CN108088900A - 一种用于管道内检测的多功能复合探头 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种用于管道内检测的多功能复合探头，包括多个检测单元，并且多个检测单元相互拼接围成筒状结构；每个检测单元均包括轭铁、第一磁体、第二磁体和复合传感组件；复合传感组件位于所述第一磁体和第二磁体之间；复合传感器包括PCB电路板、霍尔阵列器件、电磁超声线圈以及涡流检测线圈。利用电磁超声线圈检测管道剩余壁厚信息，利用霍尔阵列器件检测管道表面体积型缺陷的轮廓信息，利用涡流检测线圈检测管道表面及近表面裂纹的裂纹信息，因此，本申请利用漏磁检测技术、电磁超声检测技术和涡流检测技术的不同特性，将三种方法结合起来，从而实现对管道内壁进行全面的检测，满足管道内壁各种缺陷检测的需求。

Description

一种用于管道内检测的多功能复合探头
技术领域
本申请涉及管道检测领域，尤其涉及一种用于管道内检测的多功能复合探头。
背景技术
管道被称为国家能源大动脉，对于保障国家能源供应具有重要意义。随着管道服役进入老龄化，由于腐蚀和应力作用，管道内部会出现各种类型的缺陷。对管道进行定期有效的检测，能够及时排除缺陷，减少管道破裂事故。
针对管道的结构特点和缺陷，国内外展开针对管道内壁相关无损检测方法研究，提出多种检测技术，包括：漏磁检测技术、电磁超声检测技术和涡流检测技术等。其中，漏磁检测探头具有腐蚀敏感性高，适应于高温、寒冷或水下等恶劣环境的优点，但是采用漏磁检测技术只能检测出管道内壁具有轴向长度、周向宽度和径向深度三个方向尺寸的体积型缺陷。而对于管道内壁上只在两个方向上延伸而在第三个方向尺度很小的裂纹，其很难激发出足够漏磁检测探头检测的漏磁通，导致检测结果不准确。电磁超声检测技术无需液体耦合介质的支持而直接完成电磁能到机械能的转化产生超声波，可实现管壁厚度的测量，但是其转导效率低下，并且大功率的激励消耗较高能量。涡流检测技术是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，具有传感响应速度快、灵敏度高、非接触和无需耦合介质等优点，因而特别适用于对金属管道内壁缺陷的检测。但是，传统的涡流检测技术普遍存在传感器的一致性差、检测信号易受提离等因素的影响、检测效率与分辨率存在矛盾以及对检测对象的适应性差等问题。
然而由于管道内壁的结构特点比较复杂，缺陷形式多样，单一的检测技术无法满足检测的需要。
发明内容
本申请提供了一种用于管道内检测的多功能复合探头，以解决由于管道内壁的结构特点比较复杂，缺陷形式多样，单一的检测技术无法满足检测的需要的问题。
本申请提供一种用于管道内检测的多功能复合探头，包括多个检测单元，并且多个所述检测单元相互拼接围成筒状结构；
每个所述检测单元均包括轭铁、第一磁体、第二磁体和复合传感组件；
所述第一磁体和第二磁体分布在所述轭铁上部的两侧，
所述复合传感组件位于所述第一磁体和第二磁体之间；
所述第一磁体和第二磁体的上部由下至上依次设有衬铁和第一耐磨铁；
所述复合传感组件的上表面设有第二耐磨铁；
所述第一磁体和第二磁体的极性相反；
所述复合传感组件包括多个沿所述磁体长度方向并排排列的复合传感器；
所述复合传感器包括PCB电路板、霍尔阵列器件和两个检测线圈；
每个所述检测线圈包括电磁超声线圈和套设在所述电磁超声线圈内的涡流检测线圈；
所述PCB电路板分别与所述电磁超声线圈、涡流检测线圈以及霍尔阵列器件电连接；
所述PCB电路板的基板由第一基板、第二基板以及第三基板组成；
所述第一基板和第三基板为矩形结构；
所述第二基板为平行四边形结构，且所述平行四边形的短边与水平方向垂直，所述平行四边形的短边分别与所述第一基板和第三基板相连接，所述平行四边形的长边与水平方向的夹角α为30°；
所述霍尔阵列器件放置在所述第二基板上；
两个所述检测线圈分别放置在所述第一基板和第三基板上。
进一步地，所述第一磁体、第二磁体和轭铁为上表面和下表面均为平面的梯形结构；
所述复合传感组件位于所述轭铁的中部。
进一步地，所述霍尔阵列器件固定在所述第二基板的中部。
进一步地，两个所述检测线圈以霍尔阵列器件为中心呈中心对称设置。
进一步地，所述第一耐磨铁的外表面向远离所述轭铁的方向呈圆弧状弯曲；
所述第一耐磨铁的内表面为平面；
所述第二耐磨铁的外表面和内表面为平面；
所述第一耐磨铁的外表面最高处高于所述第二耐磨铁的外表面1.5mm。
由以上技术方案可知，本申请提供一种用于管道内检测的多功能复合探头，由于复合传感器同时具有霍尔阵列器件、电磁超声线圈和涡流检测线圈，可同时利用三种检测器件对管道内壁进行检测，利用电磁超声线圈检测管道剩余壁厚信息，利用霍尔阵列器件检测管道表面体积型缺陷的轮廓信息，利用涡流检测线圈检测管道表面及近表面裂纹的裂纹信息，因此，本申请利用漏磁检测技术、电磁超声检测技术和涡流检测技术的不同特性，将三种方法结合起来，从而实现对管道内壁进行全面的检测，满足管道内壁各种缺陷检测的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请提供一种用于管道内检测的多功能复合探头的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为复合传感组件的结构示意图；
图4为复合传感器的结构示意图。
其中，1-检测单元，2-轭铁，3-复合传感组件，4-衬铁，5-第一磁体，6-第二磁体，7-第一耐磨铁，8-第二耐磨铁，9-复合传感器，91-检测线圈，911-电磁超声线圈，912-涡流检测线圈，92-霍尔阵列器件，93-第一基板，94-第二基板，95-第三基板。
具体实施方式
参见图1至图4，本申请提供一种用于管道内检测的多功能复合探头，包括多个检测单元1，并且多个所述检测单元1相互拼接围成筒状结构；
每个所述检测单元1均包括轭铁2、第一磁体5、第二磁体6和复合传感组件3；
所述第一磁体5和第二磁体6分布在所述轭铁2上部的两侧，
所述复合传感组件3位于所述第一磁体5和第二磁体6之间；
所述第一磁体5和第二磁体6的上部由下至上依次设有衬铁4和第一耐磨铁7；
所述复合传感组件3的上表面设有第二耐磨铁8；
所述第一磁体5和第二磁体6的极性相反；
所述复合传感组件3包括多个沿所述磁体长度方向并排排列的复合传感器9；
所述复合传感器9包括PCB电路板、霍尔阵列器件92和两个检测线圈91；
每个所述检测线圈包括电磁超声线圈911和套设在所述电磁超声线圈911内的涡流检测线圈912；
所述PCB电路板分别与所述电磁超声线圈911、涡流检测线圈912以及霍尔阵列器件92电连接；
所述PCB电路板的基板由第一基板93、第二基板94以及第三基板95组成；
所述第一基板93和第三基板95为矩形结构；
所述第二基板94为平行四边形结构，且所述平行四边形的短边与水平方向垂直，所述平行四边形的短边分别与所述第一基板93和第三基板95相连接，所述平行四边形的长边与水平方向的夹角α为30°；
所述霍尔阵列器件92放置在所述第二基板94上；
两个所述检测线圈91分别放置在所述第一基板93和第三基板95上。
本申请实施例的工作原理为：将该管道内检测的多功能复合探头与处理系统相连，利用第一磁体5和第二磁体6在管道上形成闭合磁路。利用复合传感器9上的霍尔阵列器件92、电磁超声线圈911和涡流检测线圈912同时对管道进行检测。霍尔阵列器件92进行漏磁检测技术的原理是，由于管道采用铁磁性材料，其在外加磁场下被磁化，若管道中无缺陷时，磁力线绝大部分通过管道内部，磁力线分布均匀。如果材料表面及近表面存在有轴向长度、周向宽度和径向深度三个方向尺寸等体积裂纹缺陷，管壁中缺陷的磁导率远比铁磁性材料本身的小，缺陷处磁阻增大，从而是通过缺陷区域的磁场发生畸变，磁力线发生弯曲，一部分磁力线泄漏出材料表面，在缺陷位置形成泄漏磁场。采用霍尔阵列器件92对该缺陷漏磁场进行检测，形成电信号，对电信号进行处理分析，可检测管道表面体积型缺陷的轮廓信息；电磁超声线圈911进行电磁超声检测的原理为，由信号发生器提供电磁超声线圈911激励信号，再由处理系统处理电磁超声线圈911接收感应出管壁厚度的信号，可检测管道剩余壁厚信息；涡流检测线圈912进行涡流检测的原理是：由于电磁超声线圈911内通有交变电流，电磁超声线圈911会在管道内表面会产生涡流，因此该涡流在管道内壁存在缺陷时，发生畸变，位于电磁超声线圈911内的涡流检测线圈912接收该涡流变化即可，再经处理系统放大并予以分析，可检测管道表面及近表面裂纹的裂纹信息。
本实施例中衬铁4、轭铁2均采用导磁性优越的纯铁，并且第一磁体5、第二磁体6、衬铁4和轭铁2形成U型磁体，与管道形成闭合磁路。而且第一基板93、第三基板95采用矩形结构，第二基板94采用平行四边形结构，以使霍尔阵列器件92和检测线圈91不在同一直线上，不仅可增加单个复合传感器9的探测面积，也可减小霍尔阵列器件92和检测线圈91的相互干扰。
具体的检测单元1和复合传感器9的数量需要以管道的直径来确定。以1422管径为例，采用28个检测单元1，相邻的两个检测单元1的距离为10mm，每个检测单元1的复合传感组件33由10个复合传感器9组成。
由以上技术方案可知，本申请提供一种用于管道内检测的多功能复合探头，由于复合传感器9同时具有霍尔阵列器件92、电磁超声线圈911和涡流检测线圈912，可同时利用三种检测器件对管道内壁进行检测，利用电磁超声线圈911检测管道剩余壁厚信息，利用霍尔阵列器件92检测管道表面体积型缺陷的轮廓信息，利用涡流检测线圈912检测管道表面及近表面裂纹的裂纹信息，因此，本申请利用漏磁检测技术、电磁超声检测技术和涡流检测技术的不同特性，将三种方法结合起来，从而实现对管道内壁进行全面的检测，满足管道内壁各种缺陷检测的需求。
在本申请提供的另一实施例中，所述第一磁体5、第二磁体6和轭铁2为上表面和下表面均为平面的梯形结构；所述复合传感组件3位于所述轭铁2的中部，所述霍尔阵列器件92固定在所述第二基板94的中部。两个所述检测线圈91以霍尔阵列器件92为中心呈中心对称设置。
由于漏磁场为三维矢量场，霍尔阵列器件92位于第二基板94的中部，以使霍尔阵列器件92的周围的漏磁场以霍尔阵列器件92为中心形成对称，并且检测线圈91与漏磁场形成的三维矢量场关系不大，因此，将霍尔阵列器件92位于第二基板94的中部，可减少霍尔阵列器件92和检测线圈91的相互干扰，提高检测结构的准确性和简化处理信号的过程。
进一步地，所述第一耐磨铁7的外表面向远离所述轭铁2的方向呈圆弧状弯曲；以使第一耐磨铁7与管道内壁紧密贴合，所述第一耐磨铁7的内表面为平面；所述第二耐磨铁8的外表面和内表面为平面。
优选地，所述第一耐磨铁7的外表面最高处高于所述第二耐磨铁8的外表面1.5mm，以保证复合传感组件3不受管壁的磨损，延长使用寿命。
由以上技术方案可知，本申请提供一种用于管道内检测的多功能复合探头，由于复合传感器9同时具有霍尔阵列器件92、电磁超声线圈911和涡流检测线圈912，可同时利用三种检测器件对管道内壁进行检测，利用电磁超声线圈911检测管道剩余壁厚信息，利用霍尔阵列器件92检测管道表面体积型缺陷的轮廓信息，利用涡流检测线圈912检测管道表面及近表面裂纹的裂纹信息，因此，本申请利用漏磁检测技术、电磁超声检测技术和涡流检测技术的不同特性，将三种方法结合起来，从而实现对管道内壁进行全面的检测，满足管道内壁各种缺陷检测的需求。

Claims (5)

1.一种用于管道内检测的多功能复合探头，其特征在于，包括多个检测单元(1)，并且多个所述检测单元(1)相互拼接围成筒状结构；
每个所述检测单元(1)均包括轭铁(2)、第一磁体(5)、第二磁体(6)和复合传感组件(3)；
所述第一磁体(5)和第二磁体(6)分布在所述轭铁(2)上部的两侧，
所述复合传感组件(3)位于所述第一磁体(5)和第二磁体(6)之间；
所述第一磁体(5)和第二磁体(6)的上部由下至上依次设有衬铁(4)和第一耐磨铁(7)；
所述复合传感组件(3)的上表面设有第二耐磨铁(8)；
所述第一磁体(5)和第二磁体(6)的极性相反；
所述复合传感组件(3)包括多个沿所述磁体长度方向并排排列的复合传感器(9)；
所述复合传感器(9)包括PCB电路板、霍尔阵列器件(92)和两组检测线圈(91)；
每组所述检测线圈包括电磁超声线圈(911)和套设在所述电磁超声线圈(911)内的涡流检测线圈(912)；
所述PCB电路板分别与所述电磁超声线圈(911)、涡流检测线圈(912)以及霍尔阵列器件(92)电连接；
所述PCB电路板的基板由第一基板(93)、第二基板(94)以及第三基板(95)组成；
所述第一基板(93)和第三基板(95)为矩形结构；
所述第二基板(94)为平行四边形结构，且所述平行四边形的短边与水平方向垂直，所述平行四边形的短边分别与所述第一基板(93)和第三基板(95)相连接，所述平行四边形的长边与水平方向的夹角α为30°；
所述霍尔阵列器件(92)放置在所述第二基板(94)上；
两组所述检测线圈(91)分别放置在所述第一基板(93)和第三基板(95)上。
2.根据权利要求1所述的管道内检测的多功能复合探头，其特征在于，所述第一磁体(5)、第二磁体(6)和轭铁(2)为上表面和下表面均为平面的梯形结构；
所述复合传感组件(3)位于所述轭铁(2)的中部。
3.根据权利要求1所述的管道内检测的多功能复合探头，其特征在于，所述霍尔阵列器件(92)固定在所述第二基板(94)的中部。
4.根据权利要求1所述的管道内检测的多功能复合探头，其特征在于，两组所述检测线圈(91)以霍尔阵列器件(92)为中心呈中心对称设置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的管道内检测的多功能复合探头，其特征在于，所述第一耐磨铁(7)的外表面向远离所述轭铁(2)的方向呈圆弧状弯曲；
所述第一耐磨铁(7)的内表面为平面；
所述第二耐磨铁(8)的外表面和内表面为平面；
所述第一耐磨铁(7)的外表面最高处高于所述第二耐磨铁(8)的外表面1.5mm。
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