專利名稱：用于檢查由導(dǎo)電材料構(gòu)成的物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對由導(dǎo)電材料構(gòu)成的物體進(jìn)行檢查以便檢測出所存在的異常結(jié)構(gòu)的方法。在該方法中使用一種探測器，該探測器包括一個(gè)用于在物體中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈，和一個(gè)用于提供表示磁場強(qiáng)度或該磁場強(qiáng)度的變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
適合利用根據(jù)本發(fā)明的方法來檢查的物體的例子有金屬片或例如管道，導(dǎo)管或容器等容器裝置的壁，這些物體的曲率半徑大于厚度。導(dǎo)電材料可以是例如碳鋼或不銹鋼的任何導(dǎo)電材料。
一種異常結(jié)構(gòu)可能是物體厚度的局部減小，這種厚度的局部減小例如是由于腐蝕而產(chǎn)生的。
歐洲專利說明書第321112號(hào)公開了一種利用探測器確定容器壁厚度的方法，該探測器包括一個(gè)用于在物體中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈和一個(gè)用于提供表示磁場強(qiáng)度變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)。該已知方法包括在物體中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流；接收表示該渦流電流的信號(hào)，和將所接收到的信號(hào)隨時(shí)間的衰減與表示已知壁厚的參考衰減進(jìn)行比較，由此能夠推斷出容器裝置的壁部的厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種改進(jìn)的對物體實(shí)施檢查以便定位異常結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步目的就是提供一種比目前的探測方法更快且對物體的電磁特性變化較不敏感的檢查方法。本發(fā)明的進(jìn)一步目的就是檢測出比現(xiàn)有技術(shù)可能檢測出的更小的異常結(jié)構(gòu)。
為此，本發(fā)明提供的檢查導(dǎo)電物體以便檢測出所存在的異常結(jié)構(gòu)的方法使用一種探測器，該探測器包括一個(gè)用于在物體中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈，和一個(gè)用于提供表示磁場強(qiáng)度或該磁場強(qiáng)度的變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)，該接收器系統(tǒng)至少包括一個(gè)接收器，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟(a)在需要檢查的物體的鄰近該探測器的表面上選擇一組點(diǎn)；(b)從該組點(diǎn)中選擇第一檢查點(diǎn)；(c)將探測器定位在被被選擇的檢查點(diǎn)處，在物體中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流并確定特征值Φ，該特征值與接收器信號(hào)的幅度有關(guān)；(d)從該組點(diǎn)中選擇下一個(gè)檢測點(diǎn)并重復(fù)步驟(c)，直到所有的檢測點(diǎn)都輪上一遍；和(e)假如特征值Φ與標(biāo)準(zhǔn)量明顯不同時(shí)，可以推斷出在檢測點(diǎn)出現(xiàn)異常結(jié)構(gòu)。
適宜地，探測器至少包括兩個(gè)相互隔開的接收器。步驟(c)包括將探測器定位在被選擇的檢查點(diǎn)處，在物體中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流并確定特征值Φ，該特征值與電磁場的梯度有關(guān)。


下面將以例舉方式，參考附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖1顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例；圖2顯示了記錄作為探測器位置的函數(shù)的特征值的曲線圖；圖3a示意性地顯示了無異常結(jié)構(gòu)時(shí)在物體中產(chǎn)生的渦流電流；圖3b示意性地顯示了有小的異常結(jié)構(gòu)時(shí)在物體中產(chǎn)生的渦流電流；圖3c示意性地顯示了有較大的異常結(jié)構(gòu)時(shí)在物體中產(chǎn)生的渦流電流；和圖4顯示了一個(gè)曲線圖，它表明作為沿著物體的位置的函數(shù)的提升距離。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照圖1進(jìn)行說明。由導(dǎo)電材料構(gòu)成的物體用標(biāo)號(hào)2來表示，探測器用標(biāo)號(hào)4來表示。該探測器4包括一個(gè)用來發(fā)射電磁場的發(fā)射器線圈6和一個(gè)接收器8。
發(fā)射器線圈6與一個(gè)用于激勵(lì)該發(fā)射器線圈的設(shè)備(圖中未示出)相連，該接收器系統(tǒng)與一個(gè)用于記錄來自該接收器系統(tǒng)的信號(hào)的設(shè)備(圖中未示出)相連。
探測器4與鄰近表面12間的距離用L來表示，探測器4與物體2之間的空間例如充滿覆蓋該鄰近表面12的一個(gè)絕緣層(圖中未示出)。該距離L也叫提升距離(lift-off)。
物體2具有兩種異常結(jié)構(gòu)一種在鄰近探測器的表面12上，用標(biāo)號(hào)15來表示，另一種在遠(yuǎn)離探測器的表面18上，用標(biāo)號(hào)20來表示。
在正常操作過程中，探測器4沿著物體2的鄰近探測器的表面12并在距離其L處移動(dòng)，對若干點(diǎn)實(shí)施檢測。
為了實(shí)施檢測，將探測器定位在一組點(diǎn)中的第一個(gè)點(diǎn)處。通過激勵(lì)發(fā)射器線圈6在物體中感應(yīng)出渦流電流并確定由該渦流電流產(chǎn)生的電磁場的特征值Φ。然后，將探測器4定位在下一個(gè)點(diǎn)處，在物體中感應(yīng)出渦流電流并確定由該渦流電流產(chǎn)生的電磁場的特征值Φ。重復(fù)該過程直到所有的檢查點(diǎn)都輪上一遍。
然后，假如特征值Φ與正常值明顯不同，可以推斷出在檢測點(diǎn)出現(xiàn)異常結(jié)構(gòu)。
圖2顯示了特征值的曲線圖，該特征值是探測器4沿物體2的位置的函數(shù)。無異常結(jié)構(gòu)時(shí)，特征值為常量，參見線段25，26和27。可以在曲線30和31處發(fā)現(xiàn)異常結(jié)構(gòu)15和20。
為了在物體2內(nèi)感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流，發(fā)射器線圈6被激勵(lì)和突然去激勵(lì)。通過記錄接收器的信號(hào)V(t)來確定特征值并通過如下公式來確定平均幅度V‾=(1/n)Σi=1nV(t0+(i-1)Δ)]]>其中t0是起始時(shí)間，Δ為取樣間隔，n為包括在求和中的取樣的數(shù)量。
適宜地，探測器4包括第二接收器40，該接收器40與第一接收器8相互隔開。接收器40和8之間的距離是提升距離的倍數(shù)，適宜為提升距離的0.1到0.9倍。此時(shí)，為瞬時(shí)渦流電流確定特征值包括如下步驟記錄接收器隨時(shí)間變化的信號(hào)，其中Vl(t)是第一接收器8隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)，Vu(t)是第二接收器40隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)，然后通過如下公式來確定特征值Φ=Σi=1nVu(t0+(i-1)Δ)Σi=1nVl(t0+(i-1)Δ)]]>其中t0是起始時(shí)間，Δ為取樣間隔，n為包括在求和中的取樣的數(shù)量。
為了解釋為什么根據(jù)本發(fā)明的方法能夠探測小的異常結(jié)構(gòu)(或缺陷)，現(xiàn)在參考附圖3a-3c來進(jìn)行說明。圖3顯示在物體35中產(chǎn)生的渦流電流。為簡單起見，僅僅顯示一個(gè)渦流電流36。該渦流電流36在平行于物體35的鄰近探測器的表面37的平面內(nèi)流動(dòng)，其中叉表示渦流電流流進(jìn)圖中的平面而點(diǎn)表示渦流電流流出圖中的平面。特征值在試驗(yàn)中決定，渦流電流向遠(yuǎn)離探測器的表面38擴(kuò)散且不斷減小?，F(xiàn)有方法依賴渦流電流到達(dá)物體遠(yuǎn)離探測器的表面38所需的時(shí)間，而根據(jù)本發(fā)明的方法依賴特征值Φ。該特征值Φ是提升距離L和渦流電流的半徑R的函數(shù)。
圖3a顯示無異常結(jié)構(gòu)的物體35。兩種方法給出相同的結(jié)果。圖3b顯示有小的缺陷39a的物體35。探測器結(jié)構(gòu)(未示出)和提升距離都相同，并且圍繞異常結(jié)構(gòu)39a產(chǎn)生渦流電流36。該渦流電流36開始于鄰近探測器的表面37，因此依賴渦流電流到達(dá)物體遠(yuǎn)離探測器的表面38所需的時(shí)間的方法將不能檢測到異常結(jié)構(gòu)39a。然而，因?yàn)樘卣髦郸狄蕾嚢霃?，根?jù)本發(fā)明的方法確實(shí)能夠檢測到異常結(jié)構(gòu)39a。為完整起見，圖3c顯示一個(gè)相對大的異常結(jié)構(gòu)39b，依賴渦流電流到達(dá)物體遠(yuǎn)離探測器的表面38所需的時(shí)間的方法將給出一個(gè)減小的厚度，而根據(jù)本發(fā)明的方法將給出一個(gè)增加的提升距離。
為了解釋根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的結(jié)果，現(xiàn)在參考附圖4來進(jìn)行說明，該圖顯示在任意單元中的特征值Φ，該特征值是探測器沿物體的位置X的函數(shù)。曲線40顯示真實(shí)的缺陷外形，當(dāng)探測器以50mm的距離在一個(gè)平面物體的上方經(jīng)過時(shí)，這正是所期望的提升距離，其中的平面物體的標(biāo)稱厚度為15mm，并在鄰近探測器表面上具有一個(gè)2mm深的缺陷。然而，曲線41顯示作為位置的函數(shù)的特征值。該特征值可用包含兩個(gè)接收器線圈的探測器在6至40ms的之間時(shí)間內(nèi)確定。
缺陷是清楚可見的。為進(jìn)行比較，利用常規(guī)的脈沖型渦流電流技術(shù)確定物體的厚度，其中利用渦流電流擴(kuò)散到遠(yuǎn)離探測器的表面所需的時(shí)間來確定物體的厚度。虛線42是作為位置的函數(shù)的任意單元的厚度，從該圖可見缺陷未被探測出來。從圖4可以得出結(jié)論，特征值是對平面的靜止不動(dòng)的物體的提升距離的量度，然而，異常結(jié)構(gòu)引起特征值的變化，該特征值大于真正的提升距離。
對于鄰近探測器的表面上的異常結(jié)構(gòu)的檢測，利用根據(jù)本發(fā)明的方法是迅速的，因?yàn)楸唤邮盏男盘?hào)的第一毫秒包含足夠的信息來檢測鄰近探測器的表面上的異常結(jié)構(gòu)。相比較而言，現(xiàn)有方法要求渦流電流擴(kuò)散到遠(yuǎn)離探測器的表面?zhèn)?，這需要40至100毫秒。因此現(xiàn)有方法至少需要40至100毫秒才能檢測到異常結(jié)構(gòu)。
可以理解，當(dāng)將被檢測的異常結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)離探測器的表面時(shí)，本發(fā)明將失去該優(yōu)勢，因?yàn)橹挥性跍u流電流已經(jīng)擴(kuò)散到遠(yuǎn)離探測器的表面時(shí)才能檢測到這些異常結(jié)構(gòu)。這已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
在如圖1所示的探測器4的實(shí)施例中，接收器8和40在垂直方向(垂直于物體5的鄰近探測器的表面15)上其中的一個(gè)位于另一個(gè)上方。在一個(gè)可替換的實(shí)施例(未顯示出)中，接收器天線裝置在水平方向(平行于鄰近探測器的表面12)相互隔開。當(dāng)使用開口端朝向物體的一個(gè)U形鐵心時(shí)，此結(jié)構(gòu)特別有用。U形鐵心在其兩端包括一個(gè)發(fā)射器線圈和一個(gè)接收器線圈，而第二接收器線圈配置在該U形鐵心旁邊。
因?yàn)榻^緣層下的腐蝕發(fā)生鄰近探測器的表面，所以本發(fā)明非常適用于檢測絕緣層下的腐蝕。使用信號(hào)的第一毫秒不僅可以濾出遠(yuǎn)離探測器的表面的影響，而且使得該方法非?？?。利用常規(guī)的渦流電流方法一小時(shí)能夠探測20米，然而，根據(jù)本發(fā)明的方法允許探測速率超過100米/小時(shí)。
與常規(guī)方法比較，根據(jù)本發(fā)明的方法還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)的渦流電流方法依賴于測量渦流電流到達(dá)遠(yuǎn)離探測器的表面所需的時(shí)間。壁的厚度是渦流電流通過材料的速率與該時(shí)間的乘積。該速率依賴于材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。這些特性依賴于樣品的溫度，以及對于例如碳鋼的鐵磁材料這些特性依賴于材料的微觀結(jié)構(gòu)。碳鋼材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率通常從某一位置到下一位置有顯著變化。結(jié)果，碳鋼樣品中渦流電流通過材料的速率從某一位置到下一位置有顯著變化。這就導(dǎo)致了上面提到的時(shí)間的變化，因此常規(guī)的脈沖型渦流電流方法不能區(qū)分由于壁厚的改變而引起的變化。這一現(xiàn)象限制了常規(guī)方法應(yīng)用于碳鋼物體的可靠性。渦流電流通過材料的速率的變化與根據(jù)本發(fā)明的方法無關(guān)。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法比常規(guī)方法更適合應(yīng)用于碳鋼樣品。
絕緣層下的腐蝕發(fā)生在涂有絕緣材料的管道。絕緣材料通常用一個(gè)金屬包層來防雨。該金屬包層被稱為“護(hù)套”。該護(hù)套通常由鋁或鋼制成且大約厚0.7mm。護(hù)套以分段的形式進(jìn)行應(yīng)用，每段的典型長度為1m。通過將兩個(gè)護(hù)套段部分地交迭來阻止水的進(jìn)入。在利用渦流電流技術(shù)進(jìn)行的檢測中，護(hù)套不需要去除。在一級(jí)近似的程度上，護(hù)套的影響為對接收信號(hào)的一個(gè)Δt的延遲如果沒有護(hù)套時(shí)信號(hào)為s(t)，那么在有護(hù)套時(shí)信號(hào)大約為s(t-Δt)。沿著護(hù)套段Δt的大小變化如下相對于護(hù)套段的中間，靠近護(hù)套段交迭處的Δt更大。延遲Δt的變化對常規(guī)的脈沖型渦流電流方法影響如下Δt的變化表現(xiàn)為被測量的鋼的厚度的虛假的變化。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用兩個(gè)接收器時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法對金屬護(hù)套的出現(xiàn)更不靈敏。一個(gè)原因是在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，特征值Φ幾乎不依賴于時(shí)間tΦ(t)≈Φ(t-Δt)，其中Φ(τ)=Σi=1nVu(τ+(i-1)Δ)Σi=1nVl(τ+(i-1)Δ)]]>在后一個(gè)等式中τ＝t或τ＝t-Δt。
在本說明書和各權(quán)利要求中所使用的術(shù)語“標(biāo)準(zhǔn)量”一詞，指的是在無異常結(jié)構(gòu)時(shí)特征值的預(yù)期大小。
在本說明書和各權(quán)利要求中，一個(gè)顯著差異指是一個(gè)統(tǒng)計(jì)性的顯著差異，例如超過標(biāo)準(zhǔn)偏差。
參照附圖討論的接收器是線圈，且來自接收器的信號(hào)代表磁場強(qiáng)度隨時(shí)間的變化?？商娲兀邮掌骺梢允腔魻栃?yīng)變換器。當(dāng)接收器是霍爾效應(yīng)變換器，或?qū)碜跃€圈的信號(hào)積分時(shí)，該信號(hào)表示磁場強(qiáng)度。
如果接收器是線圈，則線圈的直徑適宜為提升距離的倍數(shù)，更為適宜是提升距離的0.1到0.9倍。
接收器8和40在垂直方向(垂直于物體2的鄰近探測器的表面12)上其中的一個(gè)位于另一個(gè)上方。在一個(gè)可替換的實(shí)施例(未顯示出)中，接收器天線裝置在水平方向(平行于鄰近探測器的表面12)相互隔開。當(dāng)使用開口端朝向物體的U形鐵心時(shí)，此結(jié)構(gòu)特別有用。該U形鐵心在其兩端包括一個(gè)發(fā)射器線圈和一個(gè)接收器線圈，而第二接收器線圈配置在該U形鐵心旁邊。
權(quán)利要求
1.一種使用探測器對導(dǎo)電體實(shí)施檢查以便檢測所存在的異常結(jié)構(gòu)的方法，該探測器包括一個(gè)用于在物體中感應(yīng)出渦流電流的發(fā)射器線圈，和一個(gè)用于提供表示磁場強(qiáng)度或該磁場強(qiáng)度的變化的信號(hào)的接收器系統(tǒng)，該接收器系統(tǒng)至少包括一個(gè)接收器，該方法包括以下步驟(a)在需要檢查的物體的鄰近該探測器的表面上選擇一組點(diǎn)；(b)從該組點(diǎn)中選擇第一檢測點(diǎn)；(c)將探測器定位在被選擇的檢查點(diǎn)處，在物體中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流并確定特征值Φ，該特征值與接收器信號(hào)的幅度有關(guān)；(d)從該組點(diǎn)中選擇下一個(gè)檢查點(diǎn)并重復(fù)步驟(c)直到所有的檢測點(diǎn)都輪上一遍；和(e)如果特征值Φ與標(biāo)準(zhǔn)量明顯不同，推斷出在檢查點(diǎn)出現(xiàn)異常結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中接收器系統(tǒng)包括單個(gè)接收器，其中特征值的確定包括記錄接收器的信號(hào)V(t)和通過如下公式來確定平均幅度V‾=(1/n)Σi=1nV(t0+(i-1)Δ)]]>其中t0是起始時(shí)間，Δ為取樣間隔，n為包括在求和中的取樣的數(shù)量。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中探測器至少包括兩個(gè)相互隔開的接收器，且其中的步驟(c)包括將探測器定位在被選擇的檢查點(diǎn)處，然后在物體中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流并確定特征值Φ，該特征值與電磁場的梯度有關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在物體中感應(yīng)出渦流電流包括在物體中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流電流，并且其中對特征值的確定包括如下步驟記錄接收器隨時(shí)間變化的信號(hào)，其中Vu(t)是第一接收器隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)，Vl(t)是第二接收器隨時(shí)間(t)變化的信號(hào)，然后通過如下公式來確定特征值Φ=Σi=1nVu(t0+(i-1)Δ)Σi=1nVl(t0+(i-1)Δ)]]>其中t0是起始時(shí)間，Δ為取樣間隔，n為包括在求和中的取樣的數(shù)量。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中接收器系統(tǒng)包括一接收器線圈，且其中所述信號(hào)表示渦流電流的變化，其中的V是接收器線圈終端的電壓。
6.如權(quán)利要求3或4中所述的方法，其中接收器系統(tǒng)包括一個(gè)第一接收器線圈和一個(gè)與該第一接收器線圈相互隔開第二接收器線圈，且其中該信號(hào)表示渦流電流的變化，其中的V1和V2分別是第一接收器線圈終端的電壓和第二接收器線圈終端的電壓。
全文摘要
一種使用探測器(4)對導(dǎo)電體(2)實(shí)施檢查以便檢測出所存在的異常結(jié)構(gòu)(15，20)的方法，該探測器(4)包括一個(gè)發(fā)射器線圈(6)和接收器線圈(8)，根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟(a)在需要檢查的物體(2)的鄰近探測器的表面(12)上選擇一組點(diǎn)；(b)從該組點(diǎn)中選擇第一檢查點(diǎn)；(c)將探測器定位在被選擇的檢查點(diǎn)處，在物體中感應(yīng)出渦流電流并確定由該渦流電流產(chǎn)生的電磁場的特征值Φ；(d)從該組點(diǎn)中選擇下一個(gè)檢查點(diǎn)并重復(fù)步驟(c)直到所有的檢查點(diǎn)都輪上一遍；和(e)如果特征值Φ與標(biāo)準(zhǔn)量明顯不同，推斷在檢測點(diǎn)出現(xiàn)異常結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G01N27/90GK1447918SQ01814485
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月24日
發(fā)明者保陸斯·卡洛陸斯·尼克拉斯·科勞森, 馬克·西奧多爾·陸易杰爾, 約翰·范·德·斯蒂恩 申請人:國際殼牌研究有限公司