CN111351840A - 一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，包括正交激励部分、探头骨架和检出部分；所述的正交激励部分，包括十字磁芯和绕制于十字磁芯上的绕制线圈；所述的探头骨架，为空心圆柱形结构，在其外表面的圆周方向上均匀设有一圈十字凹槽，用于放置十字磁芯，所述的十字磁芯的长臂与管材圆周方向的夹角为45°；在十字磁芯的四个象限内设有四个小圆槽，用于放置盘式线圈；所述的检出部分，为放置于十字磁芯四个象限的盘式线圈；每个十字磁芯四个象限内的四个盘式线圈构成一个四线圈单元组。本发明兼顾了与管材呈不同角度的缺陷的检出，通过合理的检出时序设置可实现任意方向的缺陷，亦可抑制提离和探头倾斜等情况对检测结果的影响。
Description
技术领域
本发明属于小管径薄壁厚非铁磁性传热管内穿式的涡流检查领域，具体涉及一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头。
背景技术
热交换器是各行业热转换系统的重要组成部分，而传热管是热交换器的热传导媒介和压力边界，它的完整性是影响热交换器正常运行的关键。但在传热管制造和使用的过程中，由于管材材质、设计结构、加工工艺以及运行工况的差异，往往会产生各种类型的缺陷。
热交换器传热管无损检测一般使用的是涡流检查方法。其中以轴绕式线圈探头的使用最为广泛，轴绕式线圈采用的是自发自收式技术(线圈激励电磁场，并接收被检对象反馈的电磁场)，轴绕式探头对传热管内外壁轴向线性缺陷及圆形缺陷均有很高的灵敏度，能够及时准确地发现上述缺陷并进行定量。但是对于小而窄的周向缺陷，因其方向与轴绕式线圈激励的电磁场方向平行，故轴绕式探头很难将其发现。同时，在支撑板和管板区，尤其是后者，结构信号复杂，存在胀管以及管板等多重结构，使得电磁信号在此区域出现“畸变”，如缺陷在这一区域出现，容易漏检，从而出现检测“盲区”。针对这一情况，国内外在蒸发器涡流检测中开始使用新技术，即阵列探头技术，该技术既有涡流轴绕式探头的检测效率，又有旋转探头的缺陷定性能力。
现阶段运用于工程实际的涡流阵列探头(见图1)，采用的是收发式技术(一个线圈激励电磁场，另外一个或多个线圈接收被检对象的电磁场)，在探头主体的周向方向上放置两排或三排的小扁平线圈组，每排之间间隔一段距离，每排线圈之间是交叉排列，通过多路复用技术，分时激励和接收涡流信号，达到电磁场旋转的目的，用于涡流检查。但由于需要较为繁复的时序设计实现周、轴向缺陷的检查和判定，对检查和分析人员的要求较高。本专利则设计了一种基于分段正交激励而的新型管材内穿阵列探头的结构，能够通过简单的时序设置实现周、轴向缺陷的快速检查和判定。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种针对管状结构缺陷检测的内置分段正交激励盘式线圈接收的阵列涡流检测探头，本发明探头可同时检测管材环向缺陷和轴向缺陷，采用正交线圈斜向放置兼顾了与管材呈不同角度的缺陷的检出；相对于常规的管状结构涡流检测探头，本发明通过合理的检出时序设置可实现任意方向的缺陷，亦可抑制提离和探头倾斜等情况对检测结果的影响。
本发明的技术方案如下：一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，包括正交激励部分、探头骨架和检出部分；
所述的正交激励部分，包括十字磁芯和绕制于十字磁芯上的绕制线圈；
所述的探头骨架，为空心圆柱形结构，在其外表面的圆周方向上均匀设有一圈十字凹槽，用于放置十字磁芯，所述的十字磁芯的长臂与管材圆周方向的夹角为45°；在十字磁芯的四个象限内设有四个小圆槽，用于放置盘式线圈；
所述的检出部分，为放置于十字磁芯四个象限的盘式线圈；每个十字磁芯四个象限内的四个盘式线圈构成一个四线圈单元组；
在缺陷检测过程中，通过对四个盘式线圈进行不同激励和接收模式的设置，以实现不同的信号输出组合，并结合不同的时序设计，对不同取向缺陷进行检测，进而对缺陷进行定性和定位。
进一步的，所述的探头为分段正交激励阵列涡流探头。
进一步的，所述的绕制线圈和盘式线圈，材质均为铜质漆包线。
进一步的，所述的十字磁芯，材质为铁氧体。
进一步的，将十字磁芯上布置的盘式线圈进行编号，第一个十字磁芯右上角的盘式线圈为a，右下角的为b，左上角的为c，左下角的为d；第二个十字磁芯右上角的为d，右下角的为e，左上角的为f，左下角的为g；依次类推。
进一步的，第一种信号输出方式为，通过正交激励部分进行激励，盘式线圈通过多路复用技术实现依次分时接收，盘式线圈的信号接收顺序为：a→b→c→d→e→f→g→h→i→j→……；此种模式对于缓变缺陷的检查效果较好。
进一步的，第二种信号输出方式为，通过盘式线圈的激励，同时盘式线圈3通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈3的信号接收顺序为：1.a发→b收；2.c发→d收；3.d发→e收；4.f发→g收；5.g发→h收；6.i发→j收……；此种模式对于平行于此收发线圈连线方向的缺陷有着良好的检出效果。
进一步的，第三种信号输出方式为，通过盘式线圈的激励，同时盘式线圈通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈的信号接收顺序为：1.a发→c收；2.b发→d收；3.d发→f收；4.e发→g收；5.g发→i收；6.h发→j收……；此种模式是对第二种信号输出方式中所述检出模式的补充。
进一步的，第四种信号输出方式为，通过正交激励部分进行激励，盘式线圈通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈的信号接收顺序为：1.输出信号为：a、d信号之和与b、c信号之和差分；2.输出信号为：d、g信号之和与e、f信号之和差分；3.输出信号为：g、j信号之和与h、i信号之和差分……；此种模式下的检出信号携带缺陷信息且有效降低外部环境的干扰；所述的外部环境的干扰，包括提离或探头倾斜的的干扰。
本发明所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头进行缺陷检测的方法，包括以下步骤：
第一步，向绕制线圈通入稳态正弦激励电流，该稳态正弦激励电流会产生交变磁场，置于该交变磁场中的待测管状结构内部会感生出涡流，交变的涡流又会感生出二次磁场，两个磁场叠加后的复合磁场会使盘式线圈的两端产生电压信号，受到待测管状结构内部不同的缺陷形态的影响，感生出的二次磁场也将产生相应的变化，进而产生不同的电压信号；
第二步、将探头骨架沿管材的轴向进行运动，通过对四个盘式线圈进行不同激励和接收模式的设置，以实现不同的信号输出组合，并结合不同的时序设计，对不同取向缺陷进行检测，进而对缺陷进行定性和定位。
本发明的显著效果在于：本发明探头可同时检测管材环向缺陷和轴向缺陷，采用正交线圈斜向放置兼顾了与管材呈不同角度的缺陷的检出；相对于常规的管状结构涡流检测探头，本发明通过合理的检出时序设置可实现任意方向的缺陷，亦可抑制提离和探头倾斜等情况对检测结果的影响。
附图说明
图1为常规涡流阵列探头线圈排列示意图；
图2为正交激励的阵列探头结构示意图；
图3为正交激励的阵列探头平面示意图；
图4为正交激励部分中磁芯主体和绕制线圈；
图5为正交激励下的盘式线圈自发自收收时序设置示意图；
图6为一种盘式线圈激励、盘式线圈接收时序设置示意图；
图7为一种盘式线圈激励、盘式线圈接收时序设置示意图；
图8为正交激励，盘式线圈信号差动检出时序设置示意图；
图中：1-正交激励部分，2-探头骨架，3-盘式线圈，4-四线圈单元组，5-十字磁芯，6-绕制线圈。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头作进一步详细说明。
如图1-4所示，一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，包括正交激励部分1、探头骨架2和检出部分；
所述的正交激励部分1，包括十字磁芯5和绕制于十字磁芯5上的绕制线圈6；
所述的探头骨架2，为空心圆柱形结构，在其外表面的圆周方向上均匀设有一圈十字凹槽，用于放置十字磁芯5，所述的十字磁芯5的长臂与管材圆周方向的夹角为45°；在十字磁芯5的四个象限内设有四个小圆槽，用于放置盘式线圈3；
所述的检出部分，为放置于十字磁芯5四个象限的盘式线圈3；每个十字磁芯5四个象限内的四个盘式线圈3构成一个四线圈单元组4；
在缺陷检测过程中，通过对四个盘式线圈3进行不同激励和接收模式的设置，以实现不同的信号输出组合，并结合不同的时序设计，对不同取向缺陷进行检测，进而对缺陷进行定性和定位。
进一步的，所述的探头为分段正交激励阵列涡流探头。
进一步的，所述的绕制线圈6和盘式线圈3，材质均为铜质漆包线。
进一步的，所述的十字磁芯5，材质为铁氧体。
进一步的，将十字磁芯5上布置的盘式线圈3进行编号，第一个十字磁芯5右上角的盘式线圈3为a，右下角的为b，左上角的为c，左下角的为d；第二个十字磁芯5右上角的为d，右下角的为e，左上角的为f，左下角的为g；依次类推。
进一步的，如图5所示，第一种信号输出方式为，通过正交激励部分1进行激励，盘式线圈3通过多路复用技术实现依次分时接收，盘式线圈3的信号接收顺序为：a→b→c→d→e→f→g→h→i→j→……；此种模式对于缓变缺陷的检查效果较好；
进一步的，如图6所示，第二种信号输出方式为，通过盘式线圈3的激励，同时盘式线圈3通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈3的信号接收顺序为：1.a发→b收；2.c发→d收；3.d发→e收；4.f发→g收；5.g发→h收；6.i发→j收……；此种模式对于平行于此收发线圈连线方向的缺陷有着良好的检出效果。
进一步的，如图7所示，第三种信号输出方式为，通过盘式线圈3的激励，同时盘式线圈3通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈3的信号接收顺序为：1.a发→c收；2.b发→d收；3.d发→f收；4.e发→g收；5.g发→i收；6.h发→j收……；此种模式是对第二种信号输出方式中所述检出模式的补充。
进一步的，如图8所示，第四种信号输出方式为，通过正交激励部分1进行激励，盘式线圈3通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈3的信号接收顺序为：1.输出信号为：a、d信号之和与b、c信号之和差分；2.输出信号为：d、g信号之和与e、f信号之和差分；3.输出信号为：g、j信号之和与h、i信号之和差分……；此种模式下的检出信号携带缺陷信息且有效降低外部环境的干扰；所述的外部环境的干扰，包括提离或探头倾斜的的干扰。
本发明所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头进行缺陷检测的方法，包括以下步骤：
第一步，向绕制线圈6通入稳态正弦激励电流，该稳态正弦激励电流会产生交变磁场，置于该交变磁场中的待测管状结构内部会感生出涡流，交变的涡流又会感生出二次磁场，两个磁场叠加后的复合磁场会使盘式线圈3的两端产生电压信号，受到待测管状结构内部不同的缺陷形态的影响，感生出的二次磁场也将产生相应的变化，进而产生不同的电压信号；
第二步、将探头骨架2沿管材的轴向进行运动，通过对四个盘式线圈3进行不同激励和接收模式的设置，以实现不同的信号输出组合，并结合不同的时序设计，对不同取向缺陷进行检测，进而对缺陷进行定性和定位。
Claims (10)
1.一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：包括正交激励部分(1)、探头骨架(2)和检出部分；
所述的正交激励部分(1)，包括十字磁芯(5)和绕制于十字磁芯(5)上的绕制线圈(6)；
所述的探头骨架(2)，为空心圆柱形结构，在其外表面的圆周方向上均匀设有一圈十字凹槽，用于放置十字磁芯(5)，所述的十字磁芯(5)的长臂与管材圆周方向的夹角为45°；在十字磁芯(5)的四个象限内设有四个小圆槽，用于放置盘式线圈(3)；
所述的检出部分，为放置于十字磁芯(5)四个象限的盘式线圈(3)；每个十字磁芯(5)四个象限内的四个盘式线圈(3)构成一个四线圈单元组(4)；
在缺陷检测过程中，通过对四个盘式线圈(3)进行不同激励和接收模式的设置，以实现不同的信号输出组合，并结合不同的时序设计，对不同取向缺陷进行检测，进而对缺陷进行定性和定位。
2.如权利要求1所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：所述的探头为分段正交激励阵列涡流探头。
3.如权利要求1所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：所述的绕制线圈(6)和盘式线圈(3)，材质均为铜质漆包线。
4.如权利要求1所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：所述的十字磁芯(5)，材质为铁氧体。
5.如权利要求1所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：将十字磁芯(5)上布置的盘式线圈(3)进行编号，第一个十字磁芯(5)右上角的盘式线圈(3)为a，右下角的为b，左上角的为c，左下角的为d；第二个十字磁芯(5)右上角的为d，右下角的为e，左上角的为f，左下角的为g；依次类推。
6.如权利要求5所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：第一种信号输出方式为，通过正交激励部分(1)进行激励，盘式线圈(3)通过多路复用技术实现依次分时接收，盘式线圈(3)的信号接收顺序为：a→b→c→d→e→f→g→h→i→j→……；此种模式对于缓变缺陷的检查效果较好。
7.如权利要求5所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：第二种信号输出方式为，通过盘式线圈(3)的激励，同时盘式线圈(3)通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈(3)的信号接收顺序为：1.a(发)→b(收)；2.c(发)→d(收)；3.d(发)→e(收)；4.f(发)→g(收)；5.g(发)→h(收)；6.i(发)→j(收)……；此种模式对于平行于此收发线圈连线方向的缺陷有着良好的检出效果。
8.如权利要求5所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：第三种信号输出方式为，通过盘式线圈(3)的激励，同时盘式线圈(3)通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈(3)的信号接收顺序为：1.a(发)→c(收)；2.b(发)→d(收)；3.d(发)→f(收)；4.e(发)→g(收)；5.g(发)→i(收)；6.h(发)→j(收)……；此种模式是对第二种信号输出方式中所述检出模式的补充。
9.如权利要求5所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头，其特征在于：第四种信号输出方式为，通过正交激励部分(1)进行激励，盘式线圈(3)通过多路复用技术实现分时采集，盘式线圈(3)的信号接收顺序为：1.输出信号为：a、d信号之和与b、c信号之和差分；2.输出信号为：d、g信号之和与e、f信号之和差分；3.输出信号为：g、j信号之和与h、i信号之和差分……；此种模式下的检出信号携带缺陷信息且有效降低外部环境的干扰；所述的外部环境的干扰，包括提离或探头倾斜的的干扰。
10.如权利要求1所述的一种基于分段正交激励的管材内穿阵列探头进行缺陷检测的方法，包括以下步骤：
第一步，向绕制线圈(6)通入稳态正弦激励电流，该稳态正弦激励电流会产生交变磁场，置于该交变磁场中的待测管状结构内部会感生出涡流，交变的涡流又会感生出二次磁场，两个磁场叠加后的复合磁场会使盘式线圈(3)的两端产生电压信号，受到待测管状结构内部不同的缺陷形态的影响，感生出的二次磁场也将产生相应的变化，进而产生不同的电压信号；
第二步、将探头骨架(2)沿管材的轴向进行运动，通过对四个盘式线圈(3)进行不同激励和接收模式的设置，以实现不同的信号输出组合，并结合不同的时序设计，对不同取向缺陷进行检测，进而对缺陷进行定性和定位。
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