CN101358688A - 一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪 - Google Patents

Abstract

一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪。主要解决现有的管道检测技术不能对长距离油气输送管线进行安全、高效且对管线无损伤的在线管道缺陷检测的问题。其特征在于：所述仪器包括驱动单元、磁化及行走单元、数据采集及分析单元，其中，磁化及行走单元中各个子单元的衔铁、永久磁铁和极靴与待检测的管道壁形成闭合磁回路，由数据采集及分析单元对此磁回路中产生的漏磁信号进行采集和分析，从而确定管道壁上存在的缺陷。这种可以由电机驱动或人工驱动的检测仪具有检测精度高、可以对缺陷的壁减进行连续扫描的特点，且不会对管道造成损伤。此外，这种检测仪结构简单、体积小，具有一定范围内的变径功能，可以适合不同直径管道的检测需要。

Description

一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪

技术领域：

本发明涉及一种用于石油储运领域中进行管道缺陷检测的仪器，具体的说是涉及一种由直流电机驱动的可在管道外进行缺陷检测的仪器。

背景技术：

管道运输是石油、天然气运输采用的主要方式。我国近70％的原油、100％的天然气是通过管道运输的。由于输送管线穿越地域广阔，服役环境复杂，位置隐蔽，一旦发生失效破坏，往往造成很大的经济损失，导致人身伤亡等灾难性事故，破坏生态环境。据统计，我国现有的长距离油气输送管线，其中70％已进入事故多发期，每年因管线老化造成的管道事故频繁，潜在危险很大。但是目前遇到的实际困难却是：一方面，我国目前现有成熟的管道缺陷检测技术多为有损伤检测，而管道运送介质的高危险性和石油石化工业连续性生产的工艺要求又使得这种有损伤检测难以应用在长距离油气输送管线上；另一方面，现有技术中还有一些管道无损伤检测技术，但是这些技术在应用到这种长距离油气输送管线上时又大都存在着检测效率低、精度差、工人劳动强度高以及安全性难以保证的缺点。因此，在油田管道运输这个领域中，目前急需一种安全、高效且对管线无损伤的在线管道缺陷检测仪器可以对全部或部分管道实施高效、准确的检测评价，从而保证油田上已开采出的油、气被顺利运送到各个目的地。

发明内容：

为了解决现有的管道检测技术不能对长距离油气输送管线进行安全、高效且对管线无损伤的在线管道缺陷检测的问题，本发明提供一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，该种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪一方面具有较高的检测精度，另一方面能够对管道内外壁腐蚀缺陷的壁减进行连续扫描检测，而不会对管道造成任何损伤，满足了管道运送介质的高危险性和石油石化工业连续性生产的工艺要求。此外，这种检测仪结构简单、体积小，具有一定范围内的变径功能，可以适合不同直径管道的检测需要。而且这种检测仪采用电机驱动方式，在一定程度上减轻了操作人员的劳动强度，保证了安全性；并且当电力不足时还可以由人工驱动，非常适于在不同野外作业条件下应用。

本发明的技术方案是：该种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，主要由驱动单元、磁化及行走单元、数据采集及分析单元以及为前三个单元提供工作电源的直流电源提供单元构成，其中所述驱动单元由无刷电机、两个电机驱动轮以及电机控制盘等组成。其中，无刷电机与电机驱动轮之间通过驱动轴形成传动联接，电机控制盘通过控制信号线实现对无刷电机的起停控制；在所述无刷电机的前后端分别固定有一个电机把手和一个电机连接拉环；所述磁化及行走单元由至少两个子单元构成，每个子单元包括四个部分，分别为：①行走轮以及行走轮竖直支架和行走轮水平支架，其中行走轮轴联接于行走轮水平支架上，而行走轮水平支架与行走轮竖直支架形成垂直方向的固定联接；②衔铁以及永久磁铁和极靴，其中，永久磁铁和极靴分别依次固定联接于衔铁的两个下端面上，而行走轮竖直支架则固定于衔铁的两个侧端面上；③用于固定磁感应元件的传感器盒，其中，在衔铁的中部开有一个螺栓孔，传感器高度调整螺栓穿过此孔将传感器盒固定于衔铁的底部；④一个子单元角度调整构件，此构件固定联接于衔铁的顶部。此外，所述磁化及行走单元还包括一个固持连接构件，每个子单元之间的行走轮竖直支架通过子单元连接销相联接，连接后的各个子单元在一定范围内可以相对转动；而每个子单元角度调整构件则与固持连接构件之间通过子单元角度调整螺栓形成连接；所述驱动单元与所述磁化及行走单元之间通过电机连接拉环和固定于衔铁上的拉环固定支架形成联接。所述数据采集及分析单元由位于传感器盒内的磁感应元件以及相应的信号放大电路、光电脉冲编码器、数据采集卡和预置磁感应信号分析软件的工业计算机组成；其中，所述光电脉冲编码器的齿轮与所述磁化及行走单元中的任一行走轮相联接，此光电脉冲编码器通过信号线将产生的脉冲信号传递给数据采集卡的相应信号接收端，由数据采集卡将其转换为相应的里程数据，所述磁感应元件将检测到的漏磁信号转换成电信号后经过信号放大电路放大后传递给数据采集卡的相应信号接收端，由数据采集卡将其转换为相应的漏磁数据，此后，由数据采集卡将此里程数据和漏磁数据输送至预置漏磁信号分析软件的工业计算机。

本发明具有如下有益效果：应用本种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪检测管道时，只需要打开管道的外保温层，不需要破坏管道的外防腐蚀层。把此检测仪放置在所要检测管道的外壁，调整子单元连接销以及子单元角度调整螺栓，使检测仪与不同直径的管道相适应。本检测仪中的磁化及行走单元可以使管道被检测区域被磁化到接近饱和磁感应强度，当管道壁上有缺陷存在时，磁力线会发生绕转和溢出，漏出的磁信号由磁感应元件转化为电信号，被数据采集卡采集，存储到计算机中；同时在行走的过程中，安装在任一行走轮上的光电脉冲编码器在固定时间间隔内发出电脉冲，触发数据采集一次以及向数据采集卡发出里程信号，由计算机分析后实现缺陷的定位。由此可见，利用此种仪器进行检测时，一方面可以通过增加磁感应元件的数量以及通道数以及减小扫描间隔等措施来避免漏检和实现较高的检测精度；另一方面此种检测仪能够对管道内外壁腐蚀缺陷的壁减进行连续扫描检测，而不会对管道造成任何损伤，满足了管道运送介质的高危险性和石油石化工业连续性生产的工艺要求。此外，本种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪由直流马达驱动，检测速度可以根据现场不同情况而进行调节，大大降低了检测人员的劳动强度以及提高了作业工人的安全性保障；并且将该仪器的驱动单元与磁化及行走单元分离后，该检测仪可转为人工驱动，具有使用上的灵活性。在本种检测仪器中，磁感应传感器采用聚磁结构且高度可以调节，从而提高了传感器的灵敏性，使之可以适应不同管径的变化，而且在传感器外罩有传感器盒作为保护，使得传感器可承受一定的撞击。综合评价本种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，不仅结构简单、检测准确率高，而且能够实现管道不停产在线检测，降低操作人员劳动强度，很好地满足了石油石化行业管道检测的要求。

附图说明：

图1是本发明中所述直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪的结构示意图。

图2是本发明中驱动单元电机部分的结构示意图(仰视图)。

图3是将本发明中所述直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪应用于管道外壁检测时的工作状态示意图。

图4是本发明中数据采集及分析单元和直流电源提供单元的电气原理图。

图5是本发明改为人工驱动后并加入推杆及方向杆后的结构示意图。

图6是本发明中传感器盒与衔铁联接后的结构示意图。

图7是本发明中所述工业计算机内预置的磁感应信号分析软件的流程图。

图8是本发明一个实施例中励磁电路的等效电路。

图中1-无刷电机，2-电机把手，3-电机驱动轮，4-电机连接拉环，5-磁化及行走单元连接拉环，6-电机及手柄连接销，7-行走轮水平支架，8-极靴，9-衔铁，10-传感器盒，11-子单元角度调整构件，12-永久磁铁，13-子单元角度调整螺栓，14-固持连接构件，15-行走轮，16-信号线，17-蓄电池，18-系统电源开关，19-工业计算机，20-行走轮竖直支架，21-把手，22-螺栓孔，23-子单元连接销，24-电机控制盘，25-电机控制按钮，26-控制信号线，27-定位轮，28-拉环固定支架，29-驱动轴，30-磁盒，31-传感器高度调整螺栓。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

首先介绍本发明所依据的基理：本发明应用的是检测技术中的漏磁无损检测原理。漏磁法无损检测与磁粉检测类似，是通过检测被磁化的金属表面溢出的漏磁通，来判断缺陷是否存在。一块表面光滑无裂纹、内部无缺陷或杂夹物的铁磁性材料磁化后，其磁力线在理论上应该全部通过由铁磁材料构成的磁路。若存在缺陷，由于铁磁材料与缺陷处材质的导磁率不同，缺陷处的磁阻大，在磁路中可以视为障碍物，则磁通会在缺陷处发生畸变。通常来说所产生的畸变磁通分为三部分：第1部分穿过缺陷，第2部分经过裂纹周围的铁磁材料绕过裂纹，第3部分则离开铁磁材料表面，经过空气或其它介质绕过裂纹。而这第3部分的畸变磁通就是所谓的漏磁通，也就是磁感应探头能检测到的部分。漏磁通信号与缺陷尺寸是对应的，漏磁信号的峰-峰与缺陷深度保持近似的线性关系，漏磁信号的峰-峰间距与缺陷宽度对应，缺陷长度对漏磁信号几乎没有影响。同时，从传感器得到的漏磁信号的幅值和波形还受到环境因素的影响。例如：探头距试件表面的提离值、探头行进速度、罐壁的磁化强度、导磁率及储罐底板的剩磁等。在实际检测中时，这些参数是变化的，它们的改变影响了信号的幅值和形状。

本发明正是基于上述基理的启发，试图通过发明一种检测仪，可以在管道外壁产生一个磁场，使得该段管壁接近磁饱和状态，当有缺陷存在时，磁场线会发生绕转和溢出，漏出的磁信号就会被仪器内的磁感应元件所捕获，从而实现缺陷的确定。此外，为实现仪器检测的精准和高效，还需要对基础方案作出一系列的优化处理，例如实现在一定范围内的变径，以保证可适用于不同直径的管道；实现仪器在管道外壁的自动行走，以适应长距离野外作业需要；以及实现传感器高度的可调，以保证参数可以优化配置等。下面具体介绍本发明的构成、一个具体实施例以及几个优化实施方案。

首先，具体介绍本发明的构成。本种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，主要由驱动单元、磁化及行走单元、数据采集及分析单元以及为前三个单元提供工作电源的直流电源提供单元构成，其中：

如图1所示，所述驱动单元由无刷电机1、两个电机驱动轮3以及电机控制盘24等组成。其中，无刷电机1与电机驱动轮3之间通过驱动轴29形成传动联接，电机控制盘24通过控制信号线26实现对无刷电机1的起停控制。在所述无刷电机1的前后端分别固定有一个电机把手2和一个电机连接拉环4。

所述磁化及行走单元由至少两个子单元构成，每个子单元包括大致四个部分，分别为：①行走轮15以及行走轮竖直支架20和行走轮水平支架7。其中行走轮15轴联接于行走轮水平支架7上，而行走轮水平支架7与行走轮竖直支架20形成垂直方向的固定联接；②衔铁9以及永久磁铁12和极靴8。其中，永久磁铁12和极靴8分别依次固定联接于衔铁9的两个下端面上，而行走轮竖直支架20则固定于衔铁9的两个侧端面上；③用于固定磁感应元件的传感器盒10。其中，在衔铁9的中部开有一个螺栓孔22，传感器高度调整螺栓31穿过此孔将传感器盒10固定于衔铁9的底部；④一个子单元角度调整构件11，此构件固定联接于衔铁9的顶部。在这里，由永久磁铁、衔铁和极靴构成的磁化结构主要完成磁化检测管道，使永久磁铁、衔铁和极靴以及检测管壁形成闭合磁回路，当有缺陷存在时会形成漏磁信号，以便于仪器中的磁感应元件捕获。其中，衔铁主要起到支撑和导磁的作用，具体联接时，较好的方式是将永久磁铁通过高强胶粘接到衔铁的两个下端面上。极靴的作用主要是用于导磁和磁铁保护，它也可以通过高强胶和磁铁吸力作用固定到永久磁铁的下方。

此外，如图1所示，所述磁化及行走单元还包括一个固持连接构件14，每个子单元之间的行走轮竖直支架20通过子单元连接销23相联接，连接后的各个子单元在一定范围内可以相对转动；而每个子单元角度调整构件11则与固持连接构件14之间通过子单元角度调整螺栓13形成连接，通过调整子单元角度调整螺栓13可以使几个磁化子单元形成一定的角度，并限制其自由转动，来达到适应一定范围内管径变化的要求。此外，由于各子单元两端均装有行走轮15，一方面可以减小摩擦阻力，另一方面可以使传感器盒与壁面保持固定高度。

所述驱动单元与所述磁化及行走单元之间通过电机连接拉环4、固定于拉环固定支架28上的磁化及行走单元连接拉环5和固定于衔铁9上的拉环固定支架28形成联接，电机连接拉环4与磁化及行走单元连接拉环5之间采用一个带有紧固弹簧的电机及手柄连接销6相联接，易于插拔，可以很方便的实现驱动单元与磁化及行走单元之间的连接或分离，由此使得本种检测仪可以在作业需要的时候选择电动驱动方式还是人工驱动方式。图5是改为人工驱动后并加入推杆及方向杆后的本种检测仪的结构示意图。

所述数据采集及分析单元由位于传感器盒10内的磁感应元件以及相应的信号放大电路、光电脉冲编码器、数据采集卡和预置磁感应信号分析软件的工业计算机19组成，其一个实施例的电气原理图如图4所示。其中，所述光电脉冲编码器的齿轮与所述磁化及行走单元中的任一行走轮15相联接，可以把这个安装有光电脉冲编码器的行走轮称为定位轮。此光电脉冲编码器记录下轮子的转数后，通过信号线16将产生的脉冲信号传递给数据采集卡的相应信号接收端，由数据采集卡将其转换为相应的里程数据，所述磁感应元件将检测到的漏磁信号转换成电信号后经过信号放大电路放大后传递给数据采集卡的相应信号接收端，由数据采集卡将其转换为相应的漏磁数据，此后，由数据采集卡将此里程数据和漏磁数据输送至预置磁感应信号分析软件的工业计算机19。在本发明中，数据采集单元主要实现漏磁信号数据的采集、记录、返放分析工作，同时采集、存储光电脉冲编码器产生的脉冲信号，转换为相应的里程数据，与漏磁数据相融合，用于缺陷的定位。蓄电池17为工业计算机19和无刷电机1提供工作电源，系统电路通断由系统电源开关18控制，工业计算机中安装有数据采集卡和预置有配套的磁感应信号分析软件，可以通过信号线16读取传感器盒10内的磁感应元件和定位轮27上的脉冲编码器产生的信号，并完成系列转换，显示在控制屏上，通过数据返放分析可以评价被测管道的表面状况，并可确定缺陷的严重程度及其位置。所述磁感应信号分析软件的流程图如图7所示，在检测时，要根据不同的管壁厚度等实际情况选择不同的门槛值，当检测到的漏磁信号达到此门槛值时，证明有缺陷存在。图进行检测操作时，首先要在系统设置中调用相应壁厚的标定文件。在开始检测前可以在系统设置中选择检测数据是否存盘，并进行数据文件名、路径等设置。在自动停车设置中，设置是否自动停车。在检测前要先在门槛设置中设置门槛值，然后按回车键，进行硬件初始化。初始化后，开始采集键会被击活，按下回车键，可以进行数据采集。整个数据采集/暂停/停止都只须用回车键设置，非常方便操作。

图3是检测仪应用于管道外壁检测时的工作状态示意图，在检测的过程中，如果选择了自动停车，遇到超过门槛值的缺陷，相应通道的绿灯会变红，并且在软件界面上缺陷详细信息的信息里显示该缺陷的位置和严重程度。这时候检测仪会自动停止前进，并且驱动马达控制开关失效，以便操作人员对缺陷进行复验。缺陷复验后，用手按住面板上重新设置开关，同时按下驱动马达开关，检测仪向前行进后松开重新设置开关，保证遇到下一缺陷能自动停车。

下面是本发明专利的一个具体实施例：

首先确定磁铁、衔铁和极靴的尺寸参数。设永久磁铁的宽度W_m，；极靴下表面和管道表面之间的距离δ；两个极靴之间的距离为L_m，磁铁的长度l_m；极靴的高度为h_t；磁铁的高度h_m；衔铁的厚度h_l。

1、具体参数：

①所选永磁材料为铷铁硼永久磁铁，其具体参数如表1所示：

表一

②衔铁材料为10钢，其参数为：磁导率μ＝5.65×10^-3H/m；H_c＝39.788～79.577A/m。

③气隙δ取5mm，介质为空气，有关参数为：磁导率μ₀＝4π×10^-3H/m。

④磁阻系数根据漏磁检测规范，取Kr＝1.2。

2、磁铁厚度计算公式

$h_m=K_r{H}_g{L}_g\sqrt{\frac{B_r}{H_c{\left(\mathrm{BH}\right)}_{\max }}}$

$k_f=S_m/\left(B_g{S}_g\sqrt{\frac{H_c}{B_r{\left(\mathrm{BH}\right)}_{\max }}}\right)$

3、磁导的计算在磁导法设计中，磁路各部分的磁导计算是关键。所设计的励磁磁路可等效为图8所示的等效磁路。

①极靴间气隙磁导G_pp

$G_{\mathrm{pp}1}={\mathrm{\μ}}_0\frac{{\mathrm{hW}}_m}{L_m};$

$G_{\mathrm{pp}2}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}h}{\mathrm{\π}}\ln [1+\frac{{2l}_m+2\sqrt{{l^2}_m+l_m}{L}_m}{L_m}];$

G_pp＝G_pp1+2G_pp2

②极靴与衔铁间的气隙磁导G_PL

$G_{\mathrm{PL}1}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{W}_m}{\mathrm{\π}}\ln [\frac{{\mathrm{\Δ}}^2-{(\mathrm{\ϵ}+x)}^2}{\mathrm{\Δ}(h_m-x)}-\frac{\mathrm{\ϵ}+x}{\mathrm{\Δ}}]$

$G_{\mathrm{PL}2}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{l}_m}{\mathrm{\π}}\ln [\frac{{\mathrm{\Δ}}^2-{(\mathrm{\ϵ}+x)}^2}{\mathrm{\Δ}(h_m-x)}-\frac{\mathrm{\ϵ}+x}{\mathrm{\Δ}}]$

上两式中的

$\mathrm{\ϵ}=\frac{l_m-h_i}{2}$

$\mathrm{\Δ}=\frac{1}{2}(l_m+h_i+{2h}_m)$

$x=\frac{1}{2\mathrm{\ϵ}}[({\mathrm{\Δ}}^2-{h_m}^2-{\mathrm{\ϵ}}^2)-\sqrt{{({\mathrm{\Δ}}^2-h_m-{\mathrm{\ϵ}}^2)}^2-4{\mathrm{\ϵ}}^2{h_m}^2}]$

G_PL3＝0.52μ₀W_m

$G_{\mathrm{PL}4}=\frac{2{\mathrm{\μ}}_0{W}_m}{\mathrm{\π}}\ln (1+2W_m/\left({2h}_m\right))$

G_PL5＝0.077μ₀h_m

G_PL6＝0.25μ₀(l_m+h_i)/2

G_PL7＝0.5μ₀h_i

G_PL＝G_PL1+G_PL2+G_PL3+G_PL4+G_Pl5+G_PL6+G_PL7

③衔铁磁导G_L

G_L＝μ_rlB_lW_ml_m/L_m

④检测管道磁导G_w

G_w＝μ_rw(B_w)W_m×8/L_m

⑤极靴磁导G_p

G_P＝μ_rP(B_P)W_ml_m/h_m

⑥极靴与管道间的气隙磁导G_PW

$G_{\mathrm{PW}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{l}_m{W}_m}{L_g}$

4.由磁路计算的第一、第二定律建立方程组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{PL}}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RL}}=H_m{h}_m\\ (R_W+R_{\mathrm{PL}}+\frac{1}{2}{R}_L){\mathrm{\φ}}_W+\frac{1}{2}{R}_L{\mathrm{\φ}}_P=H_m{h}_m\\ (R_w+R_{\mathrm{PL}}){\mathrm{\φ}}_w-\frac{1}{2}{R}_{\mathrm{PP}}{\mathrm{\φ}}_P=0\end{array}\right.$

即

$\left[\begin{array}{ccc}{R}_{\mathrm{PL}}& 0& 0\\ 0& R_W+R_{\mathrm{PL}}+\frac{1}{2}{R}_L& \frac{1}{2}{R}_L\\ 0& R_W+R_{\mathrm{PL}}& -\frac{1}{2}{R}_{\mathrm{PP}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{PL}}\\ {\mathrm{\φ}}_W\\ {\mathrm{\φ}}_P\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{H}_m{h}_m\\ H_m{h}_m\\ 0\end{array}\right]$

也即[R][φ]＝[F]

于是，可以解得[φ]＝[φ_PL φ_w φ_P]^T＝[R]^-1[F]

上式中[R]——磁路中的磁阻，它们分别为对应通路上磁导之倒数；

H_m——磁钢的磁场强度。

由于磁路中存在铁磁性材料，其磁导率随磁场强度非线形变化，所以，上述方程组为非线性方程组，需采用迭代的方法逐步确定磁钢的工作点和铁磁性材料的磁导率后，采用逼近的方法来进行优化计算。当选择不同的磁铁尺寸时，代如上式，可以得到表2所示结果。

表二

在满足管道磁化强度的前提下，尽量使磁化结构体积小、重量轻。储罐底板的饱和磁感应强度大约为1.5T，根据漏磁检测磁化规范，其达到磁化要求的磁感应强度为饱和磁感应强度的80％以上，即底板中的磁感应强度≥1.2T。在表1计算结果中进行优化选择，确定磁铁、衔铁和极靴的尺寸参数。

其次，确定数据采集及分析单元。如图4所示，直流电源提供单元提供3路输出，一路输出为24V、1A，为工业电脑供电；一路输出为5V、1A，为磁感应元件和光电脉冲编码器供电；一路为12V，15A为驱动电机供电。如图所示，12v蓄电池经过12v转5v模块，给编码器和传感器供电；经过12v转24v模块给工业电脑供电。12v蓄电池直接给电机供电，通过电机正转和反转开关，可以实现检测仪的前进和倒退。

为适应漏磁检测大数据量采集的需要，采用PCI总线数据采集器。它可以很轻松的与笔记本或台式机组成高性能的数据采集系统。本例中采用美国新型12位A/D转换芯片，设计讲究，测量精度高，速度快，编程简便，且具有设备体积小巧，连接方便，无需外接电源，即插即用等特有优点。可以满足检测需要的大数据量高速数据采集的需要。缺陷定位电路是检测系统的关键部分之一，它直接控制着系统的工作状态。本发明中所设计的定位装置由定位轮、光电脉冲编码器e6a2和反向器74LS00组成。其工作原理为：在管道的检测过程中，定位轮在管壁上转动，由于其与光电脉冲编码器的齿轮联接，因此带动光电脉冲编码器做同步转动。当磁感应传感器相对于管壁每移动一个空间采样间隔时，脉冲编码器发出一个TTL电脉冲，触发数据采集卡2036，所有磁感应传感器通道采集一次。在本例中，仪器共有15个通道，每个通道有两个UGN3503型霍尔效应传感器，即两个霍尔元件探头。每个霍尔元件信号经放大器741放大后，用加法放大器741把两个霍尔元件的信号叠加放大后，进入2306数据采集卡中，在2306数据采集卡中，各个通道信号经过多路模拟选择开关、放大器后进A/D转换，把模拟信号变成数字信号。数字信号暂存在卡上的缓存中，通过PCI总线传输到1260T触模屏式工业电脑，由软件进行数据分析处理。如果软件发现有高过门槛值的缺陷，通过数据采集卡2306进行D/A输出，输出一个+5v的高电平。该高电平经过两次三极管放大后，使12v常闭继电器断开，使电机电路断开，使电机停止转动，实现发现缺陷后自动停车。实际上，采用15路通道，以及每个通道中2个霍尔探头，是本发明的一个优选实施例。在实施中，需要在传感器盒10内将此种多个霍尔效应传感器沿垂直检测方向和平行检测方向上均匀布置。将其称为优选实施例的理由如下：

由于单片霍尔元件沿检测方向具有一定的检测覆盖范围，在保证两个相邻霍尔元件有一定重叠检测范围的前提下，采用多个霍尔元件沿垂直检测方向和平行方向上均匀布置。可以实现无漏检的扫描检测，这样，在扫描范围内不同位置处的缺陷将由靠近它的霍尔元件检测。

当单个检测元件的覆盖范围S_S≈1.2cm由实验确定后，覆盖整个扫描宽度所需要的霍尔元件数N为

$N\≥\mathrm{CINT}\left[\frac{S_P}{S_S}\right]$

式中S_P——扫描宽度；

CINT[·]——舍入取整。

把特定的系统扫描宽度150cm代入上式，可得N＝15，即3个传感器盒，每个传感器盒5个通道，共15个通道，30个霍尔元件，每个通道两个霍尔元件，一个测量磁场法向分量，一个测量磁场平行分量。此外，为了减小霍尔元件距管道的距离，可以采用如图6所示的结构，即在所述传感器高度调整螺栓31上，位于衔铁9底部和传感器盒10的顶部之间，有一弹性元件。这种结构的目的在于使用强力弹簧使霍尔元件尽量接近管道，又可以防止管壁不平时对霍尔元件造成损伤。

下面介绍本发明另外的几个优选实施例：

首先，如图2所示，可以在所述无刷电机1的底部固定有一个内装磁铁的磁盒30，由于磁盒内部装有磁铁，在检测过程中，磁铁透过磁盒与管壁产生吸引力，从而使电机驱动轮3压紧在管道外壁上，可防止电机因重力脱离管壁。

此外，还可以在电机驱动轮3的内侧依据检测管道的直径，设计周向的弧形坡口，其目的是在检测过程中保证电机驱动轮3与管壁面接触，增加摩擦力，从而产生更大的牵引力。

另外，可以在所述磁化及行走单元中的衔铁两侧固定有把手21，以便用于检测仪的取放。

在本发明的基础方案中，述及所述磁化及行走单元中子单元的数量至少为二个，而在图1中给出的子单元的数量为三个，这是由于三个子单元实际上是最优选的实施例。三个子单元之间通过磁化子单元连接销23和磁化子单元角度调整螺栓13来固定连接，通过调整磁化子单元角度调整螺栓13可以使三个磁化子单元相对于两个磁化子单元而言，易于形成一定的弧形角度，并限制其自由转动，从而更加易于适应一定范围内管径变化的要求。此外，如此选择对于降低仪器生产成本，提高仪器的性价比是很有益处的。

Claims (8)

1、一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，主要由驱动单元、磁化及行走单元、数据采集及分析单元以及为前三个单元提供工作电源的直流电源提供单元构成，其特征在于：

所述驱动单元由无刷电机(1)、两个电机驱动轮(3)以及电机控制盘(24)等组成，其中，无刷电机(1)与电机驱动轮(3)之间通过驱动轴(29)形成传动联接，电机控制盘(24)通过控制信号线(26)实现对无刷电机(1)的起停控制；在所述无刷电机(1)的前后端分别固定有一个电机把手(2)和一个电机连接拉环(4)；

所述磁化及行走单元由至少两个子单元构成，每个子单元包括①行走轮(15)以及行走轮竖直支架(20)和行走轮水平支架(7)，其中行走轮(15)轴联接于行走轮水平支架(7)上，而行走轮水平支架(7)与行走轮竖直支架(20)形成垂直方向的固定联接；②衔铁(9)以及永久磁铁(12)和极靴(8)，其中，永久磁铁(12)和极靴(8)分别依次固定联接于衔铁(9)的两个下端面上，而行走轮竖直支架(20)则固定于衔铁(9)的两个侧端面上；③用于固定磁感应元件的传感器盒(10)，其中，在衔铁(9)的中部开有一个螺栓孔(22)，传感器高度调整螺栓(31)穿过此孔将传感器盒(10)固定于衔铁(9)的底部；④一个子单元角度调整构件(11)，此构件固定联接于衔铁(9)的顶部；

此外，所述磁化及行走单元还包括一个固持连接构件(14)，每个子单元之间的行走轮竖直支架(20)通过子单元连接销(23)相联接，连接后的各个子单元在一定范围内可以相对转动；而每个子单元角度调整构件(11)则与固持连接构件(14)之间通过子单元角度调整螺栓(13)形成连接；

所述驱动单元与所述磁化及行走单元之间通过电机连接拉环(4)和固定于衔铁(9)上的拉环固定支架(28)形成联接；

所述数据采集及分析单元由位于传感器盒(10)内的磁感应元件以及相应的信号放大电路、光电脉冲编码器、数据采集卡和预置漏磁信号分析软件的工业计算机(19)组成；其中，所述光电脉冲编码器的齿轮与所述磁化及行走单元中的任一行走轮(15)相联接，此光电脉冲编码器通过信号线(16)将产生的脉冲信号传递给数据采集卡的相应信号接收端，由数据采集卡将其转换为相应的里程数据，所述磁感应元件将检测到的漏磁信号转换成电信号后经过信号放大电路放大后传递给数据采集卡的相应信号接收端，由数据采集卡将其转换为相应的漏磁数据，此后，由数据采集卡将此里程数据和漏磁数据输送至预置漏磁信号分析软件的工业计算机(19)。

2、根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，其特征在于：在所述无刷电机(1)底部固定有一个内装磁铁的磁盒(30)。

3、根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，其特征在于：所述电机驱动轮(3)内侧有周向的弧形坡口。

4、根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，其特征在于：在所述传感器高度调整螺栓(31)上，位于衔铁(9)底部和传感器盒(10)的顶部之间，有一弹性元件。

5、根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，其特征在于：所述磁化及行走单元的两侧固定有把手(21)

6、根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，其特征在于：所述磁化及行走单元中子单元的数量为三个。

7、根据权利要求1所述的一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，其特征在于：所述永久磁铁(12)的材料为铷铁硼，所述衔铁(9)和极靴(8)的材料均为10号钢。

8、根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一种直流电机驱动的可变径管道外漏磁检测仪，其特征在于：所述数据采集卡为PCI2036数据采集卡，所述工业计算机(19)为1260T触摸屏式工业电脑，所述光电脉冲编码器为e6a2型光电脉冲编码器，所述磁感应元件采用UGN3503型霍尔效应传感器，在传感器盒(10)内将此种多个霍尔效应传感器沿垂直检测方向和平行检测方向上均匀布置。

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