CN105021693B - 基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统，主要由计算机、采集卡、功率放大器、探头、钢管、驱动轮甲、步进电机甲、支撑甲、横梁、支撑乙、驱动轮乙、步进电机乙、支撑丙、底座、光栅传感器、信号处理模块、PLC和驱动器组成，所述激励线圈在钢管表面感应出均匀的全周向电流，所述全周向电流经过裂纹时会在裂纹两端聚集，所述聚集的全周向电流引起轴向磁场和径向磁场大小发生改变，所述轴向传感器拾取轴向磁场信号，依据磁场信号结合在线检测平台，实现钢管裂纹的在线定量检测系统。本发明的有益效果如下：基于全周向电磁场检测技术，借助在线检测平台实现钢管裂纹的定量评估，对于预防钢管失效具有重要意义。

Description

基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统
技术领域
本发明涉及一种定量检测系统，特别涉及一种基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统。
背景技术
钢管在能源开采、加工和运输行业有着至关重要的作用。钢管在加工过程中容易形成浅层划痕；钢管服役过程中由于应力集中或疲劳作用容易产生裂纹。此类划痕和裂纹在外力作用下逐渐发展扩大，最终引起钢管穿透或断裂。因此，对钢管出厂和服役过程进行在线检测评估，对于预防钢管失效，保证钢管的安全有效运行具有重要意义。本发明基于全周向电磁场检测技术，利用激励线圈在钢管表面形成全周向电流，电流经过裂纹时会产生扰动，引起空间磁场大小发生改变，空间磁场大小改变量能够反映裂纹长度和深度信息，借助在线检测平台来实现裂纹的定位和定量检测。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足，提供了一种基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统，利用全周向电磁场检测技术，借助在线检测平台实现钢管裂纹的定量和定位检测，对于检测钢管表面裂纹，预防钢管失效具有重要意义。
其特征是：基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统，主要由计算机、采集卡、功率放大器、探头、钢管、驱动轮甲、步进电机甲、支撑甲、横梁、支撑乙、驱动轮乙、步进电机乙、支撑丙、底座、光栅传感器、信号处理模块、PLC和驱动器组成，所述探头主要由骨架、激励线圈、支撑圈、轴向传感器和径向传感器组成，所述激励线圈均匀缠绕在骨架上，所述支撑圈安装在骨架内部中心，所述轴向传感器为轴向灵敏的GMR传感器，所述径向传感器为径向灵敏的GMR传感器，所述轴向传感器和径向传感器一一对应并阵列等距安装在支撑圈上，所述支撑甲、横梁、支撑乙、支撑丙和底座组成机架，所述支撑甲与支撑丙依靠横梁连接，所述支撑乙安装在横梁上，所述步进电机甲和驱动轮甲安装在支撑甲上，所述探头安装在支撑乙上，所述步进电机乙和驱动轮乙安装在支撑丙上，所述光栅传感器安装在支撑乙与横梁形成的直角处。
所述计算机与采集卡连接，所述采集卡与功率放大器连接，所述功率放大器与探头的激励线圈连接，所述激励线圈在钢管表面感应出均匀的全周向电流，所述全周向电流经过裂纹时会在裂纹两端聚集，所述聚集的全周向电流引起轴向磁场和径向磁场大小发生改变，所述轴向传感器拾取轴向磁场信号，所述径向传感器拾取径向磁场信号，所述轴向传感器与径向传感器与信号处理模块连接，所述信号处理模块与采集卡连接，所述计算机与PLC连接，所述PLC与驱动器连接，所述驱动器与步进电机甲和步进电机乙连接，所述步进电机甲带动驱动轮甲转动，所述步进电机乙带动驱动轮乙转动，所述驱动轮甲和驱动轮乙带动钢管匀速通过探头内部，所述光栅传感器记录钢管的位移信号，所述光栅传感器记录的信息通过采集卡输送至计算机。
所述计算机内部缺陷定量程序将光栅传感器记录的位移信息设为横坐标，将轴向传感器和径向传感器采集到的轴向磁场信号和径向磁场信号幅值作为纵坐标，所述轴向磁场信号幅值在裂纹区出现下降，所述径向磁场信号在裂纹两端出现方向相反的峰值，所述轴向磁场信号幅值下降大小D反映裂纹深度，所述径向磁场信号峰值之间位移差L为裂纹长度，所述轴向磁场信号和径向磁场信号在横坐标的位置代表缺陷在钢管上的位置。
附图说明
附图1是本发明的整体结构示意图。
附图2是本发明的探头示意图。
附图3是本发明的检测原理示意图。
上图中：计算机1、采集卡2、功率放大器3、探头4、骨架4.1、激励线圈4.2、支撑圈4.3、轴向传感器4.4、径向传感器4.5、钢管5、全周向电流5.1、裂纹5.2、驱动轮甲6、步进电机甲7、支撑甲8、横梁9、支撑乙10、驱动轮乙11、步进电机乙12、支撑丙13、底座14、光栅传感器15、信号处理模块16、PLC17、驱动器18、径向磁场信号19、轴向磁场信号20。
具体实施方式
结合附图1-3，对本发明作进一步的描述：
本发明主要由计算机1、采集卡2、功率放大器3、探头4、钢管5、驱动轮甲6、步进电机甲7、支撑甲8、横梁9、支撑乙10、驱动轮乙11、步进电机乙12、支撑丙13、底座14、光栅传感器15、信号处理模块16、PLC17和驱动器18组成，所述探头4主要由骨架4.1、激励线圈4.2、支撑圈4.3、轴向传感器4.4和径向传感器4.5组成，所述激励线圈4.2均匀缠绕在骨架4.1上，所述支撑圈4.3安装在骨架4.1内部中心，所述轴向传感器4.4为轴向灵敏的GMR传感器，所述径向传感器4.5为径向灵敏的GMR传感器，所述轴向传感器4.4和径向传感器4.5一一对应并阵列等距安装在支撑圈4.3上，所述支撑甲8、横梁9、支撑乙10、支撑丙13和底座14组成机架，所述支撑甲8与支撑丙13依靠横梁9连接，所述支撑乙10安装在横梁9上，所述步进电机甲7和驱动轮甲6安装在支撑甲8上，所述探头4安装在支撑乙10上，所述步进电机乙12和驱动轮乙11安装在支撑丙13上，所述光栅传感器15安装在支撑乙10与横梁9形成的直角处。
所述计算机1通过软件控制采集卡2输出正弦激励信号，所述正弦激励信号幅值和频率可根据检测裂纹深度进行调节，所述功率放大器3对正弦激励信号进行功率放大，所述经过功率放大的正弦激励信号加载至探头4的激励线圈4.1，所述激励线圈4.1在钢管表面感应出均匀的全周向电流5.1，所述全周向电流5.1经过裂纹5.2时会向裂纹两端聚集，聚集电流引起轴向磁场信号20和径向磁场信号19大小发生改变，所述轴向传感器4.4拾取轴向磁场信号20，所述径向传感器4.5拾取径向磁场信号19，所述信号处理模块16对传感器输出的电压信号进行放大和滤波，所述采集卡2采集信号处理模块16输出的信号，所述采集卡2将采集到的信号输送至计算机1，所述计算机1通过PLC17的发出脉冲信号，所述PLC17输出的脉冲序列经过驱动器18后驱动步进电机甲7和步进电机乙12，所述步进电机甲7带动驱动轮甲6转动，所述步进电机乙12带动驱动轮乙11转动，所述驱动轮甲6和驱动轮乙11带动钢管5匀速通过探头4内部，所述光栅传感器15记录钢管的位移信息，所述光栅传感器15记录的信息通过采集卡2输送至计算机1。
所述计算机1内部缺陷定量程序将光栅传感器15记录的位移信息设为横坐标，将轴向传感器4.4和径向传感器4.5采集到的轴向磁场信号20和径向磁场信号19幅值作为纵坐标，所述轴向磁场信号20幅值在裂纹区出现下降，所述径向磁场信号19在裂纹两端出现方向相反的峰值，所述轴向磁场信号20幅值下降大小D反映裂纹深度，所述径向磁场信号19峰值之间位移差L为裂纹长度，所述轴向磁场信号20和径向磁场信号19在横坐标的位置代表缺陷在钢管上的位置。
本发明的有益效果是：基于全周向电磁场检测技术，利用激励线圈在钢管表面形成周向电流，电流经过裂纹扰动引起空间磁场畸变，畸变信号能够反映裂纹长度和深度信息，借助在线检测平台来实现裂纹的定位和定量检测，对于检测钢管表面裂纹，预防钢管失效具有重要意义。

Claims (3)

1.一种基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统，其特征是：主要由计算机、采集卡、功率放大器、探头、钢管、驱动轮甲、步进电机甲、支撑甲、横梁、支撑乙、驱动轮乙、步进电机乙、支撑丙、底座、光栅传感器、信号处理模块、PLC和驱动器组成，所述探头主要由骨架、激励线圈、支撑圈、轴向传感器和径向传感器组成，所述激励线圈均匀缠绕在骨架上，所述支撑圈安装在骨架内部中心，所述轴向传感器为轴向灵敏的GMR传感器，所述径向传感器为径向灵敏的GMR传感器，所述轴向传感器和径向传感器一一对应并阵列等距安装在支撑圈上，所述支撑甲、横梁、支撑乙、支撑丙和底座组成机架，所述支撑甲与支撑丙依靠横梁连接，所述支撑乙安装在横梁上，所述步进电机甲和驱动轮甲安装在支撑甲上，所述探头安装在支撑乙上，所述步进电机乙和驱动轮乙安装在支撑丙上，所述光栅传感器安装在支撑乙与横梁形成的直角处。
2.根据权利要求1所述的一种基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统，其特征是：所述计算机与采集卡连接，所述采集卡与功率放大器连接，所述功率放大器与探头的激励线圈连接，所述激励线圈在钢管表面感应出均匀的全周向电流，所述全周向电流经过裂纹时会在裂纹两端聚集，所述聚集的全周向电流引起轴向磁场和径向磁场大小发生改变，所述轴向传感器拾取轴向磁场信号，所述径向传感器拾取径向磁场信号，所述轴向传感器与径向传感器与信号处理模块连接，所述信号处理模块与采集卡连接，所述计算机与PLC连接，所述PLC与驱动器连接，所述驱动器与步进电机甲和步进电机乙连接，所述步进电机甲带动驱动轮甲转动，所述步进电机乙带动驱动轮乙转动，所述驱动轮甲和驱动轮乙带动钢管匀速通过探头内部，所述光栅传感器记录钢管的位移信号，所述光栅传感器记录的信息通过采集卡输送至计算机。
3.根据权利要求1所述的一种基于全周向电磁场的钢管裂纹在线定量检测系统，其特征是：所述计算机内部缺陷定量程序将光栅传感器记录的位移信息设为横坐标，将轴向传感器和径向传感器采集到的轴向磁场信号和径向磁场信号幅值作为纵坐标，所述轴向磁场信号幅值在裂纹区出现下降，所述径向磁场信号在裂纹两端出现方向相反的峰值，所述轴向磁场信号幅值下降大小D反映裂纹深度，所述径向磁场信号峰值之间位移差L为裂纹长度，所述轴向磁场信号和径向磁场信号在横坐标的位置代表缺陷在钢管上的位置。
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