CN108037178B - 一种金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，所述低频电磁阵列传感器包括引线接头、传感器壳体以及设置在所述传感器壳体内且固定在传感器壳体底部的阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁；其中，所述阵列线圈组元件的外部依次设有所述第一磁屏蔽层、电磁铁；所述引线接头设置在所述传感器壳体的外部，且与所述阵列线圈组元件电连接。本发明金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器通过在传感器壳体内的底部设置阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁，可不需使用机械式探头扫描和被检表面的打磨清理，即可实现大面积范围的快速测量，并且能够提高缺陷测量精度和空间分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及管道检测技术领域，特别是涉及一种金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器。
背景技术
金属压力管道是一种承压类特种设备，其工作环境十分复杂，往往承受着高温、高压、低温、易燃易爆、有毒或腐蚀介质的综合作用，具有潜在的泄漏和爆炸危险性。其受力构件一般采用铁磁性或不锈钢等非铁磁性材料，而金属材料在使用过程中，应力、介质和温度等操作工况下会导致的材料腐蚀、冲刷减薄及开裂等损伤，因此对现场金属管道在无需进行表面打磨清理的情况下进行快速检测和有效诊断意义重大。在金属管道的主要损伤模式研究中，材料腐蚀减薄是影响承压设备长周期安全运行的最主要损伤模式之一。因此，腐蚀检测是压力管道检测中的一个主要检测手段，也是压力管道进行安全状况等级评定和寿命评估的一个主要技术指标。
在目前的管道腐蚀缺陷检测中，磁粉检测、射线检测、超声检测等检测方法已被广泛应用，但从检测灵敏度、设备成本、检测效率、检测精度等方面综合考虑，低频电磁检测方法有其检测效率高，现场辅助工程少，检测成本低等优点。但是，对于管道腐蚀缺陷的检测问题，传统的电磁检测传感器大多采用单线圈，只能单点扫查，对较大面积进行全覆盖的检测则十分费时费力，且极容易发生漏检现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，可实现大面积范围的快速测量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，所述低频电磁阵列传感器包括引线接头、传感器壳体以及设置在所述传感器壳体内且固定在传感器壳体底部的阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁；
其中，所述阵列线圈组元件的外部依次设有所述第一磁屏蔽层、电磁铁；所述引线接头设置在所述传感器壳体的外部，且与所述阵列线圈组元件电连接。
可选的，所述阵列线圈组元件包括均与所述引线接头连接的2n个线圈，各所述线圈成两列n行均匀排布在所述传感器壳体的底部，每一行中的两个线圈形成一个采集通道，用于采集差分信号，n为大于0的整数。
可选的，所述低频电磁阵列传感器还包括：
第二磁屏蔽层，固定在所述传感器壳体的底部，并设置在所述第一磁屏蔽层与电磁铁之间，并覆盖所述第一磁屏蔽层。
可选的，所述低频电磁阵列传感器还包括：
粘合层，设置在所述传感器壳体的底部，且所述粘合层上设置有所述阵列线圈组元件，用于将所述阵列线圈组元件固定在所述传感器壳体的底部。
可选的，所述低频电磁阵列传感器还包括：
耐磨层，设置在所述传感器壳体的底部，且所述耐磨层上设置有所述阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁。
可选的，所述电磁铁包括激励线圈及磁芯，所述磁芯的两端固定在所述传感器壳体的底部，且所述激励线圈卷绕在所述磁芯上。
可选的，所述磁芯的形状为弧形。
可选的，所述第一磁屏蔽层和/或第二磁屏蔽层的材料为铁磁材料。
可选的，所述第一磁屏蔽层和/或第二磁屏蔽层的磁导率小于所述电磁铁的磁导率。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器通过在传感器壳体内的底部设置阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁，可不需使用机械式探头扫描和被检表面的打磨清理，即可实现大面积范围的快速测量，并且能够提高缺陷测量精度和空间分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器的结构示意图；
图2为阵列线圈组元件的排布图。
符号说明：
传感器壳体—1，引线接头—2，激励线圈—3，磁芯—4，第二磁屏蔽层—5，第一磁屏蔽层—6，阵列线圈组元件—7，耐磨层—8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，通过在传感器壳体内的底部设置阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁，可不需使用机械式探头扫描和被检表面的打磨清理，即可实现大面积范围的快速测量，并且能够提高缺陷测量精度和空间分辨率。
其中，低频是指：对于铁磁性材料(比如碳钢)，频率不超过30HZ；对于非铁磁性材料(比如304不锈钢)，频率不超过1000HZ。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器包括引线接头2、传感器壳体1以及设置在所述传感器壳体1内且固定在所述传感器壳体1的底部的阵列线圈组元件7、第一磁屏蔽层6、电磁铁。
其中，所述阵列线圈组元件7的外部依次设有所述第一磁屏蔽层6、电磁铁；所述引线接头2设置在所述传感器壳体1的外部，且与所述阵列线圈组元件7电连接。
所述第一磁屏蔽层6、电磁铁、阵列线圈组元件7均与所述传感器壳体的底部持平。
优选地，本发明金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器还包括第二磁屏蔽层5，所述第二磁屏蔽层5固定在所述传感器壳体1的底部，并设置在所述第一磁屏蔽层6与电磁铁之间，并覆盖所述第一磁屏蔽层6。
在本实施例中，所述第一磁屏蔽层6为矩形磁屏蔽层，所述第二磁屏蔽层5为环形磁屏蔽层。所述第一磁屏蔽层6和/或第二磁屏蔽层5的材料为铁磁材料。所述第一磁屏蔽层6和/或第二磁屏蔽层5的磁导率小于所述电磁铁的磁导率。屏蔽区域为阵列线圈组元件7所在的空气区域，其作用为屏蔽磁阵列线圈组元件7周围背景磁场对检测信号的影响。
进一步地，本发明金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器还包括粘合层，所述粘合层设置在所述传感器壳体1的底部，且所述粘合层上设置有所述阵列线圈组元件7，所述粘合层用于将所述阵列线圈组元件7固定在所述传感器壳体1的底部。优选地，所述粘合层设置在所述传感器壳体1底部的凹槽内。
此外，本发明金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器还包括耐磨层8，所述耐磨层8设置在所述传感器壳体1的底部，且所述耐磨层8上设置有所述阵列线圈组元件7、第一磁屏蔽层6、电磁铁。在本实施例中，所述粘合层设置在所述耐磨层8的上表面，所述粘合层8的上表面设置有所述阵列线圈组元件7。
如图1所示，所述电磁铁包括激励线圈3及磁芯4，所述磁芯4的两端固定在所述传感器壳体1的底部，且所述激励线圈卷绕在所述磁芯上，通过所述激励线圈3与磁芯4的配合，产生传感器的激励信号。优选地，所述磁芯4的形状为弧形。
如图2所示，所述阵列线圈组元件7包括均与所述引线接头1连接的2n个线圈，各所述线圈成两列n行均匀排布在所述传感器壳体的底部，每一行中的两个线圈形成一个采集通道，用于采集差分信号，n为大于0的整数。在本实施例中，n为8。通过设置16个线圈，采集8个通道的差分信号，将所述差分信号发送至计算机中，进行成像处理，得到缺陷检测图像。
具体地，当检测中管道表面无缺陷时，检测信号基本无变化；当前面一列线圈扫查经过管道表面缺陷时，后面一列线圈还处于正常母材位置时，该差分检测信号出现较大差异，利用此原理，即可检出管道表面的缺陷的起止位置，并且较好地过滤掉背景噪声。
其中，使用本发明金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器进行检测时，具体包括以下步骤：
A、检测时，采用线圈绕制磁轭作为传感器，对线圈施加低频交流电流进行激励；由于采用交流激励的方式，线圈中产生的磁化场会产生趋肤效应，经过磁化过后产生的磁场将集中于被测试件的表层；
B、低频率的激励电流使得磁场的渗透深度增加，当传感器移动到有缺陷处，磁力线会发生畸变，从而在缺陷处溢出形成漏磁场；
C、在磁轭下方布置的阵列传感器由16个线圈组成，两两相邻的线圈做差分信号，起检测作用；
D、通过计算机对收到的电磁场信号进行分析，确定缺陷的相关信息。
本发明由于采用低频交流激励，使得渗透深度增加，检测深度增加。在获取的信号信息中，不仅有常规的幅值信息，还有相位信息。而正是因为信号参数的增加，在一定程度上提高了检测的可靠性和精度。同时，本发明基于低频电磁检测方法，且采用阵列传感器进行检测，解决了漏磁、涡流传感器检测空间分辨率低及灵敏度不高的问题。
综上所述，本发明结构原理简单，使用方便，检测效率高，能够最大程度减少传感器的检测盲区，可应用于从外部扫描来完成管道、管壁的检测；本发明检测深度大，不需使用机械式探头扫描即可实现大面积范围的高速测量，且能够达到与单个传感器相同的测量精度和分辨率，有效地提高了传感器系统的测试速度、测量精度和可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，其特征在于，所述低频电磁阵列传感器包括引线接头、传感器壳体以及设置在所述传感器壳体内且固定在传感器壳体底部的阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁；
其中，所述阵列线圈组元件的外部依次设有所述第一磁屏蔽层、电磁铁；所述引线接头设置在所述传感器壳体的外部，且与所述阵列线圈组元件电连接；
所述阵列线圈组元件包括均与所述引线接头连接的2n个线圈，各所述线圈成两列n行均匀排布在所述传感器壳体的底部，每一行中的两个线圈形成一个采集通道，用于采集差分信号，n为大于0的整数；
第二磁屏蔽层，固定在所述传感器壳体的底部，并设置在所述第一磁屏蔽层与电磁铁之间，并覆盖所述第一磁屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，其特征在于，所述低频电磁阵列传感器还包括：
粘合层，设置在所述传感器壳体的底部，且所述粘合层上设置有所述阵列线圈组元件，用于将所述阵列线圈组元件固定在所述传感器壳体的底部。
3.根据权利要求1所述的金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，其特征在于，所述低频电磁阵列传感器还包括：
耐磨层，设置在所述传感器壳体的底部，且所述耐磨层上设置有所述阵列线圈组元件、第一磁屏蔽层、电磁铁。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，其特征在于，所述电磁铁包括激励线圈及磁芯，所述磁芯的两端固定在所述传感器壳体的底部，且所述激励线圈卷绕在所述磁芯上。
5.根据权利要求4所述的金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，其特征在于，所述磁芯的形状为弧形。
6.根据权利要求1所述的金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，其特征在于，所述第一磁屏蔽层和/或第二磁屏蔽层的材料为铁磁材料。
7.根据权利要求6所述的金属管道腐蚀缺陷检测用低频电磁阵列传感器，其特征在于，所述第一磁屏蔽层和/或第二磁屏蔽层的磁导率小于所述电磁铁的磁导率。
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Inventor after: Li Guanghai Inventor after: Lu Xinyuan Inventor after: Zhang Xiaozhu Inventor before: Zhang Xiaozhu Inventor before: Li Guanghai Inventor before: Lu Xinyuan |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |