CN203587042U - 管道内电涡流非接触多通道通径检测器 - Google Patents

Abstract

一种管道内电涡流非接触多通道通径检测器，它包括有均为管状的前置器仓、计算机仓和电池仓，其技术要点是：所述前置器仓、计算机仓和电池仓依次设置，相邻仓体之间通过联轴器连接，在各仓的外侧沿圆周方向均匀分布有支撑轮；在前置器仓的轴向前端设置动力皮碗、后端设置电涡流检测环，该电涡流检测环内至少设置有3个通道的电涡流传感器；在计算机仓内设单片机数据处理单元，还附带一个数据存储器及USB插口；电涡流检测信号通过电涡流检测电路获得；在电池仓内设置锂电池和***，电池仓的后端设置有里程轮。本实用新型适合于所有管道；最大限度解决在大变径管道中通径时易卡堵的问题；每次使用时不需要校准。

Description

管道内电涡流非接触多通道通径检测器

技术领域

本实用新型属于管道检测技术领域，具体地说是一种主要用于长距离管道的管道内电涡流非接触多通道通径检测器。在线检测金属管道由于运输或施工过程中形成的压扁变形、管道的内径变化、弯头转弯半径及方向、及管路附属设备（包括阀门、三通、法兰、旁通、焊缝、变径短节）。同时，该设备自带的定位***能准确锁定上述管道特征的位置，为管道基本情况提供较完善的档案资料。

背景技术

管道输送能力代表着一个国家的工业发展水平，国内管道铺设现在以1-2万公里/年的速度在发展，到2015年，我国油气管道总长度将达到14万公里。

油气管道作为石油和天然气的传输设施，其安全性能至关重要。油气管道大多埋于地下，由于地震、施工等原因，常使管道发生不同程度的变形。当管段变形或可能发生变形的情况不十分明确时，为确保安全只能考虑长距离更换管子的措施。如对管道进行变形检测，取得完整可靠的管道变形资料，得到其变形位置及变形量等参数，为准确评估管道的安全性能提供依据，采取局部换管等相应的措施，就可以大幅度降低成本。另外，在对油气管道进行缺陷（腐蚀、裂纹、夹层、焊接气孔等）检测前，也需要先对管道进行变形检测，以确保缺陷检测器能够顺利通过管道内径。所以，开发应用于油气管道变形检测的相关设备是非常必要的，此类设备通称为“通径检测器”。它主要应用于管道内径、路由等测绘工作，为管道完整性评价及制定施工措施提供依据。  

目前，国内外实现管道内通径的检测器，均采用接触式探头，根据探头的形状又分为轮式、杆式、探针式等。接触式的工作原理有两种，一种是利用角位移传感器测量管道内径的变化（轮式），而另一种则是利用压力传感器结合片弹簧测量管道内径的变化（杆式、探针式）。

接触式通径检测器从工作原理出发，有着无法解决的技术瓶颈：由于探头部分与管内壁直接接触，容易划伤管道或者管道内涂层；由于探头部分与管内壁直接接触，磨损探头接触面，造成精度下降；接触式探头均采用悬臂装置，结构复杂，不适宜DN300以下的小口径管道；接触式探头检测器通过性能差，碰到变径较大的管道容易堵塞；接触式探头检测器每次使用前，需要对探头从新校准，以保证各个探头的一致性；接触式探头检测器由于采用悬臂装置，精度底，抗干扰能力差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种主要用于长距离管道检测的管道内电涡流非接触多通道通径检测器。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括有均为管状的前置器仓、计算机仓和电池仓，其特征是：所述前置器仓、计算机仓和电池仓依次设置，相邻仓体之间通过联轴器连接，在前置器仓、计算机仓和电池仓的外侧沿圆周方向均匀分布有支撑轮；在前置器仓的轴向前端设置动力皮碗、后端设置电涡流检测环，该电涡流检测环内至少设置有三个通道的电涡流传感器；在计算机仓内设单片机数据处理单元，还附带一个数据存储器及USB插口；电涡流检测信号通过电涡流检测电路获得，电涡流检测电路包括有激励信号源电路、功率放大电路以及检测输出信号电路；在电池仓内设置锂电池和***，电池仓的后端设置有里程轮。

为了对管壁360度全覆盖，检测不留死角，则在电涡流检测环内设置于六个通道的电涡流传感器。

为了最大限度消除打滑等造成的读取误差，则里程轮有三个且周向布置。

在碰到超过25%变形的管路情况下，阻止检测器继续向前运动，以免碰撞电涡流检测环，则在计算机仓的轴向两端设置有支撑皮碗。

本实用新型的优点及有益效果如下：

一、本实用新型采用非接触探头技术，探头直接浇注在检测环上，不采用悬臂装置，结构紧凑，适合于所有管道；探头与管道内壁距离达到管道半径的25%，最大限度解决在大变径管道中通径时易卡堵的问题；非接触探头不受外力作用，每次使用时不需要校准；非接触探头非机械结构，精度高，抗干扰能力强，能识别0.1mm以上的径向变化。非接触探头技术从工作原理上，完全消除了接触探头在管道通径检测领域所碰到的不可解决的问题。

二、非接触探头技术能够实现的重要原因在于多通道电涡流技术在管道通径检测上的创新性应用。用电涡流传感器由于被测体与线圈之间的位移变化，导致线圈产生的磁信号通过阻抗变化转成的电信号，通过分析电信号的变化，对管道内几何尺寸、管路附件进行检测。该电涡流传感器须特殊缠制，探头直径与检测距离比能达到1：0.8；被测区域圆直径与探头直径比在最大有效距离能达到：1.2：1；能识别0.1mm以上的提离距离变化。该特殊缠制的电涡流传感器在DN150管道上能实现检测量程0—30mm，单个检测环至少三个通道均布，各通道信号互不干扰，对管壁360度全覆盖，不留未检测区域或信号重叠区域。

附图说明

图1是本实用新型的的结构示意简图；

图2是图1中A-A向电涡流检测环剖面图；

图3是电涡流检测电路的电路方框原理图；

图4是激励信号源电路；

图5是图4中直接频率合成器AD9850的电路原理图；

图6是功率放大电路；

图7是检测输出信号电路。

下面将结合附图并通过实例对本实用新型作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本实用新型其中的例子而已，并不代表本实用新型所限定的权利保护范围，本实用新型的权利保护范围以权利要求为准。

具体实施方式

根据图1至图2对本实用新型进行详细描述。本实用新型包括有均为管状的前置器仓2、计算机仓4和电池仓8，前置器仓2、计算机仓4和电池仓8依次设置，相邻仓体之间通过联轴器7连接，在前置器仓2、计算机仓4和电池仓8的外侧沿圆周方向均匀分布有支撑轮5；在前置器仓2的轴向前端设置动力皮碗1、后端设置电涡流检测环3，该电涡流检测环内设置有六个通道的电涡流传感器10；在计算机仓内设单片机数据处理单元，还附带一个数据存储器及USB插口；电涡流检测信号通过电涡流检测电路获得，电涡流检测电路包括有激励信号源电路、功率放大电路以及检测输出信号电路；在电池仓内设置锂电池和***，电池仓的后端设置有三个里程轮9。

各主要部件的功能作用如下：

动力皮碗1为检测器的动力源提供装置，保证管道内输送的介质在其前后形成压差，沿介质流动方向向前运动。

支撑轮5消除检测器的自重影响，保证其中轴线与管道中轴线尽量重合，以免引起偏心造成的测量误差。

前置器仓2放置多通道电涡流传感器的电路处理元件---前置器，该器件给电涡流传感器供电，并接收传感器中的线圈发生磁场变化产生的磁信号通过阻抗变化转成的电信号，从而输出检测数据。

电涡流检测环3固定六个通道的电涡流传感器10，六通道信号互不干扰，检测环材质为聚砜棒，恶劣条件下（温度、压力）物理性能稳定，切削性能佳，保护多通道电涡流传感器的一致性。检测环直径为管道内径的75%。

计算机仓4内是一个基于PIC32单片机的数据处理单元，处理6个通道的电涡流信号、3个通道的里程轮信号及一个***信号，附带一个大容量数据存储器，另备一个插口以便用外接电脑读取数据。

支撑皮碗6用于保护电涡流检测环3，在碰到超过25%变形的管路情况下，阻止检测器继续向前运动，以免碰撞电涡流检测环3。

联轴器7保证前后两节不发生相互周向旋转，但支持轴向90度弯曲。且进行密封设计，保证在联结处液体不进入前置器仓2、计算机仓4和电池仓8。

电池仓8放置锂电池及***。锂电池给前置器仓3、计算机仓3、***、里程轮上的传感器供电。***发射低频信号，与地面接收仪器共同锁定检测器在地下运动的位置。

里程轮9周向布置三个里程轮，最大限度消除打滑等造成的读取误差。每个里程轮上布置一定数量的磁钢。每个里程轮设计一个霍尔开关传感器。每个霍尔开关传感器为一通道里程轮信号，共计三路开关量输入。通过对三个里程轮转数的正态分布均值演变，寻找期望值及误差范围。

工作时，检测器以动力皮碗1为前部、里程轮9为后部放入管道内后，以管道内输送的介质在其前后形成的压差为动力源，沿介质流动方向向前运动，同时检测管壁径向状况。

检测过程如图3所示，激励信号源输出激励信号，通过功率放大器进行放大，给检测线圈激励信号，由于磁场变化引起的激励线圈的磁场变化，检测线圈感应输出信号，由输出信号检测电路拾取输出信号其输出信号，从而输出检测数据。

如图4所示，片外石英晶体及电容C1、C2构成并联震荡电路为单片机89C52提供工作频率。89C52的I/O口P1.0-P1.7与直接频率合成器AD9850的D0-D7相连接，串行传入40bit的数据。89C52的管脚10与AD9850的FQ_UD管脚相连，管脚11与WLKC和CLKIN相连接，构成AD9850精密时钟源。

如图5所示，直接频率合成器AD9850产生正弦波输出，其频率/相位控制字由40bit串行流数据在同一个管脚进行连续的输入控制。R1为上拉电阻，保证单片机实施电平复位；R2，R3，R4为分压电阻，把输出的电流信号转变为电压信号；C3、C4、C5为滤波电容，避免电源所产生的干扰；R5，R6，L1，L2，C6，C7，C8，C9，C10共同组成低通滤波器，滤除高次谐波，使输出频率不受外界和一些杂波的干扰。在R6上产生的激励信号给功率放大器（见图6的输入）。

如图6所示，用运算放大器OPA548组成功率放大电路，由激励信号源产生的正弦波信号从输入端输入至功率放大器，同时提供一个精准的、可选择的电流限制功能，对电流的输出进行调节，通过控制ILIM 管脚的输入电流控制电流输出调节范围是0~5A。R7，R8的用于设定功率放大电路的放大倍数。C11，C12，C13，C15为滤波电容，避免电源信号造成的干扰；C14连接正负电源，为去耦电容，同时起到滤波作用，避免电源间的高频干扰信号；经过功率放大电路的信号输出至检测线圈（见图7的输入）。

如图7所示，电阻R9、R10是桥式电路的平衡电阻，与两个检测线圈形成桥式电路，满足对桥相乘之积相等的平衡条件，即R9L4=R10L3。R11为调节平衡电阻，保证电桥的平衡状态。当功率放大信号输入桥式电路后，经过放大器AD620进行放大。R12，R13为AD620提供一个偏置电流使其工作在线性放大区；C16为滤波电容，避免电源信号产生的干扰。电阻R14对其增益进行设置。AD620的6脚输出的电压信号为检测数据。

上述检测数据输入到计算机仓内的单片机数据处理单元进行处理和存储，单片机数据处理单元还处理里程轮的信号和***的定位信号，当检测完毕需要外接电脑读取数据时，通过USB接口联接。

本实用新型的主要技术指标：

检测方式：     电涡流测距法

探测能力：     1mm以上的径向变形

理想运行速度： 0.5-2m/s

承受压力范围： 0-20Mpa

工作温度：     0-60℃

识别特征：     阀门、三通、法兰、旁通、焊缝、变径短节

定位精度：     轴向: ±1%最近参考点；周向：±30°

可信度：       90%

显示方式：     三维轮廓表征体现

综上所述，实现了本实用新型的是发明目的。

Claims (4)

1.一种管道内电涡流非接触多通道通径检测器，它包括有均为管状的前置器仓、计算机仓和电池仓，其特征是：所述前置器仓、计算机仓和电池仓依次设置，相邻仓体之间通过联轴器连接，在前置器仓、计算机仓和电池仓的外侧沿圆周方向均匀分布有支撑轮；在前置器仓的轴向前端设置动力皮碗、后端设置电涡流检测环，该电涡流检测环内至少设置有三个通道的电涡流传感器；在计算机仓内设单片机数据处理单元，还附带一个数据存储器及USB插口；电涡流检测信号通过电涡流检测电路获得，电涡流检测电路包括有激励信号源电路、功率放大电路以及检测输出信号电路；在电池仓内设置锂电池和***，电池仓的后端设置有里程轮。

2.根据权利要求1所述的管道内电涡流非接触多通道通径检测器，其特征是：所述电涡流检测环内设置有六个通道的电涡流传感器。

3.根据权利要求1所述的管道内电涡流非接触多通道通径检测器，其特征是：所述里程轮有三个且周向布置。

4.根据权利要求1所述的管道内电涡流非接触多通道通径检测器，其特征是：在计算机仓的轴向两端设置有支撑皮碗。

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