CN110140049A - 具有绝缘收发器单元的涡流阵列探针和使用其的涡流检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有绝缘收发器单元的阵列式涡流探针和使用该阵列式涡流探针的涡流检查方法。所述阵列式涡流探针可以包括：主体；多个磁激励元件，所述多个磁激励元件沿着所述主体的圆周布置在一行中；以及多个磁场检测元件，所述多个磁场检测元件在所述一行中布置在与所述磁激励线圈间隔预定间距的位置上。

Description

具有绝缘收发器单元的涡流阵列探针和使用其的涡流检查 方法

技术领域

本发明的实施方式涉及一种能够检测热交换器的传导管中的周向裂纹和存在于该管的外面上的残留物的具有绝缘收发器单元的阵列型涡流探针，且涉及一种使用该阵列型涡流探针的基于涡流探针的检查方法。

背景技术

在核电站中使用的热交换管由细管形成，该细管具有良好的热传递速率、抗腐蚀性和薄度以改善热交换性能。该细管保持压力边界且暴露于非常苛刻的环境，导致各种类型的缺陷，诸如高温/高压造成的破裂、管与管支撑件之间的磨损以及凹痕等。因此，需要周期性地执行无损检查，以便诊断热交换管的完整性。由于热交换管的很大部分是非磁性的，因此经常将基于涡流探针的检查用于非磁性薄管的无损测试。

在热交换管的基于涡流探针的检查中，通过使高频(几十到几百kHz)电流流经插入在管中的涡流探针的线圈而在该管中形成涡流。然后，检测由于管几何形态变化、材料导电率、缺陷等造成的涡流变化。因此，确定缺陷的存在与否和该缺陷的尺寸。通常使用绕线探针、旋转扁平线圈(Rotating Pancake Coil，RPC)探针作为用于执行这些测试的涡流探针。

绕线探针为线圈轴与管轴相同的两个线圈以环形方式卷绕在一个主体的设备。绕线探针在线圈之间具有均匀间隙。使用绕线探针进行检查的优势在于检查速度快，而对轴向裂纹敏感但对周向裂纹检测不敏感。

通过推进器使具有扁平线圈的RPC探针旋转，该扁平线圈的线圈轴垂直于管表面。使用RPC探针的检查在轴向和周向上具有优良的缺陷检测性能，但是具有检查速度非常低的缺点。

阵列式涡流探针为保持上述两种探针的优点且补偿其缺点的设备。在阵列式涡流探针中，在周向上二维地将线圈沿着待检查的物体而布置在圆柱形主体上。因此，当电力地控制每个线圈且在各个方向上发送/接收信号时，阵列式涡流探针可以在布置线圈的区域上借助电子扫描执行涡流检查，而无机械旋转。使用基于涡流探针的电扫描测试的检查具有如下优点：绕线探针的快速检查，以及周向缺陷的检测且由RPC探针同时获得相应区域的二维和三维立体图像。因此，在使用阵列式涡流探针的检查中，缩短了检查时间且提高了检查可靠性。

图1示出了传统的阵列式涡流探针。

如图1所示，传统的阵列式涡流探针在阵列式涡流探针的周向上具有在多行中密集排列交错的多个线圈100。在基于涡流探针的检查中，使用发送/接收模式，其中，一个线圈激励涡流且另一个线圈检测由于该涡流造成的磁性。使用多行中的至少一行检测周向裂纹，且使用两行或三行检测周向裂纹和轴向裂纹。另外，使用多路复用器作为用于选择发送/接收线圈进行电扫描的开关器件。

为了说明传统的阵列式涡流探针的操作，图2示出了在图1中所示的线圈布置中用于周向缺陷检测的一行的平面展开。图2示出了用于通过一轮检查热交换管的内表面的每个时隙的发送/接收图案以及用于实现上述内容的配置。

参照图2，阵列式涡流探针的线圈210连接到用于信号开关器件220的磁激励(发送)的多路复用器221和用于信号开关器件220的磁场检测(接收)的多路复用器222。信号开关器件220包括用于磁激励的多路复用器221、用于磁场检测的多路复用器222、和多路复用器控制器223，以及通过导线连接到主体230。因此，用作磁场检测元件的线圈再次被用作执行磁扫描的磁激励元件。然而，由于用于磁激励的多路复用器221和用于磁场检测的多路复用器222一起用于一个线圈210，因此使信号质量变差，这是由于因高振幅磁激励信号造成的信号干扰(串扰)。另外，由于所有的线圈210必须具有相同电特性，因此难以采用磁性元件作为磁场检测元件，该磁性元件诸如霍尔传感器、巨磁阻传感器、或印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)类型的线圈。

发明内容

技术问题

本发明的技术目的是提供一种具有绝缘的发送/接收元件的阵列式涡流探针，该阵列式涡流探针可以简化现有布线且可以通过减小由于磁激励信号造成的信号干扰来提高信号质量，以及提供一种使用该阵列式涡流探针的基于涡流探针的检查方法。

本发明的另一技术目的是提供一种具有绝缘发送/接收元件的阵列式涡流探针以及提供一种使用该阵列式涡流探针的基于涡流探针的检查方法，该发送/接收元件可以采用异类元件的组合。

本发明的另一技术目的是提供一种具有绝缘发送/接收元件的阵列式涡流探针以及提供一种使用该阵列式涡流探针的基于涡流探针的检查方法，该阵列式涡流探针能够更快速地执行基于涡流探针的检查。

技术方案

在一个方面中，提出了一种阵列式涡流探针，所述阵列式涡流探针包括：主体；多个磁激励元件，所述多个磁激励元件沿着所述主体的圆周且在所述圆周上布置在一行中；以及多个磁场检测元件，所述多个磁场检测元件布置在所述一行上且与所述磁激励元件间隔预定间距。

在所述探针的一个实施方式中，每个所述磁激励元件为具有圆形、椭圆形和矩形形状之一的线圈。

在所述探针的一个实施方式中，每个所述磁场检测元件为具有圆形、椭圆形和矩形形状之一的线圈或者为印制电路板(PCB)型线圈、霍尔传感器和巨磁阻元件之一。

在所述探针的一个实施方式中，每两个磁激励元件与每两个磁场检测元件以相等间距交替地布置在所述一行上。

在所述探针的一个实施方式中，所述探针还包括：磁激励相关的多路复用器，所述磁激励相关的多路复用器连接到每个所述磁激励元件；磁场检测相关的多路复用器，所述磁场检测相关的多路复用器联接到每个所述磁场检测元件；以及控制器，所述控制器配置成基于从涡流检查设备接收的选择信号选择至少一个所述磁激励元件和至少一个所述磁场检测元件。

在所述探针的一个实施方式中，每个所述磁激励元件和每个所述磁场检测元件分别连接到所述磁激励相关的多路复用器和所述磁场检测相关的多路复用器。

在所述探针的一个实施方式中，所述探针还包括信号放大器，所述信号放大器联接到所述磁场检测相关的多路复用器，用于放大由磁场检测元件检测到的磁场信号。

在所述探针的一个实施方式中，所述磁场信号由所述多个磁场检测元件中处于所述一行上与产生涡流的磁激励元件每间隔一个元件的位置处的磁场检测元件检测。

在所述探针的一个实施方式中，所述多个磁激励元件使用从所述涡流检查设备接收的交流来产生涡流。

在另一个方面中，提供了一种使用阵列式涡流探针的涡流检查方法，所述方法包括：通过将交流施加到多个磁激励元件中的至少一者来产生涡流，所述多个磁激励元件沿着所述阵列式涡流探针的圆周且在所述圆周上布置在一行中；在多个磁场检测元件当中选择布置在所述一行中与产生所述涡流的磁激励元件间隔预定间距的位置处的磁场检测元件，所述多个磁场检测元件布置在所述一行上且与所述磁激励元件间隔预定间距；以及使用选择的所述磁场检测元件检测磁信号。

有益效果

由于磁激励单元和磁场检测单元是明显绝缘且隔离的，因此简化了现有布线。另外，可以减小由于磁激励信号造成的信号干扰，从而提高信号质量。

由于磁激励元件组和磁场检测元件组彼此明显区分，因此组合不同类型元件可以允许减小探针的尺寸且允许线圈布置更紧凑。

即使时隙数量减少，仍可以通过一轮探测热交换器管的内面。因此，可以使用通道数量减少的多路复用器且由于一个周期内的检查速度很快而可以提高探针的移动速度。

附图说明

图1示出了传统的阵列式涡流探针。

图2示出了在图1中所示的线圈布置中用于周向缺陷检测的一行的平面展开以说明传统的阵列式涡流探针的操作。图2示出了用于通过一轮检查热交换管的内表面的每个时隙的发送/接收图案以及用于实现上述内容的配置。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的阵列式涡流探针。

图4示出了根据本发明的一个实施方式的阵列式涡流探针的基于时隙的发送/接收图案和配置。

图5为根据本发明的另一个实施方式的异类元件的组合形式的阵列式涡流探针的平面展开图。

图6示出了根据本发明的另一个实施方式的阵列式涡流探针的基于时隙的发送/接收图案和配置。

具体实施方式

将参照附图更详细地描述本发明，从而本发明可以很容易由本发明所属的技术领域中的普通技术人员来执行。然而，本发明可以以许多不同形式来体现且不限于本文中所描述的实施方式。为了清楚地说明本发明，省略了与描述无关的部分，以及贯穿说明书向相似部分提供相同附图标记。另外，将进一步理解，术语“包括”和“包含”在用在说明书中时指所陈述的特征、整数、操作、元件、和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、操作、元件、组件和/或其部分的存在或附加。

图3示出了根据本发明的一个实施方式的阵列式涡流探针。

参照图3，根据本发明的阵列式涡流探针300可以包括：沿着圆柱形主体的圆周(即在周向上)布置在一行中的多个磁激励元件310；以及多个磁场检测元件320，多个磁场检测元件320在同一行上布置在与相邻磁激励线圈310间隔预定间距的位置上。磁激励元件310可以在主体中产生涡流，且磁场检测元件320可以检测磁性。在该连接中，磁激励元件310可以是形状为圆形、椭圆形和矩形中任一者的线圈。磁场检测元件320可以是形状为圆形形状、椭圆形形状或矩形形状之一的线圈，如磁激励元件310，或者可以是印制电路板(PCB)型线圈、霍尔传感器和巨磁阻(Giant Magneto Resistance，GMR)元件之一。即，尽管在图3中使用圆形线圈作为磁激励元件和磁场检测元件，但是本发明不限于此。由于磁激励元件组和磁场检测元件组彼此明显隔离且区分，因此磁场检测元件可以采用PCB型线圈、霍尔传感器、巨磁阻元件等。

另外，在图3中，在阵列式涡流探针中，8个磁激励元件310和8个磁场检测元件320以每两个激励元件310和每两个磁场检测元件320以相等间距交替地布置在所述一行上的方式布置。然而，可以按需适当地增加或减少发送/接收元件的数量。

另外，图3示出了在核电站中提供的热交换器管中插入的插入式探针。然而，图3的线圈结构可以适用于贯通型涡流探针。

图4示出了根据本发明的一个实施方式的阵列式涡流探针的基于时隙的发送/接收图案和配置。

参照图4，在多个元件410中，磁激励元件a、磁激励元件b、磁激励元件e、磁激励元件f、磁激励元件i、磁激励元件j、磁激励元件m和磁激励元件n可以分别联接到涡流信号开关器件420中包括的磁激励相关的多路复用器421，同时磁场检测元件c、磁场检测元件d、磁场检测元件g、磁场检测元件h、磁场检测元件k、磁场检测元件l、磁场检测元件o和磁场检测元件p可以分别联接到涡流信号开关器件420中包括的磁场检测相关的多路复用器422。涡流信号开关器件420可以被嵌入在涡流检查设备的主体430中或可以被配置为单独设备或可以被插入在阵列式涡流探针内。

磁激励相关的多路复用器421连接到磁激励元件a、磁激励元件b、磁激励元件e、磁激励元件f、磁激励元件i、磁激励元件j、磁激励元件m和磁激励元件n，以及可以通过导线接收从主体430供应的交流并将AC电流施加到磁激励元件a、磁激励元件b、磁激励元件e、磁激励元件f、磁激励元件i、磁激励元件j、磁激励元件m和磁激励元件n。磁激励元件a、磁激励元件b、磁激励元件e、磁激励元件f、磁激励元件i、磁激励元件j、磁激励元件m和磁激励元件n可以使用从磁激励相关的多路复用器421接收的交流产生涡流。

磁场检测相关的多路复用器422可以联接到磁场检测元件c、磁场检测元件d、磁场检测元件g、磁场检测元件h、磁场检测元件k、磁场检测元件l、磁场检测元件o和磁场检测元件p以及放大器424以进行检测，且可以将由磁场检测元件c、磁场检测元件d、磁场检测元件g、磁场检测元件h、磁场检测元件k、磁场检测元件l、磁场检测元件o和磁场检测元件p检测到的磁场信号提供给信号放大器424。在该连接中，磁场信号可以由多个磁场检测元件c、d、g、h、k、l、o、p中与产生涡流的磁激励元件每间隔一个元件的磁场检测元件检测。例如，当控制器423控制磁激励相关的多路复用器421以通过磁激励元件e产生涡流时，控制器423可以控制磁场检测相关的多路复用器422使得磁信号由磁场检测元件c和磁场检测元件g检测。

控制器423可以根据从涡流检查设备的主体43接收的选择信号选择磁激励元件和磁场检测元件中的至少一者。

信号放大器424联接到磁场检测相关的多路复用器422以放大由磁场检测元件c、磁场检测元件d、磁场检测元件g、磁场检测元件h、磁场检测元件k、磁场检测元件l、磁场检测元件o和磁场检测元件p检测到的磁场信号。

例如，控制器423允许将交流施加到沿着阵列式涡流探针的圆周布置在一行中的多个磁激励元件中的至少一者，从而在至少一个磁激励元件中产生涡流。另外，控制器423可以配置成在多个磁场检测元件之中选择置于在一行上与产生涡流的磁激励元件间隔预定间距的位置的磁场检测元件，所述多个磁场检测元件布置在一行上与磁激励线圈间隔预定间距的位置上，从而可以使用选择的磁场检测元件来检测磁信号。

具体地，多路复用器421和多路复用器422每一者都从主体430接收用于选择磁激励元件之一和磁场检测元件之一的选择信号。控制器423控制多路复用器421和多路复用器422每一者以基于时隙的方式依次在通道1到通道n(n为自然数)之间进行切换。就这点而言，选择信号可以为m(m为自然数)位的信号或矩形脉冲的连续信号。多路复用器421和多路复用器422每一者可以借助切换选择线圈，从而按照如图4所示的顺序进行测试。在图4中，“T”表示发送元件且“R”表示接收元件。

导线连接到磁激励相关的多路复用器421，从而可以将用于激励磁场的交流从主体430施加到磁激励相关的多路复用器421。当在第一时隙中通过控制器423将磁激励相关的多路复用器421切换到第一通道时，在多个元件410中第一布置的磁激励元件a连接到磁激励相关的多路复用器421，从而由元件a产生涡流。此后，由位于与相应磁激励元件a和i的左侧和右侧间隔一个元件的位置的磁场检测元件c、磁场检测元件g、磁场检测元件k、和磁场检测元件o检测由变化的涡流造成的磁场。在该连接中，各个磁场检测元件c、g、k和o连接到磁场检测相关的多路复用器422。可以通过连接到磁场检测相关的多路复用器422的信号放大器424放大由磁场检测元件c、磁场检测元件g、磁场检测元件k、和磁场检测元件o检测的磁场信号，然后通过导线将放大的信号发送到主体430。

在第二时隙中，磁激励相关的多路复用器421被控制器423切换到第二通道且连接到第二布置的磁激励元件b和磁激励元件j，以从相应的元件b和元件j产生涡流。然后，如同在第一时隙中那样，由位于与相应磁激励元件b和j的左侧和右侧间隔一个元件的位置的磁场检测元件d、磁场检测元件h、磁场检测元件l、和磁场检测元件p检测由变化的涡流造成的磁场。

在第三时隙中，磁激励相关的多路复用器421被控制器423切换到第三通道且连接到第三布置的磁激励元件e和磁激励元件m，以从相应的元件e和元件m产生涡流。然后，如同在第一时隙中那样，由位于与相应磁激励元件e和m的左侧和右侧间隔一个元件的位置的磁场检测元件检测由于涡流造成的磁场。

上述过程的重复可以允许在一个周期内借助磁场检测相关的多路复用器422的切换、通过一条导线将基于时隙的输出信号依次发送到主体430。

因此，根据本发明的一个实施方式的阵列式涡流探针可以在用于探测一个周期的四个时隙中使用16个元件通过一轮探测热交换器管的内表面。因此，可以使用通道数量减少的多路复用器421和多路复用器422且由于一个周期检查速度很快而可以提高探针移动速度。另外，由于由磁激励元件和相应的磁激励相关的多路复用器421组成的磁激励单元与由磁场检测元件和相应的磁场检测相关的多路复用器422组成的磁场检测单元明显绝缘并区分开，因此这可以简化现有布线且减少由于磁激励信号造成的信号干扰，从而提高信号质量。

图5为根据本发明的另一个实施方式的异类元件的组合形式的阵列式涡流探针的平面展开图。在图5中，在一个示例中示出了阵列式涡流探针，该阵列式涡流探针使用磁场检测元件520作为异质型元件，其不同于磁激励元件510的类型。在该情况下，这可以减小阵列式涡流探针的尺寸，或实现探针的略微更紧凑的配置。

图6示出了根据本发明的另一个实施方式的阵列式涡流探针的基于时隙的发送/接收图案和配置。

在图4中所示的示例中，可以分别将发送/接收区划分为两个区。然而，若需要，如图6所示，也可以增加时隙的数量而不将发送/接收区划分为单独区。在该情况下，由于减少了在涡流信号开关器件620中包括的多路复用器621和622及放大器624的数量，因此也可以使涡流信号开关器件620小型化。采用该方式，只要发送/接收图案相同，则可以根据需要改变磁场检测元件和相应多路复用器的布线和多路复用器的通道数量。

以上描述仅仅说明本发明的技术理念。本领域的技术人员将认识到，可以进行各种修改和变型而不脱离本发明的基础特性。因此，本发明中所公开的实施方式意图说明而非限制本发明的技术理念。这类实施方式不限制本发明的范围和技术理念。本发明的保护范围将根据所附权利要求来解释。在所附权利要求的范围内的所有技术理念应当被理解为包括在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种阵列式涡流探针，包括：

主体；

多个磁激励元件，所述多个磁激励元件沿所述主体的圆周且在所述圆周上布置在一行中；以及

多个磁场检测元件，所述多个磁场检测元件布置在所述一行上且与所述磁激励元件间隔预定间距。

2.如权利要求1所述的阵列式涡流探针，其中，每个所述磁激励元件为具有圆形、椭圆形和矩形形状之一的线圈。

3.如权利要求1所述的阵列式涡流探针，其中，每个所述磁场检测元件为具有圆形、椭圆形和矩形形状之一的线圈或者为印制电路板(PCB)型线圈、霍尔传感器和巨磁阻元件之一。

4.如权利要求1所述的阵列式涡流探针，其中，每两个磁激励元件与每两个磁场检测元件以相等间距交替地布置在所述一行上。

5.如权利要求1所述的阵列式涡流探针，还包括：

磁激励相关的多路复用器，所述磁激励相关的多路复用器连接到每个所述磁激励元件；

磁场检测相关的多路复用器，所述磁场检测相关的多路复用器联接到每个所述磁场检测元件；以及

控制器，所述控制器配置成基于从涡流检查设备接收的选择信号选择至少一个所述磁激励元件和至少一个所述磁场检测元件。

6.如权利要求5所述的阵列式涡流探针，其中，每个所述磁激励元件和每个所述磁场检测元件分别连接到所述磁激励相关的多路复用器和所述磁场检测相关的多路复用器。

7.如权利要求5所述的阵列式涡流探针，还包括信号放大器，所述信号放大器联接到所述磁场检测相关的多路复用器，用于放大由磁场检测元件检测到的磁场信号。

8.如权利要求7所述的阵列式涡流探针，其中，所述磁场信号由所述多个磁场检测元件中处于所述一行上与产生涡流的磁激励元件每间隔一个元件的位置处的磁场检测元件检测。

9.如权利要求5所述的阵列式涡流探针，其中，所述多个磁激励元件使用从所述涡流检查设备接收的交流来产生涡流。

10.一种使用阵列式涡流探针的涡流检查方法，所述方法包括：

通过将交流施加到多个磁激励元件中的至少一个磁激励元件来产生涡流，所述多个磁激励元件沿所述阵列式涡流探针的圆周且在所述圆周上布置在一行中；

在多个磁场检测元件当中选择布置在所述一行中与产生所述涡流的所述至少一个磁激励元件间隔预定间距的位置处的磁场检测元件，所述多个磁场检测元件布置在所述一行上且与所述磁激励元件间隔预定间距；以及

使用选择的所述磁场检测元件检测磁信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中，每个所述磁激励元件为具有圆形、椭圆形和矩形形状之一的线圈。

12.如权利要求10所述的方法，其中，每个所述磁场检测元件为具有圆形、椭圆形和矩形形状之一的线圈或者为印制电路板(PCB)型线圈、霍尔传感器和巨磁阻元件之一。

13.如权利要求10所述的方法，其中，每两个磁激励元件与每两个磁场检测元件以相等间距交替地布置在所述一行上。

14.如权利要求10所述的方法，其中，每个所述磁激励元件和每个所述磁场检测元件分别连接到磁激励相关的多路复用器和磁场检测相关的多路复用器。

15.如权利要求10所述的方法，还包括放大由选择的所述磁场检测元件检测到的磁场信号。

16.如权利要求10所述的方法，其中，选择所述磁场检测元件包括：选择处于所述一行上与产生涡流的所述磁激励元件每间隔一个元件的位置处的磁场检测元件。