CN110954593A - 基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道缺陷在役检测技术，具体是一种基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置及方法。本发明解决了传统的管道缺陷在役检测技术检测效率低下、造成停工损失的问题。基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置，包括旋转磁场阵列式探头、探头拖动机构、三相信号发生器、三相功率放大器、信号调理模块、数据采集处理模块、上位机；所述旋转磁场阵列式探头包括圆筒形尼龙骨架、六个GMR传感器、六个励磁线圈；所述探头拖动机构包括圆筒形壳体、三个丝杠导轨模组、三个伺服电机、三个履带行走机构、三根第I传动臂、三根第II传动臂、三个第I球铰链、三个第II球铰链、三个膜片式压力传感器、三个摄像头。本发明适用于流程工业。
Description
技术领域
本发明涉及管道缺陷在役检测技术，具体是一种基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置及方法。
背景技术
作为流程工业中必不可少的过程装备，管道的作用是输送气、液、固以及多相流体。管道在长期使用中，由于受到流体的化学腐蚀与应力冲蚀，其内壁会出现各种缺陷，导致其承压性能下降、使用寿命缩短，严重时还会造成泄漏、爆炸等事故。因此，为了避免出现上述问题，需要对管道缺陷进行在役检测。传统的管道缺陷在役检测技术由于自身原理所限，检测时一方面需要将待检管道关停，另一方面需要对待检管道进行预处理，因此其不仅检测效率低下，而且会造成停工损失。基于此，有必要发明一种全新的管道缺陷在役检测技术，以解决传统的管道缺陷在役检测技术检测效率低下、造成停工损失的问题。
发明内容
本发明为了解决传统的管道缺陷在役检测技术检测效率低下、造成停工损失的问题，提供了一种基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置，包括旋转磁场阵列式探头、探头拖动机构、三相信号发生器、三相功率放大器、信号调理模块、数据采集处理模块、上位机；
所述旋转磁场阵列式探头包括圆筒形尼龙骨架、六个GMR传感器、六个励磁线圈；
圆筒形尼龙骨架的内侧面延伸设置有六个径向凸台，且六个径向凸台围绕圆筒形尼龙骨架的轴线等距排列；六个GMR传感器一一对应地贴装于六个径向凸台的内侧面中央；六个励磁线圈一一对应地缠绕于六个径向凸台上，且六个励磁线圈的轴线均与圆筒形尼龙骨架的轴线垂直相交；第一个励磁线圈和第四个励磁线圈串联构成第一相励磁绕组；第二个励磁线圈和第五个励磁线圈串联构成第二相励磁绕组；第三个励磁线圈和第六个励磁线圈串联构成第三相励磁绕组；
所述探头拖动机构包括圆筒形壳体、三个丝杠导轨模组、三个伺服电机、三个履带行走机构、三根第I传动臂、三根第II传动臂、三个第I球铰链、三个第II球铰链、三个膜片式压力传感器、三个摄像头；
圆筒形壳体的后端面与圆筒形尼龙骨架的前端面固定，且圆筒形壳体的轴线与圆筒形尼龙骨架的轴线重合；三个丝杠导轨模组均沿轴向固定于圆筒形壳体的内侧面，且三个丝杠导轨模组围绕圆筒形壳体的轴线等距排列；三个伺服电机的机座一一对应地固定于三个丝杠导轨模组的后支撑座上，且三个伺服电机的输出轴与三个丝杠导轨模组的丝杠后端一一对应地连接；三个履带行走机构均沿轴向设置，且三个履带行走机构围绕圆筒形壳体的轴线等距排列；三根第I传动臂的首端一一对应地铰接于三个丝杠导轨模组的前支撑座内侧面；三根第I传动臂的尾端一一对应地铰接于三个履带行走机构的主动轮轴一端；三根第II传动臂的首端通过三个第I球铰链一一对应地铰接于三个丝杠导轨模组的滑台内侧面；三根第II传动臂的尾端通过三个第II球铰链一一对应地铰接于三根第I传动臂的中部；三个膜片式压力传感器一一对应地安装于三个第I球铰链的球头与铰座之间；三个摄像头一一对应地安装于圆筒形壳体的前端面，且三个摄像头围绕圆筒形壳体的轴线等距排列；
三相信号发生器的三相输出端与三相功率放大器的三相输入端一一对应地连接；三相功率放大器的三相输出端与三相励磁绕组一一对应地连接；
六个GMR传感器的输出端、三个膜片式压力传感器的输出端、三个摄像头的输出端均与信号调理模块的输入端连接；信号调理模块的输出端与数据采集处理模块的输入端连接；
上位机的输入端与数据采集处理模块的输出端连接；上位机的输出端分别与三相信号发生器的控制端、三个伺服电机的控制端、三个履带行走机构的驱动电机的控制端连接。
基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测方法（该方法是基于本发明所述的基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤A：将旋转磁场阵列式探头和探头拖动机构套设于待检管道的外侧，并保证三个履带行走机构均与待检管道的外壁接触，同时保证六个GMR传感器与待检管道的外壁之间的距离均小于等于2mm；
步骤B：通过上位机分别设定三个履带行走机构的行走速度和三相信号发生器的输出信号；
步骤C：三个履带行走机构以设定的行走速度沿着待检管道的外壁进行轴向移动，由此带动旋转磁场阵列式探头沿着待检管道的外壁进行轴向移动；与此同时，三相信号发生器输出三相电信号，三相电信号经三相功率放大器进行放大后传输至三相励磁绕组，由此使得三相励磁绕组产生旋转磁场；在旋转磁场的励磁作用下，待检管道中产生旋转涡流场；六个GMR传感器对旋转涡流场进行实时探测，探测结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示；若待检管道的内壁存在缺陷，则旋转涡流场会发生扰动，由此使得探测结果中产生扰动信号，此时通过扰动信号即可确定缺陷的大小和位置，从而实现管道缺陷在役检测；在移动过程中，三个膜片式压力传感器实时测量三个履带行走机构与待检管道之间的压紧力，测量结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示；若压紧力过大或过小，则通过上位机向三个伺服电机发出控制指令，三个伺服电机根据控制指令驱动三个丝杠导轨模组的丝杠进行旋转，由此使得三个丝杠导轨模组的滑台进行轴向移动，从而依次通过三根第II传动臂、三根第I传动臂改变三个履带行走机构与待检管道之间的压紧力；三个摄像头实时采集待检管道的图像，采集结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示。
与传统的管道缺陷在役检测技术相比，本发明所述的基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置及方法通过采用全新的结构和原理，实现了对管道缺陷进行在役检测，其一方面无需将待检管道关停，另一方面无需对待检管道进行预处理，由此不仅大幅提高了检测效率，而且彻底避免了停工损失。
本发明有效解决了传统的管道缺陷在役检测技术检测效率低下、造成停工损失的问题，适用于流程工业。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中旋转磁场阵列式探头的结构示意图。
图3是本发明中探头拖动机构的结构示意图。
图中：101-圆筒形尼龙骨架，102-GMR传感器，103-励磁线圈，201-圆筒形壳体，202-丝杠导轨模组，203-伺服电机，204-履带行走机构，205-第I传动臂，206-第II传动臂，207-第I球铰链，208-第II球铰链，209-膜片式压力传感器，301-待检管道。
具体实施方式
基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置，包括旋转磁场阵列式探头、探头拖动机构、三相信号发生器、三相功率放大器、信号调理模块、数据采集处理模块、上位机；
所述旋转磁场阵列式探头包括圆筒形尼龙骨架101、六个GMR传感器102、六个励磁线圈103；
圆筒形尼龙骨架101的内侧面延伸设置有六个径向凸台，且六个径向凸台围绕圆筒形尼龙骨架101的轴线等距排列；六个GMR传感器102一一对应地贴装于六个径向凸台的内侧面中央；六个励磁线圈103一一对应地缠绕于六个径向凸台上，且六个励磁线圈103的轴线均与圆筒形尼龙骨架101的轴线垂直相交；第一个励磁线圈103和第四个励磁线圈103串联构成第一相励磁绕组；第二个励磁线圈103和第五个励磁线圈103串联构成第二相励磁绕组；第三个励磁线圈103和第六个励磁线圈103串联构成第三相励磁绕组；
所述探头拖动机构包括圆筒形壳体201、三个丝杠导轨模组202、三个伺服电机203、三个履带行走机构204、三根第I传动臂205、三根第II传动臂206、三个第I球铰链207、三个第II球铰链208、三个膜片式压力传感器209、三个摄像头；
圆筒形壳体201的后端面与圆筒形尼龙骨架101的前端面固定，且圆筒形壳体201的轴线与圆筒形尼龙骨架101的轴线重合；三个丝杠导轨模组202均沿轴向固定于圆筒形壳体201的内侧面，且三个丝杠导轨模组202围绕圆筒形壳体201的轴线等距排列；三个伺服电机203的机座一一对应地固定于三个丝杠导轨模组202的后支撑座上，且三个伺服电机203的输出轴与三个丝杠导轨模组202的丝杠后端一一对应地连接；三个履带行走机构204均沿轴向设置，且三个履带行走机构204围绕圆筒形壳体201的轴线等距排列；三根第I传动臂205的首端一一对应地铰接于三个丝杠导轨模组202的前支撑座内侧面；三根第I传动臂205的尾端一一对应地铰接于三个履带行走机构204的主动轮轴一端；三根第II传动臂206的首端通过三个第I球铰链207一一对应地铰接于三个丝杠导轨模组202的滑台内侧面；三根第II传动臂206的尾端通过三个第II球铰链208一一对应地铰接于三根第I传动臂205的中部；三个膜片式压力传感器209一一对应地安装于三个第I球铰链207的球头与铰座之间；三个摄像头一一对应地安装于圆筒形壳体201的前端面，且三个摄像头围绕圆筒形壳体201的轴线等距排列；
三相信号发生器的三相输出端与三相功率放大器的三相输入端一一对应地连接；三相功率放大器的三相输出端与三相励磁绕组一一对应地连接；
六个GMR传感器102的输出端、三个膜片式压力传感器209的输出端、三个摄像头的输出端均与信号调理模块的输入端连接；信号调理模块的输出端与数据采集处理模块的输入端连接；
上位机的输入端与数据采集处理模块的输出端连接；上位机的输出端分别与三相信号发生器的控制端、三个伺服电机203的控制端、三个履带行走机构204的驱动电机的控制端连接。
六个GMR传感器102均采用NVE AAH002-02E型GMR传感器；六个励磁线圈103均由直径大于0.4mm的漆包线绕制而成，且六个励磁线圈103的匝数均大于1000匝；三相信号发生器采用三相正弦信号发生器；上位机采用基于LabVIEW的上位机。
基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测方法（该方法是基于本发明所述的基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤A：将旋转磁场阵列式探头和探头拖动机构套设于待检管道301的外侧，并保证三个履带行走机构204均与待检管道301的外壁接触，同时保证六个GMR传感器102与待检管道301的外壁之间的距离均小于等于2mm；
步骤B：通过上位机分别设定三个履带行走机构204的行走速度和三相信号发生器的输出信号；
步骤C：三个履带行走机构204以设定的行走速度沿着待检管道301的外壁进行轴向移动，由此带动旋转磁场阵列式探头沿着待检管道301的外壁进行轴向移动；与此同时，三相信号发生器输出三相电信号，三相电信号经三相功率放大器进行放大后传输至三相励磁绕组，由此使得三相励磁绕组产生旋转磁场；在旋转磁场的励磁作用下，待检管道301中产生旋转涡流场；六个GMR传感器102对旋转涡流场进行实时探测，探测结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示；若待检管道301的内壁存在缺陷，则旋转涡流场会发生扰动，由此使得探测结果中产生扰动信号，此时通过扰动信号即可确定缺陷的大小和位置，从而实现管道缺陷在役检测；在移动过程中，三个膜片式压力传感器209实时测量三个履带行走机构204与待检管道301之间的压紧力，测量结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示；若压紧力过大或过小，则通过上位机向三个伺服电机203发出控制指令，三个伺服电机203根据控制指令驱动三个丝杠导轨模组202的丝杠进行旋转，由此使得三个丝杠导轨模组202的滑台进行轴向移动，从而依次通过三根第II传动臂206、三根第I传动臂205改变三个履带行走机构204与待检管道301之间的压紧力；三个摄像头实时采集待检管道301的图像，采集结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示。
三个履带行走机构204的行走速度均设定为30cm/min~1m/min；三相信号发生器的输出信号的频率设定为100Hz~100kHz。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置，其特征在于：包括旋转磁场阵列式探头、探头拖动机构、三相信号发生器、三相功率放大器、信号调理模块、数据采集处理模块、上位机；
所述旋转磁场阵列式探头包括圆筒形尼龙骨架（101）、六个GMR传感器（102）、六个励磁线圈（103）；
圆筒形尼龙骨架（101）的内侧面延伸设置有六个径向凸台，且六个径向凸台围绕圆筒形尼龙骨架（101）的轴线等距排列；六个GMR传感器（102）一一对应地贴装于六个径向凸台的内侧面中央；六个励磁线圈（103）一一对应地缠绕于六个径向凸台上，且六个励磁线圈（103）的轴线均与圆筒形尼龙骨架（101）的轴线垂直相交；第一个励磁线圈（103）和第四个励磁线圈（103）串联构成第一相励磁绕组；第二个励磁线圈（103）和第五个励磁线圈（103）串联构成第二相励磁绕组；第三个励磁线圈（103）和第六个励磁线圈（103）串联构成第三相励磁绕组；
所述探头拖动机构包括圆筒形壳体（201）、三个丝杠导轨模组（202）、三个伺服电机（203）、三个履带行走机构（204）、三根第I传动臂（205）、三根第II传动臂（206）、三个第I球铰链（207）、三个第II球铰链（208）、三个膜片式压力传感器（209）、三个摄像头；
圆筒形壳体（201）的后端面与圆筒形尼龙骨架（101）的前端面固定，且圆筒形壳体（201）的轴线与圆筒形尼龙骨架（101）的轴线重合；三个丝杠导轨模组（202）均沿轴向固定于圆筒形壳体（201）的内侧面，且三个丝杠导轨模组（202）围绕圆筒形壳体（201）的轴线等距排列；三个伺服电机（203）的机座一一对应地固定于三个丝杠导轨模组（202）的后支撑座上，且三个伺服电机（203）的输出轴与三个丝杠导轨模组（202）的丝杠后端一一对应地连接；三个履带行走机构（204）均沿轴向设置，且三个履带行走机构（204）围绕圆筒形壳体（201）的轴线等距排列；三根第I传动臂（205）的首端一一对应地铰接于三个丝杠导轨模组（202）的前支撑座内侧面；三根第I传动臂（205）的尾端一一对应地铰接于三个履带行走机构（204）的主动轮轴一端；三根第II传动臂（206）的首端通过三个第I球铰链（207）一一对应地铰接于三个丝杠导轨模组（202）的滑台内侧面；三根第II传动臂（206）的尾端通过三个第II球铰链（208）一一对应地铰接于三根第I传动臂（205）的中部；三个膜片式压力传感器（209）一一对应地安装于三个第I球铰链（207）的球头与铰座之间；三个摄像头一一对应地安装于圆筒形壳体（201）的前端面，且三个摄像头围绕圆筒形壳体（201）的轴线等距排列；
三相信号发生器的三相输出端与三相功率放大器的三相输入端一一对应地连接；三相功率放大器的三相输出端与三相励磁绕组一一对应地连接；
六个GMR传感器（102）的输出端、三个膜片式压力传感器（209）的输出端、三个摄像头的输出端均与信号调理模块的输入端连接；信号调理模块的输出端与数据采集处理模块的输入端连接；
上位机的输入端与数据采集处理模块的输出端连接；上位机的输出端分别与三相信号发生器的控制端、三个伺服电机（203）的控制端、三个履带行走机构（204）的驱动电机的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置，其特征在于：六个GMR传感器（102）均采用NVE AAH002-02E型GMR传感器；六个励磁线圈（103）均由直径大于0.4mm的漆包线绕制而成，且六个励磁线圈（103）的匝数均大于1000匝；三相信号发生器采用三相正弦信号发生器；上位机采用基于LabVIEW的上位机。
3.一种基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测方法，该方法是基于如权利要求1所述的基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测装置实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤A：将旋转磁场阵列式探头和探头拖动机构套设于待检管道（301）的外侧，并保证三个履带行走机构（204）均与待检管道（301）的外壁接触，同时保证六个GMR传感器（102）与待检管道（301）的外壁之间的距离均小于等于2mm；
步骤B：通过上位机分别设定三个履带行走机构（204）的行走速度和三相信号发生器的输出信号；
步骤C：三个履带行走机构（204）以设定的行走速度沿着待检管道（301）的外壁进行轴向移动，由此带动旋转磁场阵列式探头沿着待检管道（301）的外壁进行轴向移动；与此同时，三相信号发生器输出三相电信号，三相电信号经三相功率放大器进行放大后传输至三相励磁绕组，由此使得三相励磁绕组产生旋转磁场；在旋转磁场的励磁作用下，待检管道（301）中产生旋转涡流场；六个GMR传感器（102）对旋转涡流场进行实时探测，探测结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示；若待检管道（301）的内壁存在缺陷，则旋转涡流场会发生扰动，由此使得探测结果中产生扰动信号，此时通过扰动信号即可确定缺陷的大小和位置，从而实现管道缺陷在役检测；在移动过程中，三个膜片式压力传感器（209）实时测量三个履带行走机构（204）与待检管道（301）之间的压紧力，测量结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示；若压紧力过大或过小，则通过上位机向三个伺服电机（203）发出控制指令，三个伺服电机（203）根据控制指令驱动三个丝杠导轨模组（202）的丝杠进行旋转，由此使得三个丝杠导轨模组（202）的滑台进行轴向移动，从而依次通过三根第II传动臂（206）、三根第I传动臂（205）改变三个履带行走机构（204）与待检管道（301）之间的压紧力；三个摄像头实时采集待检管道（301）的图像，采集结果依次经信号调理模块、数据采集处理模块进行信号调理、数据采集处理后发送至上位机进行显示。
4.根据权利要求3所述的基于旋转磁场阵列式探头的管道缺陷在役检测方法，其特征在于：三个履带行走机构（204）的行走速度均设定为30cm/min~1m/min；三相信号发生器的输出信号的频率设定为100Hz~100kHz。
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