CN108663432B - 管道微小缺陷的检测装置、及缺陷中心、直径的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道微小缺陷的检测装置、及缺陷中心、直径的检测方法，管道内检测器上安装了霍尔元件和磁铁，每个霍尔元件均配置三个引脚槽分别放置自带的三个管脚；管道内检测器内壁上的圆孔用来放置磁铁，霍尔元件垂直***三个引脚槽中，引脚槽中的霍尔元件与圆孔中的磁铁平行安装，霍尔元件与磁铁之间的距离应大于2mm；磁铁会使管壁磁化，当管道内检测器经过管道微小缺陷时，由于管道微小缺陷的相对磁导率大，管道微小缺陷附近的磁力线出现弯曲变化，霍尔元件接受感应到的磁场信号即称为磁场特征信号；通过对磁场特征信号的识别来甄别管道缺陷情况，定位管道缺陷的位置，进行管道维修。同时本发明还对管道微小缺陷中心、直径进行检测，提高了对管道微小缺陷检测的精度。

Description

管道微小缺陷的检测装置、及缺陷中心、直径的检测方法

技术领域

本发明涉及管道内检测领域，尤其涉及一种管道微小缺陷(盲孔或通孔)的检测装置、 及微小缺陷中心、直径的检测方法。

背景技术

管道运输是一种特殊的油气资源的运输方式。随着经济社会对油气资源需求的不断增 长，管道运输业已经成为一个庞大的工业体系，在世界各国的发展中都占有重要的战略和 经济地位。随着管道运输体系的不断完善，管道线路的长度不断增加，安全问题也愈发地 受到重视，同时如何检测管道内状况从而确保运输***稳定运行成为业界关注的重点。长 期埋于地下的管道，由于腐蚀作用，会在管壁上形成通孔和盲孔两种口径极小缺陷。若不 进行及时补修，可能会给国家带来巨大的经济损失，还可能造成原油泄露、管道破裂等问 题，对生态环境和人民安全造成危害。

目前，我国的油气输送管道主要特征为管道内运行工况复杂、跨地域广、管道监管难 度大，传统模式下的基于负压波内检测器已无法达到检测要求。因此，我国迫切需要一种 新型高效的管道微小缺陷管道内检测技术来弥补现在检测手段的不足，从而维护国家油气 资源安全和人民人身安全。

管道内检测技术是确保管道安全运营的核心技术之一，可以在不影响管道正常运行的 状态下，检测出管道存在的缺陷，为管道事故的预防以及管道的合理维护提供科学依据。 目前常见的管道内检测技术包括：漏磁检测技术、超声波检测技术、以及金属磁记忆检测 法。

漏磁检测(Magnetic Flux Leakage Testing，MFT)是现阶段运用最为广泛的内检测方 法。其工作原理是通过检测器携带的强磁铁或者磁化线圈产生强磁场，使管壁磁化至基本 饱和，在管壁在整个轴向产生一个轴向的磁场。当管壁完好时，磁场呈均匀分布，当管壁 有裂痕、焊缝等缺陷的时候，磁导率会发生骤变，磁场就会相应发生变化，在缺陷处磁通泄漏形成漏磁场。通过检测磁场、分析数据、以及定位缺陷等操作，即可完成整个管道的 检测流程。该检测方法具有技术简单，成本低，应用环境要求低等优点，但探头容易受到 壁的影响，产生虚假信号，导致数据的精度不够；需要搭载较大体积的磁化装置，在实际 操作时容易出现卡堵的现象。

超声检测(Ultrasonic Testing)：超声波是一种频率大于20kHz，以波动形式在弹性介 质中传播的机械波。超声检测运用了超声波在同一均匀介质中沿直线传播的特性，探头发 射的超声波在管壁内外表面反射，反射回的超声波被探头接收，通过计算两路回波信号的 时间差，计算出管壁的厚度；通过不同反射角度的超声波，计算出缺陷的形状、大小等参 数。在超声检测中主要可以检测裂纹、分层和焊接导致的夹渣、气孔等。超声波检测具有灵敏度高、速度快、对人体无害的优点，它能够提供定量、精确的数据。缺点是***设计 比较复杂，费用较高，且这种逐点扫描检测的特性使得该方法难以适用长距离、大范围的 油气管道的在线检测，传感器元件在运行管道环境中易损坏，并且超声波检测作为一种接 触式测量，对于管道内检测也具有相当的局限性。

金属磁记忆检测法的工作原理是在铁磁性物体的受应力集中区域或者缺陷区域磁致 伸缩系数改变，产生天然漏磁场，出现法向分量出现过零点、切向分量出现峰值的特征向 量。对此特征向量进行检测提取，即可达到检测目的。但此种检测方法对微小缺陷的检测 灵敏度低。

发明内容

本发明提供了一种管道微小缺陷(通孔或盲孔)的检测装置、及缺陷中心、直径的检 测方法，本发明利用霍尔元件和磁铁设计了一种管道内检测器的结构，提高了检测精度， 详见下文描述：

一种管道微小缺陷的检测装置，所述检测装置包括：管道内检测器，

所述管道内检测器上安装了霍尔元件和磁铁，每个霍尔元件均配置三个引脚槽分别放 置自带的三个管脚；

管道内检测器内壁上的圆孔用来放置磁铁，霍尔元件垂直***三个引脚槽中，引脚槽 中的霍尔元件与圆孔中的磁铁平行安装，霍尔元件与磁铁之间的距离应大于2mm；

管道内检测器在管道内部运动，磁铁会使管壁磁化，当管道内检测器经过管道微小缺 陷时，由于管道微小缺陷的相对磁导率大，管道微小缺陷附近的磁力线出现弯曲变化，霍 尔元件接受感应到的磁场信号即称为磁场特征信号；

通过对磁场特征信号的识别来甄别管道缺陷情况，定位管道缺陷的位置，进行管道维 修，提高维修效率。

进一步地，所述磁场特征信号的幅值发生明显变化的位置即为管道微小缺陷所在位置 的正下方，特征信号的峰值点或谷值点对应缺陷中心。

优选地，2个霍尔元件之间的环向距离为10-20mm，所述管道内检测器的半径等于管 道内径。

所述磁铁优选为圆柱形磁铁。

具体实现时，所述检测装置还包括：电池，

所述电池给电源管理模块供电，通过电源管理模块实现对霍尔元件、单片机的供电；

当管道内检测器的本体在管道内平稳运动时，在磁铁的作用下，霍尔元件对磁场信号 进行测量，并感应到管道微小缺陷的磁场特征信号，然后将磁场特征信号通过模数转换器 传输给单片机；

单片机将从模数转换器接收到的磁场特征信号传输给存储器；

采集完，取出存储器，将霍尔元件测量的数据读入外接的计算机，计算机通过分析数 据可以定位管道微小缺陷。

一种管道微小缺陷的中心、及直径的检测方法，所述检测方法包括：

对磁场特征信号曲线进行分析，将有明显凹陷的地方称之为波谷；

在磁场特征信号曲线中识别波谷C，波谷C对应的幅值为H，再找到对应幅值分别为h1和h2的两点A和B，其中

记录下A和B分别所对应的时刻t₁和t₂以及波 谷C对应的时刻t₃，将检测器在管道内移动的速度记为v，则有：

管道微小缺陷中心所在位置＝v*t₃；

管道微小缺陷直径＝k*(t₂-t₁)*v；其中，k需要提前标定。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明实现了对管道微小缺陷(通孔和盲孔)的检测，且该检测装置相比漏磁检测的装置更加轻便、成本低，大幅度缩短检测周期；

2、本发明可以及时地检测到处于静默状态的管道微小缺陷，清晰地采集到管道微小 缺陷的特征信号，实现了检测的实时性；

3、本发明还对管道微小缺陷的中心、直径进行检测，进一步提高了对管道微小缺陷 检测的精度，满足了实际应用中的多种需要。

附图说明

图1为管道内检测器的主视图；

图2为SS495A1霍尔元件实物图；

图3为图1的B-B剖面图；

图4为管道微小缺陷的检测试验装置的结构示意图；

图5为管道微小缺陷的检测装置的结构示意图；

图6为管道内检测器对直径9mm通孔的测量结果示意图；

图7为管道内检测器对直径3mm盲孔的测量结果示意图。

附图中，各部件的列表如下：

1：管道内检测器； 2：霍尔元件；

3：引脚槽； 4：检测体中心孔；

5：圆柱形磁铁； 6：电池；

7：电源管理模块； 8：模数转换器；

9：单片机； 10：存储器；

11：管道； 12：管道微小缺陷(通孔或盲孔)；

13：流体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详 细描述。

实施例1

一种管道微小缺陷的检测装置，参见图1-图5，该检测装置包括：管道内检测器1，管道内检测器1上安装了霍尔元件2和磁铁5(本发明实施例以圆柱形磁铁5为例进行说 明，具体实现时，本发明实施例对此不做限制)，本检测装置中所使用的霍尔元件2的型 号为SS495A1，它带有三个管脚，其实物图如图2所示。

管道内检测器1的主视图及剖面图如图1和图3所示：为了避免短路，每个霍尔元件2均配置三个引脚槽3分别放置上述的三个管脚。

如图3所示，管道内检测器1内壁上的圆孔用来放置圆柱形磁铁5，霍尔元件2按照图2所示箭头方向垂直***三个引脚槽3中，即引脚槽3中的霍尔元件2与圆孔中的圆柱 形磁铁5平行安装，霍尔元件2与圆柱形磁铁5之间的距离应大于2mm。

本发明实施例设计的管道微小缺陷的检测装置的核心是让管道内检测器1在管道内部 运动，安装在管道内检测器1上的微小磁铁5会使管壁磁化，当管道内检测器1经过管道 微小缺陷12时，由于管道微小缺陷12的相对磁导率大，所以管道微小缺陷12附近的磁力线出现弯曲变化，霍尔元件2接受感应到的磁场信号即称为特征信号。

实施例2

下面结合具体的数值对实施例1中的方案进行原理性说明，详见下文描述：

钢管试验的实验装置示意图如图4所示：管道内检测器1需要在管道流体13推动下前进，器壁与管壁贴合。

所述管道内检测器1中，霍尔元件2之间的环向距离为10-20mm，管道内检测器1的半径等于管道内径。

该检测装置的***框图如图5所示：电池6给电源管理模块7供电，通过电源管理模块7实现对霍尔元件2、单片机9的供电；

当管道内检测器1的本体在管道11内平稳运动时，在磁铁5的作用下，霍尔元件2对磁场信号进行测量，并清晰地感应到管道微小缺陷12的磁场特征信号，然后将磁场信 号通过模数转换器8传输给单片机9；

单片机9将从模数转换器8接收到的磁信号传输给存储器10；

采集完，取出存储器10，将霍尔元件2测量的数据读入外接的计算机，计算机通过分 析数据可以定位管道微小缺陷。

图6为检测装置的俯视图，数字为对霍尔元件的编号。如图7所示，霍尔元件22与霍尔元件23的磁场特征信号曲线中，磁场特征信号的幅值发生明显变化的位置即为管道微小缺陷所在位置的正下方，特征信号的峰值点或谷值点对应缺陷中心。因此本发明实施例可以探究管道微小缺陷12附近的磁场特征信号，通过对磁场特征信号的识别来甄别管道缺陷情况，从而快速定位管道缺陷的位置，进行管道维修，提高维修效率。

具体实现时，凡是磁场特征信号的幅值发生明显变化，即信号存在凹陷、又或是信号 存在凸起等，均可以用作探究管道微小缺陷12附近的磁场特征信号。

实施例3

一种管道微小缺陷的中心、及直径的检测方法，参见图6和图7，该检测方法包括：

首先对图6和图7所得的磁场特征信号曲线进行分析，对磁场特征信号曲线进行分析， 将有明显凹陷的地方称之为波谷；

在磁场特征信号曲线中识别波谷C，波谷C对应的幅值为H；再找到对应幅值分别为h1和h2的两点A和B，其中

记录下A和B分别所对应的时刻t₁和t₂以及波 谷C对应的时刻t₃，将检测器在管道内移动的速度记为v，则有：

管道微小缺陷中心所在位置＝v*t₃；

管道微小缺陷直径＝k*(t₂-t₁)*v；其中，k需要提前标定，即根据预先加工出的已知直 径的缺陷，求取出k值，再通过k值来计算管道微小缺陷直径。

综上所述，本发明实施例实现了对盗油孔的中心、及直径的检测，进一步地提高了对 盗油孔检测的精度。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要 能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号 仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管道微小缺陷的检测装置，所述检测装置包括：管道内检测器，其特征在于，

磁铁从内检测器内壁的圆柱孔放入并触底，霍尔传感器从内检测器外壁附近的矩形孔***；磁铁和霍尔传感器基本对中并互相平行，霍尔传感器在磁铁和管壁之间，多个霍尔传感器和磁铁沿着环向布置一圈；

所述管道内检测器的内壁上安装了霍尔元件和磁铁，每个霍尔元件均配置三个引脚槽分别放置自带的三个管脚；

管道内检测器内壁上的圆孔用来放置磁铁，霍尔元件垂直***三个引脚槽中，引脚槽中的霍尔元件与圆孔中的磁铁平行安装，霍尔元件与磁铁之间的距离应大于2mm；

管道内检测器在管道内部运动，磁铁会使管壁磁化，当管道内检测器经过管道微小缺陷时，由于管道微小缺陷的相对磁导率大，管道微小缺陷附近的磁力线出现弯曲变化，霍尔元件接受感应到的磁场信号即称为磁场特征信号；

通过对磁场特征信号的识别来甄别管道缺陷情况，定位管道缺陷的位置，进行管道维修，提高维修效率；

所述磁场特征信号的幅值发生明显变化的位置即为管道微小缺陷所在位置的正下方，特征信号的峰值点或谷值点对应缺陷中心。

2.根据权利要求1所述的一种管道微小缺陷的检测装置，其特征在于，

2个霍尔元件之间的环向距离为10-20mm，所述管道内检测器的半径等于管道内径。

3.根据权利要求1所述的一种管道微小缺陷的检测装置，其特征在于，

所述磁铁优选为圆柱形磁铁。

4.根据权利要求1所述的一种管道微小缺陷的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：电池，

所述电池给电源管理模块供电，通过电源管理模块实现对霍尔元件、单片机的供电；

当管道内检测器的本体在管道内平稳运动时，在磁铁的作用下，霍尔元件对磁场信号进行测量，并感应到管道微小缺陷的磁场特征信号，然后将磁场特征信号通过模数转换器传输给单片机；

单片机将从模数转换器接收到的磁场特征信号传输给存储器；

采集完，取出存储器，将霍尔元件测量的数据读入外接的计算机，计算机通过分析数据可以定位管道微小缺陷。

5.一种用于权利要求1所述的管道微小缺陷的检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

对磁场特征信号曲线进行分析，将有明显凹陷的地方称之为波谷，

在磁场特征信号曲线中识别出波谷C点，波谷C对应的幅值为H，再找到对应幅值分别为 h1和h2的两点A和B，其中h1=h2=

*H，记录下A和B分别所对应的时刻

和

以及波谷C对应的 时刻

，将检测器在管道内移动的速度记为v，则有：

管道微小缺陷中心所在位置= v*

；

管道微小缺陷直径=k*(

-

)*v；其中，k需要提前标定。

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