基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器與裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，包括：設(shè)置多個(gè)與管道同軸布置的環(huán)形磁鐵，在管道表面上的產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)；在各環(huán)線磁鐵陣列的兩側(cè)同軸套設(shè)螺線管線圈，使得待檢測(cè)管道中產(chǎn)生周向感應(yīng)渦流；在周向感應(yīng)渦流和徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用下，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波，并在遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射回波經(jīng)過(guò)傳感線圈時(shí)即可引起傳感線圈的感應(yīng)電壓發(fā)生變化，即可判斷管道中是否存在缺陷。本實(shí)用新型還公開(kāi)了一種檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型充分利用了磁鐵陣列邊緣徑向磁場(chǎng)，不需要產(chǎn)生均勻徑向磁場(chǎng)，從而降低了傳感器的復(fù)雜度；同時(shí)，可得到單一的縱向模態(tài)回波信號(hào)，減小缺陷信號(hào)分析難度，檢測(cè)過(guò)程快速高效。
【專利說(shuō)明】基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超聲波無(wú)損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種管道缺陷檢測(cè)傳感器與
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油、化工、能源等行業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)管道在工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮著日益重要的作用。在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，工業(yè)管道常因?yàn)楦邷?、高壓、沖刷、腐蝕性介質(zhì)等原因，出現(xiàn)腐蝕、穿孔或壁厚減薄等失效形式，導(dǎo)致泄露或者爆炸事故。為避免工業(yè)管道的實(shí)效對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)安全造成危害，需要對(duì)工業(yè)管道進(jìn)行定期檢測(cè)維護(hù)。
[0003]超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)具有單點(diǎn)激勵(lì)即可檢測(cè)一端距離的優(yōu)點(diǎn)，十分適合于管道檢測(cè)。管道檢測(cè)中常用到兩種軸對(duì)稱模態(tài)導(dǎo)波:縱向模態(tài)導(dǎo)波和扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波。
[0004]目前，用于管道檢測(cè)的導(dǎo)波傳感器主要有壓電傳感器和電磁超聲傳感器。相比于傳統(tǒng)的壓電式傳感器，電磁超聲傳感器具有非接觸、管道表面無(wú)需打磨處理、檢測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]電磁超聲傳感器的工作原理有兩種:洛倫茲力和磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮式導(dǎo)波傳感器只能用于鐵磁性材料的管道檢測(cè)，且受到管道材料磁致伸縮性能影響，換能效率較低。洛倫茲力式電磁超聲導(dǎo)波傳感器具有激勵(lì)接收效率高、信噪比高、受管道材料影響小的優(yōu)點(diǎn)，適用于導(dǎo)電材料管道的檢測(cè)，如不銹鋼管、碳鋼管、鋁管等，應(yīng)用范圍廣。
[0006]US7886604B2中公開(kāi)了一種用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的扭轉(zhuǎn)模態(tài)電磁超聲傳感器，其為一種洛倫茲力式超聲導(dǎo)波傳感器，可實(shí)現(xiàn)換熱管內(nèi)檢測(cè)。Ogi等人[Mode Convers1n andTotal Reflect1n of Tors1nal Waves for Pipe Inspect1n,Japanese Journal ofApplied Physics, 2013, 52:07HC14.]提出了一種用于鋁管外檢測(cè)的電磁超聲扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波傳感器，汪玉剛等[電磁超聲扭轉(zhuǎn)波檢測(cè)鋼管缺陷的實(shí)驗(yàn)研究.傳感器與微系統(tǒng)，2014，02:23-25.]在鐵磁性鋼管上實(shí)現(xiàn)了電磁超聲扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波的激勵(lì)與接收。
[0007]但是，上述洛倫茲力式超聲導(dǎo)波傳感器是在管道中激勵(lì)和接收扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波，但扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波對(duì)周向裂紋敏感度不高，而且傳播速度不高，不適用于長(zhǎng)距離檢測(cè)。
[0008]相比于扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波，縱向模態(tài)導(dǎo)波對(duì)周向裂紋缺陷更為敏感，且在管道中傳播速度更快，適合于長(zhǎng)距離檢測(cè)。US4471658B中公開(kāi)了一種電磁超聲縱向?qū)Р▊鞲衅鳎孟喑獠贾玫膱A柱形磁鐵和放置于磁鐵中間的鐵氧體在鐵氧體放置產(chǎn)生均勻的徑向靜態(tài)磁場(chǎng)，在磁鐵放置區(qū)域產(chǎn)生軸向靜態(tài)磁場(chǎng)。同時(shí)在每個(gè)鐵氧體中心和磁鐵中心均放置螺線管線圈，利用多個(gè)串聯(lián)的螺線管線圈產(chǎn)生周向渦流，周向渦流和徑向靜態(tài)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生軸向交變洛倫茲力，周向渦流和軸向靜態(tài)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生徑向交變洛倫茲力。利用交替分布的軸向洛倫茲力和徑向洛倫茲力，在小直徑管道內(nèi)部激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波。
[0009]但是，該電磁超聲縱向?qū)Р▊鞲衅骼脙煞N方向的洛倫茲力來(lái)激勵(lì)縱向模態(tài)導(dǎo)波，一方面所需磁鐵和螺線管線圈數(shù)量多，傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜；另一方面，兩種方向的洛倫茲力共同作用，會(huì)導(dǎo)致激勵(lì)出的超聲導(dǎo)波模態(tài)不純，產(chǎn)生多個(gè)模態(tài)的缺陷回波信號(hào)，最終加大缺陷信號(hào)分析的難度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]針對(duì)以上問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器與裝置，該裝置和傳感器利用磁鐵邊緣產(chǎn)生的徑向偏置磁場(chǎng)和螺線管線圈的周向渦流產(chǎn)生軸向交變洛倫茲力，在管道中激勵(lì)和接收縱向模態(tài)導(dǎo)波，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道缺陷的檢測(cè)。該裝置和方法由于只需要一種方向的洛倫茲力作用，所需磁鐵數(shù)量少，簡(jiǎn)化了傳感器結(jié)構(gòu)，傳感器與管道間無(wú)需物理接觸，檢測(cè)時(shí)不需要對(duì)管道表面進(jìn)行處理，檢測(cè)效率高，信噪比高。
[0011]按照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，通過(guò)該裝置激勵(lì)的縱向模態(tài)導(dǎo)波在管道內(nèi)的發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道缺陷的判斷，其特征在于，該傳感器包括:
[0012]沿著待檢測(cè)管道軸線方向設(shè)置的多個(gè)與管道同軸布置的環(huán)形磁鐵，且所述環(huán)形磁鐵中所有磁鐵極化方向均與軸向方向平行，用于對(duì)管道進(jìn)行磁化，從而在管道表面上的所述環(huán)形磁鐵兩側(cè)的區(qū)域產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)；
[0013]在各所述環(huán)線磁鐵陣列的兩側(cè)同軸套設(shè)的螺線管線圈，且各螺線管線圈依次串聯(lián)，各螺線管線圈的中心橫截面與對(duì)應(yīng)的環(huán)形磁鐵的端面重合，用于在對(duì)所述各傳感線圈通以正弦脈沖電流時(shí)可在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生周向感應(yīng)渦流；
[0014]在所述周向感應(yīng)渦流和徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用下，在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生軸向的交變洛倫茲力，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波，該縱向模態(tài)導(dǎo)波沿著管道軸線方向傳播并在遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射回波經(jīng)過(guò)所述傳感線圈時(shí)即可引起傳感線圈的感應(yīng)電壓發(fā)生變化，通過(guò)觀察該感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，即可判斷管道中是否存在缺陷及實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位和評(píng)估。
[0015]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述相鄰環(huán)形磁鐵的極化方向相反，位于兩個(gè)環(huán)形磁鐵之間的兩個(gè)螺線管線圈繞向相反，位于同一個(gè)環(huán)形磁鐵兩側(cè)的兩個(gè)螺線管線圈繞向相同。
[0016]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，相鄰環(huán)形磁鐵的極化方向相同，相鄰的所述兩螺線管線圈的繞向相反。
[0017]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，相鄰的環(huán)形磁鐵的中心間距等于激勵(lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)。
[0018]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，相鄰螺線管線圈的中心間距均等于激勵(lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)的一半。
[0019]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述各螺線管線圈內(nèi)徑小于或等于環(huán)形磁鐵內(nèi)徑，且大于管道外徑，以用于從管道外部檢測(cè)缺陷。
[0020]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述各螺線管線圈外徑大于或等于環(huán)形磁鐵外徑，小于管道內(nèi)徑，以用于從管道內(nèi)部檢測(cè)缺陷。
[0021]按照本實(shí)用新型的另一方面，提供一種電磁超聲縱向?qū)Рz測(cè)裝置，其設(shè)置在管道外以用于檢測(cè)管道缺陷，其特征在于，該傳感器包括由半圓環(huán)狀體的兩磁化模塊組合形成的中空?qǐng)A柱體以及設(shè)置在該圓柱體上的傳感模塊，所述待檢測(cè)的管道套裝于所述中空?qǐng)A柱體上，其中
[0022]所述磁化模塊包括由半圓形的外殼和內(nèi)殼相互套接形成的半圓環(huán)殼體和多個(gè)軸向排列設(shè)置在該半圓環(huán)殼體內(nèi)的磁化組件，各磁化組件之間設(shè)置有用于固定和支撐該磁化組件的支撐組件；
[0023]所述磁化組件具有磁鐵，各磁鐵的極化方向均與管道軸向方向平行，兩磁化模塊對(duì)應(yīng)的磁化組件上的磁鐵組成環(huán)形磁鐵，其在相應(yīng)的磁鐵兩側(cè)的管道表面區(qū)域產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)，從而對(duì)管道進(jìn)行磁化；
[0024]所述傳感模塊包括接線器、插頭和并排固定在所述半圓環(huán)殼體上與管道同軸的多個(gè)線圈，其中，每個(gè)磁化組件兩側(cè)均對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)沿軸向布置的所述線圈，各線圈的中心橫截面與對(duì)應(yīng)的磁化組件中的磁鐵軸向端面重合，所述多個(gè)線圈通過(guò)接線器電連接而組成串聯(lián)的螺線管線圈，用于在對(duì)所述傳感線圈通以正弦脈沖電流時(shí)可在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生周向感應(yīng)渦流，所述插頭固定于接線器上，并與插頭出線電連接；
[0025]在所述周向感應(yīng)渦流和徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用下，在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生軸向的交變洛倫茲力，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波，該縱向模態(tài)導(dǎo)波沿著管道軸線方向傳播并在遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射回波經(jīng)過(guò)所述傳感線圈時(shí)即可引起傳感線圈的感應(yīng)電壓發(fā)生變化，通過(guò)觀察該感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，即可判斷管道中是否存在缺陷及實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位和評(píng)估。
[0026]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述兩磁化模塊之間通過(guò)搭扣和合頁(yè)連接形成開(kāi)合結(jié)構(gòu)。
[0027]按照本實(shí)用新型的又一方面，提供一種電磁超聲縱向?qū)Рz測(cè)裝置，其設(shè)置在管道內(nèi)以用于檢測(cè)管道缺陷，其特征在于，該傳感器包括同軸依次串接的左定位體、激勵(lì)傳感器、中定位體、接收傳感器和右定位體，其中，
[0028]所述激勵(lì)傳感器和接收傳感器分別用于激勵(lì)產(chǎn)生縱向模態(tài)導(dǎo)波和接收經(jīng)該縱向模態(tài)導(dǎo)波在管道內(nèi)的反射信號(hào)，兩傳感器結(jié)構(gòu)相同，均包括:
[0029]由圓筒形殼體、套裝在該圓筒形殼體內(nèi)且間隔布置的多個(gè)環(huán)形磁鐵、設(shè)置在各環(huán)形磁鐵之間用于支撐環(huán)形磁鐵的多個(gè)支撐機(jī)構(gòu)、以及纏繞在圓筒形殼體外周面的環(huán)槽中以用于激勵(lì)或接收縱向模態(tài)導(dǎo)波的多個(gè)螺線管線圈，其中，各環(huán)形磁鐵極化方向均與軸向方向平行，從而在管道表面上的所述環(huán)形磁鐵兩側(cè)的區(qū)域產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)對(duì)管道進(jìn)行磁化，每個(gè)環(huán)形磁鐵兩側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置兩個(gè)同軸套裝的所述螺線管線圈，且各螺線管線圈依次串聯(lián)形成傳感線圈，各螺線管線圈的中心橫截面與對(duì)應(yīng)的環(huán)形磁鐵的端面重合；
[0030]通過(guò)所述激勵(lì)傳感器中各傳感線圈通以正弦脈沖電流產(chǎn)生的周向感應(yīng)渦流和各環(huán)形磁鐵產(chǎn)生的徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用，在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生軸向的交變洛倫茲力，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波，其在所述管道中傳播反射后被所述接收傳感器中的傳感線圈轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電壓信號(hào)，通過(guò)觀察該感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，即可判斷管道中是否存在缺陷及實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位和評(píng)估。
[0031]作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，還包括蓋板、激勵(lì)插頭、接收插頭、箱體、端部壓緊體、端部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)、尾部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)和尾部壓緊體，其中所述激勵(lì)插頭和接收插頭固定于蓋板上，分別與激勵(lì)傳感器和接收傳感器的傳感線圈出線電連接，所述蓋板與箱體、箱體與端部壓緊體通過(guò)螺釘連接，所述端部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于端部壓緊體上，端部壓緊體與左定位體通過(guò)螺紋連接，所述尾部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于尾部壓緊體上，所述尾部壓緊體與右定位體通過(guò)螺紋連接。
[0032]本實(shí)用新型中，通過(guò)N個(gè)環(huán)形磁鐵對(duì)待檢測(cè)管道進(jìn)行磁化。環(huán)形磁鐵軸線與管道軸線重合。環(huán)形磁鐵中所有磁鐵的極化方向與軸線方向平行。相鄰環(huán)形磁鐵的中心間距等于激勵(lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)，單獨(dú)一個(gè)環(huán)形磁鐵的寬度等于波長(zhǎng)的一半。當(dāng)激勵(lì)頻率下縱向?qū)РúㄩL(zhǎng)小于等于1mm時(shí)，相鄰環(huán)形磁鐵的極化方向相反；當(dāng)縱向?qū)РúㄩL(zhǎng)大于1mm時(shí)，相鄰環(huán)形磁鐵的極化方向相同。
[0033]本實(shí)用新型中，在每個(gè)相鄰環(huán)形磁鐵的兩側(cè)各布置一個(gè)螺線管線圈，每個(gè)螺線管線圈的中心橫截面均于對(duì)應(yīng)環(huán)形磁鐵的一個(gè)端面重合，共布置2N個(gè)螺線管線圈串聯(lián)組成傳感線圈。相鄰兩個(gè)螺線管線圈中心間距等于激勵(lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)的一半。
[0034]本實(shí)用新型中，對(duì)傳感線圈通以正弦脈沖電流，在鋼管中激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波。導(dǎo)波沿管道軸線方向傳播，經(jīng)過(guò)缺陷時(shí)被缺陷反射。反射回波經(jīng)過(guò)傳感線圈時(shí)，使傳感線圈的感應(yīng)電壓發(fā)生變化。通過(guò)觀察傳感線圈感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，判斷管道內(nèi)是否有缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定位。
[0035]本實(shí)用新型中，所述檢測(cè)方法用于激勵(lì)波長(zhǎng)大于20mm的縱向?qū)Р〞r(shí)，相鄰兩個(gè)環(huán)形磁鐵的極性相同，相鄰兩個(gè)螺線管線圈的繞向相同。
[0036]本實(shí)用新型中，所述檢測(cè)方法用于激勵(lì)波長(zhǎng)小于等于20mm的縱向?qū)Р〞r(shí)，相鄰兩個(gè)環(huán)形磁鐵的極性相反，位于兩個(gè)環(huán)形磁鐵之間的兩個(gè)螺線管線圈繞向相反，位于同一個(gè)環(huán)形磁鐵兩側(cè)的兩個(gè)螺線管線圈繞向相同。
[0037]本實(shí)用新型中，用于通過(guò)上述檢測(cè)方法的電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、檢測(cè)傳感器、信號(hào)預(yù)處理器、A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)。其中信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生正弦脈沖電流，經(jīng)過(guò)功率放大器放大后輸入到檢測(cè)傳感器，在管道中激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波。導(dǎo)波在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)檢測(cè)傳感器時(shí)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理器和A/D轉(zhuǎn)換器后，進(jìn)入計(jì)算機(jī)的采集模塊，完成對(duì)管道的檢測(cè)過(guò)程。
[0038]本實(shí)用新型中，第一種檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu):由結(jié)構(gòu)一樣的激勵(lì)傳感器和接收傳感器組成。激勵(lì)傳感器和接收傳感器均包括:位置對(duì)稱結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)磁化模塊、傳感模塊、合頁(yè)和搭扣。
[0039]本實(shí)用新型中，所述磁化模塊包括:外殼、N個(gè)磁化組件、N+1個(gè)支撐組件和內(nèi)殼。磁化組件、支撐組件和內(nèi)殼均固定于外殼上。磁化組件和支撐組件相間排列在外殼和內(nèi)殼之間。N為正整數(shù)。
[0040]本實(shí)用新型中，所述磁化組件由磁鐵殼體、磁鐵蓋體、若干磁鐵組成。磁鐵殼體為半圓環(huán)形，內(nèi)部開(kāi)有用于安裝磁鐵的凹槽，磁鐵蓋體與磁鐵殼體間通過(guò)螺釘連接。
[0041]本實(shí)用新型中，所述兩個(gè)磁化模塊通過(guò)合頁(yè)和搭扣連接并形成開(kāi)合機(jī)構(gòu)。當(dāng)所述兩個(gè)磁化模塊閉合時(shí)，2N個(gè)磁化組件內(nèi)的磁鐵組成N個(gè)環(huán)形磁鐵。
[0042]本實(shí)用新型中，所述傳感模塊包括:2N個(gè)柔性排線，接線器和插頭。柔性排線環(huán)繞并固定在兩個(gè)磁化模塊的內(nèi)殼上，2N個(gè)柔性排線與接線器電連接，形成2N個(gè)串聯(lián)的螺線管線圈。
[0043]本實(shí)用新型中，第二種檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu):包括蓋板、激勵(lì)插頭、接收插頭、箱體、端部壓緊體、端部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)、左定位體、激勵(lì)傳感器、中定位體、接收傳感器、右定位體、尾部壓緊體和尾部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
[0044]本實(shí)用新型中，所述激勵(lì)傳感器和接收傳感器結(jié)構(gòu)相同，均由殼體、N+1個(gè)支撐機(jī)構(gòu)、N個(gè)磁鐵、2N個(gè)螺線管線圈組成。支撐機(jī)構(gòu)與磁鐵相間排列并固定在殼體內(nèi)部。殼體上開(kāi)有2N個(gè)環(huán)槽，線圈纏繞在殼體的環(huán)槽中。2N個(gè)螺線管線圈串聯(lián)組成傳感線圈，以激勵(lì)或接收縱向模態(tài)導(dǎo)波。
[0045]本實(shí)用新型中，所述激勵(lì)插頭和接收插頭固定于蓋板上，分別于激勵(lì)傳感器和接收傳感器的傳感線圈出線電連接。蓋板與箱體、箱體與端部壓緊體通過(guò)螺釘連接。端部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于端部壓緊體上，端部壓緊體與左定位體通過(guò)螺紋連接。激勵(lì)傳感器通過(guò)緊定螺釘固定于左定位體和中定位體之間，接收傳感器通過(guò)緊定螺釘固定于中定位體和右定位體之間。尾部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于尾部壓緊體上，尾部壓緊體與右定位體通過(guò)螺紋連接。
[0046]本實(shí)用新型中，環(huán)形磁鐵可以是呈環(huán)形的單個(gè)磁鐵或多個(gè)磁鐵圍成環(huán)形形成的環(huán)形磁鐵陣列。
[0047]總體而言，通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
[0048]本實(shí)用新型的管道缺陷電磁超聲縱向?qū)Рz測(cè)方法與裝置，布置于管道軸向平行布置的磁鐵陣列，在磁鐵陣列邊緣對(duì)應(yīng)的管道區(qū)域產(chǎn)生徑向偏置磁場(chǎng)。布置螺線管線圈在磁鐵陣列兩側(cè)，在徑向偏置磁場(chǎng)區(qū)域產(chǎn)生周向渦流。由徑向偏置磁場(chǎng)和周向渦流產(chǎn)生軸向交變洛倫茲力，在管道中激勵(lì)和接收縱向模態(tài)導(dǎo)波。該方法一方面充分利用了磁鐵陣列邊緣徑向磁場(chǎng)，不再需要相斥磁鐵和鐵氧體作用產(chǎn)生均勻徑向磁場(chǎng)，降低了傳感器中磁鐵的數(shù)量，從而降低了傳感器的復(fù)雜度；另一方面激勵(lì)縱向?qū)Рㄟ^(guò)程中只需要軸向交變洛倫茲力，不再需要徑向洛倫茲力，可得到單一的縱向模態(tài)回波信號(hào)，減小缺陷信號(hào)分析難度，檢測(cè)過(guò)程快速高效。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]圖1是按照本實(shí)用新型實(shí)施例的檢測(cè)傳感器的原理示意圖；
[0050]圖2是按照本實(shí)用新型用于管道外檢測(cè)的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0051]圖3是按照本實(shí)用新型用于管道外檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Р▊鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)圖；
[0052]圖4是圖3傳感器中磁化組件的結(jié)構(gòu)圖；
[0053]圖5是按照本實(shí)用新型用于管道內(nèi)檢測(cè)的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0054]圖6是按照本實(shí)用新型用于管道內(nèi)檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Р▊鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)圖；
[0055]圖7是圖6傳感器中接收傳感器部位的局部剖視圖；
[0056]圖8是具體實(shí)施例中所用外徑25mm，內(nèi)徑20mm的管道變樣示意圖；
[0057]圖9是使用圖5所示檢測(cè)裝置所得檢測(cè)信號(hào)的波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0058]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0059]本實(shí)用新型實(shí)施例的檢測(cè)傳感器的原理示意圖如圖1所示。沿著待檢測(cè)管道軸線方向布置N個(gè)環(huán)形磁鐵I對(duì)管道進(jìn)行磁化。環(huán)形磁鐵I中所有磁鐵極化方向均與軸向方向平行，相鄰環(huán)形磁鐵I的極化方向相反。在這種布置下，環(huán)形磁鐵I在管道表面磁鐵陣列兩側(cè)的區(qū)域產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)。螺線管線圈2布置在相鄰磁鐵陣列I的兩側(cè)，且螺線管線圈2的中心橫截面與相鄰磁鐵陣列I的端面重合。2N個(gè)螺線管線圈2串聯(lián)在一起。相鄰螺線管線圈2的繞向相反。相鄰環(huán)形磁鐵I的中心間距等于激勵(lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)，相鄰螺線管線圈2的中心間距均等于激勵(lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)的一半。
[0060]對(duì)傳感線圈通以正弦脈沖電流時(shí)，待檢測(cè)管道中產(chǎn)生周向感應(yīng)渦流?；诼鍌惼澚π?yīng)，在周向感應(yīng)渦流和徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用下，管道中將產(chǎn)生軸向的交變洛倫茲力，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波。導(dǎo)波沿著管道軸線方向傳播，遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射。反射回波經(jīng)過(guò)傳感線圈時(shí)會(huì)引起傳感線圈的感應(yīng)電壓發(fā)生變化，觀察該感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，即可判斷管道中是否存在缺陷。分別分析感應(yīng)電壓變化的時(shí)間和幅值，即可對(duì)缺陷進(jìn)行定位，對(duì)缺陷大小進(jìn)行評(píng)估。
[0061]該檢測(cè)傳感器即可用于管道外檢測(cè)，也可用于管道內(nèi)檢測(cè)。用于從管道外部檢測(cè)缺陷時(shí)，螺線管線圈2內(nèi)徑小于或等于環(huán)形磁鐵I內(nèi)徑，大于管道外徑。用于從管道內(nèi)部檢測(cè)缺陷時(shí)，螺線管線圈2外徑大于或等于環(huán)形磁鐵I外徑，小于管道內(nèi)徑。
[0062]用于外檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Рü艿廊毕輽z測(cè)裝置如圖2所示。該裝置包括信號(hào)發(fā)生器8、功率放大器7、檢測(cè)傳感器4、信號(hào)預(yù)處理器11、A/D轉(zhuǎn)換器10和計(jì)算機(jī)9。其中檢測(cè)傳感器4由結(jié)構(gòu)一樣的激勵(lì)傳感器5和接收傳感器6組成，兩者均安裝在管道3外部。信號(hào)發(fā)生器8用于產(chǎn)生正弦脈沖電流，經(jīng)過(guò)功率放大器7放大后輸入到激勵(lì)傳感器5，在管道中激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波。導(dǎo)波在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)接收傳感器6時(shí)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理器11和A/D轉(zhuǎn)換器10后，進(jìn)入計(jì)算機(jī)9的采集模塊，完成對(duì)管道的檢測(cè)過(guò)程。
[0063]圖3是按照本實(shí)用新型的用于管道外檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Р▊鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)圖。按照本實(shí)用新型的用于管道外檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Р▊鞲衅靼ㄉ洗呕K12、下磁化模塊13、傳感模塊15、搭扣14和合頁(yè)23。上下磁化模塊12、13結(jié)構(gòu)相同且位置對(duì)稱，均由外殼19、支撐組件20、磁化組件21和內(nèi)殼22組成。搭扣14和合頁(yè)23固定在外殼19上。上磁化模塊12和下磁化模塊13之間通過(guò)搭扣14和合頁(yè)23連接形成開(kāi)合結(jié)構(gòu)。N+1個(gè)支撐組件20和N個(gè)磁化組件21相間排列，并固定于外殼19上。內(nèi)殼22與外殼19之間通過(guò)螺釘連接。傳感模塊15由線圈16、接線器17和插頭18組成。2N個(gè)線圈16并排固定在內(nèi)殼22的凹槽上，并與接線器17電連接而組成2N個(gè)串聯(lián)的螺線管線圈。插頭18通過(guò)螺紋固定于接線器17上，并與插頭18出線電連接。
[0064]圖4是圖3中傳感器的傳感模塊結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，磁化組件21包括磁鐵殼體24、若干個(gè)磁鐵25和磁鐵蓋體26。磁鐵殼體24中加工有凹槽以安裝磁鐵25，磁鐵蓋體26通過(guò)螺釘固定在磁鐵殼體24上。
[0065]用于內(nèi)檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Рü艿廊毕輽z測(cè)裝置如圖5所示，該裝置包括信號(hào)發(fā)生器8、功率放大器7、檢測(cè)傳感器27、信號(hào)預(yù)處理器11、A/D轉(zhuǎn)換器10和計(jì)算機(jī)9。檢測(cè)傳感器27安裝在管道28端部。信號(hào)發(fā)生器8用于產(chǎn)生正弦脈沖電流，經(jīng)過(guò)功率放大器7放大后輸入到檢測(cè)傳感器27，在管道中激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波。導(dǎo)波在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)檢測(cè)傳感器27時(shí)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理器11和A/D轉(zhuǎn)換器10后，進(jìn)入計(jì)算機(jī)9的采集模塊，完成對(duì)管道的檢測(cè)過(guò)程。
[0066]圖6是按照本實(shí)用新型的用于管道內(nèi)檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Р▊鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)圖。檢測(cè)傳感器包括:包括蓋板29、激勵(lì)插頭30、接收插頭31、箱體32、端部壓緊體33、端部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)34、左定位體35、激勵(lì)傳感器36、中定位體37、接收傳感器38、右定位體39、尾部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)40和尾部壓緊體41。
[0067]圖7為接收傳感器的局部剖視圖。激勵(lì)傳感器36和接收傳感器38結(jié)構(gòu)相同，均由殼體42、N+1個(gè)支撐機(jī)構(gòu)43、N個(gè)磁鐵44、2N個(gè)螺線管線圈45組成。支撐機(jī)構(gòu)43與磁鐵44相間排列并固定在殼體42內(nèi)部。殼體42上開(kāi)有2N個(gè)環(huán)槽，線圈45纏繞在殼體的環(huán)槽中。2N個(gè)螺線管線圈45串聯(lián)組成傳感線圈，用來(lái)激勵(lì)或接收縱向模態(tài)導(dǎo)波。
[0068]激勵(lì)插頭30和接收插頭31固定于蓋板29上，分別于激勵(lì)傳感器36和接收傳感器38的傳感線圈出線電連接。蓋板29與箱體32、箱體32與端部壓緊體33通過(guò)螺釘連接。端部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)34安裝于端部壓緊體33上，端部壓緊體33與左定位體35通過(guò)螺紋連接。激勵(lì)傳感器36通過(guò)緊定螺釘固定于左定位體35和中定位體37之間，接收傳感器38通過(guò)緊定螺釘固定于中定位體37和右定位體39之間。尾部浮動(dòng)機(jī)構(gòu)41安裝于尾部壓緊體40上。尾部壓緊體41與右定位體通過(guò)螺紋連接39。
[0069]圖8為一個(gè)外徑25mm，內(nèi)徑20mm的管道標(biāo)樣示意圖，管長(zhǎng)為2.8m，在距離左端部
1.4m的位置有一個(gè)橫槽缺陷，距離左端部2m的位置有一個(gè)通孔缺陷。橫槽長(zhǎng)12.5mm,寬1mm，深0.5mm，等效截面積損失為3.7 %。通孔直徑為Φ 5，其等效截面積損失為7.5 %。
[0070]圖9為使用圖5所示的用于內(nèi)檢測(cè)的電磁超聲縱向?qū)Рü艿廊毕輽z測(cè)裝置，在標(biāo)樣管上檢測(cè)所得信號(hào)的波形圖。在圖9中，橫槽缺陷的回波用SI表示，通孔缺陷的回波用S2表示，橫槽缺陷回波經(jīng)過(guò)管道左端部反射后的二次回波用S3表示。
[0071]從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，該電磁超聲縱向?qū)Рü艿廊毕輽z測(cè)裝置檢測(cè)精度良好，傳感器安裝方便快速，檢測(cè)過(guò)程方便快捷。
[0072]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，通過(guò)該裝置激勵(lì)的縱向模態(tài)導(dǎo)波在管道內(nèi)的反射信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道缺陷的判斷，其特征在于，該傳感器包括: 沿著待檢測(cè)管道軸線方向設(shè)置的多個(gè)與管道同軸套設(shè)的環(huán)形磁鐵(I)，且所述環(huán)形磁鐵(I)中所有磁鐵極化方向均與軸向方向平行，用于對(duì)管道進(jìn)行磁化，從而在管道表面上的所述環(huán)形磁鐵(I)兩側(cè)的區(qū)域產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)； 各所述環(huán)形磁鐵陣列(I)的兩側(cè)同軸套設(shè)的螺線管線圈(2)，且各螺線管線圈(2)依次串聯(lián)形成傳感線圈，各螺線管線圈(2)的中心橫截面與對(duì)應(yīng)的環(huán)形磁鐵(I)的端面重合，用于在對(duì)所述傳感線圈通以正弦脈沖電流時(shí)可在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生周向感應(yīng)渦流； 在所述周向感應(yīng)渦流和徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用下，在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生軸向的交變洛倫茲力，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波，該縱向模態(tài)導(dǎo)波沿著管道軸線方向傳播并在遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射回波經(jīng)過(guò)所述傳感線圈時(shí)即可引起傳感線圈的感應(yīng)電壓發(fā)生變化，通過(guò)觀察該感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，即可判斷管道中是否存在缺陷及實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位和評(píng)估。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，其中，相鄰的兩環(huán)形磁鐵(I)的極化方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，其中，位于兩個(gè)環(huán)形磁鐵(I)之間的兩個(gè)螺線管線圈(2)繞向相反，位于同一個(gè)環(huán)形磁鐵(I)兩側(cè)的兩個(gè)螺線管線圈(2)繞向相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，其中，相鄰兩環(huán)形磁鐵(I)的極化方向相同，相鄰兩個(gè)螺線管線圈(2)的繞向相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，其中，相鄰的兩環(huán)形磁鐵(I)的中心間距等于激勵(lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，其中，相鄰兩螺線管線圈(2)的中心間距等于環(huán)形磁鐵(I)的軸向?qū)挾惹覟榧?lì)頻率下縱向模態(tài)導(dǎo)波波長(zhǎng)的一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，其中，所述各螺線管線圈⑵內(nèi)徑小于環(huán)形磁鐵⑴內(nèi)徑，且大于管道外徑，以用于從管道外部檢測(cè)缺陷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的一種基于電磁超聲縱向?qū)Рǖ墓艿廊毕輽z測(cè)傳感器，其中，所述各螺線管線圈(2)外徑大于環(huán)形磁鐵(I)外徑，小于管道內(nèi)徑，以用于從管道內(nèi)部檢測(cè)缺陷。
9.一種電磁超聲縱向?qū)Рz測(cè)裝置，其設(shè)置在管道外以用于檢測(cè)管道缺陷，其特征在于，該檢測(cè)裝置包括由半圓環(huán)狀的兩磁化模塊(12、13)組合形成的中空?qǐng)A柱體以及設(shè)置在該圓柱體上的傳感模塊(15)，待檢測(cè)的管道套裝于該中空?qǐng)A柱體上，其中， 所述磁化模塊(12、13)包括由半圓形的外殼(19)和內(nèi)殼(22)相互套接形成的半圓環(huán)殼體和多個(gè)軸向排列設(shè)置在該半圓環(huán)殼體內(nèi)的磁化組件(21)，各磁化組件(21)之間設(shè)置有用于固定和支撐該磁化組件(21)的支撐組件(20)； 所述磁化組件(21)具有磁鐵(25)，各磁鐵(25)的極化方向均與管道軸向方向平行，兩磁化模塊對(duì)應(yīng)的磁化組件(21)上的磁鐵(25)組成環(huán)形磁鐵，其在相應(yīng)的磁鐵(25)兩側(cè)的管道表面區(qū)域產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)，從而對(duì)管道進(jìn)行磁化； 所述傳感模塊(15)包括接線器(17)、插頭(18)和并排固定在所述半圓環(huán)殼體上與管道同軸的多個(gè)線圈(16)，其中，每個(gè)磁化組件(21)兩側(cè)均對(duì)應(yīng)設(shè)置有兩個(gè)沿軸向布置的所述線圈(16)，各線圈(16)的中心橫截面與對(duì)應(yīng)的磁化組件(21)中的磁鐵(25)軸向端面重合，所述多個(gè)線圈通過(guò)接線器(17)電連接而組成串聯(lián)的螺線管線圈，用于在對(duì)所述傳感線圈通以正弦脈沖電流時(shí)可在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生周向感應(yīng)渦流，所述插頭(18)固定于接線器(17)上，并與插頭(18)出線電連接； 在所述周向感應(yīng)渦流和徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用下，在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生軸向的交變洛倫茲力，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波，該縱向模態(tài)導(dǎo)波沿著管道軸線方向傳播并在遇到缺陷時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射回波經(jīng)過(guò)所述傳感線圈時(shí)即可引起傳感線圈的感應(yīng)電壓發(fā)生變化，通過(guò)觀察該感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，即可判斷管道中是否存在缺陷及實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位和評(píng)估。
10.—種電磁超聲縱向?qū)Рz測(cè)裝置，其設(shè)置在管道內(nèi)以用于檢測(cè)管道缺陷，其特征在于，該檢測(cè)裝置包括同軸依次串接的左定位體(35)、激勵(lì)傳感器(36)、中定位體(37)、接收傳感器(38)和右定位體(39)，其中，所述激勵(lì)傳感器(36)和接收傳感器(38)分別用于激勵(lì)產(chǎn)生縱向模態(tài)導(dǎo)波和接收經(jīng)該縱向模態(tài)導(dǎo)波在管道內(nèi)的反射信號(hào)，兩傳感器結(jié)構(gòu)相同，均包括: 由圓筒形殼體(42)、套裝在該圓筒形殼體(42)內(nèi)且間隔布置的多個(gè)環(huán)形磁鐵(44)、設(shè)置在各環(huán)形磁鐵(44)之間用于支撐環(huán)形磁鐵(44)的多個(gè)支撐機(jī)構(gòu)(43)、以及纏繞在圓筒形殼體(42)外周面的環(huán)槽中以用于激勵(lì)或接收縱向模態(tài)導(dǎo)波的多個(gè)螺線管線圈(45)，其中，各環(huán)形磁鐵(44)極化方向均與軸向方向平行，從而在管道表面上的所述環(huán)形磁鐵(44)兩側(cè)的區(qū)域產(chǎn)生徑向靜態(tài)磁場(chǎng)對(duì)管道進(jìn)行磁化，每個(gè)環(huán)形磁鐵(44)兩側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置兩個(gè)同軸套裝的所述螺線管線圈(45)，且各螺線管線圈(45)依次串聯(lián)形成傳感線圈，各螺線管線圈(45)的中心橫截面與對(duì)應(yīng)的環(huán)形磁鐵(44)的端面重合； 通過(guò)所述激勵(lì)傳感器(36)中各傳感線圈通以正弦脈沖電流產(chǎn)生的周向感應(yīng)渦流和各環(huán)形磁鐵(44)產(chǎn)生的徑向靜態(tài)磁場(chǎng)的共同作用，在待檢測(cè)管道中產(chǎn)生軸向的交變洛倫茲力，從而激勵(lì)出縱向模態(tài)導(dǎo)波，其在所述管道中傳播反射后被所述接收傳感器(38)中的傳感線圈(44)轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電壓信號(hào)，通過(guò)觀察該感應(yīng)電壓隨時(shí)間的變化，即可判斷管道中是否存在缺陷及實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的定位和評(píng)估。
【文檔編號(hào)】G01N29/34GK204008560SQ201420405473
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】武新軍, 孫鵬飛 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)