CN108692193A - 一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统与方法，有依次串联连接的直流电源、脉冲信号发生器、功率放大、传感器、滤波单元、数据处理单元、示波单元和计算机，其中，传感器传感器包括有与传感器脉冲信号发生器的输出端相连的用于对被检管道产生激励磁场的激励线圈和与传感器滤波单元的输入端相连的用于接被检试件在激励磁场的作用下产生的涡流磁场的接收线圈，传感器计算机还连接传感器脉冲信号发生器，用于控制脉冲信号发生器的输出频率、幅值和占空比，传感器数据处理单元还通过信号采集单元连接传感器脉冲信号发生器，用于获取脉冲信号发生器的输出信号。本发明不受专业技术经验的约束，设备操作简单易行，可视化程度高，检测效率高，无须进行表面处理。

Description

一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统与方法

技术领域

本发明涉及一种小管径管道缺陷的检测方法。特别是涉及一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统与方法。

背景技术

随着世界工业的快速发展，小口径管道在石油化工、海洋工程等各个领域有着广泛的应用，已经成为现代工业中不可缺少的部分。但管道的服役环境往往受到腐蚀介质的影响，且随着服役时间的延长，小口径管道不可避免的会发生腐蚀和磨损，与其他管道相比，小口径管道管壁薄，减薄区域隐蔽不易发现，容易引发突发性的破坏事故。因此，检测管道的腐蚀、磨损情况及评价管道使用寿命，是避免该类事故发生的必要手段。目前，常用于管道检测的无损探伤方法有磁粉、射线、超声、渗透和常规涡流等检测技术；然而超声检测对表面要求高，且需要藕合剂；射线检测需要放射源；漏磁检测时需要磁饱和装置；渗透法对存在裂纹检测灵敏度很高，但对表面潮湿的工件检测并不理想；常规涡流技术对表面开口裂纹很灵敏，但对缺陷的判定同样有赖于技术人员的经验，这些某种程度上都限制了检测技术在小口径管道检测的发展。脉冲涡流作为一种新型的检测技术，对表面要求低，检测精度高，只需一次扫描就能分析被测管道不同尺寸、不同类型的缺陷，包含信息丰富，因此对小口径管道检测具有独特的优。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种操作便捷，可视化程度高，检测精确且不依赖检测人员的经验的小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统与方法。

本发明所采用的技术方案是：一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统，包括直流电源，还设置有依次串联连接的脉冲信号发生器、功率放大、传感器、滤波单元、数据处理单元、示波单元和计算机，所述脉冲信号发生器的电源输入端连接所述直流电源，其中，所述传感器包括有与所述脉冲信号发生器的输出端相连的用于对被检管道产生激励磁场的激励线圈和与所述的滤波单元的输入端相连的用于接被检试件在激励磁场的作用下产生的涡流磁场的接收线圈，所述计算机还连接所述脉冲信号发生器，用于控制脉冲信号发生器的输出频率、幅值和占空比，所述数据处理单元还通过信号采集单元连接所述脉冲信号发生器，用于获取脉冲信号发生器的输出信号。

所述的传感器包括有用于缠绕线圈的轮毂，其中，所述的接收线圈缠绕在所述轮毂的空心轴上并引出连线端，所述激励线圈缠绕在所述接收线圈的外侧并引出连线端。

所述轮毂的空心轴内设置有顺磁金属。

其特征在于，对应直径为20mm-50mm大小的管道，所述空心轴的外径为5mm-20mm。

一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的检测方法，包括如下步骤：

1)根据被检管道的管径，选择对应尺度的传感器；

2)根据被检管道外侧有无翅片保护，选择对应的传感器；

3)将所选传感器贴合在被检管道外壁面上，并与被检管道轴向垂直；

4)采用脉冲信号发生器发出方波信号通过传感器作用于被检管道；

5)使传感器沿被检管道轴向连续移动，通过滤波单元采集传感器覆盖范围内被检管道连续部位的感生电压信号随时间衰减的数据信息，并送入数据处理单元；

6)数据处理单元通过迭代运算程序提取不同缺陷特征相关的电压值的连续曲线；

7)判断曲线的变化位置，以数据中已存的相同型号管道的曲线斜率为基准斜率，自动记录电压值的连续曲线斜率变化超过基准斜率5％的位置；

8)以数据中相同型号管道的曲线斜率为基准斜率，利用变换点出现的时间判断缺陷位置，利用斜率变化对应的电压值比例判断缺陷深度。

步骤1)所述的选择对应尺度的传感器是对应直径为20mm-50mm大小的管道，选择空心轴的外径为5mm-20mm的传感器。

步骤1)所述的选择对应的传感器是，对于被检管道外侧有翅片保护的被检管道，选择空心轴内设置有顺磁金属的传感器，否则，选择空心轴内没有设置有顺磁金属(4.5)的传感器。

步骤7)还包括比较不同周期特征电压数据的变化情况，以及对不同周期特征电压数据进行差分。

步骤8)是根据数据中的管道缺陷案例数据，对电压值的连续曲线斜率变化超过基准斜率5％的位置进行深度与缺陷大小的计算。

本发明的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统与方法，不受专业技术经验的约束，使用的设备操作简单易行，可视化程度高，检测效率高，无须进行表面处理，且不受提离效果的影响，检测精确且不依赖检测人员的经验，更适合客户生产现场的在线使用。

附图说明

图1是本发明一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的整体框图；

图2是本发明传感器的整体结构示意图；

图3是本发明传感器中轮毂的结构示意图；

图4是在传感器的轮毂内设置顺磁金属的结构示意图；

图5是带翅片的小径管管道的结构示意图；

图6是无翅片的小径管管道的结构示意图；

图7是脉冲涡流缺陷扫查电压图；

图中

1：直流电源 2：脉冲信号发生器

3：功率放大 4：传感器

4.1：激励线圈 4.2：接收线圈

4.3：轮毂 4.4：空心轴

5：被检管道 6：滤波单元

7：数据处理单元 8：示波单元

9：计算机 10：信号采集单元

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统与方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统，包括直流电源1，还设置有依次串联连接的脉冲信号发生器2、功率放大3、传感器4、滤波单元6、数据处理单元7、示波单元8和计算机9，所述脉冲信号发生器2的电源输入端连接所述直流电源1。其中，所述传感器4包括有与所述脉冲信号发生器1的输出端相连的用于对被检管道5产生激励磁场的激励线圈4.1和与所述的滤波单元6的输入端相连的用于接被检试件5在激励磁场的作用下产生的涡流磁场的接收线圈4.2，所述计算机9还连接所述脉冲信号发生器2，用于控制脉冲信号发生器2的输出频率、幅值和占空比，所述数据处理单元7还通过信号采集单元10连接所述脉冲信号发生器2，用于获取脉冲信号发生器2的输出信号。

如图2、图3所示，所述的传感器4包括有用于缠绕线圈的轮毂4.3，其中，所述的接收线圈4.2缠绕在所述轮毂4.3的空心轴4.4上并引出连线端，所述激励线圈4.1缠绕在所述接收线圈4.2的外侧并引出连线端。对应直径为20mm-50mm大小的管道，所述空心轴4.4的外径为5mm-20mm。

如图4、图5所示，当所述的被检管道5是带翅片的小径管管道时，所述轮毂4.3的空心轴4.4内还设置有顺磁金属4.5，用于强化涡流感生磁场强度。从而使本发明的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统可以用于有无翅片等不同小管径管道的检测。

本发明的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的检测方法，包括如下步骤：

1)根据被检管道的管径，选择对应尺度的传感器；

所述的选择对应尺度的传感器是对应直径为20mm-50mm大小的管道，选择空心轴的外径为5mm-20mm的传感器。

2)根据被检管道外侧有无翅片保护，选择对应的传感器；

所述的选择对应的传感器是，对于被检管道外侧有翅片保护的被检管道，选择空心轴内设置有顺磁金属的传感器，否则，选择空心轴内没有设置有顺磁金属(4.5)的传感器。

3)将所选传感器贴合在被检管道外壁面上，并与被检管道轴向垂直；

4)采用脉冲信号发生器发出方波信号通过传感器作用于被检管道；

5)使传感器沿被检管道轴向连续移动，通过滤波单元采集传感器覆盖范围内被检管道连续部位的感生电压信号随时间衰减的数据信息，并送入数据处理单元；

6)数据处理单元通过迭代运算程序提取不同缺陷特征相关的电压值的连续曲线；

7)判断曲线的变化位置，以数据中已存的相同型号管道的曲线斜率为基准斜率，自动记录电压值的连续曲线斜率变化超过基准斜率5％的位置；

还包括比较不同周期特征电压数据的变化情况，以及对不同周期特征电压数据进行差分；

8)以数据中相同型号管道的曲线斜率为基准斜率，利用变换点出现的时间判断缺陷位置，利用斜率变化对应的电压值比例判断缺陷深度。是根据数据中的管道缺陷案例数据，对电压值的连续曲线斜率变化超过基准斜率5％的位置进行深度与缺陷大小的计算。

下面给出具体实例：

选带缺陷的管径为25mm的小管径管道，壁厚2.5mm，20#碳钢，无翅片。温度常温，检测段200mm，沿管道轴向检测。按以下步骤进行检测：

1)选用直径为5mm，匝数为100X 100的传感器；

2)将传感器置管道待测区域正上方的壁面上，垂直于管道轴向，用控制单元发射2Hz方波作为检测发射信号；

3)启动检测模式，将传感器沿管线轴向缓缓移动，直到200mm区域结束；

4)将检测的原始数据输入软件处理程序，不同深度的检测结果如图7所示；

本发明的利用脉冲涡流检测小管径管道缺陷的方法，检测效率高，无须进行表面处理，且不受提离效果的影响；利用脉冲涡流进行检测不受专业技术经验的约束，使用的设备操作简单易行。本发明的装置和方法使得检测更加高效，更加准确，更适合客户生产现场的在线使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统，包括直流电源(1)，其特征在于，还设置有依次串联连接的脉冲信号发生器(2)、功率放大(3)、传感器(4)、滤波单元(6)、数据处理单元(7)、示波单元(8)和计算机(9)，所述脉冲信号发生器(2)的电源输入端连接所述直流电源(1)，其中，所述传感器(4)包括有与所述脉冲信号发生器(1)的输出端相连的用于对被检管道(5)产生激励磁场的激励线圈(4.1)和与所述的滤波单元(6)的输入端相连的用于接被检试件(5)在激励磁场的作用下产生的涡流磁场的接收线圈(4.2)，所述计算机(9)还连接所述脉冲信号发生器(2)，用于控制脉冲信号发生器(2)的输出频率、幅值和占空比，所述数据处理单元(7)还通过信号采集单元(10)连接所述脉冲信号发生器(2)，用于获取脉冲信号发生器(2)的输出信号。

2.根据权利要求1所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统，其特征在于，所述的传感器(4)包括有用于缠绕线圈的轮毂(4.3)，其中，所述的接收线圈(4.2)缠绕在所述轮毂(4.3)的空心轴(4.4)上并引出连线端，所述激励线圈(4.1)缠绕在所述接收线圈(4.2)的外侧并引出连线端。

3.根据权利要求1所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统，其特征在于，所述轮毂(4.3)的空心轴(4.4)内设置有顺磁金属(4.5)。

4.根据权利要求2或3所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统，其特征在于，对应直径为20mm-50mm大小的管道，所述空心轴(4.4)的外径为5mm-20mm。

5.一种权利要求1所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据被检管道的管径，选择对应尺度的传感器；

2)根据被检管道外侧有无翅片保护，选择对应的传感器；

3)将所选传感器贴合在被检管道外壁面上，并与被检管道轴向垂直；

4)采用脉冲信号发生器发出方波信号通过传感器作用于被检管道；

5)使传感器沿被检管道轴向连续移动，通过滤波单元采集传感器覆盖范围内被检管道连续部位的感生电压信号随时间衰减的数据信息，并送入数据处理单元；

6)数据处理单元通过迭代运算程序提取不同缺陷特征相关的电压值的连续曲线；

7)判断曲线的变化位置，以数据中已存的相同型号管道的曲线斜率为基准斜率，自动记录电压值的连续曲线斜率变化超过基准斜率5％的位置；

8)以数据中相同型号管道的曲线斜率为基准斜率，利用变换点出现的时间判断缺陷位置，利用斜率变化对应的电压值比例判断缺陷深度。

6.根据权利要求5所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的检测方法，其特征在于，步骤1)所述的选择对应尺度的传感器是对应直径为20mm-50mm大小的管道，选择空心轴的外径为5mm-20mm的传感器。

7.根据权利要求5所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的检测方法，其特征在于，步骤1)所述的选择对应的传感器是，对于被检管道外侧有翅片保护的被检管道，选择空心轴内设置有顺磁金属的传感器，否则，选择空心轴内没有设置有顺磁金属(4.5)的传感器。

8.根据权利要求5所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的检测方法，其特征在于，步骤7)还包括比较不同周期特征电压数据的变化情况，以及对不同周期特征电压数据进行差分。

9.根据权利要求5所述的一种小管径管道缺陷的脉冲涡流检测系统的检测方法，其特征在于，步骤8)是根据数据中的管道缺陷案例数据，对电压值的连续曲线斜率变化超过基准斜率5％的位置进行深度与缺陷大小的计算。