CN110291389A - 具有涡流探头的管道检查单元和对应的方法 - Google Patents

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CN110291389A CN201880011443.7A CN201880011443A CN110291389A CN 110291389 A CN110291389 A CN 110291389A CN 201880011443 A CN201880011443 A CN 201880011443A CN 110291389 A CN110291389 A CN 110291389A
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Abstract

本发明涉及一种管道检查单元(10)，其包括涡流探头(14)，该探头(14)具有多个电感器和多个接收器。接收器是具有实质上线性的功能区域的磁致电阻。探头(14)的电感器连接至控制器(26)。控制器(26)被编程为向电感器中注入具有正弦分量和非零直流分量的电压，使得接收器具有位于实质上线性的功能区域内部的极化中心。

Description

具有涡流探头的管道检查单元和对应的方法
本发明涉及一种管道检查单元，其包括涡流探头，该探头包括多个电感器和多个接收器，接收器是具有实质上线性的功能区域的磁致电阻，探头的电感器和接收器连接至控制器。
文献WO2011/12639描述了一种涡流探头，其包括多个电感器和多个接收器，接收器是磁致电阻。电感器由正弦电流供电。这产生用于检查的涡流。
磁致电阻的响应具有给定的有限的实质上线性的功能区域。在该实质上线性的功能区域中，磁致电阻的电阻实质上线性地取决于磁场。在实质上线性的功能区域之外，对接收器获取的数据的利用受到损害。实际上，接收器的电阻不再是磁场的线性函数。因此，结果不再容易被使用。此外，GMR响应的实质上线性的区域不一定以接近0的磁场为中心。
一种想法是测量磁场，使得磁致电阻在其实质上线性的功能区域中工作。
文献FR2,851,337描述了一种检查组件，其包括反馈线圈、接收器和极化电路。磁致电阻通过极化电路极化，因此在实质上线性的功能区域中工作。
然而，增加极化电路使检查组件更加复杂。例如，检查组件更难以小型化，这更具体地在直径有限的(内径约20mm)、被制成用于检查用于核电站的压水反应堆(PWR)的蒸汽发生器管道的探头的情况下提出了集成问题。
此外，针对单个接收器描述了极化电路的添加。在多个接收器的情况下，如果每个接收器与极化电路相关联，则极化电路有可能与它们不相关联的接收器相互作用。因此，不能保证接收器将各自在其实质上线性的功能区域中工作。
因此，本发明的一个目的是提供一种简单的检查组件，其允许可靠和快速地检查管道。
为此，本发明涉及一种前述类型的管道检查单元，其中控制器被编程为将具有正弦分量和非零直流分量的电压注入电感器中，接收器然后具有位于实质上线性的功能区域中的极化中心。
根据本发明的特定实施方式，检查组件具有单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑的一个或多个以下特征：
-正弦分量是非零的；
-电感器至少放置在第一行和第二行中，第一行沿横向方向延伸，第二行平行于第一行延伸并且在纵向方向上相对于第一行偏移；
-每行电感器包括相同数量的电感器，一行的电感器横向规则地间隔开，第一行的电感器相对于第二行的电感器在纵向和横向上偏移，第二行的每个电感器是串联连接至第一行的电感器；
-每个电感器呈矩形环的形状，包括平行的第一分支和第二分支以及连接第一分支和第二分支的相应端部的至少一个端部条带，电流在每个电感器中流动，在第一分支中流动的电流的方向与在第二分支中流动的电流的方向相反；
-接收器放置在每个第一分支和每个第二分支处；
-检查单元包括沿主轴线延伸的主体以及其上安装有电感器和接收器的柔性膜，柔性膜缠绕在主体上；
-柔性膜设有凹口，凹口平行于主体的主轴线设置；
-检查单元包括泡沫，泡沫放置在主体和柔性膜之间，泡沫能够膨胀；以及
-检查单元是核电站蒸汽发生器的管道的检查单元。
本发明还涉及一种管道检查方法，其采用如前所述的检查单元，在管道的获取步骤期间将具有正弦分量和非零直流分量的电压注入多个电感器中。
根据本发明的特定实施方式，检查方法具有单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑的以下一个或多个特征：
-在获取步骤期间，电压的频率在1kHz和10MHz之间；
-在获取步骤期间，使探头在管道内平移运动，电压被注入电感器组中，并且探头的所有接收器都被激活；
-在获取步骤期间，将电压注入第一行电感器中的两个相邻的电感器和第二行的相关联的电感器中，每个电感器激活一个接收器，被激活的接收器位于相邻的运转电感器侧；
-在获取步骤期间，根据以下运动使探头运动：
·从待分析的管道的第一端到第二端的纵向运动，
·从第二端到第一端的纵向运动，
·给定角度的旋转，
·重复前面的步骤，直到围绕自身旋转至少360°，
在一个纵向运动期间，由接收器获取管道的点的线，在每个点处与表示获取期间接收器处的磁场的值相关联，
获取的线的集合形成代表管路的图；
-对于每条线，确定平衡值，从线的各点的每个相应值中减去平衡值；
-在获取步骤期间，使探头在纵向方向上从待分析的管道的第一端运动到第二端，在该运动期间以获取间距完成管道的连续圆周获取，
所获取的圆周的集合形成代表管道的图。
在阅读以下仅作为例子提供并参照附图完成的描述之后，本发明的其他特征和优点将显现，在附图中：
-图1是根据本发明的一个实施方式的检查单元的示意性剖视图，
-图2是图1的检查单元的柔性膜和电路的平面示意图，
-图3是根据本发明的方法的第一实施方式的管道的图，
-图4是图像处理后的图3的图，
-图5是根据本发明的方法的第二实施方式的获取期间的有源元件的示意图，以及
-图6是根据本发明的方法的第二实施方式的管道的图。
根据本发明的检查单元10在图1中被示出并且在图2中部分被示出。这种检查单元特别适合于检查管道12。
检查单元10是核电站的蒸汽发生器的管道的检查单元。
检查单元10包括涡流探头14。
探头包括多个电感器16至22和多个接收器23、24。
检查单元10还包括控制器26。
探头14还包括主体30、围绕主体30的膜28、膜28和主体30之间的泡沫32以及滑环系统34。
参照图1，电感器16至22缠绕在控制器26周围。
每个电感器16至22在这里呈矩形环的形状，包括第一分支38、第二分支40和两个端部条带42。
每个电感器在这里是连续的轨道，其被设置成获得矩形环的整体形状。轨道执行多圈，在轨道的每圈之间留有空间。
第一分支38和第二分支40彼此平行。它们各自包含端部。
每个端部条带42连接第一分支38和第二分支40的相应端部。
当电流在电感器16至22中的一个电感器中流动时，在第一分支38中流动的电流的方向与在第二分支40中流动的电流的方向相反。
因此，第一分支38和第二分支40各自能够产生相对于彼此相反的方向的电流层。
电感器16至22沿第一行43和第二行44放置。
第一行43沿横向方向Y延伸。
第二行44平行于第一行43延伸。它在纵向方向X上相对于第一行43偏移。
横向方向Y和纵向方向X彼此垂直。
每个电感器16至22的第一分支38和第二分支40主要在纵向方向X上延伸。因此，电流主要在该方向上流动。
第一行43包括与第二行44相同数量的电感器。
同一行43、44的电感器横向规则地设置。例如，它们以1.5mm至1.8mm之间的规则间距设置，并且例如以实质上等于1.65mm的规则间距设置。
第一行43的电感器16、20相对于第二行44的电感器18、22在纵向和横向上偏移。
这种偏移特别地可以通过将GMR接收体之间的间隔分成两个来提高检查的分辨率。
第二行44的每个电感器与第一行43的电感器串联连接。第一行43的每个电感器仅连接至第二行44的单个电感器。
接收器23、24放置在电感器16至22的每个第一分支38和每个第二分支40处，更具体地，实质上位于每个第一分支38和每个第二分支40的中心。
接收器23、24是磁致电阻。
磁致电阻的电阻取决于周围的磁场。每个磁致电阻具有随优先方向上的磁场值而变的电阻的特性曲线。
磁致电阻具有实质上线性的功能区域，即特征曲线的一部分实质上是直线。
这里接收器23、24被定向成使得优先方向对应于横向方向Y，以便在缺陷整个长度上获得响应信号，并且而不只是在缺陷的端部获得响应信号，如同沿着表面法线的取向的情况那样。
控制器26被编程为将给定电压注入电感器16至22。
电压具有正弦分量和非零直流分量。
电压的正弦分量是非零的。
参照图1，主体30沿主轴线延伸。
主体30的形状适合于待检查的管道。主体30例如是圆柱形或椭圆形。因此，它特别适用于具有圆形或椭圆形截面的管道的检查。
主体30特别适用于从管道内部检查管道的情况。
主体30例如是中空的，由主体限定的内部空间例如用于供电缆通过。
在变型中，主体是中空的，并且检查组件能够通过围绕管道从外部检查管道。
柔性膜28例如是聚酰亚胺(例如Kapton商标)或PEEK。
电路能够被蚀刻或沉积在柔性膜28上。
电感器16至22和接收器23、24以前述设置安装在柔性膜28上。
在一个实施方式中，电感器16至22直接蚀刻或沉积在柔性膜28上。在蚀刻的情况下，蚀刻的宽度实质上等于30μm，并且两个相邻蚀刻之间的绝缘部分实质上等于60μm。
电感器16至22至少部分地通过蚀刻电路或沉积在柔性膜28上的电路连接至控制器26。电路例如连接至与控制器相连且放置在主体中的电缆。
接收器23、24使用倒装芯片方法安装在膜上，其中每个接收器上和柔性膜电路上的触点彼此面对，即，接触表面直接相对。接收器23、24也连接至控制器26。
柔性膜28缠绕在主体30上，使得主体的主轴线与纵向方向X结合。
横向方向Y对应于主体30的圆周。
然后，每行的接收器间隔开的角间距在8°和12.5°之间，并且例如实质上等于11.25°。
柔性膜设置有凹口46。凹口46彼此平行并且与纵向方向X平行。
例如每个凹口部分地分离电感器的第一分支38和第二分支40。
有利地，泡沫32放置在主体30和柔性膜28之间。
泡沫32能够膨胀，即泡沫占据的体积增加。
这尤其可以在一旦将检查组件插入管道中就将柔性膜压在待检查的管道上。柔性膜能够适应泡沫的膨胀，特别是由于凹口46适应泡沫的膨胀。
此外，给定的检查单元因此能够检查具有不同半径的软管。
滑环系统34包括前环50、中心环52、后环54、前止动件56和后止动件58。
术语“前”和“后”在这里是指纵向方向X上的任意方向。这里，可以认为“前”位于图1中的左侧，而“后”位于右侧。
环50、52、54沿轴线X平移运动地安装在主体30周围。
止动件56、58相对于主体30是固定的。前止动件56放置在前环50和中心环52之间。前止动件58放置在前环52和中心环54之间。
柔性膜28紧固至前环50和后环54。泡沫32紧固至中心环52。
当主体30在管道内朝向前部运动时，环相对于主体30向后运动。前环50抵靠前止动件56。然后，柔性膜28被朝向后部驱动的后环54和相对于主体保持固定的前环59拉伸。
当主体30在管道内向后运动时，环相对于主体30向前运动。后环54抵靠后止动件58。然后，柔性膜28被保持固定的后环54和相对于主体朝向前部驱动的前环50拉伸。
现在将描述采用如前所述的检查单元检查管道的第一方法。
提供了如前所述的检查单元。将它插入待检查的管道的一部分的一端，使得管道的轴线沿着纵向方向X。
检查方法包括获取管道的步骤。
在获取步骤期间，控制器26在电感器的端子上注入具有正弦分量和非零直流分量的电压。
因此，电感器被称为极化电流的直流电流通过。
电流导致静磁场的建立。
对于给定电流，接收器周围的磁场使得接收器在其实质上线性的功能区域中运行。可以认为接收器具有包括在实质上线性的功能区域中的极化中心。
特别地，这种极化通过将直流分量添加到电感器的端子上的电压来获得，这可以获得足够值的静磁场。
因此，磁致电阻的电阻实质上线性地取决于在优选的灵敏方向上的磁场分量。因此可以精确地测量存在于接收器处的该磁场分量。
管道在优先方向上的潜在缺陷导致在该方向上的磁场分量的改变。然后，可以在优先方向上可靠地检测管道中的缺陷，例如测量其尺寸。
电压的直流分量例如在3.2V和3.6V之间。
电压的正弦分量的频率例如在1kHz和10MHz之间，并且峰到峰幅度例如在5V和10V之间。
电流例如在30mA和50mA之间，例如等于40mA。
探头的所有接收器都被激活。
在获取步骤期间，探头在管道内在纵向方向X上以给定速度平移。速度例如在5mm/s和1000mm/s之间，并且例如大致等于25mm/s。
接收器在纵向方向X上的获取间距在0.05mm和0.2mm之间，并且例如大致等于0.1mm。
在探头在管道内的每个位置处，获得点62的列64。
然后对由此获得的信号重新校准，以便校正由在探头元件的交错行中的定位引起的偏移。
因此，在获取步骤期间，接收器获取管道的点62的矩形集。
列64的点62对应于给定时刻的接收器。每个点与代表获取时接收器处的磁场的值相关联。例如代表值直接是磁致电阻的电阻或由接收器的四个磁阻元件形成并且被提供电压的桥的端子上的差分电压。
这里的值由通过灰色暗影对点的着色表示，当沿优先轴线测量的磁场较大时，阴影较亮。
着色点的集合形成代表管道的图66，如图3所示。
在一些情况下，人们可以在图上看到至少一组较暗的列68。
该组列68例如是由于管道端部的边缘效应造成的。
对于图66，确定平衡值。平衡值例如是代表图的各点的值的平均值。在变型中，平衡值是代表已知没有缺陷的列中的点的值。
然后，对于每个点，从代表值中减去该点所属的列的平衡值。
在该图像处理之后，获得其中边缘效果被平滑化的图69，如图4所示。
接下来，检测代表值与一组代表值的平均值显著不同的点区域。例如，代表值与平均值之间的比率(信噪比)大于或等于3分贝。
磁性接收器在缺陷的整个长度上对所选择的部件敏感，通过分析信号可以确定该长度的大小。
现在将参照图5描述采用如前所述的检查单元检查管道的第二方法。
与前面一样，提供如前所述的检查单元，并且该方法包括获取管道的步骤。
检查单元同样放置在待检查的管道部分的第一端。
在获取步骤期间，控制器26仅在四个电感器的端子上注入具有正弦分量和非零直流分量的电压。
正弦分量是非零的。
将电压注入第一行43电感器中的两个相邻的电感器16、20和图5所示的连接至这些电感器16、20的第二行44的电感器18、22中。
在其端子上注入电压的每个电感器16、18、20、22仅激活一个接收器23a、23c、24d、24b。对于每个电感器，被激活的接收器位于相邻的运转电感器侧。
同样，运转电感器被电流通过。
电流导致磁场的建立。
被激活的接收器周围的磁场使得接收器在其实质上线性的功能区域中运行。例如，电压具有与前面相同的特性。
在获取步骤期间，根据以下运动使探头运动：
-从待分析的管道部分的第一端到第二端的纵向运动，
-从第二端到第一端的纵向运动，
-给定角度的旋转，
-重复前面的步骤，直到围绕自身旋转至少360°。
在纵向运动期间，探头的运动速度例如在5mm/s和15mm/s之间，并且例如大致等于10mm/s。
旋转角度例如在8°和15°之间，并且例如大致等于12°。
在每次重复时，在一次纵向运动期间，完成获取。
例如，在从第二端到第一端的每次纵向运动时，管道的点62的线60由接收器获取。点对应于在获取步骤期间给定时刻探头的位置。纵向方向X上的获取间距在0.05mm和0.2mm之间，并且例如大致等于0.1mm。
同样地，每个点与代表获取时接收器处的磁场的值相关联。例如代表值是被激活的接收器的磁致电阻的电阻的平均值，或者是根据所使用的接收器的类型的磁致电阻桥的端子上的差分电压的平均值。
与前面一样，该值由通过灰色暗影对点的着色表示，以获得描绘管道的图。
获得的示例性图74在图6中示出。
鉴于沿着优先轴线感知的地球磁场可以在探头旋转后变化，因此行或列(取决于管道的空间方向)的至少一组76比图74的其余部分显著更暗或更亮。
对于图74的每一行，确定初始化值。例如初始化值是代表行的各点的值的平均值。在变型中，初始化值是代表已知没有缺陷的行中的点的值。
然后，对于每个点，从初始化值中减去该点所属的行的平衡值。
在该图像处理之后，获得其中地球磁场的变化衰减的图，例如类似于在图3中所示的第一实施方式的获取步骤之后获得的图。
在变型中，根据探头元件的角度和纵向定位在获取期间修改极化曲线，以便抵消地球磁场的变化。
然后，与前面一样，可选地应用可以使边缘效果平滑化的图像处理。
接下来，检测代表值与一组代表值的平均值显著不同的点区域。该比率(信噪比)例如大于或等于3dB。
接收器在优先方向上对磁场敏感，检测到的缺陷在该优先方向上。因此，这些区域70对应于周向缺陷，其尺寸可以估计。
在变型中，在获取步骤期间，探头不旋转。
在获取步骤期间，探头从待分析的管道的第一端纵向运动到待分析的管道的第二端。探头的运动速度例如在5mm/s和1000mm/s之间。
通过连续获取管道的圆周来执行获取步骤。在纵向方向X上的圆周获取的间距在0.05mm和0.2mm之间，并且例如大致等于0.1mm。
对于每次圆周获取，激活第一组四个电感器，其他电感器被停用。四个电感器如前所述，即，第一行43电感器中的两个相邻的电感器16、20和图5所示连接至这些电感器16、20的第二行44的电感器18、22。与前面一样，在其端子上注入电压的每个电感器16、18、20、22仅激活一个接收器23a、23c、24d、24b。对于每个电感器，被激活的接收器位于相邻的运转电感器侧。
重复该步骤，直到所有不同组的四个电感器以及对应的接收器已被激活，这四个电感器包括第一行43的电感器中的两个相邻的电感器16、20和连接至这些电感器16、20的第二行44的电感器18、22。
这可以在给定的纵向位置获取管道的圆周。
在获取步骤结束时，根据在纵向方向X上以间距获得的管道的圆周的集合中获得图。
例如，使用至少一个多路复用器完成不同电感器和接收器的连续激活，以便选择与要激活的电感器或接收器相对应的输入。
因此，本发明的检查方法和检查单元可以可靠且快速地检测在管道内的有利方向上发生的缺陷。
因此，这里感兴趣的是圆周缺陷：未检测到纵向缺陷。同样，在缺陷网络中，仅检测圆周部分。纵向缺陷不会改变圆周缺陷尺寸的估计。
圆周缺陷的检测在监测核电站蒸汽发生器管道以检测裂缝缺陷方面特别有用。

Claims (16)

1.一种管道检查单元(10)，其包括涡流探头(14)，该探头(14)包括多个电感器(16至22)和多个接收器(23，24)，所述接收器(23，24)是具有实质上线性的功能区域的磁致电阻，所述探头(14)的所述电感器(16至22)连接至控制器(26)，其特征在于，所述控制器(26)被编程为将具有正弦分量和非零直流分量的电压注入所述电感器(16至22)中，所述接收器(23，24)然后具有位于所述实质上线性的功能区域中的极化中心。
2.根据权利要求1所述的检查单元，其特征在于，所述正弦分量是非零的。
3.根据权利要求1或2所述的检查单元，其特征在于，所述电感器(16至22)放置在至少第一行(43)和第二行(44)中，所述第一行(43)沿横向方向(Y)延伸，所述第二行(44)平行于所述第一行(43)延伸并且在纵向方向(X)上相对于所述第一行(43)偏移。
4.根据权利要求3所述的检查单元，其特征在于，每行(43，44)电感器(16至22)包括相同数量的电感器(16至22)，同一行的电感器(16至22)横向规则地间隔开，所述第一行(43)的电感器(16，20)相对于所述第二行(44)的电感器(18，22)在纵向和横向上偏移，所述第二行(44)的每个电感器(18，22)与所述第一行(43)的电感器(16，20)串联连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的检查单元，其特征在于，每个电感器(16至22)呈矩形环的形状，包括平行的第一分支(38)和第二分支(40)以及连接所述第一分支(38)和所述第二分支(40)的相应端部的至少一个端部条带(42)，电流在每个电感器(16至22)中流动，在所述第一分支(38)中流动的电流的方向与在所述第二分支(40)中流动的电流的方向相反。
6.根据权利要求5所述的检查单元，其特征在于，所述接收器放置在每个第一分支(38)和每个第二分支(40)处。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的检查单元，其特征在于，所述检查单元(10)包括沿主轴线延伸的主体(30)以及其上安装有所述电感器(16至22)和所述接收器(23，24)的柔性膜(28)，所述柔性膜(28)缠绕在所述主体(30)周围。
8.根据权利要求7所述的检查组件，其特征在于，所述柔性膜(28)设置有凹口(46)，所述凹口(46)平行于所述主体(30)的主轴线设置。
9.根据权利要求8所述的检查组件，其特征在于，所述检查单元(10)包括泡沫(32)，所述泡沫(32)放置在所述主体(30)和所述柔性膜(28)之间，所述泡沫(32)能够膨胀。
10.一种管道检查方法，其采用根据权利要求1至9中任一项所述的检查单元(10)，在管道(12)的获取步骤期间将具有正弦分量和非零直流分量的电压注入多个电感器(16至22)中。
11.根据权利要求10所述的检查方法，其特征在于，在所述获取步骤期间，所述电压的频率在1kHz至10MHz之间。
12.根据权利要求10或11所述的检查方法，其特征在于，在所述获取步骤期间，使所述探头(14)在所述管道(12)内平移运动，所述电压被注入一组电感器(16至22)中，并且所述探头的所有接收器(23，24)都被激活。
13.根据权利要求10或11所述的检查方法，其采用根据权利要求4和6所述的检查单元(10)，其特征在于，在所述获取步骤期间，将所述电压注入所述第一行(43)电感器中的两个相邻的电感器(16，20)和所述第二行(44)的相关联的电感器(18，22)中，每个电感器激活一个接收器(23，24)，被激活的接收器位于相邻的运转电感器侧。
14.根据权利要求13所述的检查方法，其特征在于，在所述获取步骤期间，根据以下运动使所述探头(14)运动：
-从待分析的管道的第一端到第二端的纵向运动，
-从所述第二端到所述第一端的纵向运动，
-给定角度的旋转，
-重复前面的步骤，直到围绕自身旋转至少360°，
在一个所述纵向运动期间，由所述接收器(23，24)获取所述管道的点(62)的线(60)，在每个点(62)处与代表获取期间所述接收器处的磁场的值相关联，
所获取的线(60)的集合形成表示所述管道(12)的图(66)。
15.根据权利要求14所述的检查方法，其特征在于，对于每条线(60)，确定平衡值，从所述线(60)的各点(62)的每个相应值中减去所述平衡值。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的检查方法，其特征在于，在所述获取步骤期间，所述探头(14)在所述纵向方向上从所述待分析的管道的所述第一端运动到所述第二端，在所述运动期间以获取间距完成所述管道的连续圆周获取，
所获取的圆周的集合形成表示所述管道(12)的图。
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