專利名稱：用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超聲波無損檢測技術領域，特別涉及一種用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器及其檢測方法。
背景技術：
隨著石化行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器使用數(shù)量急劇增加，換熱管數(shù)量呈幾何倍數(shù)增長。由于換熱管長期工作在腐蝕和應力交互作用下，很容易產生失效，影響設備的安全運營以及產品質量，因此有必要對換熱管進行檢測。目前，對于在役換熱管的檢測方法主要有遠場渦流檢測、局部磁飽和渦流檢測、內旋轉超聲相控陣檢測以及漏磁檢測方法。上述檢測方法檢測過程中，均要求傳感器必須穿過換熱管被檢測區(qū)域，這樣一方面探頭的移動過程會導致檢測效率低，另一方面要求換熱管被檢測區(qū)域內壁均要進行清洗，從而影響了上述檢測方法的應用。超聲導波檢測具有單點激勵即可檢測一段距離的優(yōu)勢，因此可用于換熱管檢測，且在檢測過程中只需對傳感器放置區(qū)域進行清洗而傳感器無需移動。專利申請?zhí)?CN200480038549. 4的發(fā)明申請公開了一種用于換熱管的扭轉波檢測方法和系統(tǒng)，通過導波錐與換熱管內壁的耦合，利用在換熱管外部的磁致伸縮傳感器激勵和接收扭轉波脈沖來完成對換熱管的檢測，其耦合情況直接影響檢測結果。故該方法要求內表面接觸狀況良好，清洗要求高；而且對于內表面凹凸不平的狀況，則需要打磨等特別處理，從而造成實際操作中的不便。

發(fā)明內容
針對上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器及其檢測方法，其在檢測時只需將傳感器放置于被檢換熱管一端內部，處于傳感器前端的導電鋼刷與換熱管產生電接觸，檢測過程中傳感器無需移動即可實現(xiàn)對換熱管的高效檢測。按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器， 該磁致伸縮導波傳感器包括外殼；與外殼一端相固定的端蓋；與外殼的另外一側相連的導電鋼刷；設置在外殼內部并與其相連的內殼；安裝在端蓋上，通過穿過內殼的直流導線與導電鋼刷實現(xiàn)電連接的航空插座；分別設置在內殼的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流線圈和第二交流線圈，該第一交流線圈和第二交流線圈分別纏繞在所述第一聚磁器與第二聚磁器上，并分別與航空插座電連接。作為進一步優(yōu)選地，所述第一聚磁器和第二聚磁器可以由高磁導率材料，例如工業(yè)純鐵、硅鋼、低碳鋼等制成。作為進一步優(yōu)選地，所述第一聚磁器和第二聚磁器可以通過螺釘固定于內殼。作為進一步優(yōu)選地，所述外殼和內殼均由絕緣材料制成。按照本發(fā)明的另一方面，提供一種相應地對換熱管進行內檢測的方法，該方法包括下列步驟將磁致伸縮導波傳感器放置于待檢測換熱管內部并處于其一端附近；在待檢測換熱管的所述一端處設置與其電接觸的磁性碳刷，同時將直流電源與航空插座和磁性碳刷相連通以構成回路，由此在檢測換熱管的內部產生周向磁場；產生電磁脈沖信號，并將其功率放大后輸入到纏繞在所述第一聚磁器上的第一交流線圈，由此形成作用于待檢測換熱管的交變磁場，在上述周向磁場和交變磁場的共同作用下，待檢測換熱管中形成扭轉模態(tài)的彈性波；所述彈性波經過纏繞在所述第二聚磁器上的第二交流線圈時，由于逆磁致伸縮效應而轉換成電信號，此時將該電信號經過信號預處理和A/D轉換，以獲得檢測結果信號完成對換熱管的檢測過程。作為進一步優(yōu)選地，在使用所述磁致伸縮導波傳感器對換熱管進行檢測之前，對換熱管內部放置傳感器的區(qū)域進行清洗。作為進一步優(yōu)選地，在獲得檢測結果信號之后，可以將相關信號貯存在計算機以便后續(xù)處理。按照本發(fā)明的磁致伸縮導波傳感器及其檢測方法，由于整個檢測過程是通過磁場實現(xiàn)的，屬于非接觸式檢測，因此對被檢測換熱管內表面狀況要求低，無需打磨等特別處理，從而提高了檢測效率以及適用性；此外，按照本發(fā)明的磁致伸縮導波傳感器及其檢測方法，利用了高導磁材料的聚磁效應，在直流導線和交流線圈之間布置的高導磁材料對交變磁場有聚集作用，從而提高了檢測信號信噪比。


圖1是圖1為按照本發(fā)明的用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器的剖視圖；圖2為按照本發(fā)明的磁致伸縮導波傳感器用于對換熱管進行內檢測的系統(tǒng)示意圖；圖3為按照本發(fā)明的磁致伸縮導波傳感器內增加聚磁器后的剖視圖；圖4為具體實施例中所用的外徑25mm、內徑20m的換熱管標樣示意圖；圖5為使用圖3所示的磁致伸縮導波傳感器在標樣管上檢測所得信號的波形圖；圖6為使用圖1所示的磁致伸縮導波傳感器在標樣管上所得檢測信號的波形圖。
具體實施例方式下面將結合附圖來詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。參見圖1，圖1是按照本發(fā)明的用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器的剖視圖。如圖1中所示，按照本發(fā)明的用于對換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器2包括航空插座4、端蓋5、內殼6、第一交流線圈7、第二交流線圈9、直流導線11、外殼12和導電鋼刷13。 端蓋5與外殼12的一端相固定，外殼12的另外一端與導電鋼刷13相連。在外殼12中，設置有內殼6并與其通過適當?shù)倪B接方式，例如通過螺釘相連接。在端蓋5上，安裝有航空插座4，航空插座4通過穿過內殼6的直流導線11與導電鋼刷13實現(xiàn)電連接。直流導線11 與導電鋼刷13之間通過焊接方式相連接。在內殼6上，分別纏繞有第一交流線圈7和第二交流線圈9，該第一交流線圈7、第二交流線圈9與航空插座4之間可分別實現(xiàn)電連接。下面將參照附圖2來具體描述使用按照本發(fā)明的磁致伸縮導波傳感器來對換熱管進行檢測的過程。如圖2中所示，在對待檢測換熱管3的檢測過程中，直流電源14出線連接于航空插座4，進線與磁性碳刷1相連，磁性碳刷1吸附在待檢測換熱管3的管端部，由此，直流電源14、導電鋼刷13、待檢測換熱管3、磁性碳刷1之間形成直流回路，并在待檢測熱管3中產生周向磁場。此時，計算機19通過軟件控制信號發(fā)生器16產出脈沖信號，經過功率放大器15 輸入到第一交流線圈7，由此產生作用于待檢測換熱管3的交變磁場。在上述交變磁場與周向磁場的共同作用下，待檢測換熱管3中產生扭轉模態(tài)的彈性波，該彈性波經過第二交流線圈時由于逆磁致伸縮效應而轉換成電信號，該電信號經信號預處理器17和A/D轉換器 18，進入計算機19的采集單元，由此實現(xiàn)對傳熱管的整個檢測過程。圖3為按照本發(fā)明的磁致伸縮導波傳感器內增加聚磁器后的剖視圖。如圖3中所示，在內殼6上通過螺釘分別固定有第一聚磁器8和第二聚磁器10，第一交流線圈7和第二交流線圈9可分別纏繞在第一聚磁器8與第二聚磁器10上。經過研究表明，由于在直流導線和交流線圈之間布置有上述高磁導率材料，對交變磁場產生有聚集作用，從而可顯著提高檢測信號信噪比，進而提高對換熱管檢測的精確度。此外，由于將高磁導率材料限定為工業(yè)純鐵、硅鋼、低碳鋼，與其他材料相比更易于加工處理，而且在提高檢測信號強度方面更為明顯。圖4為一個外徑25mm、內徑20mm的換熱管標樣示意圖，其管長為2m，在距離左端部位置1. 5m處有一010通孔缺陷。圖5為使用圖3所示的磁致伸縮導波傳感器在標樣管上檢測所得信號的波形圖。 在圖5中磁致伸縮導波傳感器所檢測到的電磁脈沖信號用Ml表示，第一次通過第二交流線圈的信號用Sl表示，缺陷信號用Fl表示，待檢測換熱管左端部的回波信號用S2表示，待檢測換熱管右端部的回波信號用S3表示。圖6為使用圖1所示的磁致伸縮導波傳感器在標樣管上所得檢測信號的波形圖。 在圖6中磁致伸縮導波傳感器所檢測到的電磁脈沖信號用M2表示，第一次通過第二交流線圈的信號用S4表示，缺陷信號用F2表示，待檢測換熱管左端部的回波信號用S5表示，待檢測換熱管右端部的回波信號用S6表示。通過與圖5中信號相比，顯然可以發(fā)現(xiàn)，該方式所產生信號噪聲較大，且缺陷信號幅值有所降低。因此，可以證明在第一和第二交流線圈中設置聚磁器，能夠提高對換熱管檢測的效果及精度。
權利要求
1.一種用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器，該磁致伸縮導波傳感器包括 夕卜殼；與外殼一端相固定的端蓋； 與外殼的另外一側相連的導電鋼刷； 設置在外殼內部并與其相連的內殼；安裝在端蓋上，通過穿過內殼的直流導線與導電鋼刷實現(xiàn)電連接的航空插座； 分別設置在內殼的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流線圈和第二交流線圈，該第一交流線圈和第二交流線圈分別纏繞在所述第一聚磁器與第二聚磁器上，并分別與航空插座電連接。
2.如權利要求1所述的磁致伸縮導波傳感器，其特征在于，所述第一聚磁器和第二聚磁器由高磁導率材料制成。
3.如權利要求2所述的磁致伸縮導波傳感器，其特征在于，所述高磁導率材料例如工業(yè)純鐵、硅鋼或低碳鋼等。
4.如權利要求1-3任意一項所述的磁致伸縮導波傳感器，其特征在于，所述外殼和內殼均由絕緣材料制成。
5.一種使用如權利要求1-4任意一項所述的磁致伸縮導波傳感器對換熱管執(zhí)行內檢測的方法，該方法包括下列步驟將磁致伸縮導波傳感器放置于待檢測換熱管內部并處于其一端附近； 在待檢測換熱管的所述一端處設置與其電接觸的磁性碳刷，同時將直流電源與航空插座和磁性碳刷相連通以構成回路，由此在檢測換熱管的內部產生周向磁場；產生電磁脈沖信號，并將其功率放大后輸入到纏繞在所述第一聚磁器上得第一交流線圈，由此形成作用于待檢測換熱管的交變磁場，在上述周向磁場和交變磁場的共同作用下， 待檢測換熱管中形成扭轉模態(tài)的彈性波；所述彈性波經過纏繞在所述第二聚磁器上的第二交流線圈時，由于逆磁致伸縮效應而轉換成電信號，此時將該電信號經過信號預處理和A/D轉換，以獲得檢測結果信號完成對換熱管的檢測過程。
6.如權利要求5所述的對換熱管執(zhí)行內檢測的方法，其特征在于，在檢測之前，對換熱管內部放置傳感器的區(qū)域進行清洗。
7.如權利要求5或6所述的對換熱管執(zhí)行內檢測的方法，其特征在于，在獲得檢測結果信號之后，將相關信號貯存在計算機以便后續(xù)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于換熱管內檢測的磁致伸縮導波傳感器及其檢測方法，該傳感器包括外殼；與外殼一端相固定的端蓋；與外殼的另外一側相連的導電鋼刷；設置在外殼內部并與其相連的內殼；安裝在端蓋上，通過穿過內殼的直流導線與導電鋼刷實現(xiàn)電連接的航空插座；分別設置在內殼的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流線圈和第二交流線圈，該第一交流線圈和第二交流線圈分別纏繞在所述第一聚磁器與第二聚磁器上，并分別與航空插座電連接。按照本發(fā)明，由于整個檢測過程是通過磁場實現(xiàn)的，屬于非接觸式檢測，因此對被檢測換熱管內表面狀況要求低，無需打磨等特別處理，從而提高了檢測效率以及適用性。
文檔編號G01N27/72GK102520057SQ20111041026
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者孫鵬飛, 徐江, 武新軍 申請人:華中科技大學