CN113376248A - 一种柔性电磁涡流传感器、钻杆无损检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性电磁涡流传感器、钻杆无损检测系统及方法，该柔性电磁涡流传感器包括能自由弯曲的柔性电路基板，柔性电路基板上设置有激励线圈和与激励线圈相适配的检测线圈，且柔性电路基板上于每个检测线圈内均设置有镂空区域，检测线圈包括若干个横向检测线圈和若干个竖向检测线圈，每个横向检测线圈内设置横向镂空区域，每个竖向检测线圈内设置竖向镂空区域。上述柔性电磁涡流传感器具有柔性和可弯曲性，不仅能检测多个方向的裂纹，通用性好，检测准确度高，误差小；而且在检测线圈中间设计了镂空区域。使得镂空区域由于涡流产生的热量通过红外线辐射出来，操作员可以通过热成像仪观察热量的变化来检测缺陷。
Description
技术领域
本发明属于钻杆检测技术，尤其是涉及一种柔性电磁涡流传感器、钻杆无 损检测系统及方法。
背景技术
钻杆是石油行业的关键部件，各油田每年用量普遍在几十万米到数百万米 之间。钻杆在井下的受力十分复杂，服役条件苛刻。钻具螺纹在使用的过程中， 受反复拧扣，长期承载交变力，工作环境恶劣等原因，会造成螺纹根部裂纹、 断扣、脱扣、漏蚀以及螺纹区锥度的变化等各种各样的失效形式，严重的会导 致钻杆断裂，给生产和作业带来很大的经济损失。统计表明，钻杆螺纹部位因 螺纹出现裂纹导致钻杆损坏的占50％左右。因此对役前和在役的钻杆螺纹进行 缺陷检测显得非常重要。
现有技术中，主要采用涡流检测、漏磁检测、磁粉检测、磁记忆等电磁检 测方式，但是电磁检测很难快速成像，使得缺陷的定量比较困难。近几年，热 成像检测快速发展，其具备快速成像的能力，并可以通过热扩散提高微裂纹的 检测灵敏度。在传统的涡流检测实施时，合理的增大激励电流，是可以在裂纹 等缺陷周边引起焦耳热现象，这就给我们提供了同时进行热成像检测的可能。 但是传统的涡流传感器并不能贴合在圆柱形的钻杆上，也很难检测多个方向的 裂纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性电磁涡流传感器，以解决现有技术中用于 钻杆热成像无损检测的传感器存在无法完全贴合在圆柱形钻杆上的问题。
本发明的另一目的在于提供一种钻杆无损检测系统及方法，以解决现有技 术中钻杆无损检测系统存在无法检测多个方向的裂纹的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种柔性电磁涡流传感器，其包括能自由弯曲的柔性电路基板，所述柔性 电路基板上设置有激励线圈和与所述激励线圈相适配的检测线圈，且所述柔性 电路基板上于每个所述检测线圈内均设置有镂空区域。
特别地，所述检测线圈包括若干个横向检测线圈和若干个竖向检测线圈， 每个横向检测线圈内设置横向镂空区域，每个竖向检测线圈内设置竖向镂空区 域。
特别地，所述镂空区域的形状与所述检测线圈的形状相配合。
一种钻杆无损检测系统，其包括电磁涡流传感器、交流电源、感应电压检 测装置和热成像仪，其中，所述电磁涡流传感器包括能自由弯曲的柔性电路基 板，所述柔性电路基板上设置有激励线圈和与所述激励线圈相适配的检测线圈， 且所述柔性电路基板上于每个所述检测线圈内均设置有镂空区域，所述激励线 圈与所述交流电源电连接，所述感应电压检测装置与所述检测线圈电连接，所 述热成像仪的视场覆盖部分或所有所述镂空区域。
特别地，所述感应电压检测装置采用示波器或涡流检测仪的任一种。
特别地，所述检测线圈包括若干个横向检测线圈和若干个竖向检测线圈， 每个横向检测线圈内设置横向镂空区域，每个竖向检测线圈内设置竖向镂空区 域。
特别地，所述镂空区域的形状与所述检测线圈的形状相配合。
一种上述钻杆无损检测系统的检测方法，其包括：
把电磁涡流传感器附着在圆柱形的钻杆上；
把交流电源与激励线圈相连接；
把感应电压检测装置和检测线圈相连接；
调整热成像仪的视场，使其覆盖所有的镂空区域；
打开交流电源，输出一定频率一定幅值的交流电，并施加在激励线圈上， 激励线圈获得交流电之后，会在钻杆表面产生涡流；
通过电磁感应，检测线圈中会产生感应电压，通过感应电压检测装置进行 测量并显示；当检测线圈附近存在缺陷时，感应电压检测装置产生的感应电压 会发生变化；当钻杆表面产生集肤涡流时，涡流发热，造成钻杆表面的温度上 升；由于镂空区域没有遮挡，钻杆表面热量会通过红外线辐射出来，被热成像 仪测量并显示为热图像；当镂空区域存在缺陷时，缺陷区域的温度会有异常上 升，可以通过热成像仪进行观察得出是否有缺陷的结论。
特别地，所述电磁涡流传感器能够沿钻杆轴向移动，以对钻杆进行快速检 测。
特别地，所述感应电压检测装置采用若干个示波器，所述若干个示波器分 别与横向检测线圈和竖向检测线圈电连接。
本发明的有益效果为，与现有技术相比所述柔性电磁涡流传感器和钻杆无 损检测系统具有以下优点：
1)柔性镂空电磁涡流传感器是采用柔性电路板加工的，具有柔性和可弯曲 性，可以附着在不同直径的圆柱形钻杆上，能检测多个方向的裂纹，通用性好。
2)柔性镂空电磁涡流传感器即包含竖向检测线圈，又包含横向检测线圈， 这样的设计使得可以检测不同走向的裂纹，检测准确度高，误差小。
3)柔性镂空电磁涡流传感器包含检测线圈，又在检测线圈中间设计了镂空 区域。这样设计可以使得镂空区域由于涡流产生的热量通过红外线辐射出来， 操作员可以通过热成像仪观察热量的变化来检测缺陷。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的钻杆无损检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。 附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实 现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本 发明的公开内容理解的更加透彻全面。需要说明的是，当部件被称为“固定于” 另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者也可以存在居中的部件。当一个 部件被认为是“连接”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能 同时存在居中部件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右” 以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有 定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人 员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描 述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或” 包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1所示，图1是本发明具体实施方式提供的钻杆无损检测系统的 结构示意图。
本实施例中，一种钻杆无损检测系统包括电磁涡流传感器1、交流电源2、 多个示波器3和热成像仪4，电磁涡流传感器1包括能自由弯曲的柔性电路基板 10，柔性电路基板10上设置有激励线圈11(图1中用实线标示)和与激励线圈 11相适配的检测线圈(图1中用虚线标示)，检测线圈包括若干个横向检测线 圈12和若干个竖向检测线圈13，柔性电路基板10于若干个横向检测线圈12和 若干个竖向检测线圈13内均设置有镂空区域14，镂空区域14的形状和尺寸与 对应检测线圈的形状和尺寸相配合。
激励线圈11与交流电源2电连接，多个示波器3分别与横向检测线圈12 和竖向检测线圈13电连接，热成像仪4的视场覆盖所有镂空区域14。
电磁涡流传感器1是采用柔性电路板加工的，具有柔性和可弯曲性，可以 附着在圆柱形的钻杆5上；交流电源2可以输出一定频率一定幅值的交流电， 并施加在激励线圈11上；激励线圈11获得交流电之后，会在钻杆5表面产生 集肤涡流；通过电磁感应现象，横向检测线圈12和竖向检测线圈13中会产生 感应电压，通过示波器3可以测量并显示横向检测线圈12和竖向检测线圈13 的感应电压；当钻杆5表面产生集肤涡流时，通过焦耳热现象，涡流会产生热 量，造成钻杆表面的温度上升；由于镂空区域14没有遮挡，钻杆5表面的热量会通过红外线辐射出来，被热成像仪4测量并显示为热图像。
上述钻杆无损检测系统具体的检测方法为：
步骤一：把电磁涡流传感器1附着在圆柱形的钻杆5上；
步骤二：把交流电源2与激励线圈11相连接；
步骤三：把各个示波器3和横向检测线圈12和竖向检测线圈13相连接；
步骤四：调整热成像仪4的视场，使其覆盖所有的镂空区域14；
步骤五：打开交流电源2，输出一定频率一定幅值的交流电，并施加在激励 线圈11上，激励线圈11获得交流电之后，会在钻杆5表面产生涡流；
步骤六：通过电磁感应，横向检测线圈12和竖向检测线圈13中会产生感 应电压，通过示波器3进行测量并显示；当横向检测线圈12和竖向检测线圈13 附近存在缺陷时，示波器3产生的感应电压会发生变化；当钻杆5表面产生集 肤涡流时，涡流发热，造成钻杆5表面的温度上升；由于镂空区域14没有遮挡， 钻杆5表面热量会通过红外线辐射出来，被热成像仪4测量并显示为热图像； 当镂空区域14存在缺陷时，缺陷区域的温度会有异常上升，可以通过热成像仪 4进行观察得出是否有缺陷的结论。
在具体的检测过程中，电磁涡流传感器1能够沿钻杆5轴向移动，以对钻 杆5进行快速检测。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员 会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进 行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽 然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以 上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种柔性电磁涡流传感器，其特征在于，其包括能自由弯曲的柔性电路基板，所述柔性电路基板上设置有激励线圈和与所述激励线圈相适配的检测线圈，且所述柔性电路基板上于每个所述检测线圈内均设置有镂空区域。
2.根据权利要求1所述的柔性电磁涡流传感器，其特征在于，所述检测线圈包括若干个横向检测线圈和若干个竖向检测线圈，每个横向检测线圈内设置横向镂空区域，每个竖向检测线圈内设置竖向镂空区域。
3.根据权利要求1所述的柔性电磁涡流传感器，其特征在于，所述镂空区域的形状与所述检测线圈的形状相配合。
4.一种钻杆无损检测系统，其特征在于，其包括电磁涡流传感器、交流电源、感应电压检测装置和热成像仪，所述电磁涡流传感器包括能自由弯曲的柔性电路基板，所述柔性电路基板上激励线圈和与所述激励线圈相适配的检测线圈，且所述柔性电路基板上于每个所述检测线圈内均设置有镂空区域，所述激励线圈与所述交流电源电连接，所述感应电压检测装置与所述检测线圈电连接，所述热成像仪的视场覆盖部分或所有所述镂空区域。
5.根据权利要求4所述的钻杆无损检测系统，其特征在于，所述感应电压检测装置采用示波器或涡流检测仪的任一种。
6.根据权利要求4所述的钻杆无损检测系统，其特征在于，所述检测线圈包括若干个横向检测线圈和若干个竖向检测线圈，每个横向检测线圈内设置横向镂空区域，每个竖向检测线圈内设置竖向镂空区域。
7.根据权利要求4所述的钻杆无损检测系统，其特征在于，所述镂空区域的形状与所述检测线圈的形状相配合。
8.一种如权利要求4-7任一项所述钻杆无损检测系统的检测方法，其特征在于，其包括：
把电磁涡流传感器附着在圆柱形的钻杆上；
把交流电源与激励线圈相连接；
把感应电压检测装置和检测线圈相连接；
调整热成像仪的视场，使其覆盖所有的镂空区域；
打开交流电源，输出一定频率一定幅值的交流电，并施加在激励线圈上，激励线圈获得交流电之后，会在钻杆表面产生涡流；
通过电磁感应，检测线圈中会产生感应电压，通过感应电压检测装置进行测量并显示；当检测线圈附近存在缺陷时，感应电压检测装置产生的感应电压会发生变化；当钻杆表面产生集肤涡流时，涡流发热，造成钻杆表面的温度上升；由于镂空区域没有遮挡，钻杆表面热量会通过红外线辐射出来，被热成像仪测量并显示为热图像；当镂空区域存在缺陷时，缺陷区域的温度会有异常上升，可以通过热成像仪进行观察得出是否有缺陷的结论。
9.根据权利要求8所述钻杆无损检测系统的检测方法，其特征在于，所述电磁涡流传感器能够沿钻杆轴向移动，以对钻杆进行快速检测。
10.根据权利要求8所述钻杆无损检测系统的检测方法，其特征在于，所述感应电压检测装置采用若干个示波器，所述若干个示波器分别与横向检测线圈和竖向检测线圈电连接。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116818884A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-29 | 成都市特种设备检验检测研究院(成都市特种设备应急处置中心) | 一种换热管涡流热成像内检装置及方法 |
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2021
- 2021-03-19 CN CN202110297662.XA patent/CN113376248A/zh active Pending
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| CN116818884B (zh) * | 2023-08-28 | 2023-11-17 | 成都市特种设备检验检测研究院(成都市特种设备应急处置中心) | 一种换热管涡流热成像内检装置及方法 |
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