CN109506077A - 一种水下工况的pccp管道钢丝断丝检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，包括伞形驱动系统、仪器主体、可伸缩支撑臂、弹性支撑臂、滚动轮和收发探头阵列，仪器主体与伞形驱动系统固定连接，两个可伸缩支撑臂安装在仪器主体一侧，弹性支撑臂安装在仪器主体另一侧，两个可伸缩支撑臂的底部均安装有滚动轮，弹性支撑臂将滚动轮压附在管壁上，可伸缩支撑臂的底部还安装有收发探头阵列，收发探头阵列用来对PCCP管道钢丝断丝进行检测。本发明实现水下工况对PCCP管道钢丝断丝进行检测。

Description

一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置

技术领域

本发明属于PCCP管道钢丝断丝检测技术领域，尤其涉及一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置。

背景技术

远场涡流效应原理如图1所示。探测装置由激励线圈和检测线圈构成，激励线圈与检测线圈的磁场距离约2～3倍管内径的长度。激励线圈通以低频交流电，产生磁场，检测线圈用以接受发自激励线圈的磁场、涡流信号，利用接收到的信号能有效地判断出金属管道内外壁的缺陷和管壁的厚薄情况。

如图2所示，检测线圈感应电压的幅值随距离变化曲线。从图2中可以看出，随着两个线圈间距的增大，检测线圈感应电压的幅值开始急剧下降，然后逐渐变缓，并且相位存在跃变。通常把信号幅值急剧下降后变化趋缓而相位发生跃变之后的区域称为远场区，信号幅值急剧下降区域称为近场区，近场区与远场区之间的相位发生较大跃变的区域称为过渡区。远场涡流的能量耦合可能存在两种方式：一是在管子内部与激励线圈的直接耦合；二是通过管壁与激励线圈间接耦合。近场区直接耦合占优势，远场区间接耦合占优势。

发明内容

为了解决水下检测PCCP管道钢丝断丝的不便，本发明提出了一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：

一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，包括伞形驱动系统、仪器主体、可伸缩支撑臂、弹性支撑臂、滚动轮和收发探头阵列，所述仪器主体与所述伞形驱动系统固定连接，两个所述可伸缩支撑臂安装在所述仪器主体一侧，所述弹性支撑臂安装在所述仪器主体另一侧，两个所述可伸缩支撑臂的底部均安装有所述滚动轮，所述弹性支撑臂将所述滚动轮压附在管壁上，所述可伸缩支撑臂的底部还安装有所述收发探头阵列，所述收发探头阵列用来对PCCP管道钢丝断丝进行检测。

优选的，所述仪器主体包括第一仪器舱、第二仪器舱和电池舱，所述第一仪器舱的一端与所述伞形驱动系统固定连接，另一端与所述第二仪器舱的一端铰链连接，所述第二仪器舱的另一端与所述电池舱铰链连接，所述第一仪器舱、第二仪器舱和所述电池舱上均设有两个所述可伸缩支撑臂和一个所述弹性支撑臂。

优选的，所述收发探头阵列包括发射探头阵列和接收探头阵列，所述发射探头阵列和所述接收探头阵列分别安装在两个所述可伸缩支撑臂的底部。

优选的，两个所述可伸缩支撑臂的底部均安装有一个探头固定杆，所述发射探头阵列和所述接收探头阵列分别安装在两个所述探头固定杆上。

优选的，所述发射探头阵列的发射面平行于PCCP管道，所述接收探头阵列的接收面垂直于PCCP管道。

优选的，两个所述可伸缩支撑臂之间的夹角为120°。

优选的，所述仪器主体包括主控计算机、转速传感器、信号源、锁相放大器、低噪声放大器和低频功率放大器，所述转速传感器安装在所述滚动轮上，所述接收探头阵列依次与所述低噪声放大器、锁相放大器、信号源、低频功率放大器和所述发射探头阵列连接，所述主控计算机启动后，发出控制命令，检测所述转速传感器，当小车启动后，所述转速传感器触发所述信号源工作。

优选的，所述仪器主体包括水下导航单元、综合管理单元、路由器和若干组电磁收发处理单元，每组电磁收发处理单元包括探测信号发生器、信号接收单元和逻辑控制及预处理单元，所述探测信号发生器分别与所述逻辑控制及预处理单元和所述收发探头阵列连接，所述信号接收单元分别与所述逻辑控制及预处理单元和所述收发探头阵列连接，所述水下导航单元与所述路由器连接，所述路由器与所述逻辑控制及预处理单元连接，所述综合管理单元与所述路由器连接。

优选的，所述收发探头阵列包括发射通道选择模块、接收通道选择模块和若干组探头单元，每组探头单元均包括发射探头、接收探头、功率放大模块和低噪放模块，所述接收探头依次与所述低噪放模块、接收通道选择模块和所述信号接收单元连接，所述探测信号发生器依次与所述发射通道选择模块、功率放大模块和所述发射单元连接，所述发射通道选择模块和所述接收通道选择模块在所述逻辑控制及预处理单元的逻辑控制时序下进行切换，用以对各组探头单元进行通路选择，其中每组探头单元的工作频率不同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用远场涡流效应原理对带水工况下的PCCP管道钢丝断丝进行检测，通过伞形驱动系统利用水流的推力推动整个检测装置沿着PCCP管道浮游滚动，通过弹性支撑臂将滚动轮压附在管壁上使得检测装置能够沿着PCCP管道平稳滚动，通过仪器主体的分体制作可以将检测装置的不同模块根据需要分配到第一仪器舱和第二仪器舱内，通过发射探头阵列和接收探头阵列发射面的平行和垂直PCCP管壁的设置可以有效地检测到远场涡流信号，通过设置两个可伸缩支撑臂之间的夹角为120°可以检测到最佳的远场涡流信号，通过设置若干组不同工作频率的探头单元可以获得更丰富的PCCP断丝频率响应。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为经典的管道远场涡流检测原理图；

图2为检测线圈感应电压的幅值随距离变化曲线；

图3为本发明一实施例的PCCP管道钢丝断丝检测装置结构图；

图4为本发明的远场涡流收发探头放置示意图；

图5为本发明一实施例的PCCP管道钢丝断丝自动检测原理图；

图6为本发明一实施例的PCCP管道钢丝断丝检测装置结构框图；

图7为本发明一实施例的收发探头阵列示意图。

图中，1-PCCP管道；2-伞形驱动系统；3-第一仪器舱；4-第二仪器舱；5-电池舱；6-可伸缩支撑臂；7-弹性支撑臂；8-滚动轮；9-探头固定杆；10-发射探头阵列；11-接收探头阵列；101-发射探头；111-接收探头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

实施例一

一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，包括伞形驱动系统、仪器主体、可伸缩支撑臂、弹性支撑臂、滚动轮和收发探头阵列，仪器主体与伞形驱动系统固定连接，两个可伸缩支撑臂安装在仪器主体一侧，弹性支撑臂安装在仪器主体另一侧，两个可伸缩支撑臂的底部均安装有滚动轮，弹性支撑臂将滚动轮压附在管壁上，可伸缩支撑臂的底部还安装有收发探头阵列，收发探头阵列用来对PCCP管道钢丝断丝进行检测。

本实施例中，伞形驱动系统是检测装置的驱动部分，它利用水流的推力推动整个运载平台向前浮游滚动。整个检测装置通过两个可伸缩支撑臂上的滚动轮沿着PCCP管道内壁滚动，每个可伸缩支撑臂上的滚动轮的数量不限，优选为两个，在整个检测装置移动的过程中，位于仪器主体另一侧的弹性支撑臂抵接在PCCP管道内壁上，使得将滚动轮压附在PCCP管道内壁上，而弹性支撑臂也可以是仪器主体另一侧通过弹性组件(如弹簧等)与滚动轮固定连接，而该滚动轮抵接在PCCP管道内壁上，在此不做限制。两个可伸缩支撑臂的长度是可以调整的，当改变两个可伸缩支撑臂的长度时，两个可伸缩支撑臂之间的夹角也发生相应变化，本实施例中是要利用远场涡流的间接耦合，因此收发探头阵列的接收端相对于发射端位于远场区，两个可伸缩支撑臂之间的夹角优选为120°。收发探头阵列发射磁场两次经过管壁后再次接收，以此对PCCP管道钢丝断丝进行检测。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，如图3所示，PCCP管道钢丝断丝检测装置结构图，其区别在于，仪器主体包括第一仪器舱3、第二仪器舱4和电池舱5，也就是说在实施例一中，仪器主体可以看作为一个舱体，而本实施例中可以看作多个圆筒形舱体的拼接组合。本实施例中，第一仪器舱3的一端与伞形驱动系统2固定连接，另一端与第二仪器舱4的一端铰链连接，第二仪器舱4的另一端与电池舱5铰链连接。本实施例中，电池舱5位于检测装置前方，第一仪器舱3和第二仪器舱4位于检测装置后方，但不以此为限。本实施例中，第一仪器舱3、第二仪器舱4和电池舱5上均设有两个可伸缩支撑臂6和一个弹性支撑臂7，而两个伸缩支撑臂和一个弹性支撑臂7的相关设置(比如滚动轮8、收发探头阵列等)与实施例一中的相关设置是一样的。可选的，第一仪器舱3、第二仪器舱4和电池舱5之间采用连接器连接。当然，本发明的仪器主体可以分为两个及以上的舱体进行拼装组合，在此不作限制。

实施例三

本实施例是在实施例一或实施例二的基础上所做的改进，如果在实施例二的基础上所做的改进的话，则收发探头阵列可以安装在第一仪器舱3、第二仪器舱4和电池舱5中的任一个的两个可伸缩支撑臂6上。本实施例中，收发探头阵列包括发射探头阵列10和接收探头阵列11，发射探头阵列10和接收探头阵列11分别安装在两个可伸缩支撑臂6的底部。进一步地，两个可伸缩支撑臂6的底部均安装有一个探头固定杆9，发射探头阵列10和接收探头阵列11分别安装在两个探头固定杆9上。如图4所示，进一步地，发射探头阵列10的发射面平行于PCCP管道1，接收探头阵列11的接收面垂直于PCCP管道1。图中虚线箭头涡流能量传播的方向平行于接收探头的接收面，其在接收探头感应的电压大小可以忽略不计。接收探头感应的电压大小主要是来自于两次穿透钢筒的远场涡流信号。图中预应力钢筒混凝土管外侧的箭头表示的是远场电磁场传播示意图，D为发射探头和接收探头的距离，L＝2πR-Rα表示远场电磁场沿管壁传播的距离。为了保证发射探头与接收探头的远场电磁场传播距离约为2～3倍管内径的长度，α取值为此时能保证接收探头工作在远场区。

本实施例中，发射探头阵列10可以是由多个发射探头101串联或者各自独立相互拼接而成，接收探头阵列11可以是由多个接收探头111串联或者各自独立相互拼接而成，发射探头阵列10可以是发射线圈阵列，接收探头阵列11可以是接收线圈阵列，则发射线圈阵列可以是由多个发射线圈串联或者各自独立相互拼接而成，接收线圈阵列可以是由多个接收线圈串联或者各自独立相互拼接而成，在此不做任何限制。

实施例四

本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，如图5所示，仪器主体包括主控计算机、转速传感器、信号源、锁相放大器、低噪声放大器和低频功率放大器，转速传感器安装在滚动轮上，接收探头阵列依次与低噪声放大器、锁相放大器、信号源、低频功率放大器和发射探头阵列连接。本实施例中，信号源产生低频率正弦信号，经低频功率放大器送至发射探头发射，产生交变电磁场在PCCP管道的钢筒上产生涡流，远场涡流按图4所示沿着管壁传播到接收探头处二次穿透钢筒，接收探头感应远场涡流信号经低噪声放大器、锁相放大器，锁相放大器检测参考电压信号和接收探头检测的电压信号。主控计算机启动后，发出控制命令，检测转速传感器，当小车启动后，转速传感器触发信号源工作，发射探头发射电磁场，PCCP管道钢丝断丝检测开始；当小车不动时，转速传感器触发信号关闭信号源。

实施例五

本实施例是在实施例一或实施例二的基础上进行的改进，区别在于，当在实施例一的基础上进行的改进时，各组分均设置在仪器主体内部；当在实施例二的基础上进行的改进时，则各组分根据需要分别置于第一仪器舱3内和第二仪器舱4内。如图6所示，检测装置包括水下导航单元、综合管理单元、路由器和若干组电磁收发处理单元，本实施例中，检测装置包括六组电磁收发处理单元，各部分之间通过路由器交换信息。其中，每组电磁收发处理单元包括探测信号发生器、信号接收单元和逻辑控制及预处理单元，探测信号发生器分别与逻辑控制及预处理单元和收发探头阵列连接，信号接收单元分别与逻辑控制及预处理单元和收发探头阵列连接，水下导航单元与路由器连接，路由器与逻辑控制及预处理单元连接，综合管理单元与路由器连接。

当在实施例二的基础上进行改进时，可选的，水下导航单元位于第一仪器舱3内，发射探头阵列10和接收探头阵列11也在该仪器舱上，路由器、综合管理单元位于第二仪器舱4内，但不以此为限。

实施例六

本实施例是在实施例五的基础上进行的改进，如图7所示，收发探头阵列包括发射通道选择模块、接收通道选择模块和若干组探头单元，本实施例中，收发探头阵列包括六组探头单元，其中每组探头单元均包括发射探头、接收探头、功率放大模块和低噪放模块，接收探头依次与低噪放模块、接收通道选择模块和信号接收单元连接，探测信号发生器依次与发射通道选择模块、功率放大模块和发射单元连接。每组探头单元工作于不同的频率点，功率放大模块对发射信号进行功率放大驱动发射探头发射检测电磁信号，低噪放模块将接收探头接收到的微弱信号进行放大，改善系统的噪声系数，提高检测灵敏度，发射通道选择模块和接收通道选择模块在逻辑控制及预处理单元的逻辑控制时序下进行切换，用以对各组探头单元进行通路选择。采用工作于多频点的收发探头阵列来对PCCP断丝进行检测，是为了获得更丰富的PCCP断丝频率响应，从而提高判断PCCP断丝数量和断丝发生位置的准确性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，包括伞形驱动系统、仪器主体、可伸缩支撑臂、弹性支撑臂、滚动轮和收发探头阵列，所述仪器主体与所述伞形驱动系统固定连接，两个所述可伸缩支撑臂安装在所述仪器主体一侧，所述弹性支撑臂安装在所述仪器主体另一侧，两个所述可伸缩支撑臂的底部均安装有所述滚动轮，所述弹性支撑臂将所述滚动轮压附在管壁上，所述可伸缩支撑臂的底部还安装有所述收发探头阵列，所述收发探头阵列用来对PCCP管道钢丝断丝进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，所述仪器主体包括第一仪器舱、第二仪器舱和电池舱，所述第一仪器舱的一端与所述伞形驱动系统固定连接，另一端与所述第二仪器舱的一端铰链连接，所述第二仪器舱的另一端与所述电池舱铰链连接，所述第一仪器舱、第二仪器舱和所述电池舱上均设有两个所述可伸缩支撑臂和一个所述弹性支撑臂。

3.根据权利要求1所述的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，所述收发探头阵列包括发射探头阵列和接收探头阵列，所述发射探头阵列和所述接收探头阵列分别安装在两个所述可伸缩支撑臂的底部。

4.根据权利要求3所述的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，两个所述可伸缩支撑臂的底部均安装有一个探头固定杆，所述发射探头阵列和所述接收探头阵列分别安装在两个所述探头固定杆上。

5.根据权利要求4所述的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，所述发射探头阵列的发射面平行于PCCP管道，所述接收探头阵列的接收面垂直于PCCP管道。

6.根据权利要求1所述的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，两个所述可伸缩支撑臂之间的夹角为120°。

7.根据权利要求3所述的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，所述仪器主体包括主控计算机、转速传感器、信号源、锁相放大器、低噪声放大器和低频功率放大器，所述转速传感器安装在所述滚动轮上，所述接收探头阵列依次与所述低噪声放大器、锁相放大器、信号源、低频功率放大器和所述发射探头阵列连接，所述主控计算机启动后，发出控制命令，检测所述转速传感器，当小车启动后，所述转速传感器触发所述信号源工作。

8.根据权利要求1所述的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，所述仪器主体包括水下导航单元、综合管理单元、路由器和若干组电磁收发处理单元，每组电磁收发处理单元包括探测信号发生器、信号接收单元和逻辑控制及预处理单元，所述探测信号发生器分别与所述逻辑控制及预处理单元和所述收发探头阵列连接，所述信号接收单元分别与所述逻辑控制及预处理单元和所述收发探头阵列连接，所述水下导航单元与所述路由器连接，所述路由器与所述逻辑控制及预处理单元连接，所述综合管理单元与所述路由器连接。

9.根据权利要求8所述的的一种水下工况的PCCP管道钢丝断丝检测装置，其特征在于，所述收发探头阵列包括发射通道选择模块、接收通道选择模块和若干组探头单元，每组探头单元均包括发射探头、接收探头、功率放大模块和低噪放模块，所述接收探头依次与所述低噪放模块、接收通道选择模块和所述信号接收单元连接，所述探测信号发生器依次与所述发射通道选择模块、功率放大模块和所述发射单元连接，所述发射通道选择模块和所述接收通道选择模块在所述逻辑控制及预处理单元的逻辑控制时序下进行切换，用以对各组探头单元进行通路选择，其中每组探头单元的工作频率不同。