CN112945476A - 小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法，包括电磁超声模块、待测工件、定位模块、电磁超声接收模块、A/D转换模块、信号放大模块、数据采集模块和数据处理模块，所述定位模块的输出端与电磁超声模块的输入端连接。本发明通过向螺旋回折线圈通入高频电流时，配合第一永磁铁和第二永磁铁使得待测工件的内部会产生超声波波源，电磁超声接收模块将接收的电磁超声波通过A/D转换模块、信号放大模块和数据采集模块向数据处理模块处传递，最终分析判断泄漏孔大小泄漏速率的状态，在检测过程中待测工件处于高温高压状态，且待测工件可以跟随绝缘壳体一起晃动，从而使得该装置可动态检测，且检测结果较为准确。
Description
技术领域
本发明涉及气体泄漏检测技术领域，具体为小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法。
背景技术
在日常生活生产中压力容器由于设计缺陷、环境的改变以及自身损耗等原因都会导致压力容器出现泄漏孔以及裂纹等其他形式的损坏，造成物质泄漏就会对人们的生命安全和财产安全造成威胁，即使是微小漏孔泄漏微量气体都会有着非常严重的影响，容易引发安全事故，压力容器是广泛应用在工业生产中的特种设备，使用不当可能就会发生爆炸、泄漏引起中毒等危害人们生命安全的事故，原因是压力容器往往承受着高温、易燃、易爆、有毒或者含有腐蚀介质等，不可避免的就会有损坏进而可能会发生爆炸或者泄露，危及生命安全和财产安全。所以像压力容器这种特种设备应该比一般机械设备具有更高的安全要求，检验是压力容器安全管理的重要环节。压力容器的检验可以分为产品质量安全监督检验和在用过程中检验，产品安全质量监督检验的任务是保证压力容器产品质量。在用过程中检验是指在压力容器服役期间进行定期检验以确保压力容器的可靠性和安全性，能够确保压力容器的长期运行和能够安全进行的生产的能力，定期对压力容器进行检验就是为了防止压力容器失效损坏，防止事故发生。因此，定期对压力容器进行检验就是为了预测和预防失效事故的发生，而在压力容器试用期间进行检验只能采用无损检测的方法，无损检测就是指在不损伤试件的前提下，采用各种可行方法如以物理形式或者化学形式对试件的表面及其内部结构进行检查和测试的一种方法，无损检测是检测的一种重要的方法，对于不能提前损坏设备的状态下具有较好的优点，对于压力容器而言，无损检测更是一种重要的理论和实践方法，有着重要的意义，一般压力容器均为导电性或铁磁性材料构件。
专利申请公布号CN202011031377.5的中国专利公开了小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法，包括：传感器模块及信号处理电路模块；所述传感器模块包括压电陶瓷传感器，放置在待测泄漏前，所述压电陶瓷传感器采用四个压电晶体元件并联；所述信号处理电路模块包括放大电路及滤波电路，放大电路包括放大芯片；所述放大电路连接至滤波电路；所述压电陶瓷传感器的探头的包括第一端口及第二端口，第一端口及第二端口分别通过串联有电阻的线路连接至放大芯片，电阻与放大芯片之间的两条线路上其中一条线路连接有并联的电阻和电容，另一条线路上通过电阻接地。本公开技术方案能对正在运行的容器进行实时在线检测，不影响正常工作，不必将零件拆下进行检测。
但是现有技术在实际使用时，只能静态检测且检测过于简单，由于压力容器使用环境复杂，这就使得上述检测系统及方法检测结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括电磁超声模块、待测工件、定位模块、电磁超声接收模块、A/D转换模块、信号放大模块、数据采集模块和数据处理模块，所述定位模块的输出端与电磁超声模块的输入端连接，所述电磁超声模块的输出端与电磁超声接收模块的输入端连接，所述电磁超声接收模块的输出端与A/D转换模块的输入端连接，所述A/D转换模块的输出端与信号放大模块的输入端连接，所述信号放大模块的输出端与数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与数据处理模块的输入端连接，所述电磁超声模块包括绝缘壳体，所述绝缘壳体活动套接在待测工件的表面，所述绝缘壳体的内壁固定连接有螺旋回折线圈，且螺旋回折线圈活动套接在待测工件的表面，所述绝缘壳体内壁的顶部固定连接有第一永磁铁，所述螺旋回折线圈内壁的底部固定连接有第二永磁铁，所述第一永磁铁和第二永磁铁的磁场方向相反。
优选的，所述电磁超声接收模块用于接收电磁超声模块发射的电磁超声波并将接收的电磁超声波模拟信号传递至A/D转换模块，所述A/D转换模块用于将电磁超声接收模块传递至电磁超声波模拟信号转化为电信号传递至信号放大模块，所述信号放大模块用于将电信号放大并传递至数据采集模块处，所述数据采集模块用于将收集的电信号传递至数据处理模块处，所述数据处理模块用于判断泄漏孔大小泄漏速率的状态。
优选的，所述第一永磁铁和第二永磁铁大小相等，且第一永磁铁和第二永磁铁均分别与螺旋回折线圈的位置相对应，所述螺旋回折线圈整体为螺旋形结构，且螺旋回折线圈中部为回折结构。
优选的，所述定位模块包括绝缘圈，所述绝缘圈固定连接在第一永磁铁和第二永磁铁相对面位置的一端，且绝缘圈固定连接在绝缘壳体内壁的中部，所述绝缘圈的内壁固定连接有热敏线圈，且热敏线圈活动连接在待测工件的表面。
优选的，所述热敏线圈的表面固定连接有导电杆，所述热敏线圈的表面固定连接有绝缘导热保护套，且绝缘导热保护套固定连接在绝缘圈的内部，所述绝缘壳体表面的中部开设有第一接触槽，所述导电杆分别固定贯穿绝缘圈和绝缘壳体并延伸至第一接触槽的内部，所述导电杆相对应第一接触槽位置的一端固定连接有第一电触点。
优选的，所述绝缘壳体的表面活动连接有活动架，所述活动架相对应第一接触槽位置的一端固定连接有接触块，且接触块活动连接在第一接触槽的内壁，所述接触块远离活动架位置的一端开设有凹槽，所述凹槽的内壁固定连接有第一电触片，所述第一电触片的表面与第一电触点的表面紧密贴合。
优选的，所述活动架内壁的顶部固定连接有第二电触点，所述绝缘壳体相对应第二电触点位置的表面开设有第二接触槽，且第二接触槽的内壁与第二电触点的表面活动连接，所述绝缘壳体相对应第二接触槽位置的内部贯穿嵌入有第二电触片，且第二电触片的内壁与第二电触点的表面紧密贴合。
优选的，所述活动架的底部固定连接有驱动齿圈，所述驱动齿圈的表面啮合有驱动齿轮，所述驱动齿轮的底部固定连接有驱动电机，且驱动电机通过驱动电机支架固定连接在绝缘壳体的表面，所述驱动齿圈的内壁固定连接有限位圈，所述绝缘壳体相对应限位圈位置的表面开设有限位槽，且限位槽的内壁与限位圈的表面活动连接。
优选的，所述定位模块还包括电压测量组件一和单片机一，且电压测量组件一和单片机一集成在活动架内部，所述电压测量组件一的输出端与单片机一的输入端连接，所述电压测量组件一用于检测相邻两个第一电触点之间的电压，所述电磁超声模块还包括单片机二、线路控制开关和电压测量组件二，且单片机二、线路控制开关和电压测量组件二集成在绝缘壳体的内部，所述单片机二的输出端与线路控制开关的输入端连接，所述线路控制开关用于转换螺旋回折线圈和热敏线圈电路的连通状态，所述螺旋回折线圈和热敏线圈并联设置在电路中，所述电压测量组件二与螺旋回折线圈串联设置，所述电压测量组件二的输出端与数据处理模块的输入端连接，所述电压测量组件二用于测量螺旋回折线圈电路电压的变化，所述第二电触片通过导线与单片机二电性连接，所述凹槽与电压测量组件一通过导线电性连接。
本发明还提供小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
S1：将螺旋回折线圈和绝缘壳体套接在待测工件的表面，向待测工件注入高温高压气体，并在待测工件的表面上下移动绝缘壳体和轻微转动；
S2：控制线路控制开关，并将热敏线圈所在电路转换为闭合电路，且螺旋回折线圈所在电路转换为断路，并控制驱动电机带动驱动齿轮转动，使得驱动齿圈带动活动架转动，并使得第一电触片与相邻两个第一电触点接触形成闭合回路，且电压测量组件一测量该相邻两个第一电触点之间热敏线圈的电压；
S3：去除整个电路电压，发生高温气体泄漏时，通过单片机一判断出某一相邻两个第一电触点之间电压异常升高现象，则该位置为高温气体泄漏点；
S4：将绝缘壳体的位置与步骤S3中高温气体泄漏点的位置相对应，控制线路控制开关，并将热敏线圈所在电路转换为断路，且螺旋回折线圈所在电路转换为闭合电路，此时竖直上下相邻两个螺旋回折线圈电流方向相反，在EMAT的基本原理作用下，使得待测工件的趋肤层内产生涡流，此涡流在配合第一永磁铁和第二永磁铁的作用下，会受到机械力作用而产生高频振动，形成电磁超声波波源，且此电磁超声波波源被电磁超声接收模块接收；
S5：电磁超声接收模块将步骤S4中接收的电磁超声波波源传递至A/D转换模块处，并由A/D转换模块转化为电流信号传递至信号放大模块，经过信号放大模块的信号放大处理向数据采集模块处传递，最终被数据处理模块接收并分析判断泄漏孔大小泄漏速率的状态，从而完成检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过向螺旋回折线圈通入高频电流时，配合第一永磁铁和第二永磁铁使得待测工件的内部会产生超声波波源，电磁超声接收模块将接收的电磁超声波通过A/D转换模块、信号放大模块和数据采集模块向数据处理模块处传递，最终由数据处理模块接收并分析判断泄漏孔大小泄漏速率的状态，在检测过程中待测工件处于高温高压状态，且待测工件可以跟随绝缘壳体一起晃动，从而使得该装置可动态检测，且检测结果较为准确；
2、本发明同时还通过设置第二电触点、第二接触槽和第二电触片，使得活动架内部的单片机一可以通过第二电触点与第二电触片相接触并将电压测量组件一测量的电压信号传递至单片机二处，从而便于在移动中传递信号，通过设置驱动齿圈、限位圈和限位槽，通过驱动齿圈配合驱动齿轮和驱动电机，从而使得可以通过驱动电机带动驱动齿轮转动进而使得驱动齿圈带动活动架在待测工件的表面转动，通过设置限位圈配合限位槽，可以对驱动齿圈的转动起到限位的作用，通过轻微转动绝缘壳体，使得可以避免排出电压测量组件一检测整个热敏线圈电路电压时忽略该位置的检测；
3、本发明同时还通过控制线路控制开关，并将热敏线圈所在电路转换为闭合电路，且螺旋回折线圈所在电路转换为断路，并控制驱动电机带动驱动齿轮转动，使得驱动齿圈带动活动架转动，并使得第一电触片与相邻两个第一电触点接触形成闭合回路，且电压测量组件一测量该相邻两个第一电触点之间热敏线圈的电压，配合绝缘壳体在待测工件的表面上下移动，进而使得活动架可以在待测工件的表面转动并上下移动，当待测工件的表面发生泄漏时，会使得待测工件内部的高温气体泄漏，进而使得泄漏位置的温度升高，温度升高会将热敏线圈的与之相对应位置的电阻变大，从而使得当电压测量组件一测量该位置相邻两个第一电触点时，由于电阻变大，会导致该位置的电压异常增大，从而可以快速判断出气体泄漏位置，且通过向待测工件的内部注入高温高压气体，使得待测工件处于复杂环境中，并扩大待测工件的缺陷，从而使得可以对待测工件的检测更为准确。
附图说明
图1为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法整体结构正剖图；
图2为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法图1中A处结构放大图；
图3为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法螺旋回折线圈结构正视图；
图4为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法螺旋回折线圈结构示意图；
图5为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法绝缘圈结构俯剖图；
图6为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法整体结构正视图；
图7为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法单片机二结构控制电路图；
图8为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法螺旋回折线圈结构电路图；
图9为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法整体结构原理框图；
图10为本发明小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统及方法整体结构控制框图。
图中：1、电磁超声模块；101、绝缘壳体；102、螺旋回折线圈；103、第一永磁铁；104、第二永磁铁；105、单片机二；106、线路控制开关；107、电压测量组件二；2、待测工件；3、定位模块；301、绝缘圈；302、热敏线圈；303、绝缘导热保护套；304、导电杆；305、第一接触槽；306、第一电触点；307、活动架；308、接触块；309、凹槽；310、第一电触片；311、第二电触点；312、第二接触槽；313、第二电触片；314、驱动齿圈；315、驱动齿轮；316、驱动电机；317、限位圈；318、限位槽；319、电压测量组件一；320、单片机一；4、电磁超声接收模块；5、A/D转换模块；6、信号放大模块；7、数据采集模块；8、数据处理模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：包括电磁超声模块1、待测工件2、定位模块3、电磁超声接收模块4、A/D转换模块5、信号放大模块6、数据采集模块7和数据处理模块8，定位模块3的输出端与电磁超声模块1的输入端连接，电磁超声模块1的输出端与电磁超声接收模块4的输入端连接，电磁超声接收模块4的输出端与A/D转换模块5的输入端连接，A/D转换模块5的输出端与信号放大模块6的输入端连接，信号放大模块6的输出端与数据采集模块7的输入端连接，数据采集模块7的输出端与数据处理模块8的输入端连接，电磁超声模块1包括绝缘壳体101，绝缘壳体101活动套接在待测工件2的表面，绝缘壳体101的内壁固定安装有螺旋回折线圈102，且螺旋回折线圈102活动套接在待测工件2的表面，绝缘壳体101内壁的顶部固定安装有第一永磁铁103，螺旋回折线圈102内壁的底部固定安装有第二永磁铁104，第一永磁铁103和第二永磁铁104的磁场方向相反。
电磁超声接收模块4用于接收电磁超声模块1发射的电磁超声波并将接收的电磁超声波模拟信号传递至A/D转换模块5，A/D转换模块5用于将电磁超声接收模块4传递至电磁超声波模拟信号转化为电信号传递至信号放大模块6，信号放大模块6用于将电信号放大并传递至数据采集模块7处，数据采集模块7用于将收集的电信号传递至数据处理模块8处，数据处理模块8用于判断泄漏孔大小泄漏速率的状态。
第一永磁铁103和第二永磁铁104大小相等，且第一永磁铁103和第二永磁铁104均分别与螺旋回折线圈102的位置相对应，螺旋回折线圈102整体为螺旋形结构，且螺旋回折线圈102中部为回折结构。
定位模块3包括绝缘圈301，绝缘圈301固定安装在第一永磁铁103和第二永磁铁104相对面位置的一端，且绝缘圈301固定安装在绝缘壳体101内壁的中部，绝缘圈301的内壁固定安装有热敏线圈302，且热敏线圈302活动连接在待测工件2的表面。
热敏线圈302的表面固定安装有导电杆304，热敏线圈302的表面固定安装有绝缘导热保护套303，且绝缘导热保护套303固定安装在绝缘圈301的内部，绝缘壳体101表面的中部开设有第一接触槽305，导电杆304分别固定贯穿绝缘圈301和绝缘壳体101并延伸至第一接触槽305的内部，导电杆304相对应第一接触槽305位置的一端固定安装有第一电触点306。
绝缘壳体101的表面活动连接有活动架307，活动架307相对应第一接触槽305位置的一端固定安装有接触块308，且接触块308活动连接在第一接触槽305的内壁，接触块308远离活动架307位置的一端开设有凹槽309，凹槽309的内壁固定安装有第一电触片310，第一电触片310的表面与第一电触点306的表面紧密贴合。
活动架307内壁的顶部固定安装有第二电触点311，绝缘壳体101相对应第二电触点311位置的表面开设有第二接触槽312，且第二接触槽312的内壁与第二电触点311的表面活动连接，绝缘壳体101相对应第二接触槽312位置的内部贯穿嵌入有第二电触片313，且第二电触片313的内壁与第二电触点311的表面紧密贴合。
活动架307的底部固定安装有驱动齿圈314，驱动齿圈314的表面啮合有驱动齿轮315，驱动齿轮315的底部固定安装有驱动电机316，且驱动电机316通过驱动电机支架固定安装在绝缘壳体101的表面，驱动齿圈314的内壁固定安装有限位圈317，绝缘壳体101相对应限位圈317位置的表面开设有限位槽318，且限位槽318的内壁与限位圈317的表面活动连接，通过设置第二电触点311、第二接触槽312和第二电触片313，使得活动架307内部的单片机一320可以通过第二电触点311与第二电触片313相接触并将电压测量组件一319测量的电压信号传递至单片机二105处，从而便于在移动中传递信号，通过设置驱动齿圈314、限位圈317和限位槽318，通过驱动齿圈314配合驱动齿轮315和驱动电机316，从而使得可以通过驱动电机316带动驱动齿轮315转动进而使得驱动齿圈314带动活动架307在待测工件2的表面转动，通过设置限位圈317配合限位槽318，可以对驱动齿圈314的转动起到限位的作用，通过轻微转动绝缘壳体101，使得可以避免排出电压测量组件一319检测整个热敏线圈302电路电压时忽略该位置的检测。
定位模块3还包括电压测量组件一319和单片机一320，且电压测量组件一319和单片机一320集成在活动架307内部，电压测量组件一319的输出端与单片机一320的输入端连接，电压测量组件一319用于检测相邻两个第一电触点306之间的电压，电磁超声模块1还包括单片机二105、线路控制开关106和电压测量组件二107，且单片机二105、线路控制开关106和电压测量组件二107集成在绝缘壳体101的内部，单片机二105的输出端与线路控制开关106的输入端连接，线路控制开关106用于转换螺旋回折线圈102和热敏线圈302电路的连通状态，螺旋回折线圈102和热敏线圈302并联设置在电路中，电压测量组件二107与螺旋回折线圈102串联设置，电压测量组件二107的输出端与数据处理模块8的输入端连接，电压测量组件二107用于测量螺旋回折线圈102电路电压的变化，第二电触片313通过导线与单片机二105电性连接，凹槽309与电压测量组件一319通过导线电性连接，通过控制线路控制开关106，并将热敏线圈302所在电路转换为闭合电路，且螺旋回折线圈102所在电路转换为断路，并控制驱动电机316带动驱动齿轮315转动，使得驱动齿圈314带动活动架307转动，并使得第一电触片310与相邻两个第一电触点306接触形成闭合回路，且电压测量组件一319测量该相邻两个第一电触点306之间热敏线圈302的电压，配合绝缘壳体101在待测工件2的表面上下移动，进而使得活动架307可以在待测工件2的表面转动并上下移动，当待测工件2的表面发生泄漏时，会使得待测工件2内部的高温气体泄漏，进而使得泄漏位置的温度升高，温度升高会将热敏线圈302的与之相对应位置的电阻变大，从而使得当电压测量组件一319测量该位置相邻两个第一电触点306时，由于电阻变大，会导致该位置的电压异常增大，从而可以快速判断出气体泄漏位置，且通过向待测工件2的内部注入高温高压气体，使得待测工件2处于复杂环境中，并扩大待测工件2的缺陷，从而使得可以对待测工件2的检测更为准确。
本发明还提供小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测的方法，其特征在于：的方法包括以下步骤：
S1：将螺旋回折线圈102和绝缘壳体101套接在待测工件2的表面，向待测工件2注入高温高压气体，并在待测工件2的表面上下移动绝缘壳体101和轻微转动；
S2：控制线路控制开关106，并将热敏线圈302所在电路转换为闭合电路，且螺旋回折线圈102所在电路转换为断路，并控制驱动电机316带动驱动齿轮315转动，使得驱动齿圈314带动活动架307转动，并使得第一电触片310与相邻两个第一电触点306接触形成闭合回路，且电压测量组件一319测量该相邻两个第一电触点306之间热敏线圈302的电压；
S3：去除整个电路电压，发生高温气体泄漏时，通过单片机一320判断出某一相邻两个第一电触点306之间电压异常升高现象，则该位置为高温气体泄漏点；
S4：将绝缘壳体101的位置与步骤S3中高温气体泄漏点的位置相对应，控制线路控制开关106，并将热敏线圈302所在电路转换为断路，且螺旋回折线圈102所在电路转换为闭合电路，此时竖直上下相邻两个螺旋回折线圈102电流方向相反，在EMAT的基本原理作用下，使得待测工件2的趋肤层内产生涡流，此涡流在配合第一永磁铁103和第二永磁铁104的作用下，会受到机械力作用而产生高频振动，形成电磁超声波波源，且此电磁超声波波源被电磁超声接收模块4接收；
S5：电磁超声接收模块4将步骤S4中接收的电磁超声波波源传递至A/D转换模块5处，并由A/D转换模块5转化为电流信号传递至信号放大模块6，经过信号放大模块6的信号放大处理向数据采集模块7处传递，最终被数据处理模块8接收并分析判断泄漏孔大小泄漏速率的状态，从而完成检测。
工作原理：在使用时，该发明通过将螺旋回折线圈102置于待测工件2的表面并形成闭合电路时，向螺旋回折线圈102通入高频电流时，由于竖直上下相邻两个螺旋回折线圈102电流方向相反，使得螺旋回折线圈102在待测工件2的趋肤层内产生涡流，此涡流在第一永磁铁103和第二永磁铁104的作用下，会受到机械力作用而产生高频振动，形成超声波波源，在电磁超声接收模块4接收超声波时，待测工件2表面的振荡也会在第一永磁铁103和第二永磁铁104的作用下，在螺旋回折线圈102中感应出电压而被仪器接收，通过电磁超声接收模块4将接收的电磁超声波波源传递至A/D转换模块5处，并由A/D转换模块5转化为电流信号传递至信号放大模块6，经过信号放大模块6的信号放大处理向数据采集模块7处传递，最终被数据处理模块8接收，配合电压测量组件二107向数据处理模块8传递螺旋回折线圈102的电压变化信息，从而使得数据处理模块8可以确定泄漏位置以及分析判断泄漏孔大小泄漏速率的状态，在检测过程中待测工件2处于高温高压状态，且待测工件2可以跟随绝缘壳体101一起晃动，试验结果并不会发生改变，从而使得该装置可动态检测，且检测结果较为准确，在检测过程中的作用力分别是磁滞伸缩力和洛伦兹力，其中磁滞伸缩力起主要作用，并且两个力通常情况下方向相反，当向螺旋回折线圈102通入一定高频交变电流后，螺旋回折线圈102周围感生对应的交变磁场，有电磁感应定律可以得出，在被测待测工件2中将会感生交变电场，进而在待测工件2表面感生涡流，涡流频率与对应螺旋回折线圈102内频率相等，但是方向相反，在线圈上方加载第一永磁铁103和第二永磁铁104后，在静态磁场作用下，被测待测工件2表面的带电粒子受力而产生偏移振动，带电粒子间的不断机械振动进而形成波动，便形成了超声波源，磁滞伸缩效应可以理解为由于加在铁磁性材料的磁场变化造成其材料内部晶格不断发生变换的过程，实质上，在铁磁型材料被不断磁化过程中，微观上会发生晶格的转动，若在此时为其提供变化的磁场，就会造成材料中的晶格发生转动，这样的正过程和逆过程其实就是电磁超声发射和接受的设计原理，当对螺旋回折线圈102通入高频电流时，待测工件2中铁磁性材料内部也将会产生交变磁场，交变磁场与第一永磁铁103和第二永磁铁104提供的偏置磁场进行叠加后，合成的磁场也是不断变化的，待测工件2中铁磁行材料内部的质点受磁滞伸缩的影响，进行不断振动，振动的频率与线圈中通入的高频电流保持一致，一个质点带动下一个质点振动，形成超声波源，在铁磁性材料内部以超声波的形式进行传播，相比于常规超声来说，电磁超声是通过电磁涡流作用于试件表面产生超声波，所以利于形成表面波和横波，电磁超声放大属于电流放大，其输入阻抗很小，进而得出相对比常规超声来说，磁超声可以更方便地激发横波，各种偏振方向，电磁超声传感器对材料表面声耦合小，测量结果更准确，声波不受折射偏转影响进而使得该装置在检测时，测量结果较为准确。
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。
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 (10)
1.小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：包括电磁超声模块(1)、待测工件(2)、定位模块(3)、电磁超声接收模块(4)、A/D转换模块(5)、信号放大模块(6)、数据采集模块(7)和数据处理模块(8)，所述定位模块(3)的输出端与电磁超声模块(1)的输入端连接，所述电磁超声模块(1)的输出端与电磁超声接收模块(4)的输入端连接，所述电磁超声接收模块(4)的输出端与A/D转换模块(5)的输入端连接，所述A/D转换模块(5)的输出端与信号放大模块(6)的输入端连接，所述信号放大模块(6)的输出端与数据采集模块(7)的输入端连接，所述数据采集模块(7)的输出端与数据处理模块(8)的输入端连接，所述电磁超声模块(1)包括绝缘壳体(101)，所述绝缘壳体(101)活动套接在待测工件(2)的表面，所述绝缘壳体(101)的内壁固定连接有螺旋回折线圈(102)，且螺旋回折线圈(102)活动套接在待测工件(2)的表面，所述绝缘壳体(101)内壁的顶部固定连接有第一永磁铁(103)，所述螺旋回折线圈(102)内壁的底部固定连接有第二永磁铁(104)，所述第一永磁铁(103)和第二永磁铁(104)的磁场方向相反。
2.根据权利要求1所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述电磁超声接收模块(4)用于接收电磁超声模块(1)发射的电磁超声波并将接收的电磁超声波模拟信号传递至A/D转换模块(5)，所述A/D转换模块(5)用于将电磁超声接收模块(4)传递至电磁超声波模拟信号转化为电信号传递至信号放大模块(6)，所述信号放大模块(6)用于将电信号放大并传递至数据采集模块(7)处，所述数据采集模块(7)用于将收集的电信号传递至数据处理模块(8)处，所述数据处理模块(8)用于判断泄漏孔大小泄漏速率的状态。
3.根据权利要求1所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述第一永磁铁(103)和第二永磁铁(104)大小相等，且第一永磁铁(103)和第二永磁铁(104)均分别与螺旋回折线圈(102)的位置相对应，所述螺旋回折线圈(102)整体为螺旋形结构，且螺旋回折线圈(102)中部为回折结构。
4.根据权利要求1所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述定位模块(3)包括绝缘圈(301)，所述绝缘圈(301)固定连接在第一永磁铁(103)和第二永磁铁(104)相对面位置的一端，且绝缘圈(301)固定连接在绝缘壳体(101)内壁的中部，所述绝缘圈(301)的内壁固定连接有热敏线圈(302)，且热敏线圈(302)活动连接在待测工件(2)的表面。
5.根据权利要求4所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述热敏线圈(302)的表面固定连接有导电杆(304)，所述热敏线圈(302)的表面固定连接有绝缘导热保护套(303)，且绝缘导热保护套(303)固定连接在绝缘圈(301)的内部，所述绝缘壳体(101)表面的中部开设有第一接触槽(305)，所述导电杆(304)分别固定贯穿绝缘圈(301)和绝缘壳体(101)并延伸至第一接触槽(305)的内部，所述导电杆(304)相对应第一接触槽(305)位置的一端固定连接有第一电触点(306)。
6.根据权利要求5所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述绝缘壳体(101)的表面活动连接有活动架(307)，所述活动架(307)相对应第一接触槽(305)位置的一端固定连接有接触块(308)，且接触块(308)活动连接在第一接触槽(305)的内壁，所述接触块(308)远离活动架(307)位置的一端开设有凹槽(309)，所述凹槽(309)的内壁固定连接有第一电触片(310)，所述第一电触片(310)的表面与第一电触点(306)的表面紧密贴合。
7.根据权利要求6所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述活动架(307)内壁的顶部固定连接有第二电触点(311)，所述绝缘壳体(101)相对应第二电触点(311)位置的表面开设有第二接触槽(312)，且第二接触槽(312)的内壁与第二电触点(311)的表面活动连接，所述绝缘壳体(101)相对应第二接触槽(312)位置的内部贯穿嵌入有第二电触片(313)，且第二电触片(313)的内壁与第二电触点(311)的表面紧密贴合。
8.根据权利要求7所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述活动架(307)的底部固定连接有驱动齿圈(314)，所述驱动齿圈(314)的表面啮合有驱动齿轮(315)，所述驱动齿轮(315)的底部固定连接有驱动电机(316)，且驱动电机(316)通过驱动电机支架固定连接在绝缘壳体(101)的表面，所述驱动齿圈(314)的内壁固定连接有限位圈(317)，所述绝缘壳体(101)相对应限位圈(317)位置的表面开设有限位槽(318)，且限位槽(318)的内壁与限位圈(317)的表面活动连接。
9.根据权利要求1所述的小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测系统，其特征在于：所述定位模块(3)还包括电压测量组件一(319)和单片机一(320)，且电压测量组件一(319)和单片机一(320)集成在活动架(307)内部，所述电压测量组件一(319)的输出端与单片机一(320)的输入端连接，所述电压测量组件一(319)用于检测相邻两个第一电触点(306)之间的电压，所述电磁超声模块(1)还包括单片机二(105)、线路控制开关(106)和电压测量组件二(107)，且单片机二(105)、线路控制开关(106)和电压测量组件二(107)集成在绝缘壳体(101)的内部，所述单片机二(105)的输出端与线路控制开关(106)的输入端连接，所述线路控制开关(106)用于转换螺旋回折线圈(102)和热敏线圈(302)电路的连通状态，所述螺旋回折线圈(102)和热敏线圈(302)并联设置在电路中，所述电压测量组件二(107)与螺旋回折线圈(102)串联设置，所述电压测量组件二(107)的输出端与数据处理模块(8)的输入端连接，所述电压测量组件二(107)用于测量螺旋回折线圈(102)电路电压的变化，所述第二电触片(313)通过导线与单片机二(105)电性连接，所述凹槽(309)与电压测量组件一(319)通过导线电性连接。
10.小型压力容器微量气体泄漏应急超声检测的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
S1：将螺旋回折线圈(102)和绝缘壳体(101)套接在待测工件(2)的表面，向待测工件(2)注入高温高压气体，并在待测工件(2)的表面上下移动绝缘壳体(101)和轻微转动；
S2：控制线路控制开关(106)，并将热敏线圈(302)所在电路转换为闭合电路，且螺旋回折线圈(102)所在电路转换为断路，并控制驱动电机(316)带动驱动齿轮(315)转动，使得驱动齿圈(314)带动活动架(307)转动，并使得第一电触片(310)与相邻两个第一电触点(306)接触形成闭合回路，且电压测量组件一(319)测量该相邻两个第一电触点(306)之间热敏线圈(302)的电压；
S3：去除整个电路电压，发生高温气体泄漏时，通过单片机一(320)判断出某一相邻两个第一电触点(306)之间电压异常升高现象，则该位置为高温气体泄漏点；
S4：将绝缘壳体(101)的位置与步骤S3中高温气体泄漏点的位置相对应，控制线路控制开关(106)，并将热敏线圈(302)所在电路转换为断路，且螺旋回折线圈(102)所在电路转换为闭合电路，此时竖直上下相邻两个螺旋回折线圈(102)电流方向相反，在EMAT的基本原理作用下，使得待测工件(2)的趋肤层内产生涡流，此涡流在配合第一永磁铁(103)和第二永磁铁(104)的作用下，会受到机械力作用而产生高频振动，形成电磁超声波波源，且此电磁超声波波源被电磁超声接收模块(4)接收；
S5：电磁超声接收模块(4)将步骤S4中接收的电磁超声波波源传递至A/D转换模块(5)处，并由A/D转换模块(5)转化为电流信号传递至信号放大模块(6)，经过信号放大模块(6)的信号放大处理向数据采集模块(7)处传递，最终被数据处理模块(8)接收并分析判断泄漏孔大小泄漏速率的状态，从而完成检测。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20220816 |
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