CN112067690B - 针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头及方法 - Google Patents

Abstract

一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头及方法，该涡流探头包括圆柱状骨架，圆柱状骨架沿轴线方向开设多个倾斜的等间距排布的凹槽，开设凹槽的位置剩余有圆柱状部分，各个圆柱状部分的轴心与圆柱状骨架轴心之间具有相同的偏心距离；同时这两个轴心的连线与水平面之间的夹角度数为凹槽的环向分布角度，该角度使得所有凹槽均匀分布在环向360°上；其中凹槽的个数由检测要求和精度来确定；还包含缠绕在圆柱状骨架各个凹槽内的互相独立的线圈；涡流探头的外直径与待测小径管的内直径满足工作时检测填充率的要求；本发明还公开了该探头的检测方法；该涡流探头只需要在待检测小径管内通过一次扫查便能够得到小径管管壁缺陷的多重信息。

Description

针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头及方法

技术领域

本发明涉及一种电磁无损检测探头，具体涉及一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头及方法。

背景技术

小径管管道在能源、化工等各类工业领域中有着广泛的应用。由于管径小，制作精度难以保证，在服役一段时间之后，其内部结构不可避免会产生宏微观缺陷等损伤。由于损伤的存在会对管道结构的安全使用带来严重隐患，因此对其进行定期的检测和评价尤为重要。

现阶段，对小径管的检测，常规使用的是涡流Bobbin探头检测方法、及Pancake点式探头扫描检测方法。这两种方法是基于电磁感应现象来进行缺陷检测的。涡流Bobbin探头检测是一种对此种管道结构表面缺陷进行无损评价的有效方法，具有对表面及近表面缺陷检测能力高、非接触、快速排查等优点，但其只能确定缺陷在管壁中的轴向信息，不能给出缺陷在管壁中的环向信息，并且对于环向分布的缺陷的识别能力有限；Pancake点式探头检测是一种在管内做螺旋状环向扫描的检测方法，可以确定缺陷在管壁中轴向及环向信息，但其螺旋扫描的速度极其缓慢，效率较低。检测小径管管道须先用Bobbin探头确定管道内缺陷在管壁中的轴向位置，再使用Pancake点式探头在缺陷位置处进行精确环向扫描，进而确定缺陷的环向位置和深度，最终确定缺陷的三维信息。这种组合使用两种探头在管内进行缺陷检测的方法需要进行两遍扫描，耗时较长，效率较低。

此外，对于管道检测，涡流环向阵列探头被广泛使用。但是，对于小径管，由于管内空间有限，较难容纳传统环向阵列探头，因此存在传统环向阵列探头设计难、成本高的问题；另一方面，由于小径管内空间不足导致的环向阵列探头个数有限，探头的环向空间分辨率会严重降低，存在漏检的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头及方法，通过在圆柱状探头骨架上轴向布置多个相对探头轴线倾斜的线圈；设置线圈轴心和探头轴心有固定的偏心距离，两个轴心的连线相对水平面的夹角作为线圈的环向分布角度，使所有线圈按照各自的环向分布角度均匀分布在环向方向，实现对小径管轴向缺陷和环向缺陷的同步检测。基于轴向阵列分布的各个线圈的检测信号，确定缺陷的轴向位置信息；基于环向偏心分布的各个线圈的检测信号，确定缺陷的环向位置信息；基于倾斜的各个线圈的检测信号，实现对轴向缺陷和环向缺陷同时具有较高的检出能力。综合这三点，相较于针对小径管缺陷的常规涡流探头的检测方法，该涡流探头只需要在待检测小径管内通过一次扫查便能够得到小径管管壁缺陷的多重信息，具有易实现、易操作、实用性强、检测效率高、成本低等优点。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头，包括圆柱状骨架1，在圆柱状骨架1上沿轴线方向开设多个倾斜的等间距排布的凹槽，开设凹槽的位置剩余有圆柱状部分，各个凹槽对应的这一圆柱状部分的轴心与圆柱状骨架1轴心之间具有相同的偏心距离；同时这两个轴心的连线与水平面之间的夹角度数为凹槽的环向分布角度，凹槽的环向分布角度按照凹槽个数等分360°来确定，使得所有凹槽均匀分布在环向360°上；其中凹槽的个数由检测要求和精度来确定；所述涡流探头还包含缠绕在圆柱状骨架1各个凹槽内的互相独立的线圈2；所述涡流探头的外直径与待测小径管的内直径满足工作时检测填充率的要求。

所述圆柱状骨架1的所有凹槽相对圆柱状骨架轴线倾斜45°，保证涡流探头对于轴向缺陷和环向缺陷具有相同的检测能力；设置所有凹槽的倾斜方向一致，保证涡流探头各个线圈检测的轴向方向一致，防止多变量干扰检测结果；所述骨架1材料为PVC。

所述线圈2由漆包线在骨架1的凹槽内螺旋密绕而成。

各个所述线圈2均外接至高速切换器，利用高速切换器使各个线圈2进行分时激励、分时检出工作，防止各个线圈2之间的信号相互干扰。

所述一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头进行小径管缺陷检测的方法如下：

首先，将符合检测填充率的要求的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头放入待检测小径管中，并对所有线圈2进行明确编号；

其次，向各个线圈2持续通入正弦激励电流，该正弦激励电流会在线圈2附近产生交变的磁场，交变的磁场会在小径管管壁中感生出交变的涡流场；当小径管管壁存在缺陷时，涡流场会被缺陷扰动而发生变化，进而涡流场感生的次生磁场也会发生变化；因此根据涡流检测原理，线圈2中的检出电压信号会随着缺陷的存在而发生变化；

最后，根据倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头的特点，基于各个线圈2轴向排布的特点得到的检测信号，确定待测小径管管壁缺陷的轴向位置信息；基于各个线圈2环向偏心分布的特点得到的检测信号，确定待测小径管管壁缺陷的环向位置信息；基于开设凹槽的位置倾斜45°的圆柱状骨架1结构，实现对轴向缺陷和环向缺陷同时具有较高的检出能力。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明在传统涡流探头装置的基础上进行设计和创新，在提高设备工作效率的前提下，极大地降低了成本。相对于Bobbin探头和Pancake点式探头结合运用的方法，本发明只需要通过待检测管道扫查一遍就能快速、准确地检测得到小径管管壁缺陷的三维信息，降低了工作流程的难度，提高了工作的效率。

2、本发明中的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头，通过特殊的圆柱状骨架结构，令各个线圈相对探头轴线倾斜45°轴向布置，实现对管壁上轴向分布的缺陷和环向分布的缺陷达到相同的检测灵敏度；不同环向位置偏心分布的线圈进行环向固定位置的扫查，根据检测得到的信号能够确定小径管管壁缺陷的环向信息和深度信息，保证探头对于缺陷的环向信息具有很高的检出能力。

3、按照环向分辨率的检测要求，通过调整轴向阵列排布的线圈数量，调整线圈环向的检测精度。使得环向360°等分的角度越小，偏心线圈的环向分布越密集，得到的环向信息也就越丰富、越准确，保证了该发明探头及方法在工程应用中具有很强的灵活性。

附图说明

图1a为本发明倾斜式轴向阵列环向偏心涡流探头水平放置时的整体示意图，图1b为本发明倾斜式轴向阵列环向偏心涡流探头水平放置时的骨架图(去除线圈后的凹槽截面与轴线夹角为45°的示意图)。

图2a为本发明探头装置的骨架结构左视图，图2b为本发明探头装置的骨架结构主视图。

图3a为骨架环向偏心分布参数的示意图，图3b-3i分别是图2a中沿A1A2、B1B2、C1C2、D1D2、E1E2、F1F2、G1G2、H1H2截取探头上半部分实体后的俯视图，环向位置分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。

具体实施方法

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本实施例一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头，所述倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头由PVC材质的圆柱状骨架1以及线径为0.03mm至0.1mm的漆包线缠绕在骨架1上螺旋密绕至200匝至600匝而成的互相独立的线圈2构成，所有线圈2之间的轴向间隔距离均为2mm，线圈轴向高度均为3mm。

如图2a和图2b所示，倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头的圆柱状骨架1有用于缠绕线圈2的凹槽结构，凹槽截面与探头轴线的夹角为45°，所有凹槽的倾斜方向一致，如图3a所示，设置所有线圈2的轴心与探头轴心有1mm的偏心距离；如图3b、图3c、图3d、图3e、图3f、图3g、图3h和图3i所示，设置探头轴向倾斜排布8个线圈，等分360°得到相邻线圈2的环向分布角度相差45°，所有线圈均匀分布在360°的环向方向上。工作时，所述各个线圈2外接至高速切换器，利用高速切换器使各个线圈2进行分时激励、分时检出工作。所述涡流探头的外直径与待测小径管的内直径满足检测填充率的要求。

本发明针对小径管缺陷检测的环向偏心涡流探头进行缺陷检测的方法为：

首先，将符合检测填充率的要求的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头放入待检测小径管中，并对所有线圈2进行明确编号；

其次，向各个线圈2持续通入正弦激励电流，该正弦激励电流会在线圈2附近产生交变的磁场，交变的磁场会在小径管管壁中感生出交变的涡流场；当小径管管壁存在缺陷时，涡流场会被缺陷扰动而发生变化，进而涡流场感生的次生磁场也会发生变化；因此根据涡流检测原理，线圈2中的检出电压信号会随着缺陷的存在而发生变化；

最后，根据倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头的特点，基于各个线圈2轴向排布的特点得到的检测信号，确定待测小径管管壁缺陷的轴向位置信息；基于各个线圈2环向偏心分布的特点得到的检测信号，确定待测小径管管壁缺陷的环向位置信息；基于开设凹槽的位置倾斜45°的圆柱状骨架1结构，实现对轴向缺陷和环向缺陷同时具有较高的检出能力。

Claims (5)

1.一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头，其特征在于：所述涡流探头包括圆柱状骨架(1)，在圆柱状骨架(1)上沿轴线方向开设多个倾斜的等间距排布的凹槽，开设凹槽的位置剩余有圆柱状部分，各个凹槽对应的这一圆柱状部分的轴心与圆柱状骨架(1)轴心之间具有相同的偏心距离；同时这两个轴心的连线与水平面之间的夹角度数为凹槽的环向分布角度，凹槽的环向分布角度按照凹槽个数等分360°来确定，使得所有凹槽均匀分布在环向360°上；其中凹槽的个数由检测要求和精度来确定；所述涡流探头还包含缠绕在圆柱状骨架(1)各个凹槽内的互相独立的线圈(2)；所述涡流探头的外直径与待测小径管的内直径满足工作时检测填充率的要求。

2.根据权利要求1所述的一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头，其特征在于：所述圆柱状骨架(1)的所有凹槽相对圆柱状骨架轴线倾斜45°，保证涡流探头对于轴向和环向的检测能力相同；且所有凹槽的倾斜方向一致，保证涡流探头各个线圈检测的轴向方向一致，防止多变量干扰检测结果；所述骨架(1)材料为PVC。

3.根据权利要求1所述的一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头，其特征在于：所述线圈(2)由漆包线在骨架(1)的凹槽内螺旋密绕而成。

4.根据权利要求1所述的一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头，其特征在于：各个所述线圈(2)均外接至高速切换器，利用高速切换器使各个线圈(2)进行分时激励、分时检出工作，防止各个线圈(2)之间的信号相互干扰。

5.权利要求1至4任一项所述一种针对小径管检测的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头进行小径管缺陷检测的方法，其特征在于：

首先，将符合检测填充率的要求的倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头放入待检测小径管中，并对所有线圈(2)进行明确编号；

其次，向各个线圈(2)持续通入正弦激励电流，该正弦激励电流会在线圈(2)附近产生交变的磁场，交变的磁场会在小径管管壁中感生出交变的涡流场；当小径管管壁存在缺陷时，涡流场会被缺陷扰动而发生变化，进而涡流场感生的次生磁场也会发生变化；因此根据涡流检测原理，线圈(2)中的检出电压信号会随着缺陷的存在而发生变化；

最后，根据倾斜轴向阵列环向偏心涡流探头的特点，基于各个线圈(2)轴向排布的特点得到的检测信号，确定待测小径管管壁缺陷的轴向位置信息；基于各个线圈(2)环向偏心分布的特点得到的检测信号，确定待测小径管管壁缺陷的环向位置信息；基于开设凹槽的位置倾斜45°的圆柱状骨架(1)结构，实现对轴向缺陷和环向缺陷同时具有较高的检出能力。

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