专利名称：碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于材料性能测试和结构损伤检测技术领域，特别涉及碳纤维抽油杆的非 接触式损伤检测装置。
背景技术：
有杆泵采油是当前国内外应用最广泛的机械采油技术。由于井深和钢质抽油杆的 自身质量等因素的影响，使机械采油效率大大减低，因抽油油杆自身不足而造成的事故次 数占抽油井事故的60%-70%。另外，传统金属抽油杆由于自身重量大、易腐蚀、疲劳性能较差 等缺点，已成为制约这种采油方式发展和壮大的“瓶颈”。碳纤维连续抽油杆具有轻质、高强 度、高刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损及结构功能一体化的特点，使采油效率大为提高，事故 发生率也比用传统抽油杆大为减少。碳纤维杆是一种很有发展前景的特种抽油杆。对于碳纤维复合材料在制造中的缺陷和使用过程中的损伤，国内主要是用超声 波、X射线、热红外波等技术进行无损检测。超声C扫描能可靠地检出材料中的分层、疏松、 孔隙等大部分�：π匀毕荩觳庑式系停觳夥直媛手荒艽锏酱笤�100微米。另外超声 检测是接触式的检测方法，它需要用耦合剂填充探头和被检查表面之间的空隙，以保证充 分的声耦合。X射线不受材料限制，可以穿透试件获得缺陷(气孔、夹渣等)直观的图像，定 量分析比较准确，但是它具有辐射生物效应，其安全性需要考虑。红外热波无损检测是对检 测材料进行主动加热，利用被检材料内部热学性质差异，热传导的不连续反映在物体表面 温度的差别，借助红外热像仪探测被检试件的辐射分布就可推断出内部缺陷情况。这种方 法检测速度快，观测面积大，但是测量缺陷大小的时候误差较大(约200微米)。另外由于 热图对材料非均勻性的敏感，也可以会对某些试件缺陷造成误判。综上所述，至今在我国仍没有一种检测方法可以很精确地检测碳纤维抽油杆的表 面或近表面内部结构，特别是微米级的损伤检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，该装置可以测 量碳纤维抽油杆表面或近表面微小的损伤，测量精度高，可达亚微米级别。本发明的技术方案在于一种碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于 包括光源(1)，所述光源(1)出射光沿光路方向上依次设有双凸透镜(2)、小孔(3)、双凸透 镜(4)及分光镜(5)，所述分光镜(5)—侧出射端设有待检测的碳纤维抽油杆(6)，所述分光 镜(5)另一侧出射端设有参考镜(11)，所述分光镜(5)的干涉输出端设有双凸透镜(15)，所 述双凸透镜(15)经光纤(17)将光信号传递至光谱仪(18)，所述光谱仪(18)的输出端经过 通讯总线与带有数据采集和处理系统的电脑(19)相连。所述待检测的碳纤维抽油杆(6)穿设于旋转马达驱动的轴承(7)，所旋转马达由 旋转马达控制器(8 )控制旋转，所述旋转马达控制器(8 )与电脑(19 )相连。所述轴承(7)设于水平移动平台(9)上，所述水平移动平台(9)由水平移动平台控制器(10)控制移动，所述水平移动平台控制器(10)与电脑(19)相连。所述参考镜(11)设于PZT马达(12)上，所述PZT马达由NI卡(13)控制运动，所 述NI卡(13)与电脑(19)相连。所述PZT马达设于手动移动平台(14)上。所述光源为可见光光源或近红外光源，所述分光镜对应为可见光分光镜或红外线 分光镜，所述光谱仪对应为可见光范围光谱仪或红外线光谱仪。所述光纤(17 )位于透镜(15 ) —端设有固定座(16 )。本发明的优点在于与传统的超声检测、红外热波以及声发射等方法比较而言，本 发明具有更高的检测精度高，可以达亚微米级，适合于碳纤维抽油杆表面或近表面早期微 小缺陷的检测；另外该发明的使用过程中对人体是安全的，不具有像X射线的辐射生物效应。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的控制流程示意图。
具体实施例方式一种碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于包括光源(1)，所述光源 (1)出射光沿光路方向上依次设有双凸透镜(2)、小孔(3)、双凸透镜(4)及分光镜(5)，所述 分光镜(5)—侧出射端设有待检测的碳纤维抽油杆(6)，所述分光镜(5)另一侧出射端设有 参考镜(11)，所述分光镜(5)的干涉输出端设有双凸透镜(15)，所述双凸透镜(15)经光纤将光信号传递至光谱仪(18)，所述光谱仪(18)的输出端经过通讯总线与带有数据采 集和处理系统的电脑(19)相连。所述待检测的碳纤维抽油杆(6)穿设于旋转马达驱动的轴承(7)，所旋转马达由 旋转马达控制器(8)控制旋转，所述旋转马达控制器(8)与电脑(19)相连。所述轴承(7)设于水平移动平台(9)上，所述水平移动平台(9)由水平移动平台控 制器(10)控制移动，所述水平移动平台控制器(10)与电脑(19)相连。所述参考镜(11)设于PZT马达(12)上，所述PZT马达由NI卡(13)控制运动，所 述NI卡(13)与电脑(19)相连。所述PZT马达设于手动移动平台(14)上。所述光源为可见光光源或近红外光源，所述分光镜对应为可见光分光镜或红外线 分光镜，所述光谱仪对应为可见光范围光谱仪或红外线光谱仪。所述光纤(17)位于透镜(15 ) —端设有固定座(16 )。本发明的工作过程如下光源(1)可以是近红外或者可见光，其发出的光经过透 镜一(2)、小孔(3)、透镜二(4)和分光镜(5)分成两路光，其中一路照到参考镜(11)，参考镜 安装在PZT马达(12)上，旨在实现1/4波长的相位平移达到消除自相干信号并增加系统信 噪比的目的，PZT马达的运动控制是由电脑(19)经NI卡(13)来实现，另外一光路照到碳纤 维抽油杆(6)上。两束光分别在参考镜和碳纤维抽油杆表面发生反射/散射并且由分光镜 的光纤输出端发生干涉并经此光纤接到光谱仪(18)输入端，光谱仪的输出端通过通讯总线将光谱信号传送至带有数据采集和处理系统的电脑(19)，碳纤维抽油杆(6)安装于旋转马 达驱动的轴承(7)上。其中，自动移动平台(9)水平方向的移动，以及带有旋转马达驱动的 轴承(7)的转动使得该装置可以实现碳纤维抽油杆轴向和径向的表面或近表面损伤扫描。其具体的控制流程如图2所示，开始检测时，由计算机向水平移动平台控制器发 出信号，水平移动平台控制器控制水平移动平台，确定抽油杆开始扫描的轴向位置；由计算 机向旋转马达控制器发出信号，旋转马达控制器控制旋转马达旋转，确定抽油杆开始扫描 的径向位置；计算机向光谱仪发出数据采集指令，开始采集第一段光谱信号；计算机经NI 卡向PZT马达发出控制信号，使PZT马达带动参考镜位置变化，从而实现参考镜1/4波长的 相位平移；此时计算机向光谱仪发出数据采集指令，采集第二段光谱信号；利用相位平移 法并对上述两段光谱信号做傅立叶变换得到抽油杆表面和近表面深度方向的信息，此时询 问用户是否需要继续扫描其他点，如果需要重复上述扫描过程，如果不需要继续扫描，则将 所得的一系列碳纤维抽油杆近表面深度方向的数据，利用图像重构算法，得到碳纤维抽油 杆的表面后近表面结构图。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于包括光源(1)，所述光源 (1)出射光沿光路方向上依次设有双凸透镜(2)、小孔(3)、双凸透镜(4)及分光镜(5)，所述 分光镜(5)—侧出射端设有待检测的碳纤维抽油杆(6)，所述分光镜(5)另一侧出射端设有 参考镜(11)，所述分光镜(5)的干涉输出端设有双凸透镜(15)，所述双凸透镜(15)经光纤 (17)将光信号传递至光谱仪(18)，所述光谱仪(18)的输出端经过通讯总线与带有数据采 集和处理系统的电脑(19)相连。
2.根据权利要求1所述的碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于所述待 检测的碳纤维抽油杆(6)穿设于旋转马达驱动的轴承(7)，所旋转马达由旋转马达控制器 (8 )控制旋转，所述旋转马达控制器(8 )与电脑(19 )相连。
3.根据权利要求2所述的碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于所述轴 承(7)设于水平移动平台(9)上，所述水平移动平台(9)由水平移动平台控制器(10)控制 移动，所述水平移动平台控制器(10)与电脑(19)相连。
4.根据权利要求1所述的碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于所述参 考镜(11)设于PZT马达(12)上，所述PZT马达由NI卡(13)控制运动，所述NI卡(13)与 电脑(19)相连。
5.根据权利要求4所述的碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于所述 PZT马达设于手动移动平台(14)上。
6.根据权利要求1所述的碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于所述光 源为可见光光源或近红外光源，所述分光镜对应为可见光分光镜或红外线分光镜，所述光 谱仪对应为可见光范围光谱仪或红外线光谱仪。
7.根据权利要求1所述的碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于所述光 纤(17 )位于透镜(15 ) —端设有固定座(16 )。
全文摘要
本发明涉及一种碳纤维抽油杆的非接触损伤检测装置，其特征在于包括光源(1)，所述光源(1)出射光沿光路方向上依次设有双凸透镜(2)、小孔(3)、双凸透镜(4)及分光镜(5)，所述分光镜(5)一侧出射端设有待检测的碳纤维抽油杆(6)，所述分光镜(5)另一侧出射端设有参考镜(11)，所述分光镜(5)的干涉输出端设有双凸透镜(15)，所述双凸透镜(15)经光纤(17)将光信号传递至光谱仪(18)，所述光谱仪(18)的输出端经过通讯总线与带有数据采集和处理系统的电脑(19)相连，该装置可以测量碳纤维抽油杆表面或近表面微小的损伤，测量精度高，可达亚微米级别。
文档编号G01N21/25GK102121897SQ20101059635
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者杨晓翔, 钟舜聪 申请人:福州大学
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