CN114720038A - 一种燃气管道球形内检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气管道球形内检测系统,应用在燃气管道内,包括检测球;所述检测球包括:与所述燃气管道直径相同的球壳;多个检测探头,周向平行分布在所述球壳上,用于检测所述燃气管道的应力集中区,得到应力检测信号;计算机系统,设置在所述球壳内部的空腔中,分别与各个所述检测探头连接,用于控制所述检测探头的工作状态,并根据所述应力检测信号和所述球壳的时钟位置信息进行解析,以实现对所述应力检测信号的定位分析。本发明通过设备构型的球形设计,解决了在城镇燃气管道中弯头处易发生卡堵的难题,实现了对城镇燃气管道管壁的在线应力检测。

Description

一种燃气管道球形内检测系统
技术领域
本发明涉及一种燃气管道球形内检测系统,属于燃气管道检测技术领域。
背景技术
目前针对城镇燃气管道的缺陷检测只能依靠外检测技术,外检测作业需要对管道进行开挖检测,极大地耗费了人力、物力。
现有技术中针对城镇燃气管道的内检测技术尚属空白,基于此,一种能够对城镇燃气管道进行应力检测的内检测技术亟待研发。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的是提供一种燃气管道球形内检测系统。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种燃气管道球形内检测系统,设置在燃气管道内,包括检测球;所述检测球包括:
与所述燃气管道直径相同的球壳;
多个检测探头,周向平行分布在所述球壳上,用于检测所述燃气管道的应力集中区,得到应力检测信号;
计算机系统,设置在所述球壳内部的空腔中,分别与各个所述检测探头连接,用于控制所述检测探头的工作状态,并根据所述应力检测信号和所述球壳的时钟位置信息进行解析,以实现对所述应力检测信号的定位分析。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供了一种燃气管道球形内检测系统,通过设备构型的球形设计,解决了在城镇燃气管道中弯头处易发生卡堵的难题,实现了对城镇燃气管道管壁的在线应力检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例中的系统结构图;
图2为本发明提供的实施例中的检测模块结构图;
图3为本发明提供的实施例中的正弦信号发生器原理图;
图4为本发明提供的锁定放大器的基本原理示意图;
图5为本发明提供的信号采集与通讯电路模块电路图。
符号说明:
1-万向节,2-计算机系统,3-球壳,4-检测探头,5-检测线圈,6-激励线圈,7-铁氧体磁芯。
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。
本发明的目的是提供一种燃气管道球形内检测系统,能够实现对城镇燃气管道管壁的在线应力检测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的实施例中的系统结构图,如图1所示,本发明提供了一种燃气管道球形内检测系统,设置在燃气管道内,包括检测球;所述检测球包括:
与所述燃气管道直径相同的球壳3。
多个检测探头4,周向平行分布在所述球壳3上,用于检测所述燃气管道的应力集中区,得到应力检测信号。
计算机系统2,设置在所述球壳3内部的空腔中,分别与各个所述检测探头4连接,用于控制所述检测探头4的工作状态,并根据所述应力检测信号和所述球壳3的时钟位置信息进行解析,以实现对所述应力检测信号的定位分析。
优选地,所述球壳3的材料为聚氨酯。
具体的,球壳3还可以选择金属材质,有效保护内部电子元器件在管道运行过程中遭遇碰撞后不受冲撞破坏;城镇燃气管道的输送介质为气体,球径设计与被检管道内径相等可在管道运行过程中将检测器前后气体相隔绝,前后气体压力不同在检测器前后形成压差,形成检测器运动的驱动压差,因此球径的等径设计为检测器在管道内部运行提供动力来源。
图2为本发明提供的实施例中的检测模块结构图,如图2所示,所述检测探头4包括检测线圈5、激励线圈6和铁氧体磁芯7;所述激励线圈6绕制在所述铁氧体磁芯7上,所述检测线圈5设置在所述铁氧体磁芯7的中心位置,所述检测线圈5的轴线与所述燃气管道的管壁平行;所述激励线圈6用于激励所述铁氧体磁芯7产生空间磁场;所述检测线圈5用于当所述空间磁场变化时确定所述应力检测信号。
具体的,本实施例中的检测模块由球壳3周向(环向)平行分布的若干检测探头4组成,检测探头4的输量取决于球径的大小,每个探头构造相同、大小相等、间隔相等。检测探头4包括检测线圈5、激励线圈6、U形的铁氧体磁芯7,如图2所示。激励线圈6均匀缠绕在具有高磁导率的U形铁氧体磁芯7上,检测线圈5位于磁芯中心位置,与被检管壁平行相邻,在与被测铁磁构件平行的线圈两端施加正弦交流电压,产生磁场,通过高导磁铁氧体将磁场导至铁磁构件表面,铁磁构件表面感应出磁通与电流。当被测管壁表面存在应力集中区时,在局部应力集中区表面空间磁场将会发生变化,使置于磁芯两极中心位置的感应线圈对空间磁场进行拾取,实现对应力的检测和分析。空间感应式磁传感器检测线圈5对交变的电磁场较为敏感,有效避免了外部恒定磁场干扰。
其中,应力集中区与空间磁场的解析公式如下:
非线性磁致伸缩应变关系下复杂应力状态下的应力磁化微分方程为:
Figure BDA0003616073220000041
管道局部应力集中区的体磁荷密度的分布函数为:
Figure BDA0003616073220000042
空间磁场检测过程中管道局部应力集中区表面空间场点的磁场轴向和径向分量表达式为:
Figure BDA0003616073220000051
Figure BDA0003616073220000052
其中检测之前确定的已知参数有:
E杨氏模量;υ泊松比;M磁化强度;Man无磁滞磁化强度;Mws最大饱和壁移磁化强度;ξ单位体积能量度量因子;μ0真空磁导率;μr磁导率;λs饱和磁致伸缩系数;λws最大壁移磁致伸缩应变值;c可逆分量系数;β磁畴与应力轴之间的夹角;Nd退磁系数;σs表示λ0(σ)在原点附近线性斜率为1/E0-1/Es的直线时,使λ0(σ)=λws时的应力值,E0为初始弹性模量;σr相当应力、复杂应力等效成一个单向应力;边缘应力大小σ0
其中待检测获取、进一步求解的未知参数有:
ρv体磁荷密度;局部应力集中区空间磁场的轴向分量Hx和径向分量Hz;应力集中区最大应力σmax;磁化区域长度为Dx,宽度为Dy
通过上式可对管道局部应力集中区的空间磁场进行计算和分析,实现对管道应力集中的检测和定量研究。
优选地,所述计算机系统2包括:
码盘,用于对所述球壳3的旋转角度进行测量,得到所述时钟位置信息;
信号发生处理模块,分别与所述检测线圈5和所述激励线圈6连接,用于向所述检测线圈5发送激励信号,并根据接收到的所述应力检测信号进行信号调理和信号采样,得到处理后的应力检测信号,且基于所述时钟位置信息对处理后的应力检测信号进行定位,得到具有位置信息的应力检测信号。
具体的,本实施例中计算机系统2位于球壳3内部轴向位置,包括信号发生处理模块、数据存储模块、供电模块、码盘。
(1)其中信号发生处理模块由激励电路模块、信号调理电路模块、信号采样电路模块组成。
激励电路模块:应用在磁弹效应下的管道应力检测实验系统中对激励线圈6所施加交变磁场设定的标准正弦信号,本发明使用的激励信号源电路是按照DDS(直接数字式频率合成器)基本原理进行产品设计的,正弦信号发生器原理如图3所示。模块对激励线圈6输出交变电流,输出电流为频率为200Hz的正弦变化的电流信号,电流幅值为300mA。
信号调理电路模块:信号调理电路模块的整体思路是采用锁定放大器原理,以相干测量技术为基石,其核心技术为关联器,主要由信息通路、参考通路和关联器所构成,基本原理框图如图4所示。
信号采样电路模块:信号采样电路模块采用AD7192为AD转换器,其为24位Σ-Δ式模数转换器,输出数据速率在4.7Hz-4.8kHz的范围内变化,AD转换器将ADA2200的输出差分模拟电压转换成数字量后输入给控制器,通过CH340转接芯片,实现USB转串口通信,将采集到的电压信号发送至上位机进行显示与存储。信号采集与通讯电路模块如图5所示。
(2)数据存储模块设计为分布式存储控制系统,可存储读取一体化电路,可应用于不同管径的检测器中,稳定性、兼容性好。
(3)供电模块为10.8V电源,为所有本系统的所有电子元器件进行供电。
(4)码盘是在检测器(检测系统)运动过程中测量轴转角位置的一种的位移传感器,由于球形检测器在管道内部运行过程中会不断发生旋转运动,探头检测数据此时无法与管道环向时钟位置进行具体对应。通过码盘对检测器旋转角度的测量,可以精准定位到管道的具体时钟位置,完成了探头检测数据与被检管道实际时钟位置的对应,实现检测数据的定位分析。
优选地,所述检测系统还包括:
万向节1,沿所述球壳3的轴向设置在所述球壳3的直径的两端,用于连接另一个检测球的万向节1。
具体的,所述万向节1为柔性万向连接节,通过万向节1可以与其他检测节连接,使得多节检测器在燃气管道内部稳定运行。并通过多节连接可以实现不同功能的检测节相组合,实现不同的检测目的,全方位对城镇燃气管道进行检测诊断。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明通过设备构型的球形设计,解决了在城镇燃气管道中弯头处易发生卡堵的难题,使内检测器在城镇燃气管道中的稳定运行成为了现实。
(2)本发明选择的基于磁弹性的应力检测技术方案,主要采用非饱和交变磁化的方式实现对铁磁材料应力变化的检测,具有灵敏度高、剩磁小、无需耦合剂、快速高效等特点,因此在管道应力检测工程应用等方面有良好的应用前景,更适用于管道在线检测作业。
(3)本发明设备轴向设计有柔性万向连接,可以实现多节检测器的连接,使设备在管道内可以稳定运行,并通过这种多节连接的方式可以实现很多不同检测技术的耦合,最终多元化地服务于城镇燃气管道检测作业,对城镇燃气管道进行全方位的检测评估。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种燃气管道球形内检测系统,其特征在于,所述检测系统设置在燃气管道内,包括检测球;所述检测球包括:
与所述燃气管道直径相同的球壳;
多个检测探头,周向平行分布在所述球壳上,用于检测所述燃气管道的应力集中区,得到应力检测信号;
计算机系统,设置在所述球壳内部的空腔中,分别与各个所述检测探头连接,用于控制所述检测探头的工作状态,并根据所述应力检测信号和所述球壳的时钟位置信息进行解析,以实现对所述应力检测信号的定位分析。
2.根据权利要求1所述的检测系统,其特征在于,所述球壳的材料为聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的检测系统,其特征在于,所述检测探头包括检测线圈、激励线圈和铁氧体磁芯;
所述激励线圈绕制在所述铁氧体磁芯上,所述检测线圈设置在所述铁氧体磁芯的中心位置,所述检测线圈的轴线与所述燃气管道的管壁平行;所述激励线圈用于激励所述铁氧体磁芯产生空间磁场;所述检测线圈用于当所述空间磁场变化时确定所述应力检测信号。
4.根据权利要求3所述的检测系统,其特征在于,所述计算机系统包括:
码盘,用于对所述球壳的旋转角度进行测量,得到所述时钟位置信息;
信号发生处理模块,分别与所述检测线圈和所述激励线圈连接,用于向所述检测线圈发送激励信号,并根据接收到的所述应力检测信号进行信号调理和信号采样,得到处理后的应力检测信号,且基于所述时钟位置信息对处理后的应力检测信号进行定位,得到具有位置信息的应力检测信号。
5.根据权利要求1所述的检测系统,其特征在于,还包括:
万向节,沿所述球壳的轴向设置在所述球壳的直径的两端,用于连接另一个检测球的万向节。
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