CN111157613B - 一种基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置 - Google Patents

一种基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，该装置包括机体、检测信号采集处理机构、主体机械系统；检测信号采集处理机构包括三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口；三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口依次通过数据线相连，通过IDC接口将三维磁阻传感器采集的磁信号传输至检测信号数据采集卡。中央控制板接收参数采集检测系统采集的信息并与外部计算机通信。检测信号数据采集卡采集检测信号处理机构的信息，并与外部计算机通信，用于显示无损检测结果。本发明能够实现全天候、多海域、远程操控、实时获取检测对象的应力和缺陷的状态。这对于保障海上风电长期平稳发展具有非常重要的作用。

Description

一种基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种利用金属磁记忆来对水下进行无损检测的装置。
背景技术
近几年来，我国大力发展海洋工程，推进海上结构建设，开发海洋资源。海洋工程结构物所受荷载和环境条件十分复杂且具有较大随机性。作用在海洋工程结构上的荷载主要包括设施自身运转荷载和海洋环境荷载，在不同季节不同天气状况下，其大小和方向都会存在较大差异。
虽然传统水下无损检测技术，如水下目视检测、水下磁粉探伤、水下超声波探伤等在海洋工程结构物水下检测领域已有较广泛应用，但它们长期以来存在一些明显局限性：(1)对水质清晰度和技术人员专业水平要求较高，在东海等浑水条件下适用性很差。(2)水下磁粉探伤：对水流速度有要求，在水流过快海情下不适合使用。(3)构建表面涂层对检测过程和结果精度影响较大，带涂层检测时精度会受影响。(4)只能寻找已存在的缺陷，不能发现和检测将要发生的缺陷和部位，无法解决设备的突发性破坏。
20世纪90年代，俄罗斯Doubov教授率先提出金属磁记忆理论。金属磁记忆检测技术利用位于地球磁场中的铁磁性金属的磁性能在应力和变形集中区内产生不可逆变化，在金属和空气边界出现磁导率跃变，其表面产生漏磁场便可无损、快速、便捷、准确地确定铁磁性金属结构上的应力集中和变形区，即结构上最危险的区段和部位，进而发现主轴上的疲劳裂纹和预测其扩展趋势，从而进行强度和寿命的判断。与上述传统水下无损检测技术相比，基于磁记忆技术的水下检测不仅可以有效检测结构的塑性变形和宏观裂纹，还可以有效检测较早期应力集中的危险区域。而且其对应用场景要求更低，在带涂层构件检测也能保证相当精度。
综上所述本发明提供的基于金属磁记忆的海上风力发电机基础损伤检测装置，对提高国内海上风电的安全检测技术水平，及时有效防止因基础疲劳损伤等引发的安全事故和经济损失具有十分重要的意义。
发明内容
为了提高国内海洋领域的工程结构安全检测技术水平，及时有效防止因基础疲劳损伤等引发的安全事故和经济损失。本发明提供一种基于金属磁记忆理论的水下无损检测装置，能够实现远程操控装置在水下完成检测作业。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，该装置包括机体、检测信号采集处理机构、主体机械系统；
所述机体由两个前部护臂、主体机身和天线组成；天线固定于主体机身后部；两个前部护臂在主体机身前部上下平行布置。
检测信号采集处理机构位于主体机身前部并与前部护臂平行；检测信号采集处理机构包括三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口；三维磁阻传感器固定于机体最前端，位于上下平行布置的前部护臂之间。三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口依次通过数据线相连，通过IDC接口将三维磁阻传感器采集的磁信号传输至检测信号数据采集卡。
主体机械系统由中央控制仓和两个水平推进器和两个垂直推进器组成，两个水平推进器固定于主体机身尾部并排放置，用于无损检测装置的前进、后退以及转向，两个垂直推进器分别固定于主体机身左右两侧对称布置，且两个垂直推进器形心的连线通过无损检测装置的形心，用于无损检测装置的上浮和下潜；所述中央控制仓包括控制系统、电源系统；
所述控制系统位于主体机身中部，包括参数采集检测系统、运动控制器和中央控制板；所述运动控制器包含四个推进器推动块，分别用于控制两个水平推进器和两个垂直推进器；所述中央控制板接收参数采集检测系统采集的信息并与外部计算机通信。
所述参数采集检测系统包括状态参数采集板和检测信号数据采集卡；所述状态参数采集板采集中央控制仓中传感器的信息，并将信息传递给中央控制板，所述中央控制板与外部计算机通信，用于显示无损检测装置状态参数；检测信号数据采集卡采集检测信号处理机构的信息，并与外部计算机通信，用于显示无损检测结果。
进一步地，所述机体呈流线型。
进一步地，所述电源系统包括两个24V电池。
进一步地，所述中央控制仓采用透明材料以便观察内部情况；
进一步地，所述中央控制仓中的传感器包括泄漏传感器、电压电流传感器和温度传感器；用于实时测量装置温度、电源的电压和电流以及中央控制仓的漏水检测，并将采集的信息传输至状态参数采集板，然后通过中央控制板和外部计算机通信。
进一步地，所述参数采集检测系统还包括GPS、数字罗盘，航姿参考系统AHRS；用于无损检测装置的定位、导航以及采集无损检测装置的航向，横滚和侧翻信息，并将采集的信息传输至中央控制板，通过中央控制板和外部计算机通信。
进一步地，所述运动控制器采用数字PID控制算法。
进一步地，所述前部护臂为两条水平向橡胶材料凸起，用于使三维磁阻传感器贴近被测构件表面，同时防止前部主体机身以及三维磁阻传感器因撞击而损坏。
进一步地，所述天线用于无损检测装置向外部计算机传递检测数据以及接收来自外部计算机的指令。
进一步地，所述运放电路用于将采集到的信号进行数学运算后放大，过滤电路用于消除外部干扰引起的信号波动。
本发明的有益效果：本发明能够在各种海域和水质情况下，无需人员下水，远距离地操控无损检测装置进行无损检测。无损检测装置通过无线传输信号数据能够实时反馈检测结果和自身状态。其无损检测技术更是采用了新型的磁记忆检测方式，克服了传统无损检测的不足，结合先进的科技定位系统，能随时定位、标记无损检测装置位置，发现损伤部位，并通过无线网络传输至外部计算机，将定位和分析一体化。通过惯性导航系统(INS)，未来还能进一步实现无人、自主进行日常监测活动，全天候水下工作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置示意图；
图2为本发明实施例提供的装置侧视图；
图3为本发明实施例提供的装置俯视图；
图4为本发明实施例提供的装置机械结构示意图；
图5为本发明实施例提供的装置参数采集检测系统原理示意图；
图6为本发明实施例提供的检测信息采集处理结构原理示意图；
图7为本发明实施例提供的装置总结构原理图。
图中，1.机身；2.天线；3.24V电池；4.检测信号采集处理机构；5.前部护臂；6.航姿参考系统AHRS；7.水平推进器；8.垂直推进器；9.数字罗盘；10.GPS；11.推进器推动块；12.运动控制器；13.中央控制板；14.状态参数采集板；15.检测信号数据采集卡；16.泄漏传感器；17.电压电流传感器；18.温度传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如图1、图2、图3所示，本发明提供的一种基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，该装置包括机体、检测信号采集处理机构4、主体机械系统。
基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，机体呈流线型，由两个前部护臂5、主体机身1和天线2组成，天线2固定于主体机身1后部，天线用于无损检测装置向外部计算机传递检测数据以及接收来自外部计算机的指令；两个前部护臂5在主体机身前部上下平行布置。前部护臂为两条水平向橡胶材料凸起，用于使三维磁阻传感器贴近被测构件表面，同时防止前部主体机身以及三维磁阻传感器因撞击而损坏
如图4所示，检测信号采集处理机构4位于主体机身1前部并与前部护臂5平行；包括三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口；三维磁阻传感器固定于机体最前端，位于上下平行布置的前部护臂5之间。
主体机械系统由中央控制仓和两个水平推进器7和两个垂直推进器8组成，中央控制仓密闭防水并采用透明材料以便观察内部情况，两个水平推进器7固定于主体机身1尾部并排放置，用于无损检测装置的前进、后退以及转向，两个垂直推进器8分别固定于主体机身1左右两侧对称布置，且两个垂直推进器8形心的连线通过无损检测装置的形心，用于无损检测装置的上浮和下潜；所述中央控制仓包括控制系统、电源系统；电源系统包括两个24V电池3。
所述控制系统位于主体机身1中部，包括参数采集检测系统、运动控制器12和中央控制板13；所述运动控制器12包含四个推进器推动块11，分别用于控制两个水平推进器7和两个垂直推进器8；所述中央控制板13接收参数采集检测系统采集的信息并与外部计算机通信。
如图5所示，所述参数采集检测系统包括状态参数采集板14和检测信号数据采集卡15；所述状态参数采集板14采集泄漏传感器16、电压电流传感器17和温度传感器18的信息，用于实时测量装置温度、电源的电压和电流以及中央控制仓的漏水检测，并将检测到的装置温度、电源的电压和电流以及中央控制仓的漏水情况信息传递给中央控制板13，中央控制板13与外部计算机通信，用于显示无损检测装置状态参数；同时GPS10、数字罗盘9，航姿参考系统AHRS6；用于无损检测装置的定位、导航以及采集无损检测装置的航向，横滚和侧翻信息，并将采集的信息传输至中央控制板13，通过中央控制板和外部计算机通信。
铁磁性材料在地磁场和外加荷载的作用下，会导致自身磁场发生改变，在表面形成缺陷后，处在表面和近表面的缺陷会使构件内的磁力线发生畸变，逸出构件表面而形成漏磁场。通过探测构件表面漏磁场的存在就可以确定缺陷的位置、形状和大小等缺陷参数。
如图6所示，三维磁阻传感器经过被测构件的表面并采集其磁场信息，三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口依次通过数据线相连，三维磁阻传感器在检测到被测构件表面的磁信号后，经由运放电路进行数字运算并将信号放大，由过滤电路消除外部环境影响，最后通过IDC接口将三维磁阻传感器采集的磁信号传输至检测信号数据采集卡15，检测信号数据采集卡15采集检测信号处理机构的信息，并与外部计算机通信，用于显示无损检测结果。当被测构件的表面存在缺陷时，其表面磁信号会在缺陷处发生明显的变化，具体表现为切向磁场分量出现极值，法向磁场分量过零点，根据磁场畸变的作用范围可以估算缺陷的尺寸大小，根据磁场畸变的程度可以估算缺陷的深度。
如图7所示，所述运动控制器12采用数字PID控制算法，与参数采集系统、检测信号数据采集卡一并与外部计算机通信，传输数据与信息并接收计算机指令。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，该装置包括机体、检测信号采集处理机构（4）、主体机械系统；
所述机体由两个前部护臂（5）、主体机身（1）和天线（2）组成；天线（2）固定于主体机身（1）后部；两个前部护臂（5）在主体机身前部上下平行布置；
检测信号采集处理机构（4）位于主体机身（1）前部并与前部护臂（5）平行；检测信号采集处理机构（4）包括三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口；三维磁阻传感器固定于机体最前端，位于上下平行布置的前部护臂（5）之间；三维磁阻传感器、运放电路、过滤电路和IDC接口依次通过数据线相连，通过IDC接口将三维磁阻传感器采集的磁信号传输至检测信号数据采集卡（15）；
主体机械系统由中央控制仓和两个水平推进器（7）和两个垂直推进器（8）组成，两个水平推进器（7）固定于主体机身（1）尾部并排放置，用于无损检测装置的前进、后退以及转向，两个垂直推进器（8）分别固定于主体机身（1）左右两侧对称布置，且两个垂直推进器（8）形心的连线通过无损检测装置的形心，用于无损检测装置的上浮和下潜；所述中央控制仓包括控制系统、电源系统；
所述控制系统位于主体机身（1）中部，包括参数采集检测系统、运动控制器（12）和中央控制板（13）；所述运动控制器（12）包含四个推进器推动块（11），分别用于控制两个水平推进器（7）和两个垂直推进器（8）；所述中央控制板（13）接收参数采集检测系统采集的信息并与外部计算机通信；
所述参数采集检测系统包括状态参数采集板（14）和检测信号数据采集卡（15）；所述状态参数采集板（14）采集中央控制仓中传感器的信息，并将信息传递给中央控制板（13），所述中央控制板（13）与外部计算机通信，用于显示无损检测装置状态参数；所述中央控制仓中的传感器包括泄漏传感器（16）、电压电流传感器（17）和温度传感器（18）；用于实时测量装置温度、电源的电压和电流以及中央控制仓的漏水检测，并将采集的信息传输至状态参数采集板（14），然后通过中央控制板和外部计算机通信；所述参数采集检测系统还包括GPS（10）、数字罗盘（9），航姿参考系统AHRS（6）；用于无损检测装置的定位、导航以及采集无损检测装置的航向，横滚和侧翻信息，并将采集的信息传输至中央控制板（13），通过中央控制板和外部计算机通信；检测信号数据采集卡（15）采集检测信号处理机构的信息，并与外部计算机通信，用于显示无损检测结果。
2.根据权利要求1所述基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，所述机体呈流线型。
3.根据权利要求1所述基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，所述电源系统包括两个24V电池（3）。
4.根据权利要求1所述基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，所述中央控制仓采用透明材料以便观察内部情况。
5.根据权利要求1所述基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，所述运动控制器（12）采用数字PID控制算法。
6.根据权利要求1所述基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，所述前部护臂（5）为两条水平向橡胶材料凸起，用于使三维磁阻传感器贴近被测构件表面，同时防止前部主体机身以及三维磁阻传感器因撞击而损坏。
7.根据权利要求1所述基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，所述天线（2）用于无损检测装置向外部计算机传递检测数据以及接收来自外部计算机的指令。
8.根据权利要求1所述基于金属磁记忆技术的水下无损检测装置，其特征在于，所述运放电路用于将采集到的信号进行数学运算后放大，过滤电路用于消除外部干扰引起的信号波动。
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