CN107632063B - 一种可变径管外壁漏磁检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于漏磁无损检测领域，并具体公开了一种可变径管外壁漏磁检测装置，其包括多个沿管外壁圆周分布的单体磁化检测模块，相邻两个单体磁化检测模块之间通过铰链连接，每个单体磁化检测模块均包括非铁磁性主架体、U型永磁体、磁敏感元件和V型轮，U型永磁体嵌装在非铁磁性主架体内，其两个磁极面向待检测管的外壁，并且非铁磁性主架体上嵌装有与该U型永磁体的两磁极相抵接的铁磁性材料挡板，磁敏感元件设于U型永磁体两磁极之间的非铁磁性主架体内，V型轮安装在非铁磁性主架体的两端，检测时该V型轮与待检测管外壁实现多点接触。本发明具有磁化效果好、探伤穿透能力强、检测扫描平稳、抖动干扰噪声小及单次扫描无漏检的检测特点。
Description
技术领域
本发明属于漏磁无损检测领域，更具体地，涉及一种可变径管外壁漏磁检测装置。
背景技术
铁磁性管在生产及在役过程中都有可能会形成孔洞、裂纹、腐蚀、壁厚变薄及其他损伤等缺陷，因此需要对其进行无损探伤。漏磁无损检测方法及装置由于其强大的内外伤检测能力和抗油污等干扰能力被广泛的应用到铁磁性管外壁位置处扫描探测。
对于管外壁漏磁检测方法与装置，通常是采用磁轭式磁化方式，其分为电磁磁轭式和永磁磁轭式，其中电磁磁轭具有断电后磁力消失使得磁化器及其构成的探头易于脱离被检测管壁方便操作的优点，但由于电磁磁轭磁化器本身结构尺寸大体重也大，且需要提供额外电源，所以相比于电磁磁轭式，永磁磁轭方式更被广泛采用。
永磁磁轭式磁化器具体磁路方式及结构、磁化器壳体结构与其最终的磁化效果紧密相关，现有的永磁磁轭方式探头都只是简单粗略的磁路磁化器及其构成的探头结构体，如专利US7982458B2及文章Mustafa Goktepe,Non-destructive crack monitoring bycapturing local flux leakage field,Sensors and Actuators A,2001,91,70-72等，其实施方式为U型永磁体磁极面对的就是非铁磁性材料的保护层(通过该层附着在被检测体上扫查检测)，该种U型永磁体磁极与被检测对象之间只为非铁磁性材料如铝或者空气的磁化方式及结构的磁桥路建立并不理想，导致被检测对象的磁化效果不好，特别是如探测8-10mm厚管壁内的缺陷检测能力有限；另外，对于可变径检测探头整体结构而言，探头之间的结构方式关系到漏检区大小，扫描驱动平稳性关系到探头晃动噪声大小，现有的如英国银翼公司(Silverwing)的管壁漏磁检测探头采用的是上述通用简单的永磁桥路，同时其采用背部拉杆周向固定单节探头姿态，其结构臃肿，且螺杆螺母不易精准调节，会出现过定位导致驱动轮子悬空于管壁，最终导致扫描驱动不平稳且噪声较大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可变径管外壁漏磁检测装置，其通过磁轭磁极处铁磁性材料替代原有的非铁磁性保护壳体层区域从而更好的引导磁桥路增强磁化的方式实现检测装置具有厚壁管内缺陷探测能力，同时通过支撑滚轮周向多点接触实现周向平稳驱动避免探头周向姿态变动引起抖动磁噪声信号，从而提高信噪比，此外通过单节探头之间零间隔铰链结构实现检测装置的单次扫描无漏检，最终使得检测装置具有磁化效果好、探伤穿透能力强、检测扫描平稳抖动干扰噪声小及单次扫描无漏检的检测特点。
为实现上述目的，本发明提出了一种可变径管外壁漏磁检测装置，该漏磁检测装置包括多个沿待检测管的外壁圆周分布的单体磁化检测模块，相邻两个所述单体磁化检测模块之间通过铰链连接，每个所述单体磁化检测模块均沿待检测管的轴向分布，并且均包括非铁磁性主架体、U型永磁体、磁敏感元件和V型轮，所述U型永磁体嵌装在所述非铁磁性主架体内，该U型永磁体的两个磁极面向待检测管的外壁，并且所述非铁磁性主架体上嵌装有与该U型永磁体的两磁极相抵接的铁磁性材料挡板，所述磁敏感元件设于所述U型永磁体两磁极之间的所述非铁磁性主架体内，所述V型轮安装在所述非铁磁性主架体的两端，检测时该V型轮与待检测管外壁实现多点接触。
作为进一步优选的，所述铰链嵌入到所述单体磁化检测模块的非铁磁性主架体中，使得相邻两个单体磁化检测模块之间的缺陷探测区域间隔为零，形成单次扫描无漏检的特点。
作为进一步优选的，所述磁敏感元件通过探靴安装在所述非铁磁性主架体内，该探靴可在非铁磁性主架体上实现位置调节以改变提离距离。
作为进一步优选的，所述非铁磁性主架体上还设置有用于连接把手的把手安装座。
作为进一步优选的，所述铁磁性材料挡板的厚度优选为2mm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明中的单体磁化检测模块通过嵌装在非铁磁性主架体内的U型永磁体以及铁磁性材料挡板间隔连接成U形磁路磁化模块，永磁体两极面对着的是非铁磁性主架体面积相当但被镂空再填充的铁磁性材料挡板，该铁磁性挡板替代了主架体镂空的原有非铁磁性材料部分，将U型永磁体磁极的磁动势最大化的引导到被检测管壁内，使得被检测铁磁性构件获得增强型磁化效果(相较于现有磁化效果增强12.5％)，具有探测8-10mm厚管壁内的缺陷的能力。
2.本发明相邻单体磁化检测模块(即探头)的非铁磁性主架体之间通过铰链链接，使得多个磁路之间相互作用增大磁化效果的同时大大缩小了漏检的范围，并通过将单体磁化检测模块之间的铰链嵌入到磁化检测模块的非铁磁性主架体内，使得相邻两个单体磁化检测模块中的U型永磁体之间以及磁敏感元件之间的间隔为零(即使得相邻两个单体磁化检测模块之间的缺陷探测区域间隔为零)，以实现检测装置的单次扫描无漏检，避免探头之间存在检测盲区。
3.本发明通过将单体磁化检测模块(即探头)中的支撑滚轮设计成轮面为V形的V型轮，相比于圆柱滚轮与管外壁在周向上的单点接触最终导致滚轮易于周向翻转/旋转，本发明的支撑滚轮与管外壁之间在周向上多点接触，可有效防止单节探头的周向翻转/旋转，实现周向平稳驱动，避免了探头周向姿态变动引起的磁噪声信号，并且通过V型轮的设计将传统的轮-管单线接触优化为双线接触，可将非铁磁性主架体稳定的固定在被检测钢管上，解决了传统检测装置不同非铁磁性主架体之间利用连杆定位的晃动、不稳定的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种可变径管外壁漏磁检测装置的整体结构示意图；
图2是本发明的单体磁化检测模块的整体示意图；
图3是本发明的单体磁化检测模块的正视图；
图4是本发明的单体磁化检测模块的俯视图；
图5是本发明的多点接触与现有单点接触驱动方式的原理对比图；
图6是本发明的多点接触驱动方式的原理图；
图7(a)是现有通用永磁体磁轭式磁化方法中的磁力线导入被检测体的仿真示意图；
图7(b)是本发明的磁极处增补铁磁性材料后磁力线引导导入被检测体的仿真示意图；
图8(a)是现有通用永磁体磁轭式磁化方法中的缺陷漏磁场大小仿真示意图；
图8(b)是本发明的磁极处增补铁磁性材料后增强磁化法中的缺陷漏磁场大小仿真示意图；
图9(a)是现有通用永磁体磁轭式磁化方法与本发明的增强磁化法中的缺陷漏磁场信号切向(管轴向)分量仿真对比图；
图9(b)是现有通用永磁体磁轭式磁化方法与本发明的增强磁化法中的缺陷漏磁场信号法向(管径向)分量仿真对比图。
图中：1-V型轮，2-非铁磁性主架体，3-铁磁性材料挡板，4-磁敏感元件，5-U型永磁体，6-把手安装座，7-把手，8-编码器测距结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1-4所示，本发明实施例提供的一种可变径管外壁漏磁检测装置，该漏磁检测装置包括多个沿待测管外壁圆周分布的单体磁化检测模块(即探头)，相邻的两个单体磁化检测模块之间(即两节探头之间)通过铰链连接，通过设置铰链使得相邻两个单体磁化检测模块之间可以通过铰链旋转点调节两者的夹角从而使检测装置可附着在不同直径大小的管外壁，以对管外壁进行漏磁检测；每个单体磁化检测模块均沿待测管的轴向分布，并且均包括非铁磁性主架体2、U型永磁体5、磁敏感元件4和V型轮1，U型永磁体嵌装在非铁磁性主架体内，该U型永磁体的两个磁极面向待测管外壁，且面向待测管外壁的两个磁极上均抵接有铁磁性材料挡板3(即一磁极对应一铁磁性材料挡板)，该铁磁性材料挡板同样嵌装在非铁磁性主架体内，即在非铁磁性主架体对应于U型永磁体两磁极的位置处分别开设有凹槽(即镂空设置)，该凹槽用于安装铁磁性材料挡板，该铁磁性材料挡板的一面与U型永磁体的磁极抵接，一面面向待测管外壁，也即永磁体两磁极面对着的是非铁磁性主架体被镂空再填充的铁磁性材料挡板，该铁磁性挡板替代了主架体镂空的原有非铁磁性材料部分，将U型永磁体磁极的磁动势最大化的引导到被检测管壁内，所述磁敏感元件设于非铁磁性主架体内，并位于U型永磁体的两磁极之间，V型轮安装在非铁磁性主架体的两端，该V型轮的轮面为V形，V型轮安装在非铁磁性主架体两端上，使得检测时V型轮与待检测管外壁实现多点接触，从而使得每个单体磁化检测模块在管外壁通过V型轮附着时不会在管圆周方向发生姿态翻转，最终使得检测扫描平稳、抖动干扰噪声小；相邻两个单体磁化检测模块中的非铁磁性主架体之间通过铰链连接，由此使得多个单体磁化检测模块中的U型永磁体形成本发明漏磁检测装置的磁化模块，多个单体磁化检测模块中的磁敏感元件形成本发明漏磁检测装置的磁传感模块。
结合图1和图4，检测时，单体磁化检测模块结构中的U型永磁体的磁路方向与待测管的轴向相同，而磁敏感元件4的布置方向与U型永磁体的磁路方向垂直，即从单体磁化检测模块的俯视图看，磁敏感元件4竖直排布，U型永磁体的两磁极分布在磁敏感元件4的左右两侧，V型轮分布于非铁磁性主架体的两端。
进一步的，如图1所示，所述单体磁化检测模块优选为三个，相邻两个单体磁化检测模块中的非铁磁性主架体之间通过铰链连接，即第一个单体磁化检测模块中的非铁磁性主架体与第二个单体磁化检测模块中的非铁磁性主架体通过铰链连接，第二个单体磁化检测模块中的非铁磁性主架体与第三个单体磁化检测模块中的非铁磁性主架体通过铰链连接，以此形成U形磁路磁化模块以对管外壁进行漏磁检测。
进一步的，铰链嵌装到单体磁化检测模块的非铁磁性主架体中，例如嵌入到单体磁化检测模块的非铁磁性主架体内3mm-5mm，使得相邻单体磁化检测模块结构中的U型永磁体之间以及磁敏感元件之间的间隔为零。
进一步的，磁敏感元件通过探靴安装在非铁磁性主架体内，该探靴可在非铁磁性主架体上上下调动位置更改提离大小，探靴分平面形与弧形，且两者间可相互轻松替换以适应不同的检测对象；具体的，V型轮优选为两个，两个V型轮设于非铁磁性主架体的两端；进一步的，所述非铁磁性主架体上还设置有用于连接把手7的把手安装座6。
进一步的，所述漏磁检测装置还设置有编码器测距结构8，该编码器测距结构安装在其中一个单体磁化检测模块的与把手相对的一侧上，编码器测距结构为独立式结构，编码器测距结构中的编码器轮在检测过程中始终紧贴在检测对象上，以精确的对缺陷进行定位。
下面结合附图对本发明的检测原理及检测效果进行详细说明。
如图1和7所示，三组永磁体中间通过铁磁性材料挡板间隔连接成U形磁路磁化模块，通过铁磁性材料挡板将磁化模块的磁化场最大化的引导入被检测铁磁性构件之中，增强磁化效果及探伤穿透力。
图8(a)是现有通用永磁体磁轭式磁化方法中的缺陷漏磁场大小仿真示意图；图8(b)是本发明的磁极处增补铁磁性材料后增强磁化法中的缺陷漏磁场大小仿真示意图；图9(a)是现有通用永磁体磁轭式磁化方法与本发明的增强磁化法中的缺陷漏磁场信号切向(管轴向)分量仿真对比图；图9(b)是现有通用永磁体磁轭式磁化方法与本发明的增强磁化法中的缺陷漏磁场信号法向(管径向)分量仿真对比图，从图8(a)、(b)和图9(a)、(b)可以看出，本发明检测装置的增强磁化方法比现有通用方法的磁化效果的缺陷漏磁场信号要大，缺陷信号增强12.5％，表明本发明检测装置的增强磁化效果比现有通用方法的磁化效果更好，对缺陷的探测能力更强。
如图2-4所示，在单体磁化检测模块上，U形磁路在面对待测管的两极处为铁磁性材料挡板，其他区域为非导磁性材料，该结构有别于现有的磁桥路结构中磁化模块的安装结构体全部为非导磁性材料的特点，现有磁化结构的磁化效果并不理想导致特别是如探测8-10mm厚管壁内的缺陷检测能力有限，而本发明的磁化结构可实现8-10mm厚管壁内的缺陷检测。
现有管外检测仪由于单节探头的圆柱滚轮与管壁之间的单点接触最终导致单节探头易于周向旋转摆动形成提离波动磁信号噪声，为了降低这一晃动磁噪声问题，采用了多节探头背部拉杆周向固定单节探头姿态的方式，但结构臃肿，且螺杆螺母不易精准调节好，有时还会出现过定位导致驱动轮子悬空于管壁，最终导致扫描驱动不平稳噪声较大，如图5-6所示，本发明通过设计具有弧面的V型轮，使得V型轮周向与待测件多点接触，可有效防止单体磁化检测模块周向旋转摆动，实现周向平稳驱动避免了摆动磁噪声信号。
本发明通过单体磁化检测模块结构之间零间隔铰链结构实现整体探头的单次扫描无漏检，U型永磁体装配在非铁磁性主架体的内腔中，为被检测对象提供充足磁化，底部两磁极处为铁磁性材料，多个U型永磁体之间相互作用增大磁化效果的同时大大缩小了漏检的范围，同时非铁磁性主架体上装配的V型轮将传统的轮-管单线接触优化为双线接触，将非铁磁性主架体稳定的固定在被检测钢管上，解决了传统检测装置不同非铁磁性主架体之间利用连杆定位的晃动、不稳定的问题。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种可变径管外壁漏磁检测装置，其特征在于，该漏磁检测装置包括多个沿待检测管的外壁圆周分布的单体磁化检测模块，相邻两个所述单体磁化检测模块之间通过铰链连接，每个所述单体磁化检测模块均沿待检测管的轴向分布，并且均包括非铁磁性主架体、U型永磁体、磁敏感元件和V型轮，所述U型永磁体嵌装在所述非铁磁性主架体内，该U型永磁体的两个磁极面向待检测管的外壁，并且所述非铁磁性主架体上嵌装有与该U型永磁体的两磁极相抵接的铁磁性材料挡板，且该铁磁性材料挡板的厚度为2mm，即在非铁磁性主架体对应于U型永磁体两磁极的位置处分别开设有凹槽，该凹槽用于安装铁磁性材料挡板，该铁磁性材料挡板的一面与U型永磁体的磁极抵接，一面面向待测管外壁，也即U型永磁体两磁极面对着非铁磁性主架体被镂空再填充的铁磁性材料挡板，该铁磁性材料挡板替代了非铁磁性主架体镂空的原有非铁磁性材料部分，将U型永磁体磁极的磁动势最大化的引导到待检测管壁内，使得待检测管获得增强型磁化效果，具有探测8mm-10mm厚管壁内缺陷的能力；所述磁敏感元件设于所述U型永磁体两磁极之间的所述非铁磁性主架体内，所述V型轮安装在所述非铁磁性主架体的两端，所述V型轮为两个，且为具有弧面的V型轮，检测时该V型轮与待检测管外壁实现多点接触；所述铰链嵌入到所述单体磁化检测模块的非铁磁性主架体中，使得相邻两个单体磁化检测模块之间的缺陷探测区域间隔为零，形成单次扫描无漏检的特点。
2.如权利要求1所述的可变径管外壁漏磁检测装置，其特征在于，所述磁敏感元件通过探靴安装在所述非铁磁性主架体内，该探靴可在非铁磁性主架体上实现位置调节以改变提离距离。
3.如权利要求1所述的可变径管外壁漏磁检测装置，其特征在于，所述非铁磁性主架体上还设置有用于连接把手的把手安装座。
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