CN104502869B - 一种实心无磁钢坯磁场性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实心无磁钢坯磁场性能测试装置及方法，包括实心无磁钢坯及实心无磁钢坯装载小车，该装置还包括磁性能数据采集处理装置及探头支撑架，磁性能数据采集处理装置包括磁性能检测探头、激光测距传感器及处理器，激光测距传感器通过测量实心无磁钢坯端部与激光测距传感器的距离，确定实心无磁钢坯已检测长度的具体尺寸和位置，信号经RS232输入处理器，主要负责实心无磁钢坯在检测过程中确定已检测的距离；两路信号输入处理器后经内部运算处理，根据数据建立以钢坯尺寸为横轴，钢坯表面磁场梯度值为纵轴的磁场分布曲线图。本发明提供了一种操作方便、结构简单且能够准确的测定实心无磁钢坯磁性能的测试装置及方法。

Description

一种实心无磁钢坯磁场性能测试装置及方法

技术领域

本发明属于磁性能测试技术领域，具体涉及一种用于实心无磁钢坯外表面磁场性能测试的实心无磁钢坯磁场性能测试装置及方法。

背景技术

根据《SY/T 5144-2007 中华人民共和国石油天然气行业标准—钻铤标准》6.4.2条款磁性能测试装置规定：C型钻铤无磁钻铤偏离均匀磁场最大偏差不超过±0.05μT, 将钻具置于正南北方向，探头不动，被测钻铤南北运动，使探头沿内孔测定任何相距100mm的磁场梯度ΔB值。经查询专利号：ZL2012 2 0453188.1一种无磁钻挺磁场梯度测量装置，通过由水平的探头固定杆和竖直的固定支座构成支撑架，测量探头得以伸入无磁钻铤内孔，测定任何相距100mm的点磁感应强度值传递到磁场强度信号转换器，转换器将信号处理，经通讯线传递到电脑，在电脑中利用VB软件编程，建立以钻铤长度为横轴，钻铤磁场梯度ΔB值为纵轴的坐标系，坐标系上以±0.05μT作为上下限，横轴坐标为钻铤运动时间与运动速度之积（即钻铤长度），以两点磁感应强度值之差作为磁场梯度ΔB值，从而绘出无磁钻铤磁场梯度的变化曲线。而对实心无磁钢坯的磁场性能测试没有相应的测试装置，如采用取样对实心无磁钢坯进行磁性能测试，不能反映实心无磁钢坯整体磁性能状态；根据这一现状，我们采用一种实心无磁钢坯磁性能测试装置，并可以用于实心无磁钢坯外表面磁性能的检测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种操作方便、结构简单且能够准确的测定实心无磁钢坯磁性能的实心无磁钢坯磁场性能测试装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种实心无磁钢坯磁场性能测试装置，包括实心无磁钢坯及用于装载实心无磁钢坯的实心无磁钢坯装载小车，该测试装置还包括磁性能数据采集处理装置及探头支撑架，所述磁性能数据采集处理装置主要包括磁性能检测探头、磁性能检测探头变送器、激光测距传感器及处理器，所述磁性能检测探头与所述激光测距传感器均通过RS232接口与处理器相连接；所述磁性能检测探头主要由两个相距100mm的同轴心磁场传感器组成，结构为无磁材料封装，磁场动态测量范围100000nT，输出接口为RS232；所述激光测距传感器安装在实心无磁钢坯中心轴线一端的前方，输出接口为RS232；所述探头支撑架为倒L型，所述探头支撑架设置在底座上，所述探头支撑架的水平横轴上开设有滑槽，所述磁性能检测探头穿过滑槽垂直于横轴设置，磁性能检测探头通过探头锁紧螺母锁紧在探头支撑架的水平横轴上；所述探头支撑架与所述底座均为无磁材料制成。

所述的实心无磁钢坯装载小车为无磁材料制作，由卷扬机提供牵引动力。

以实心无磁钢坯中心为圆心，在实心无磁钢坯端部，以90⁰均匀划分和标记出实心无磁钢坯外表面沿轴向的4条母线位置，检测时分别通过旋转或移动安装于探头支撑架上的磁性能检测探头的位置，达到对钢坯外表面4条母线磁性能测试的目的，反映实心无磁钢坯磁性能状态。

所述实心无磁钢坯吊装至实心无磁钢坯装载小车，实心无磁钢坯装载小车通过卷扬机带动沿着轨道进行匀速移动，当实心无磁钢坯经过固定好的磁场探头下方时，磁场测量探头采集钢坯磁场信号，激光测距传感器通过测量实心无磁钢坯端部与激光测距传感器的距离，根据牵引行走的距离等于实心无磁钢坯在磁场测试探头下被检测的距离的原理，从而确定实心无磁钢坯已检测的长度的具体尺寸和位置。

所述磁性能检测探头经磁性能检测探头变送器供电，并通过其将信号转换为数字信号，经RS232输入处理器，主要负责实心无磁钢坯磁性能的检测；激光测距传感器通过测量实心无磁钢坯端部与激光测距传感器的距离，从而确定实心无磁钢坯已检测的长度的具体尺寸和位置，根据牵引行走的距离等于实心无磁钢坯在磁场测试探头下被检测的距离的原理进行，信号经RS232输入处理器，主要负责实心无磁钢坯在检测过程中确定已检测的距离。两路信号输入处理器后经内部运算处理，根据数据建立以钢坯尺寸为横轴，钢坯表面磁场梯度值为纵轴的磁场分布曲线图；并引入磁场空气补偿数据，计算出相对磁导率范围；并通过VB软件自动生成相应测试数据报告，形成完整的磁场梯度---实心无磁钢坯位置检测曲线。

一种实心无磁钢坯磁场性能测试方法，该测试方法如下：

步骤1：将实心无磁钢坯吊装至两实心无磁钢坯装载小车上固定好位置，以实心无磁钢坯中心为圆心，在钢坯表面每隔90⁰选择测试点做好标记；

步骤2：选择第一次测试位置为0⁰位置，调整探头支撑架，探头支撑架整体为倒L型，探头支撑架固定探头支撑架底座上，在探头支撑架水平横臂上有探头支撑架滑槽，磁性能检测探头穿过探头支撑架滑槽通过螺栓、探头锁紧螺母与探头支撑架固定在一起，实心无磁钢坯放置于两实心无磁钢坯装载小车上，通过调整磁性能检测探头的位置，将其置于实心无磁钢坯的0⁰位置，利用螺栓上探头锁紧螺母锁紧；

步骤3：根据实心无磁钢坯位置，将激光测距传感器安装在实心无磁钢坯中心轴线一端的前方，进行初始位置锁定；

步骤4：开动卷扬机，牵引两实心无磁钢坯装载小车匀速通过磁性能检测探头的下方，启动磁性能数据采集处理装置，磁性能检测探头采集实心无磁钢坯磁场数据，激光测距传感器采集实心无磁钢坯端部移动的距离，通过绘制实心无磁钢坯外表面沿行走方向磁场分布图，并记录磁场数据；

步骤5：从实心无磁钢坯一端开始到实心无磁钢坯另一端离开磁性能检测探头的下方时，停止卷扬机工作；完成实心无磁钢坯0⁰母线所代表的外表面上的磁场测试；

步骤6：将实心无磁钢坯退回原出发位置，将实心无磁钢坯旋转180度，调整磁性能检测探头在探头支撑架滑槽的位置，重复步骤1--步骤5的过程，完成180⁰位置的测试；

步骤7：将实心无磁钢坯退回原出发位置，调整磁性能检测探头在探头支撑架滑槽中的位置，使磁性能检测探头分别位于实心无磁钢坯的左右位置：90⁰和270⁰两位置，进行测量，重复步骤1--步骤5的过程，完成90⁰和270⁰两位置的测试；

步骤8：根据磁场记录数据，引入磁场空气补偿数据，计算出实心无磁钢坯相对磁导率范围；

步骤9：自动生成实心无磁钢坯磁性能测试报告。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明提供的实心无磁钢坯磁场性能测试装置及方法，克服了无法通过取样不能反映实心无磁钢坯整体磁性能状态的缺陷，能够准确地测试实心无磁钢坯的磁场分布情况，真实反映钢坯的磁性能状况。

附图说明

图1为本发明实心无磁钢坯磁性能检测装置的结构示意图。

图2为本发明实心无磁钢坯磁性能检测装置中探头支撑架的结构示意图之一。

图3为本发明实心无磁钢坯磁性能检测装置中探头支撑架的结构示意图之二。

图4为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法在标记为0°或90°或180°或270°位置时检测过程的起始位置。

图5为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法在标记为0°或90°或180°或270°位置时检测过程的中间位置。

图6为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法在标记为0°或90°或180°或270°位置时检测过程的结束位置。

图7为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法在标记为0°或180°磁性能检测探头位置示意图。

图8为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法在标记为90°磁性能检测探头位置示意图。

图9为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法在标记为270°磁性能检测探头位置示意图。

图10为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法得出的实心无磁钢0⁰母线的测试曲线图。

图11为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法得出的实心无磁钢90⁰母线的测试曲线图。

图12为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法得出的实心无磁钢180⁰母线的测试曲线图。

图13为本发明实心无磁钢坯磁场性能测试方法得出的实心无磁钢270⁰母线的测试曲线图。

图中标注为：1、小车轨道；2、实心无磁钢坯；3、底座；4、探头支撑架；5、实心无磁钢坯小车；6、激光测距传感器；7、卷扬机；8、计算机处理器；9、螺母；10、滑槽；11、磁性能检测探头；12、激光传感器信号线；13、磁场检测信号线；14、实心无磁钢坯端部。

具体实施方式

实施例一

一种实心无磁钢坯磁场性能测试装置，如图1、2、3所示，包括实心无磁钢坯2及两个用于装载实心无磁钢坯的实心无磁钢坯装载小车5，两无实心磁钢坯装载小车运行的小车轨道1如图1中所示，该测试装置还包括磁性能数据采集处理装置及探头支撑架4，所述磁性能数据采集处理装置主要包括磁性能检测探头11、磁性能检测探头变送器、磁场检测信号线13、激光测距传感器6、激光传感器信号线12及计算机处理器8，所述磁性能检测探头通过RS232接口、磁场检测信号线与处理器相连接，所述激光测距传感器通过RS232接口、激光传感器信号线与处理器相连接；所述磁性能检测探头主要由两个相距100mm的同轴心磁场传感器组成，结构为无磁材料封装，磁场动态测量范围100000nT，输出接口为RS232；所述激光测距传感器安装在实心无磁钢坯中心轴线一端的前方，输出接口为RS232。

所述的实心无磁钢坯装载小车为无磁材料制作，由卷扬机7提供牵引动力。

所述的激光测距传感器测量实心无磁钢坯端部14与激光测距传感器的距离（测试过程中不同位置该距离在图中用L1、L2及L3表示），根据本新型实心无磁钢坯装载小车行走的距离等于实心无磁钢坯在磁场测试探头下被检测的距离这一原理，从而确定实心无磁钢坯已检测的长度的具体尺寸和位置，直到实心无磁钢坯测量完毕，距离信息不间断地通过RS232端口，传输到计算机处理器，经处理后形成与实心无磁钢坯长度对应的横向座标。

所述磁性能检测探头经磁性能检测探头变送器供电，并通过其将信号转换为数字信号，经RS232输入计算机处理器，主要负责实心无磁钢坯磁性能的检测；激光测距传感器通过测量实心无磁钢坯端部与激光测距传感器的距离（测试过程中不同位置该距离在图中用L1、L2及L3表示），从而确定实心无磁钢坯已检测的长度的具体尺寸和位置，根据牵引行走的距离等于实心无磁钢坯在磁场测试探头下被检测的距离的原理进行，信号经RS232输入计算机处理器，主要负责实心无磁钢坯在检测过程中确定已检测的距离。两路信号输入计算机处理器后经内部运算处理，根据数据建立以钢坯尺寸为横轴，钢坯表面磁场梯度值为纵轴的磁场分布曲线图；并引入磁场空气补偿数据，计算出相对磁导率范围；并通过VB软件自动生成相应测试数据报告，形成完整的磁场梯度---实心无磁钢坯位置检测曲线。

所述探头支撑架为倒L型，所述探头支撑架固定设置在底座3上，所述探头支撑架的水平横轴上开设有滑槽10(所述滑槽的长度在图中用L表示)，所述磁性能检测探头穿过滑槽垂直于横轴设置，磁性能检测探头通过螺母锁紧在探头支撑架的水平横轴上；工作时依据测量位置沿着滑槽的方向进行调整和锁紧磁性能检测探头，所述探头支撑架与所述底座均为无磁材料制成。

所述实心无磁钢坯吊装至实心无磁钢坯装载小车，实心无磁钢坯装载小车通过卷扬机带动沿着轨道进行匀速移动，当实心无磁钢坯经过固定好的磁场探头下方时，磁场探头采集钢坯磁场信号，激光测距传感器通过测量实心无磁钢坯端部与激光测距传感器的距离（测试过程中不同位置该距离在图中用L1、L2及L3表示），根据牵引行走的距离等于实心无磁钢坯在磁场测试探头下被检测的距离的原理，从而确定实心无磁钢坯已检测的长度的具体尺寸和位置。

实施例二

如图4、5、6、7、8、9所示，一种实心无磁钢坯磁场性能测试方法，该方法的步骤如下：

步骤1：将两个实心无磁钢坯分别吊装至两实心无磁钢坯装载小车上固定好位置，以实心无磁钢坯中心为圆心，在钢坯表面每隔90⁰选择测试点做好标记。见附图7、8、9在不同检测位置时磁性能检测探头位置变化意图；

步骤2：选择第一次测试位置为0⁰位置，调整探头支撑架4，探头支撑架整体为倒L型，探头支撑架固定探头支撑架底座3上，磁性能检测探头11穿过滑槽10通过螺栓、探头锁紧螺母9与探头支撑架固定在一起，实心无磁钢坯2放置于实心无磁钢坯装载小车上，通过调整磁性能检测探头的位置，将磁性能检测探头置于实心无磁钢坯的0⁰位置，利用螺栓上探头锁紧螺母锁紧；

步骤3：根据实心无磁钢坯位置，放置激光测距仪，进行初始位置锁定；

步骤4：开动卷扬机7，牵引两无实心磁钢坯装载小车匀速通过磁性能检测探头的下方，两无实心磁钢坯装载小车运行的小车轨道1如图1中所示，启动磁性能数据采集处理装置，磁性能检测探头采集实心无磁钢坯磁场数据，激光测距传感器6采集实心无磁钢坯端部移动的距离，绘制实心无磁钢外表面沿行走方向磁场分布图，并记录磁场数据；

步骤5：从实心无磁钢坯一端开始到实心无磁钢坯另一端离开磁性能检测探头的下方时，停止卷扬机牵引，完成实心无磁钢0⁰母线所代表的外表面上的磁场测试；

步骤6：将实心无磁钢退回原出发位置，将实心无磁钢旋转180度，调整磁性能检测探头在探头支撑架滑槽的位置，重复步骤1--步骤5的过程，完成180⁰位置的测试，见附图7在不同检测位置时磁性能检测探头位置变化意图；

步骤7：将实心无磁钢退回原出发位置，调整磁性能检测探头在探头支撑架滑槽中的位置，使磁性能检测探头分别位于实心无磁钢的左右位置（90⁰和270⁰两位置），进行测量，重复步骤1--步骤5的过程，完成90⁰和270⁰两位置的测试，同理见附图8、9在不同检测位置时磁性能检测探头位置变化意图；

步骤8：根据磁场记录数据，引入磁场空气补偿数据，计算出实心无磁钢坯相对磁导率范围；

步骤9：自动生成实心无磁钢坯磁性能测试报告，见附图10、11、12、13实心无磁钢坯测试曲线图。

Claims (3)

1.一种实心无磁钢坯磁场性能测试装置，包括实心无磁钢坯及两用于装载实心无磁钢坯的实心无磁钢坯装载小车，其特征在于：该测试装置还包括磁性能数据采集处理装置及探头支撑架，所述磁性能数据采集处理装置主要包括磁性能检测探头、磁性能检测探头变送器、激光测距传感器及处理器，所述磁性能检测探头与所述激光测距传感器均通过RS232接口与处理器相连接；所述磁性能检测探头主要由两个相距100mm的同轴心磁场传感器组成，结构为无磁材料封装，磁场动态测量范围100000nT，输出接口为RS232；所述激光测距传感器安装在实心无磁钢坯中心轴线一端的前方，输出接口为RS232；所述探头支撑架为倒L型，所述探头支撑架设置在底座上，所述探头支撑架的水平横轴上开设有滑槽，所述磁性能检测探头穿过滑槽垂直于横轴设置，磁性能检测探头通过探头锁紧螺母锁紧在探头支撑架的水平横轴上；所述探头支撑架与所述底座均为无磁材料制成。

2.根据权利要求1所述的实心无磁钢坯磁场性能测试装置，其特征在于：所述的实心无磁钢坯装载小车为无磁材料制作，由卷扬机提供牵引动力。

3.一种利用如权利要求1中所述的测试装置测试实心无磁钢坯磁场性能的方法，其特征在于：该测试方法如下：

步骤1：将实心无磁钢坯吊装至两实心无磁钢坯装载小车上固定好位置，以实心无磁钢坯中心为圆心，在钢坯表面每隔90⁰选择测试点做好标记；

步骤2：选择第一次测试位置为0⁰位置，调整探头支撑架，探头支撑架整体为倒L型，探头支撑架固定探头支撑架底座上，在探头支撑架水平横臂上有探头支撑架滑槽，磁性能检测探头穿过探头支撑架滑槽通过螺栓、探头锁紧螺母与探头支撑架固定在一起，实心无磁钢坯放置于两实心无磁钢坯装载小车上，通过调整磁性能检测探头的位置，将其置于实心无磁钢坯的0⁰位置，利用螺栓上探头锁紧螺母锁紧；

步骤3：根据实心无磁钢坯位置，将激光测距传感器安装在实心无磁钢坯中心轴线一端的前方，进行初始位置锁定；

步骤4：开动卷扬机，牵引两实心无磁钢坯装载小车匀速通过磁性能检测探头的下方，启动磁性能数据采集处理装置，磁性能检测探头采集实心无磁钢坯磁场数据，激光测距传感器采集实心无磁钢坯端部移动的距离，通过绘制实心无磁钢坯外表面沿行走方向磁场分布图，并记录磁场数据；

步骤5：从实心无磁钢坯一端开始到实心无磁钢坯另一端离开磁性能检测探头的下方时，停止卷扬机工作；完成实心无磁钢坯0⁰母线所代表的外表面上的磁场测试；

步骤6：将实心无磁钢坯退回原出发位置，将实心无磁钢坯旋转180度，调整磁性能检测探头在探头支撑架滑槽的位置，重复步骤1--步骤5的过程，完成180⁰位置的测试；

步骤7：将实心无磁钢坯退回原出发位置，调整磁性能检测探头在探头支撑架滑槽中的位置，使磁性能检测探头分别位于实心无磁钢坯的左右位置：90⁰和270⁰两位置，进行测量，重复步骤1--步骤5的过程，完成90⁰和270⁰两位置的测试；

步骤8：根据磁场记录数据，引入磁场空气补偿数据，计算出实心无磁钢坯相对磁导率范围；

步骤9：自动生成实心无磁钢坯磁性能测试报告。