚度在線監(jiān)測方法得到的待測管壁的厚度滿足：

d＝(Δt×c)/n；

其中，Δt為所述太赫茲接收裝置接收到的太赫茲探測波經(jīng)過所述待測管壁時產(chǎn)生的衰減對應的吸收峰的延遲時間，c為光速，n為所述待測管壁的折射率。

上述管壁厚度在線監(jiān)測方法，無需接觸管壁就可以實現(xiàn)管壁厚度安全、快速、準確的檢測。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。