CN108008005A - 一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，所述金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器包括：所述金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器包括：弹性支撑管和柔性电路板；所述弹性支撑管为中空结构，所述柔性电路板粘接在所述弹性支撑管外圆周上；所述柔性电路板上设有低频线圈激励和阵列传感器，所述阵列传感器设置在所述低频线圈激励上方；所述阵列传感器包括多个差动线圈，所述差动线圈由两个线圈组成；所述低频线圈激励呈环形。本发明的低频电磁柔性阵列传感器包括多个电磁线圈，能够实现金属管壁上各个方向的缺陷检测，获得缺陷在不同方向上的分布信息，能够消除线圈之间的干扰，提高了检测效率和灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器。
背景技术
金属压力管道是一种承压类特种设备，其工作环境十分复杂，往往承受着高温、高压、低温、易燃易爆、有毒或腐蚀介质的综合作用，具有潜在的泄漏和***的危险性。其受力构件一般采用铁磁性或不锈钢等非铁磁性材料，而金属材料在使用过程中，应力、介质和温度等操作工况下会导致材料腐蚀、冲刷减薄及开裂等损伤，因此，对现场金属管道在无需进行表面打磨清理的情况下进行快速检测和有效诊断意义重大。在金属管道的主要损伤模式研究中，材料腐蚀减薄是影响承压设备长周期安全运行的最主要损伤模式之一。因此，腐蚀检测是压力管道检测中的一个主要检测手段，也是压力管道进行安全状况等级评定和寿命评估的一个主要技术指标。
在目前的管道缺陷检测中，磁粉检测、射线检测、超声检测等检测方法已被广泛应用，但从检测灵敏度、设备成本、检测效率、检测精度等方面综合考虑，低频电磁检测方法有其检测效率高，现场辅助工程少，检测成本低等优点。对于管道缺陷的检测问题，传统的电磁检测传感器大多采用单线圈，只能单点扫查，对较大面积进行全覆盖的检测则十分费时费力，且极容易发生漏检现象。所以，发展一种受趋肤效应及扫描速度影响小、可大面积扫查、高精度、高灵敏度的低频电磁阵列传感器，对解决金属管道缺陷的检测具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，提高管道缺陷检测的精度和灵敏度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，所述金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器包括：弹性支撑管和柔性电路板；所述弹性支撑管为中空结构，所述柔性电路板粘接在所述弹性支撑管外圆周上；
所述柔性电路板上设有低频线圈激励和阵列传感器，所述阵列传感器设置在所述低频线圈激励上方；所述阵列传感器包括多个差动线圈，所述差动线圈由两个线圈组成；所述低频线圈激励呈环形。
可选的，所述阵列传感器包括16个线圈，16个所述线圈呈矩形排布。
可选的，所述柔性电路板上还设有CPU、信号发生器、电源电路和保护电路，所述CPU分别连接所述低频线圈激励、所述阵列传感器、所述信号发生器、所述电源电路、所述保护电路，所述CPU连接外部上位机。
可选的，所述弹性支撑管内壁上设有硅胶圈，所述弹性支撑管为中空结构，所述弹性支撑管内腔设有压缩气囊，所述压缩气囊通过气管连接外部微型气泵。
可选的，所述弹性支撑管通过卡箍连接所述柔性电路板；所述卡箍通过卡扣卡紧。
可选的，所述卡箍为链条式。
可选的，所述CPU采用型号为N76E003的单片机。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器采用多个差动线圈，能够实现金属管壁上各个方向的缺陷检测，获得缺陷在不同方向上的分布信息，能够消除线圈之间的干扰，提高了检测效率和灵敏度。
本发明的弹性支撑管内腔设有压缩气囊，压缩气囊通过气管连接外部微型气泵，能够实现对弹性支撑管尺寸调节，方便检测不同直径的管道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器的实施例的结构示意图(俯视图)；
图2为本发明柔性电路上低频线圈激励和阵列传感器板的结构示意图；
图3为本发明的卡箍的俯视图；
图4为本发明金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器的电路结构连接图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，提高管道缺陷检测的精度和灵敏度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，图1为本发明金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器的实施例的结构示意图。如图1所示，所述金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器包括：弹性支撑管1、柔性电路板2和卡箍13，所述柔性电路板2粘接在弹性支撑管1外圆周上，且弹性支撑管1通过卡箍13连接柔性电路板2，所述卡箍13通过卡扣14卡紧，卡箍13采用链条式卡箍，便于弹性支撑管1的拆卸安装；柔性电路板2上设有低频线圈激励3、阵列传感器4、CPU5、信号发生器6、电源电路7、保护电路8，所述CPU5分别连接低频线圈激励3、阵列传感器4、信号发生器6、电源电路7、保护电路8，所述CPU5连接外部上位机9。
保护电路8保护电子电路中的元器件在受到过压、过流、浪涌、电磁干扰等情况下不受损坏。
低频线圈激励3呈环形分布，阵列传感器4呈矩形状排布，且阵列传感器4设置在低频线圈激励3上方；阵列传感器4采用阵列线圈组元件；阵列传感器4线圈数量设置16个。在实际工作过程中，激励线圈与检测线圈之间容性耦合产生干扰，即对涡流信号产生干扰。本发明的16个线圈构成8组差动线圈，相邻的线圈两两差分；传感器差分设置能够有效减小干扰。采用此结构，能够消除线圈之间的干扰；能够用于大面积金属表面的接近式测量，检测部件的位置、表面形貌、涂层厚度以及回转体零件的内外径等，也可以用来检测裂纹等表面缺陷。
本发明低频的范围如下：对于铁磁性材料(比如碳钢)，频率不超过30HZ；对于非铁磁性材料(比如304不锈钢)，频率不超过1000HZ。
本发明采用低频交流激励，与直流漏磁检测相比较，低频漏磁检测信号可用于损伤评价的信息更丰富，其幅值、相位和频率等信息均可用于损伤评价。
本发明中，弹性支撑管1内壁上设有硅胶圈，弹性支撑管1为中空结构，弹性支撑管1内腔设有压缩气囊10，压缩气囊10通过气管11连接外部微型气泵12；采用此结构，能够实现对弹性支撑管尺寸调节，方便检测不同直径的管道。
本发明中，CPU5采用型号为N76E003的单片机，N76E003可运行在两种低功耗模式－空闲模式和掉电模式，可通过软件选择运行在哪种模式。空闲模式时，芯片主时钟关闭，但部分功能模块仍然运行。掉电模式下芯片全部时钟关闭确保芯片功耗达到最低。在正常工作模式下，也可选择主时钟除频方式工作，确保在功耗和性能之间灵活运用。高效能、丰富的功能模块及配置，N76E003可灵活用于各种应用场合。
本发明的使用方法包括以下步骤：
A、将弹性支撑管放置在待检测管道内腔；
B、之后启动微型气泵，对压缩气囊进行充气，直至弹性电路板表面贴合管道内壁，关闭微型气泵；
C、启动电源，对线圈施加低频交流电流进行激励；由于采用交流激励的方式，线圈中产生的磁化场会产生趋肤效应，经过磁化过后产生的磁场将集中于被测试件的表层；
D、低频率的激励电流使得磁场的渗透深度增加，当传感器移动到有缺陷处，磁力线会发生畸变，从而在缺陷处溢出形成漏磁场；
E、在低频线圈激励上方的布置的阵列传感器由16个线圈组成，起检测作用；
F.通过对收到的电磁场信号进行分析，可以得到缺陷的相关信息，并反映在计算机上。
本发明由于采用低频交流激励，使得渗透深度增加，检测深度增加。在获取的信号信息中，不仅有常规的幅值信息，还有相位信息。而正是因为信号参数的增加，在一定程度上提高了检测的可靠性和精度。同时，本发明基于低频电磁检测方法，且采用阵列传感器进行检测，解决了漏磁、涡流传感器检测空间分辨率低及灵敏度不高的问题。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，其特征在于，所述金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器包括：弹性支撑管和柔性电路板；所述弹性支撑管为中空结构，所述柔性电路板粘接在所述弹性支撑管外圆周上；
所述柔性电路板上设有低频线圈激励和阵列传感器，所述阵列传感器设置在所述低频线圈激励上方；所述阵列传感器包括多个差动线圈，所述差动线圈由两个线圈组成；所述低频线圈激励呈环形。
2.根据权利要求1所述的金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，其特征在于，所述阵列传感器包括16个线圈，16个所述线圈呈矩形排布。
3.根据权利要求1所述的金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，其特征在于，所述柔性电路板上还设有CPU、信号发生器、电源电路和保护电路，所述CPU分别连接所述低频线圈激励、所述阵列传感器、所述信号发生器、所述电源电路、所述保护电路，所述CPU连接外部上位机。
4.根据权利要求1所述的金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，其特征在于，所述弹性支撑管内壁上设有硅胶圈，所述弹性支撑管为中空结构，所述弹性支撑管内腔设有压缩气囊，所述压缩气囊通过气管连接外部微型气泵。
5.根据权利要求1所述的金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，其特征在于，所述弹性支撑管通过卡箍连接所述柔性电路板；所述卡箍通过卡扣卡紧。
6.根据权利要求5所述的金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，其特征在于，所述卡箍为链条式。
7.根据权利要求1所述的金属管道缺陷检测用低频电磁柔性阵列传感器，其特征在于，所述CPU采用型号为N76E003的单片机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180508 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |