CN102608207B - 磁致伸缩导波传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁致伸缩导波传感器。是将两个极性相反的永磁体固定在支撑支架两侧的下端，旋转支架穿过支撑支架中心孔后，并定位在镶嵌有激励线圈的耐热绝缘层中心孔中，旋转支架能带动支撑支架转动，Fe-CO-V圆盘贴附耐热绝缘层下表面，耐热绝缘层位于两个极性相反的永磁体中间。本发明基于磁－力－热多场耦合的作用机理，通过对超声导波回波综合定量特征模型的理论分析和实验研究，形成一种具有信息携带完整性和各类缺陷敏感性等综合优化性能的超声导波声场控制理论和方法，并以相控阵技术、小波变换技术为策略，实现实时定量化磁致伸缩超声导波金属管道缺陷无损检测，以应用于在线高温金属管道的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种导波传感器，尤其是涉及应用于高温管道缺陷在线检测中的一种磁致伸缩导波传感器。
背景技术
高温（通常指高于100℃工作温度）金属管道作为在热电、核电、炼化、冶金、供热等领域广泛应用的构件，长期在高温条件下运行易产生疲劳、蠕变、腐蚀、磨损等失效，一旦金属管道发生泄漏或断裂，将导致金属管道内介质大量流失，并可能引起爆炸、火灾等灾难性事故，直接影响设备的安全运行并对人员生命及周边环境造成极大危害。一直以来对于便于安全评价的在线实时准确便捷的金属管道缺陷检测技术，具有强烈的需求。
目前在高温金属管道缺陷超声导波无损检测领域，主要有美国西南研究院的H.Kwun 等对磁致伸缩导波长距离检测的优点进行了阐述，实现了非接触式纵向模态和接触式扭转模态的激励；韩国的Y. Y. Kim 等利用接触式方式实现了扭转波的激励，对镍片耦合产生扭转模态导波的方法进行了优化设计，实现了不需要预磁化前提下利用镍片的磁致伸缩效应在金属管道中激励导波；王悦民研究了在金属管道中激励纵向模态导波时如何选取合适的直流偏置磁场使得检测信号幅值最大；武新军等通过实验研究了激励脉冲包含的正弦波周数和偏置磁场强度对纵向模态导波激励的影响，设计了梳式、周向阵列和径向探头，并结合导波理论对其模态选择的结果进行了分析。专利号200310123047.9的发明专利提出的是一种使用导波的非破坏性检查装置和非破坏性检查方法，专利号200610072881.3的发明专利提出的是一种对带粘弹性包覆层充液管道导波检测方法，专利号200610144294.0提出的是一种管道缺陷的超声导波时间反转检测装置和方法。上述技术利用磁致伸缩技术进行检测时，设计的激励或接收探头只能实现单一模态的激励，要么纵向模态，要么扭转波模态，而不同方向和深度的缺陷对不同模态的导波激励敏感性不同，而金属管道的缺陷往往是不规则的，需要多种模态（纵波模态、扭转波模态、弯曲模态）的复合检验。目前尚未见到能便捷实现多种激励模态的传感器应用于金属管道检测。
发明内容
为了克服背景技术领域中的不足，本发明的目的在于提供一种磁致伸缩导波传感器。
本发明采用的技术方案是：
本发明是将两个极性相反的永磁体固定在支撑支架两侧的下端，旋转支架穿过支撑支架中心孔后，并定位在镶嵌有激励线圈的耐热绝缘层中心孔中，旋转支架能带动支撑支架转动，Fe-CO-V圆盘贴附耐热绝缘层下表面，耐热绝缘层位于两个极性相反的永磁体中间。
所述的激励线圈镶嵌在耐热绝缘层中的布置，要满足如下条件：当激励线圈产生的激励磁场与偏置磁场方向一致时，能产生纵向导波；当激励线圈产生的激励磁场与偏置磁场垂直时，能产生沿被测管道周向的扭转导波；当激励线圈产生的激励磁场与偏置磁场的方向θ在0°～90°变化时，能产生螺旋的SH波。
本发明具有的有益效果是：
本发明基于磁－力－热多场耦合的作用机理，通过对超声导波回波综合定量特征模型的理论分析和实验研究，形成一种具有信息携带完整性和各类缺陷敏感性等综合优化性能的超声导波声场控制理论和方法，并以相控阵技术、小波变换技术为策略，实现实时定量化磁致伸缩超声导波金属管道缺陷无损检测，以应用于在线高温金属管道的监控过程，为高温金属管道领域提供一种关键技术的监控和安全保障手段。本发明的有效实施，不仅能在管类构件的在线监控中得到直接应用，同时带动海洋平台、大型储罐、桥梁结构、以及飞机机翼、高铁轨道等行业的在线健康检测和寿命评估技术的发展，创造更大的社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明的磁致伸缩导波传感器的分解等轴测图。
图2是本发明的磁致伸缩导波传感器的结构图。
图3是本发明中第一种激励磁场与偏置磁场布置示意图。
图4是本发明中第二种激励磁场与偏置磁场布置示意图。
图5是本发明中激励磁场与偏置磁场方向变化产生螺旋的SH波的波形传播示意图。
图中：1、旋转支架，2、支撑支架，3、两极性相反的永磁体，4、耐热绝缘层，5、激励线圈，6、Fe-CO-V圆盘，7、磁致伸缩导波传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，图2所示，本发明的磁致伸缩导波传感器7是由旋转支架1，支撑支架2，两极性相反的永磁体3，耐热绝缘层4，激励线圈5和Fe-CO-V圆盘6构成。
两个极性相反的永磁体3固定在支撑支架2两侧的下端，旋转支架1穿过支撑支架2中心孔后，并定位在镶嵌有激励线圈5的耐热绝缘层4中心孔中，旋转支架1能带动支撑支架2转动，Fe-CO-V圆盘6贴附耐热绝缘层4下表面，耐热绝缘层4位于两个极性相反的永磁体3中间。这样就可以通过调节旋转支架1来改变永磁体3的方向。永磁体3在与激励线圈5相对运动中，偏置磁场也相对于激励信号的磁场在不断的变化，从而产生不同的波形。
如图3，图4所示，所述的激励线圈5镶嵌在耐热绝缘层4中的布置，要满足如下条件：当激励线圈产生的激励磁场Ha与偏置磁场Hb方向一致时，能产生纵向导波；当激励线圈产生的激励磁场Ha与偏置磁场Hb垂直时，能产生沿被测管道周向的扭转导波；当激励线圈产生的激励磁场Ha与偏置磁场Hb的方向θ在0°～90°变化时，能产生螺旋的SH波。
旋转支架1，提供调整方向及固定支撑支架的功能；支撑支架2为两极性相反的永磁体3提供安装面；两极性相反的永磁体3，能提供偏置磁场；耐热绝缘层4，为旋转支架1提供支撑面及镶嵌激励线圈5的功能；耐热绝缘层材料主要成分由水玻璃和陶土构成，其耐热温度可达1200℃,声阻抗和环氧树脂接近，在高温下凝固后可长久使用，由公安部天津消防研究所提供；激励线圈5提供激励磁场；Fe-CO-V圆盘6为耐热绝缘层提供贴附面，未经热处理的Fe-CO-V圆盘有很好的软磁特性，其居里温度最高可达938℃，磁致伸缩系数可达60PPm,高温性能和磁致伸缩系数明显优于镍带，Fe-CO-V圆盘能贴附在高温管道表面。
本发明的一个实施例：
如图5所示，将两个磁致伸缩导波传感器7的Fe-CO-V圆盘6分别布置于被测钢管的两端的圆柱面上，一个磁致伸缩导波传感器7作为发射端，另一个磁致伸缩导波传感器7作为接收端。
发射端的磁致伸缩导波传感器发射超声导波，接收端的磁致伸缩导波传感器可以接收缺陷回波信号，根据分析纵向导波、扭转导波和螺旋的SH导波作用下的缺陷反射信号的频散特性，对其中的高阶模态进行分析。根据不同特征的缺陷对不同激励方式与模态阶次的敏感性不同，可对缺陷进行分类，并根据轴向位置和相位信息，能得到缺陷的位置和轮廓信息。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种磁致伸缩导波传感器，其特征在于：两个极性相反的永磁体(3)固定在支撑支架(2)两侧的下端，旋转支架(1)穿过支撑支架(2)中心孔后，并定位在镶嵌有激励线圈(5)的耐热绝缘层(4)中心孔中，旋转支架(1)能带动支撑支架(2)转动，Fe-CO-V圆盘(6)贴附耐热绝缘层(4)下表面，耐热绝缘层(4)位于两个极性相反的永磁体(3)中间；
所述的激励线圈(5)镶嵌在耐热绝缘层(4)中的布置，要满足如下条件：当激励线圈产生的激励磁场与偏置磁场方向一致时，能产生纵向导波；当激励线圈产生的激励磁场与偏置磁场垂直时，能产生沿被测管道周向的扭转导波；当激励线圈产生的激励磁场与偏置磁场之间的夹角θ在0°～90°变化时，能产生螺旋的SH波。
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