CN111595936A - 一种中低频电磁涡流在线监检测系统和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中低频电磁涡流在线监检测系统和检测方法，系统包括中低频电磁涡流监检测探头、中低频电磁涡流主机、终端处理系统；中低频电磁涡流监检测探头包括多个安装于柔性缠带上的贴片式传感器；柔性缠带部署于待测管道的外壁；贴片式传感器通过由多根导线组成的集成线束与集线器相连接，集线器上设有可调快速接头，用于连接中低频电磁涡流主机；中低频电磁涡流主机还连接终端处理系统；本系统的检测探头可固定安装在管道或设备中不易接触或腐蚀严重的位置，通过线缆连接到易于接触的集线盒中，通过中低频电磁主机系统和终端处理系统即可定期对腐蚀严重位置的腐蚀趋势进行监测；检测方法实现方式简单，稳定可靠，具有很好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于基础化工和石油炼化行业工业管线无损检测领域，适合在役工业管线（带压、高温）内部腐蚀缺陷的在线监检测，具体涉及到一种脉冲涡流在线监检测系统和检测方法。
背景技术
管道和压力容器等已经广泛应用于石油、化工、电力和能源等领域，这些管道和压力容器往往处于高温、高压和腐蚀的环境中，容易发生腐蚀形成缺陷，引发突发性的破坏事故，造成严重的经济损失和环境损害。因此，定期对管道和设备的腐蚀和磨损状况进行检测、对重点高腐蚀风险的管道和设备壁厚减薄情况进行在线监控、对管道和容器的剩余寿命进行适用性评价，是避免该类事故发生的必要手段。
传统的管道和设备壁厚检测方法一般采用传统的超声波测厚仪进行定点测厚，由于超声波测厚仪只能进行定点测厚，无法实现连续扫查，容易出现漏检或不能检测到缺陷最严重的区域，弊端较多。另外，出于保温和防潮的需求，部分管线和设备往往覆盖保温层和保护层，作为一种接触式检测方法，超声波测厚虽然检测精度较高，但在检测过程中需要拆除保温材料、打磨外表面、涂抹耦合剂，在检测完成后要重敷外部的保温层和保护层，这个过程又破坏了原保温层的完整性，有可能还会造成更严重的保温层下腐蚀。
脉冲涡流检测技术是近几年发展起来的一种非接触式、大面积检测的无损检测技术，其检测精度高、速度快，可以穿透保温层和保护层对管道或设备的壁厚进行检测，避免了传统超声波测厚带来的问题，是良好的无损检测方法。然而，有些管道所处的位置不方便人员设备接近，如：弯头、高空管线、舷外管线等，且这些位置往往又是腐蚀重点发生的位置，这些腐蚀严重的位置需要定期进行检测，且检测周期较短。因此，需要一种能够对这些不易接触又腐蚀严重的位置进行监检测的设备和技术。
发明内容
本发明为了解决上述的技术问题，而提供一种中低频电磁涡流在线监检测系统和检测方法。
本发明是按照以下技术方案实现的：
一种中低频电磁涡流在线监检测系统，所述监检测系统包括用于激励信号和管道缺陷数据采集的中低频电磁涡流监检测探头；用于发生信号、接收信号及对接收信号进行预处理的中低频电磁涡流主机系统；用于处理信号、计算壁厚及显示结果的终端处理系统；所述中低频电磁涡流监检测探头包括多个安装于柔性缠带上的贴片式传感器；所述柔性缠带部署于待测管道的外壁；所述贴片式传感器通过由多根导线组成的集成线束与集线器相连接，集线器上设有可调快速接头，用于连接中低频电磁涡流主机；中低频电磁涡流主机还连接终端处理系统。
所述贴片式传感器的数量不少于三个；同一柔性缠带上的贴片式传感器相互间等距排布。
所述终端处理系统为包含数据处理模块和显示模块的普通电脑或平板电脑系统，终端处理系统通过蓝牙或电缆与中低频电磁涡流主机系统连接。
所述中低频电磁涡流主机通过电缆与集线器连接，中低频电磁涡流主机由信号发生模块、信号接收模块和信号预处理模块组成。
所述贴片式传感器由线圈骨架、激励线圈、接收线圈、霍尔元件、磁芯和屏蔽罩组成；线圈骨架为圆柱形中空形状，激励线圈和接收线圈同轴并缠绕在骨架上，磁芯放置于骨架中空位置，屏蔽罩为整个贴片式传感器的外壳，激励线圈和接收线圈接触两根导线连接到集成线束上。
一种中低频电磁涡流在线监检测方法，包括以下步骤：
S1：在管道上选择监测部位，确定该位置材质、管径、原始壁厚D0，选择合适的柔性缠带、贴片式传感器，并选定传感器个数；
S2：将步骤S1中选择好的贴片式传感器等距安装于步骤S1中选择好的柔性缠带上，并对每个传感器设定序号；
S3：将步骤S2中的柔性缠带缠绕固定安装于监测部位，通过连接电缆将集线器连接至易于人员操作的位置，实现监测装置的安装；
S4：通过电缆和可调快速接头将中低频电磁涡流主机与步骤S3中的监测装置连接；通过蓝牙或电缆将数据处理终端与中低频电磁涡流主机连接；
S5：依据步骤S1中确定的管径和原始壁厚，通过终端处理系统和中低频电磁涡流主机设定监检测的参数，包括但不限于：激励信号频率和占空比、激励电压、采集次数；其中激励信号频率在1-32HZ之间选择，占空比在10%-90%之间选择，激励电压在2-20V之间选择，采集次数在0-50次之间选择。
S6：数据处理终端发出检测指令，中低频电磁涡流主机发生信号，通过电缆传输至对应的贴片式传感器，传感器激励信号并采集信号后将接收到的信号传送到主机中，主机对数据进行预处理并记录传感器序号，主机将预处理后的信号及传感器序号发送至数据处理终端；依次对贴片式传感器进行步骤S6中的操作。
S7：经主机预处理后的信号表现为一列包括响应时间T及对应感应电压值V的数据列，每组数据列包括20-31个（响应时间T，感应电压V）值；将第一次检测得到的数据作为参考信号S1；对数据进行存储。
S8：终端处理系统对每组数据列进行批次处理，并计算对应传感器位置的壁厚值；参考信号S1得到的壁厚值为参考壁厚D1；将D1与D0比较即可得到壁厚减薄情况；对数据进行存储。
S9：按照预设的周期，重复步骤S6-8的操作，并对数据进行比较，即可得到壁厚的减薄趋势。
本发明具有的优点和有益效果是：
本发明检测精度高、速度快，可以穿透保温层和保护层对管道或设备的壁厚进行检测，避免了传统超声波测厚带来的问题，是良好的无损检测方法。而且能够对管道上不易接触又腐蚀严重的位置进行监检测的设备和技术。实现方式简单，稳定可靠，具有很好的实用性。
附图说明
图1是本发明中低频电磁涡流在线监检测系统结构示意图。
图2是本发明中监测装置安装示意图。
其中，1.待测管道；2.保温层；3. 贴片式传感器；4.柔性缠带；5.集成线束；6.集线器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细的说明。
如图1-2所示，一种中低频电磁涡流在线监检测系统，所述监检测系统包括用于激励信号和管道缺陷数据采集的中低频电磁涡流监检测探头；用于发生信号、接收信号及对接收信号进行预处理的中低频电磁涡流主机系统；用于处理信号、计算壁厚及显示结果的终端处理系统；所述中低频电磁涡流监检测探头包括多个安装于柔性缠带4上的贴片式传感器3；所述柔性缠带4部署于待测管道1的外壁；所述贴片式传感器3通过由多根导线组成的集成线束5与集线器6相连接，集线器6上设有可调快速接头，用于连接中低频电磁涡流主机；中低频电磁涡流主机还连接终端处理系统。
所述贴片式传感器3的数量不少于三个；同一柔性缠带4上的贴片式传感器3相互间等距排布。
所述终端处理系统为包含数据处理模块和显示模块的普通电脑或平板电脑系统，终端处理系统通过蓝牙或电缆与中低频电磁涡流主机系统连接。
所述中低频电磁涡流主机通过电缆与集线器6连接，中低频电磁涡流主机由信号发生模块、信号接收模块和信号预处理模块组成。
所述贴片式传感器3由线圈骨架、激励线圈、接收线圈、霍尔元件、磁芯和屏蔽罩组成；线圈骨架为圆柱形中空形状，激励线圈和接收线圈同轴并缠绕在骨架上，磁芯放置于骨架中空位置，屏蔽罩为整个贴片式传感器3的外壳，激励线圈和接收线圈接触两根导线连接到集成线束5上。
一种中低频电磁涡流在线监检测方法，包括以下步骤：
S1：在管道上选择监测部位，确定该位置材质、管径、原始壁厚D0，选择合适的柔性缠带、贴片式传感器，并选定传感器个数；
S2：将步骤S1中选择好的贴片式传感器等距安装于步骤S1中选择好的柔性缠带上，并对每个传感器设定序号；
S3：将步骤S2中的柔性缠带缠绕固定安装于监测部位，通过连接电缆将集线器连接至易于人员操作的位置，实现监测装置的安装；
S4：通过电缆和可调快速接头将中低频电磁涡流主机与步骤S3中的监测装置连接；通过蓝牙或电缆将数据处理终端与中低频电磁涡流主机连接；
S5：依据步骤S1中确定的管径和原始壁厚，通过终端处理系统和中低频电磁涡流主机设定监检测的参数，包括但不限于：激励信号频率和占空比、激励电压、采集次数；其中激励信号频率在1-32HZ之间选择，占空比在10%-90%之间选择，激励电压在2-20V之间选择，采集次数在0-50次之间选择。
S6：数据处理终端发出检测指令，中低频电磁涡流主机发生信号，通过电缆传输至对应的贴片式传感器，传感器激励信号并采集信号后将接收到的信号传送到主机中，主机对数据进行预处理并记录传感器序号，主机将预处理后的信号及传感器序号发送至数据处理终端；依次对贴片式传感器进行步骤S6中的操作。
S7：经主机预处理后的信号表现为一列包括响应时间T及对应感应电压值V的数据列，每组数据列包括20-31个（响应时间T，感应电压V）值；将第一次检测得到的数据作为参考信号S1；对数据进行存储。
S8：终端处理系统对每组数据列进行批次处理，并计算对应传感器位置的壁厚值；参考信号S1得到的壁厚值为参考壁厚D1；将D1与D0比较即可得到壁厚减薄情况；对数据进行存储。
S9：按照预设的周期，重复步骤S6-8的操作，并对数据进行比较，即可得到壁厚的减薄趋势。
图1为中低频电磁涡流在线监测系统结构示意图，该套系统包括：用于激励信号和管道缺陷数据采集的中低频电磁涡流监检测探头；用于发生信号、接收信号及对接收信号进行预处理的中低频电磁涡流主机系统；用于处理信号、计算壁厚及显示结果的终端处理系统；及相关线缆等。
监测装置包括贴片式传感器、柔性缠带、连接电缆和集线器等，监测装置安装示意图见图2。
贴片式传感器数量一般为3-9个，根据管径大小和监测位置选择适合数量的传感器。单个贴片式传感器由线圈骨架、激励线圈、接收元件、磁芯和屏蔽罩组成。线圈骨架一般为含氟塑料材质，如聚偏氟乙烯（PVDF）或聚氟乙烯（PVF），根据传感器大小和形状加工或购买，线圈骨架一般为空心圆柱形。激励线圈缠绕在线圈骨架上，其材料为0.2-2mm线径的漆包线，缠绕匝数为50-1500匝，激励线圈起发射激励信号的作用。接收元件为接收线圈或霍尔元件，当为接收线圈时，也缠绕在线圈骨架上，其材料为0.1-1mm线径的漆包线，缠绕匝数为50-1500匝；当接收元件为霍尔元件时，一般放置在线圈骨架的中心处；接收元件起接收检测信号的作用。磁芯一般为铁氧体圆柱形磁芯，放置于线圈骨架中心空心处，起聚焦磁场的作用。屏蔽罩为具有屏蔽电磁场性能的屏蔽结构，至于线圈外部，用以屏蔽不同传感器之间的信号干扰。
柔性缠带用以安装贴片式传感器，并用以缠绕固定于管道上。根据管径大小选择合适的柔性缠带及传感器数量。对于带保温的管道，柔性缠带既可安装于保温层下，也可安装与保温层上。
柔性缠带上的贴片式传感器通过连接电缆直接与集线器相连接，集线器上设置可调快速接头，用于将贴片式传感器与中低频电磁涡流主机连接。连接电缆长度和集线器位置可调，其目的是使集线器位于易于操作的位置。集线器中设置快速转换接头，可快速依次转换连接柔性缠带上的贴片式传感器。
中低频电磁涡流主机由信号发生模块、信号接收模块和信号预处理模块组成。中低频电磁涡流主机通过电缆和快速接头与监测装置中的集线器连接。信号发生模块在接收到检测指令后发生信号，经由集线器和电缆发送到制定的传感器，传感器激励线圈向检测位置发出激励信号，接收元件接收信号，接收信号经电缆和集线器传输至主机的信号接收模块，在经过信号预处理模块去除噪音，将信号转化为一列包括响应时间T及对应感应电压值V的数据列，每组数据列包括20-31个（响应时间T，感应电压V）值。终端处理系统包括数据处理模块、壁厚计算模块和结果显示模块。数据处理模块接收来自中低频电磁涡流主机预处理后的检测信号及传感器序列信号，对信号进行对数处理，并获得特征值；特征值经壁厚计算模块计算得到响应位置的实时壁厚；结果显示将实时壁厚与原始壁厚及前期监测壁厚进行比较，得出腐蚀发展趋势，并以曲线形式显示。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种中低频电磁涡流在线监检测系统，所述监检测系统包括用于激励信号和管道缺陷数据采集的中低频电磁涡流监检测探头；用于发生信号、接收信号及对接收信号进行预处理的中低频电磁涡流主机系统；用于处理信号、计算壁厚及显示结果的终端处理系统；其特征在于，所述中低频电磁涡流监检测探头包括多个安装于柔性缠带（4）上的贴片式传感器（3）；所述柔性缠带（4）部署于待测管道（1）的外壁；所述贴片式传感器（3）通过由多根导线组成的集成线束（5）与集线器（6）相连接，集线器（6）上设有可调快速接头，用于连接中低频电磁涡流主机；中低频电磁涡流主机还连接终端处理系统。
2.如权利要求1所述的一种中低频电磁涡流在线监检测系统，其特征在于，所述贴片式传感器（3）的数量不少于三个；同一柔性缠带（4）上的贴片式传感器（3）相互间等距排布。
3.如权利要求1所述的一种中低频电磁涡流在线监检测系统，其特征在于，所述终端处理系统为包含数据处理模块和显示模块的普通电脑或平板电脑系统，终端处理系统通过蓝牙或电缆与中低频电磁涡流主机连接。
4.如权利要求1所述的一种中低频电磁涡流在线监检测系统，其特征在于，所述中低频电磁涡流主机通过电缆与集线器（6）连接，中低频电磁涡流主机由信号发生模块、信号接收模块和信号预处理模块组成。
5.如权利要求1所述的一种中低频电磁涡流在线监检测系统，其特征在于，所述贴片式传感器（3）由线圈骨架、激励线圈、接收线圈或霍尔元件、磁芯和屏蔽罩组成；线圈骨架为圆柱形中空形状，激励线圈和接收线圈同轴并缠绕在骨架上，磁芯放置于骨架中空位置，屏蔽罩为整个贴片式传感器（3）的外壳，激励线圈和接收线圈接触两根导线连接到集成线束（5）上。
6.一种中低频电磁涡流在线监检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在管道上选择监测部位，确定该位置材质、管径、原始壁厚D0，选择合适的柔性缠带、贴片式传感器，并选定传感器个数；
S2：将步骤S1中选择好的贴片式传感器等距安装于步骤S1中选择好的柔性缠带上，并对每个传感器设定序号；
S3：将步骤S2中的柔性缠带缠绕固定安装于监测部位，通过连接电缆将集线器连接至易于人员操作的位置，实现监测装置的安装；
S4：通过电缆和可调快速接头将中低频电磁涡流主机与步骤S3中的监测装置连接；通过蓝牙或电缆将数据处理终端与中低频电磁涡流主机连接；
S5：依据步骤S1中确定的管径和原始壁厚，通过终端处理系统和中低频电磁涡流主机设定监检测的参数，包括但不限于：激励信号频率和占空比、激励电压、采集次数；其中激励信号频率在1-32HZ之间选择，占空比在10%-90%之间选择，激励电压在2-20V之间选择，采集次数在0-50次之间选择；
S6：数据处理终端发出检测指令，中低频电磁涡流主机发生信号，通过电缆传输至对应的贴片式传感器，传感器激励信号并采集信号后将接收到的信号传送到主机中，主机对数据进行预处理并记录传感器序号，主机将预处理后的信号及传感器序号发送至数据处理终端；依次对贴片式传感器进行步骤S6中的操作；
S7：经主机预处理后的信号表现为一列包括响应时间T及对应感应电压值V的数据列，每组数据列包括20-31个（响应时间T，感应电压V）值；将第一次检测得到的数据作为参考信号S1；对数据进行存储；
S8：终端处理系统对每组数据列进行批次处理，并计算对应传感器位置的壁厚值；参考信号S1得到的壁厚值为参考壁厚D1；将D1与D0比较即可得到壁厚减薄情况；对数据进行存储；
S9：按照预设的周期，重复步骤S6-8的操作，并对数据进行比较，即可得到壁厚的减薄趋势。
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