CN107525851B - 基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，主要包括操作手杖和鼠笼式磁致伸缩传感器两部分。其中鼠笼式磁致伸缩传感器由两个对称的C型元件组成。移动轨与连杆以位移调节螺母相连，旋转位移调节螺母沿连杆前后移动时，实现对管的夹持或从管上拆除。鼠笼式磁致伸缩传感器的单个C型元件主要包括铁钴合金壳笼、方块形永磁铁环阵和月牙型检测线圈。当鼠笼式磁致伸缩传感器夹持在待测管上后，可激励产生纵向模态超声导波，通过C型元件内表面固化的环氧树脂层耦合至管中。该发明的操作手杖可将传感器安装到人手难以接触到的管上，进行管缺陷的检测，解决实际工程的检测难题。

Description

基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器
技术领域
基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，属于超声导波无损检测技术领域，本发明特别针对工程中施工人员的人手难以直接接触到的管或杆件，通过操作手杖即可实现纵向模态导波磁致伸缩传感器的安装和拆除，用于缺陷检测。
背景技术
磁致伸缩导波技术广泛应用于管或杆件的缺陷检测。一般需要人手操作将铁钴合金带及检测线圈缠绕安装至待测管或杆件表面。这种传感器安装方式要求待测件在人手可操作的范围内。对于一些架空炉管或外悬杆等工况，难以将磁致伸缩传感器的部件通过人手分步安装至待测件上。
针对上述问题，本发明提供了一种基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，借助于操作手杖，可以在远离待测件的一定范围内，将磁致伸缩传感器快速安装于待测件上。为此，将磁致伸缩传感器制作成两个对称的C型元件，分别安装于操作手杖的连杆末端和移动轨上，通过旋转位移调节螺母带动移动轨移动，实现两个C型元件与待测件表面的接触和挤压。当测试结束时，反向旋转位移操作螺母带动移动轨后退，实现两个C型元件与待测件的分离。
发明内容
本发明的目的在于设计了一种基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，可安装于人手难以直接接触到的待测管或外悬杆上，进行导波缺陷检测。
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，该传感器包括操作手杖和鼠笼式磁致伸缩传感器；鼠笼式磁致伸缩传感器由两个对称的C型元件组成，每个C型元件包括铁钴合金壳笼、方块形永磁铁环阵和月牙形检测线圈16；两个对称的C型元件中的其中固装于操作手杖的连杆6末端，另一个固装于移动轨末端；移动轨4与连杆6通过位移调节螺母5相连，通过旋转位移调节螺母5能够使连杆6进行前后移动，进而控制两个C型元件间的距离，实现对管1的夹持或从管1上拆除；鼠笼式磁致伸缩传感器激励产生的纵向模态超声导波，纵向模态超声导波透过C型元件内表面的环氧树脂层12耦合至管1中，也能检测管1中的缺陷反射回波。
所述管1或为杆。
每个C型元件中的铁钴合金壳笼由多片铁钴合金细条13和两组方块形永磁铁环阵组成，每片铁钴合金细条13两端放置磁极相异的方块形永磁铁11，对所有铁钴合金细条13进行同向偏置磁化；铁钴合金细条13内嵌于齿状橡胶壳10的凹槽内，铁钴合金细条13的两端通过端压扣14与齿状橡胶壳10进行固定连接；铁钴合金壳笼内表面涂固化环氧树脂层12；安装在铁钴合金壳笼外侧的月牙形检测线圈16为具有月牙形横截面的螺线管，螺线管的内外侧线圈内通入电流方向相异，螺线管的内部嵌有高导磁率的月牙形薄片15。
操作手杖由连杆6、移动轨4、位移调节螺母5和连接夹具8组成，连杆6穿过移动轨4和连接夹具8；连杆6一端用紧固螺母9锁闭，另一端设有握持手柄7；位移调节螺母5位于移动轨4的开口处，当位移调节螺母5沿连杆6移动时，移动轨4及其末端的连接夹具8随之运动，连接夹具8与底座2相连；底座2的弧度小于π，当两个连接夹具8接触并挤压时，调整C型元件与待测管1表面间的接触力。
本发明可以获得如下有益效果：
1、每片铁钴合金细条两端放置磁极相异的方块形永磁铁，使得每片铁钴合金细条的静磁场分布都保持一致且均匀，确保每片铁钴合金细条具有高的磁致伸缩系数，提高传感器激励超声导波的稳定性。
2、采用了月牙形检测线圈、铁钴合金壳笼以及方块形永磁铁环阵组成的C型元件，确保了传感器可实现快速拆装。
3、采用了操作手杖装置，可将磁致伸缩传感器安装于人手难以直接接触到的待测管1。
附图说明
图1传感器的整体示意图；
图2传感器的工作原理示意图；
图3鼠笼式磁致伸缩传感器组件示意图；
图4传感器与底座组装示意图；
图5操作手杖组件示意图；
图6管中导波的传播路径分析示意图；
图7钢管端面及弯头的反射回波信号波形图。
图中：1-管 2-底座 3-端盖 4-移动轨 5-位移调节螺母 6-连杆 7-手柄 8-连接夹具 9-紧固螺母 10-齿状橡胶壳 11-方块形永磁铁 12-环氧树脂层 13铁钴合金细条14-端压扣 15-月牙形薄片 16-月牙形检测线圈
具体实施方式
依据以上发明内容，基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器可提供以下实施方法。
在铁钴合金壳笼中，铁钴合金细条13中间部分涂上固化的环氧树脂层，用于与被测管(或杆)1接触。铁钴合金壳笼以及月牙形检测线圈16放置在底座2里，通过调节位移调节螺母5控制两C型元件之间的距离，达到加载的目的。
下面结合附图和以上实施方式对于本发明做进一步的说明，且下面提供的具体实施实例只是描述性，不是限定性，不能以此来限定本发明的保护范围。
图1为基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器整体示意图，在进行磁致伸缩传感器在待测管或杆上的安装时，一手握着手柄7，另一只手旋转连杆6上的位移调节螺母5。首先调节保证两对称C型元件有大于管直径的距离，将传感器末端扣合在管或杆上后，旋转位移调节螺母5带动移动轨4的移动进而使两C型元件间距逐渐减少。底座2对C型元件产生均匀的力以调整C型元件的环氧树脂层12和管(或杆)1表面的压力，使传感器与管(或杆)1耦合良好；卸载时，只需以相反的方向旋转位移调节螺母5即可。
如图6所示，传感器安装于内径7mm、外径10mm的钢管，传感器在管道中激励产生中心频率为120kHz的超声导波，导波将沿着管道两侧传播。传感器接受的时域信号波形如图7所示，接收到两个明显的波包信号。
依据图6所示的超声导波在管道中的传播路径分析结果可知，图7中标记为“T1”的波包信号为钢管弯头反射的回波信号，标记为“T2”的波包信号为穿过弯头到达另外一个端面反射的回波信号。依据信号“T1”和“T2”的之间传播距离△l＝1200mm和传播时间△t＝0.235ms，计算得到超声导波的群速度约为5103m/s。这与理论计算得到的钢管中L(0，1)模态的群速度Vg＝5185m/s基本一致，表明传感器所激励的超声导波为低阶纵向模态。实验信号具有较高得信噪比，并且得到了钢管弯头以及端面的回波信号，说明本发明所提供的传感器能够有效工作。

Claims (3)

1.基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，其特征在于：该传感器包括操作手杖和鼠笼式磁致伸缩传感器；鼠笼式磁致伸缩传感器由两个对称的C型元件组成，每个C型元件包括铁钴合金壳笼、方块形永磁铁环阵和月牙形检测线圈(16)；两个对称的C型元件中的其中一个固装于操作手杖的连杆(6)末端，另一个固装于移动轨末端；移动轨(4)与连杆(6)通过位移调节螺母(5)相连，通过旋转位移调节螺母(5)能够使连杆(6)进行前后移动，进而控制两个C型元件间的距离，实现对管(1)的夹持或从管(1)上拆除；鼠笼式磁致伸缩传感器激励产生的纵向模态超声导波，纵向模态超声导波透过C型元件内表面的环氧树脂层(12)耦合至管(1)中，也能检测管(1)中的缺陷反射回波；
每个C型元件中的铁钴合金壳笼由多片铁钴合金细条(13)和两组方块形永磁铁环阵组成，每片铁钴合金细条(13)两端放置磁极相异的方块形永磁铁(11)，对所有铁钴合金细条(13)进行同向偏置磁化；铁钴合金细条(13)内嵌于齿状橡胶壳(10)的凹槽内，铁钴合金细条(13)的两端通过端压扣(14)与齿状橡胶壳(10)进行固定连接；铁钴合金壳笼内表面涂固化环氧树脂层(12)；安装在铁钴合金壳笼外侧的月牙形检测线圈(16)为具有月牙形横截面的螺线管，螺线管的内外侧线圈内通入电流方向相异，螺线管的内部嵌有高导磁率的月牙形薄片(15)。
2.根据权利要求1所述的基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，其特征在于：所述管(1)或为杆。
3.根据权利要求1所述的基于操作手杖的可拆装式纵向模态导波磁致伸缩传感器，其特征在于：操作手杖由连杆(6)、移动轨(4)、位移调节螺母(5)和连接夹具(8)组成，连杆(6)穿过移动轨(4)和连接夹具(8)；连杆(6)一端用紧固螺母(9)锁闭，另一端设有握持手柄7；位移调节螺母(5)位于移动轨(4)的开口处，当位移调节螺母(5)沿连杆(6)移动时，移动轨(4)及其末端的连接夹具(8)随之运动，连接夹具(8)与底座(2)相连；底座(2)的弧度小于π，当两个连接夹具(8)接触并挤压时，调整C型元件与待测管(1)表面间的接触力。
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