CN103499022B - 一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器 - Google Patents
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Abstract
一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器，放大滤波电路的输入端与检测探头的检测线圈相连，集成信号发生及处理电路的信号发生输出端与检测探头的激励线圈相连，集成信号发生及处理电路的信号处理输入端与放大滤波电路的输出端相连，数据存储电路与集成信号发生及处理电路的信号处理输出端相连，放大滤波电路、集成信号发生及处理电路和供电电池组安装在屏蔽盒内，油气管道在激励线圈发出的交流激励电磁场的作用下，管壁内会产生涡流效应，使得检测线圈在管道内表面腐蚀缺陷部位接收到的电磁感应信号与其它部位不同，记录并比较管道不同部位检测线圈接收到的电磁感应信号，实现管道内外表面缺陷的区分，具有体积小，检测精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及油气管道电磁测量技术领域，特别涉及一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器。
背景技术
油气管道作为石油和天然气的传输设施，受外界环境和管道内输送油气的腐蚀作用，管道内外表面都可能会出现腐蚀缺陷，使油气管道安全受到威胁，需要及时进行缺陷检测并根据检测结果决定采取相应的管道维护措施。常用的油气管道缺陷检测方法是采用油气管道缺陷漏磁内检测方法，检测器在油气管道内随油气传输介质移动，检测并存储管道缺陷信息。漏磁检测传感器可以有效检测出管道壁存在的腐蚀缺陷，但不能区分缺陷是在管道的内表面还是外表面，而对管道的内外表面缺陷采用的维修策略是不同的，因此，有必要区分出油气管道缺陷是在管道的内表面还是外表面。
中国专利申请201110210589.4公开了一种基于远场涡流的管道内外表面缺陷检测装置，该装置使用磁阻器件，在远场区接收反映管道内外表面缺陷的远场涡流信号，数据处理模块针对磁阻器件输出的电信号，以激励模块提供激励信号作为参考信号求相位差，得到反映管道内外表面缺陷的数据，该专利方法可以有效检测出管道内外表面的缺陷，但是不能区分缺陷是在管道的内表面还是外表面。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器，响应速度快、检测精度高，能够区分油气管道缺陷内检测器所检测缺陷是在管道内表面还是外表面。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器，包括检测探头10，检测探头10包括激励线圈和检测线圈，激励线圈用于发出交流激励电磁场，检测线圈用于检测被检管壁感应出的电磁信号，放大滤波电路20的输入端与检测探头10的检测线圈通过屏蔽电缆相连，用于对检测探头输出的电信号进行放大和滤波，集成信号发生及处理电路30的信号发生输出端与检测探头10的激励线圈相连，用于向检测探头10的激励线圈发送正弦交流激励信号，集成信号发生及处理电路30的信号处理输入端与放大滤波电路20的输出端相连，用于接收处理放大和滤波后的电信号，数据存储电路40与集成信号发生及处理电路30的信号处理输出端相连，用以存储处理完成的检测数据，用供电电池组50给传感器电路供电，放大滤波电路20、集成信号发生及处理电路30和供电电池组50安装在同一个屏蔽盒60内。
所述集成信号发生及处理电路30采用MAX1452集成信号处理芯片，其信号处理方法为，将输送给检测探头10激励线圈的正弦波激励信号与接收于放大滤波电路20的电信号作比例运算，得到近似恒定的直流电信号，该直流电信号值的波动情况反映了探头与管道内表面距离的变化情况，即是否有管道内表面的腐蚀缺陷。
所述数据存储电路40使用NandFlash存储器进行数据存储。
本发明所设计的区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器具有诸多优点：由于采用高性能的集成信号处理芯片，使得本发明传感器具有结构和安装布置简单、体积小，响应速度快，检测精度高等优点。
结构和安装布置简单、体积小，便于安装在各类管道缺陷内检测设备上，响应速度快，检测精度高，适用于在0m/s～10m/s的运动情况下，对管道内外表面腐蚀缺陷进行检测区分，并能够检测出大于5mm×5mm×1mm（长×宽×深）的内表面腐蚀缺陷，且能与管道外壁缺陷中剩余厚度大于2mm的缺陷进行有效区分。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明检测探头接线示意图。
图3是本发明检测信号的放大滤波电路原理图。
图4是本发明集成信号发生及处理电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细描述本发明。
如图1所示，一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器，包括：检测探头10、放大滤波电路20、集成信号发生及处理电路30以及数据存储电路40,检测探头10包含两组线圈，分别为激励线圈和感应线圈,如图2所示，激励线圈与集成信号发生及处理电路30相接，用于产生空间交变电磁场；感应线圈与放大滤波电路20相接，用于检测被检管道在涡流效应下的电磁信号，并感应出电信号,在本实施例中，检测探头采用直径45mm、线径0.12mm的50匝空心漆包线线圈。
为达到更好地屏蔽结果，检测探头10与放大滤波电路20及集成信号发生及处理电路30之间通过屏蔽连接电缆相连,屏蔽连接电缆采用2芯铁丝网屏蔽电缆，电缆绝缘层材料为聚乙烯，芯线直径0.12毫米，屏蔽层直径两毫米，单位长度波阻抗约为70.887欧姆，线缆长1米。
放大滤波电路20连接在检测探头10与集成信号发生及处理电路30之间，用于对检测探头10中感应线圈感应出的电信号进行放大滤波处理。如图3所示，在本实施例中，放大滤波电路采用运放AD620组成放大滤波电路。该电路的放大倍数可以通过调节滑动变阻器Res1来改变，当Res1为25千欧姆时，放大倍数为3倍。
如图4所示，集成信号发生及处理电路30的输入端与放大滤波电路20相连，用于接收放大滤波后的信号并进行信号处理；集成信号发生及处理电路30的一个输出端A与监测探头10的激励线圈相连，输出正弦激励信号，用于通过激励线圈产生空间电磁场；另一个输出端B连接数据存储电路40，用于将处理后的信号进行存储。集成信号发生及处理电路30的信号处理方法为：将输出端A的正弦波激励信号与输入端接收的近似正弦的电信号作比例运算，由于输出端A的正弦波激励信号是恒定的正弦信号，得到的直流电信号值的波动情况反映了检测信号的变化。在本实施例中，集成信号发生及处理电路30由MAX1452集成信号处理芯片与电阻和电容元件组成，MAX1452的输出端A产生正弦信号的频率由电容C21的值确定，输出激励的幅值由电阻R1的值确定，选择C21=7n法拉，R1=10k欧姆，则得到正弦激励信号的频率为5kHz，幅值为5伏。该信号输送给激励线圈产生空间电磁场，经与被检管道作用，检测线圈接收电磁感应信号，再经过运算放大，输入给集成信号发生及处理电路30的输入端。
数据存储电路40的输入端与集成信号发生及处理电路30的输出端相连，用于对处理后的检测信号进行存储。数据存储电路首先通过模数转换模块将模拟信号转换成数字信号，再将数据写入存储器。在实施例中，使用STM32微控制器和NandFlash存储器组建数据存储电路。
在实施例中，供电电池组50所采用的电池为可充电锂电池组。放大滤波电路20、集成信号发生及处理电路30、数据存储电路40安装在同一个屏蔽盒60内。供电电池组50为屏蔽盒60中的放大滤波电路20、集成信号发生及处理电路30和数据存储电路40供电。
本发明的工作原理为：采用钢铁等导体材料的油气管道，在激励线圈发出的交流激励电磁场的作用下，管壁内会产生涡流效应，使得检测线圈在管道内表面腐蚀缺陷部位接收到的电磁感应信号与其它部位不同，记录并比较管道不同部位检测线圈接收到的电磁感应信号，即可实现管道内外表面缺陷的区分。
本发明所设计的利用电磁感应原理及其涡流效应来检测区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器，其装置结构和安装布置简单、体积小，便于安装在各类管道缺陷内检测设备上，响应速度快，检测精度高，适用于在0m/s～10m/s的运动情况下，对管道内外表面腐蚀缺陷进行检测区分，能够检测出管道内表面大于5mm×5mm×1mm（长×宽×深）的腐蚀缺陷，且能与管道外壁缺陷剩余壁厚大于2mm的缺陷进行有效区分。
Claims (2)
1.一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器，包括检测探头(10)，其特征在于：检测探头(10)包括激励线圈和检测线圈，激励线圈用于发出交流激励电磁场，检测线圈用于检测被检管壁感应出的电磁信号，放大滤波电路(20)的输入端与检测探头(10)的检测线圈通过屏蔽电缆相连，用于对检测探头输出的电信号进行放大和滤波，集成信号发生及处理电路(30)的信号发生输出端与检测探头(10)的激励线圈相连，用于向检测探头(10)的激励线圈发送正弦交流激励信号，集成信号发生及处理电路(30)的信号处理输入端与放大滤波电路(20)的输出端相连，用于接收处理放大和滤波后的电信号，数据存储电路(40)与集成信号发生及处理电路(30)的信号处理输出端相连，用以存储处理完成的检测数据，用供电电池组(50)给传感器电路供电，放大滤波电路(20)、集成信号发生及处理电路(30)和供电电池组(50)安装在同一个屏蔽盒(60)内；
所述集成信号发生及处理电路(30)采用MAX1452集成信号处理芯片，其信号处理方法为，将输送给检测探头(10)激励线圈的正弦交流激励信号与接收于放大滤波电路(20)的电信号作比例运算，得到近似恒定的直流电信号，该直流电信号的值的波动情况反映了探头与管道内表面距离的变化情况，即是否有管道内表面的腐蚀缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种区分管道内外表面腐蚀缺陷的传感器，其特征在于：所述数据存储电路(40)使用NandFlash存储器进行数据存储。
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