CN104833720A - 单一线圈电磁谐振检测金属管道损伤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种单一线圈电磁谐振检测金属管道损伤的方法，将检测线圈和电容并联构成LC谐振电路，通过检测线圈电感值的变化来定性和定量分析管道损伤的类型、位置、深度和宽度。本发明的方法对于非铁磁性金属管道仍然有效，保证适用范围的广泛性；检测线圈可以采用非接触式检测，可以适用于粉尘、污垢、油污等恶劣环境；检测系统以单一线圈为传感器，检测系统结构简单，成本低廉；克服目前金属管道损伤检测中，检测系统结构复杂、数据处理过程繁琐，对轴向裂缝检测效果不理想等问题。

Description

单一线圈电磁谐振检测金属管道损伤的方法
技术领域
本发明属于无损检测领域，尤其涉及一种检测金属管道损伤的方法。
背景技术
目前金属管道损伤检测主要采用的方法有：漏磁检测方法，通常对铁磁性管道进行励磁，通过检测管道的漏磁信号对管道损伤进行检测，存在的问题是仅对于铁磁性管道有效，且对管道轴向裂纹损伤需要设计特殊的励磁结构才能获得较理想的检测结果。传统的涡流检测方法，通常由换能器、激励线圈、检测线圈、信号调理电路等组成，检测过程中需要较大的激励信号源，且检测信号获取，分析处理过程较为复杂。
当前技术中无论采用漏磁检测还是涡流检测都存在的问题是整个检测系统比较复杂，难以到达便携在线检测很好的应用，同时对于轴向裂纹检测效果并不理想，需要合理设计检测系统才能达到较好检测效果。
发明内容
为了解决现有技术中问题，本发明提出了一种采用单一线圈电磁谐振检测金属管道损伤的方法，通过检测线圈电感值的变化来定性和定量分析管道损伤的类型、位置、深度和宽度。本发明的方法对于非铁磁性金属管道仍然有效，保证适用范围的广泛性；检测线圈可以采用非接触式检测，可以适用于粉尘、污垢、油污等恶劣环境；检测系统以单一线圈为传感器，检测系统结构简单，成本低廉；克服目前金属管道损伤检测中，检测系统结构复杂、数据处理过程繁琐，对轴向裂缝检测效果不理想等问题。
本发明通过如下技术方案实现：
一种单一线圈电磁谐振检测金属管道损伤的方法，应用于采用单一线圈电磁谐振检测金属管道损伤的检测系统，该系统包括检测线圈、电容、电磁谐振测量电路、信号传输电路和损伤报警或信号显示分析终端；所述管道穿过绕制的所述线圈，将所述线圈和电容并联构成LC谐振电路，所述电感谐振测量电路检测所述LC谐振电路中的检测线圈的电感值变化，将所述电感值变化通过所述信号传输电路传输到损伤报警或信号显示分析终端，所述方法包括定性检测管道损伤的检测过程：
Step101：将一段待检测的金属管道穿过检测线圈，同时采用电感测量仪器初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值；
step102：根据电感谐振测量电路的谐振频率及谐振阻抗和初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值计算匹配并联电容；
step103：相对移动检测线圈和一段完好的金属管道，获取检测线圈的电感变化，对穿过完好的金属管道时检测线圈的电感进行标定；
step104：检测管道损伤，相对移动检测线圈和待检测的金属管道，获取检测线圈的电感变化，对于超出标定阈值的电感值认为管道存在损伤。
进一步地，所述方法还包括定量检测管道损伤的检测过程：
Step201：将一段待检测的金属管道穿过检测线圈，同时采用电感测量仪器初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值；
step202：根据电感谐振测量电路的谐振频率及谐振阻抗和初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值计算匹配并联电容；
step203：制作一系列标准的损伤，采用等间隔采样的方式或者管道匀速通过检测线圈时等时采样检测线圈电感，对标准损伤的线圈电感值进行标定；
step204：采用等间隔采样或者管道匀速通过检测线圈时等时采样检测线圈电感，对待检测管道进行检测，对于超出阈值的信号结合step203中的标定信号大小，对检测获得的电感信号进行分析，计算管道损伤的等效深度和宽度。
进一步地，所述检测线圈为绕制线圈或PCB线圈。
进一步地，当匹配不到相应的电容时，串联电感以增大所述检测线圈电感值。
进一步地，所述标准损伤包括不同尺寸的轴向裂纹、孔洞和磨损。
本发明的有益效果是：（1）检测原理为检测线圈的电感变化，对于非铁磁性金属管道仍然有效，保证适用范围的广泛性；（2）检测线圈可以采用非接触式检测，可以适用于粉尘、污垢、油污等恶劣环境；（3）检测系统以单一线圈为传感器，检测系统结构简单，成本低廉；（4）金属管道穿过检测线圈，轴向裂纹、孔洞和磨损对检测线圈电感值有较大的改变，检测信号有较高的信噪比；（5）通过电感谐振测量电路将检测电感值转化为数字信号，检测数据便于长距离传输和存储分析；（6）电感谐振测量电路响应时间短，可以实现快速在线检测金属管道损伤；以上几点主要克服目前金属管道损伤检测中，检测系统结构复杂、数据处理过程繁琐，对轴向裂缝检测效果不理想等问题。
附图说明
图1是本发明的采用单一线圈电磁谐振检测管道损伤的系统示意图；
图2是不同类型、不同尺寸的损伤所对应的检测线圈电感值变化波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如附图1所示的是本发明的采用单一线圈电磁谐振检测管道损伤的检测系统，该系统包括检测线圈、电容、电磁谐振测量电路、信号传输电路和损伤报警或信号显示分析终端。将检测线圈和电容并联构成LC谐振电路。其中，检测线圈为绕制线圈或PCB线圈，其匝数根据待检管道穿过检测线圈时检测线圈的电感值确定；并联电容的容值也要根据检测线圈的电感值及电感谐振测量电路的谐振频率和谐振阻抗确定；电感谐振测量电路为通过LC谐振频率检测LC谐振电路的电感值的电路；信号传输电路为与电感谐振测量电路配合的信号输出电路，将电感信号传输到损伤报警或信号显示分析的终端；损伤报警终端主要是针对定性检测，设计根据输出的电感信号进行阈值检测，对于超出阈值的信号（存在损伤）进行报警。信号分析显示终端是针对定量检测，对于检测的电感值进行显示和定量分析来定量计算损伤的大小（轴向裂纹、孔洞和磨损的尺寸）。
本发明的检测系统检测金属管道损伤的原理是将金属管道穿过绕制的多匝线圈或PCB线圈，将线圈和合适的电容并联构成LC谐振电路。检测时，管道和检测线圈相对运动，通过电感谐振测量电路检测LC谐振电路中的检测线圈的电感值变化来实现金属管道损伤的检测。相对移动检测线圈与管道时，当金属管道存在损伤（特别是轴向裂纹、孔洞和磨损）时，绕制在金属管道上的检测线圈的电感值发生变化，此时通过检测线圈的电感值即可定性检测钢管是否存在损伤。如果采用等间隔采样或金属管道匀速通过检测线圈时，可以定量检测管道损伤的轴向长度和缺陷深度。
本发明定性检测管道损伤的检测过程如下：
Step101：将一段待检测的金属管道穿过检测线圈，同时采用电感测量仪器初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值；
step102：根据电感谐振测量电路的谐振频率及谐振阻抗和初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值计算匹配并联电容，当匹配不到相应的电容时，可以串联电感以增大线圈电感值；
step103：选一段完好的金属管道，相对移动检测线圈和金属管道，获取检测线圈的电感变化，对穿过完好的金属管道时检测线圈的电感进行标定；
step104：检测管道损伤，相对移动检测线圈和金属管道，获取检测线圈的电感变化，对于超出标定阈值的电感值认为管道存在损伤；
        本发明定量检测管道损伤的检测过程如下：
Step201：同上述定性检测step101过程；
step202：同上述定性检测step102过程；
step203：制作一系列标准的损伤（不同尺寸的轴向裂纹、孔洞和磨损），采用等间隔采采样的方式或者管道匀速通过检测线圈时等时采样检测线圈电感，对标准损伤的线圈电感值进行标定；
step204：采用等间隔采样或者管道匀速通过检测线圈时等时采样检测线圈电感，对待检测管道进行检测，对于超出阈值的信号结合step203中的标定信号大小，对检测获得的电感信号进行分析，计算管道损伤的等效深度和宽度。
如附图2所示，不同类型、不同尺寸的损伤对应检测线圈电感值变化不同，采样所得的电感值波形也不同。
本发明的有益效果是：（1）检测原理为检测线圈的电感变化，对于非铁磁性金属管道仍然有效，保证适用范围的广泛性；（2）检测线圈可以采用非接触式检测，不仅适用于正常工作环境，同样可以适用于粉尘、污垢、油污等恶劣环境；（3）检测系统以单一线圈为传感器，检测系统结构简单，成本低廉；（4）金属管道穿过检测线圈，轴向裂纹、孔洞和磨损对检测线圈电感值有较大的改变，检测信号有较高的信噪比；（5）通过电感谐振测量电路将检测电感值转化为数字信号，检测数据便于长距离传输和存储分析；（6）电感谐振测量电路响应时间短，可以实现快速在线检测金属管道损伤；以上几点主要克服目前金属管道损伤检测中，检测系统结构复杂、数据处理过程繁琐，对轴向裂缝检测效果不理想等问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种单一线圈电磁谐振检测金属管道损伤的方法，应用于采用单一线圈电磁谐振检测管道损伤的检测系统，该系统包括检测线圈、电容、电感谐振测量电路、信号传输电路和损伤报警或信号显示分析终端；所述管道穿过绕制的所述线圈，将所述线圈和电容并联构成LC谐振电路，所述电感谐振测量电路检测所述LC谐振电路中的检测线圈的电感值变化，将所述电感值变化通过所述信号传输电路传输到损伤报警或信号显示分析终端，所述方法包括定性检测管道损伤的检测过程：
Step101：将一段待检测的金属管道穿过检测线圈，同时采用电感测量仪器初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值；
step102：根据电感谐振测量电路的谐振频率及谐振阻抗和初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值计算匹配并联电容；
step103：相对移动检测线圈和一段完好的金属管道，获取检测线圈的电感变化，对穿过完好的金属管道时检测线圈的电感进行标定；
step104：检测管道损伤，相对移动检测线圈和待检测的金属管道，获取检测线圈的电感变化，对于超出标定阈值的电感值认为管道存在损伤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括定量检测管道损伤的检测过程：
Step201：将一段待检测的金属管道穿过检测线圈，同时采用电感测量仪器初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值；
step202：根据电感谐振测量电路的谐振频率及谐振阻抗和初步测量穿过金属管道时检测线圈的电感值计算匹配并联电容；
step203：制作一系列标准的损伤，采用等间隔采样的方式或者管道匀速通过检测线圈时等时采样检测线圈电感，对标准损伤的线圈电感值进行标定；
step204：采用等间隔采样或者管道匀速通过检测线圈时等时采样检测线圈电感，对待检测管道进行检测，对于超出阈值的信号结合step203中的标定信号大小，对检测获得的电感信号进行分析，计算管道损伤的等效深度和宽度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述检测线圈为绕制线圈或PCB线圈。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：当匹配不到相应的电容时，串联电感以增大LC谐振电路的电感值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述标准损伤包括不同尺寸的轴向裂纹、孔洞和磨损。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述定性检测管道损伤的过程由所述损伤报警终端执行。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述定量检测管道损伤的过程由所述信号显示分析终端执行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法适用于导磁性材料或非导磁性材料的金属管道。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法适用于粉尘、污垢、油污等恶劣环境。
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