CN114894884A - 一种基于双激励线圈的pccp断丝检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统及方法，其特征在于，包括可移动装置，可移动装置上设置有激励线圈、检测线圈和计算系统；可移动装置设置在待测PCCP管内，两激励线圈间隔设置在位于待测PCCP管一侧的可移动装置上，两激励线圈的轴线与待测PCCP管内壁之间的夹角相同，两激励线圈用于基于注入的低频电磁波信号得到激励信号，且两激励线圈中注入的低频电磁波存在固定相位差；一检测线圈设置在位于待测PCCP管另一侧的可移动装置上，检测线圈的轴线位于两激励线圈中心连线的中点，且检测线圈的轴线与两激励线圈中心的连线垂直，检测线圈用于获取电磁波检测信号；计算系统用于确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况，本发明可广泛应用于检测领域中。

Description

一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统及方法
技术领域
本发明涉及检测领域，特别是关于一种基于双激励线圈的PCCP(预应力钢筒混凝土管)断丝检测系统及方法。
背景技术
目前，现有技术中PCCP断丝电磁无损检测方法大多采用单激励线圈加单检测线圈的方法对进行断丝检测，其中一种比较常见的方案是激励线圈和检测线圈与管道同轴布置并保持一定轴向间距；另一种比较常见的方案是激励线圈和检测线圈分别位于管道同一横截面的两侧，激励线圈轴线垂直于管壁，检测线圈轴线平行于管轴线。此时，通过激励线圈发出简谐信号，经两次穿透管壁后被检测线圈接收到，通过分析检测信号与激励信号的相位差沿管道轴向的分布，来定位断丝区域。
然而，在下述情况下，上述单激励线圈加单检测线圈的检测方法误差较大：1)环境工频干扰较大的情况，工频信号(频率50Hz及其倍频)强度远远超过有效检测信号(与激励信号同频，一般远离50Hz及其倍频)，对工频信号的常规过滤方法会使得有效检测信号的相位探测误差大大增加，因此，需要通过增大激励磁场的通量来加强有效检测信号强度。但是扩大线圈面积、厚度会降低检测灵敏度，增大激励电压会对保障电池组的有效工作时间带来不利影响。2)连续断丝区域的轴向长度较大时(一般超过50根连续断丝)，将达到上述单激励线圈加单检测线圈系统的满量程状态，无法进一步精确探测出断丝根数，此时，需要改变激励线圈与检测线圈的轴向间距(定义为偏移距)，通过调节灵敏度来扩大检测量程。但是，上述偏移距的存在不仅会降低灵敏度，且会使得检测信号可能产生“伪峰”，为数据处理带来困难。为克服“伪峰”问题，往往需要进一步增加检测线圈的数量，使得数据采集和分析处理进一步复杂化。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种检测准确且数据采集和分析处理简单的基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一方面，提供一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，包括可移动装置，所述可移动装置上设置有激励线圈、检测线圈和计算系统；
所述可移动装置设置在待测PCCP管内，两所述激励线圈间隔设置在位于待测PCCP管一侧的所述可移动装置上，两所述激励线圈的轴线与待测PCCP管内壁之间的夹角相同，两所述激励线圈用于基于注入的低频电磁波信号得到激励信号，且两所述激励线圈中注入的低频电磁波存在固定相位差；
一所述检测线圈设置在位于待测PCCP管另一侧的所述可移动装置上，所述检测线圈的轴线位于两所述激励线圈中心连线的中点，且所述检测线圈的轴线与两所述激励线圈中心的连线垂直，所述检测线圈用于获取两所述激励线圈的电磁波检测信号；
所述计算系统用于根据所述检测线圈的电磁波检测信号与所述激励线圈的激励信号之间的相位差，确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况。
进一步地，两所述激励线圈的轴线平行于待测PCCP管的轴线，所述检测线圈的轴线垂直于待测PCCP管的轴线。
进一步地，两所述激励线圈的轴线垂直于待测PCCP管的轴线，所述检测线圈的轴线平行于待测PCCP管的轴线。
进一步地，所述激励线圈和检测线圈均不施加电磁屏蔽；或者，所述激励线圈远离待测PCCP管内壁的一侧施加电磁屏蔽，所述检测线圈不施加电磁屏蔽；或者，所述检测线圈远离待测PCCP管内壁的一侧施加电磁屏蔽，所述激励线圈不施加电磁屏蔽。
进一步地，两所述激励线圈保持一定的间距2L，且L小于1倍待测PCCP管的管径。
进一步地，所述可移动装置包括底盘、测距轮、水准标尺、高度可伸缩工作台和长度可伸缩横梁；
所述底盘的底部固定设置若干所述测距轮，所述底盘上设置有所述水准标尺，所述底盘的顶部设置所述高度可伸缩工作台，所述高度可伸缩工作台的顶部设置用于放置所述激励线圈和检测线圈的所述长度可伸缩横梁，所述高度可伸缩工作台上还固定设置所述计算系统。
进一步地，所述计算系统包括信号发生器、功率放大器、信号调理放大器、信号采集器、电池组和计算机，其中，所述计算机内设置有数据获取模块、数据处理模块和数据存储模块；
所述信号发生器用于输出低频电磁波信号；
所述功率放大器用于对所述信号发生器输出的低频电磁波信号进行放大后接入两所述激励线圈；
所述信号调理放大器用于对所述检测线圈获取的电磁波检测信号进行信号调理；
所述信号采集器用于采集信号调理后的电磁波检测信号；
所述电池组用于为所述信号发生器、功率放大器、信号调理放大器和信号采集器；
所述数据获取模块用于获取所述信号采集器采集的信号；
所述数据处理模块用于计算信号调理后的电磁波检测信号与所述激励线圈的激励信号之间的相位差，并根据相位差和相位差沿程分布情况，确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况；
所述数据存储模块用于存储计算的相位差。
另一方面，提供一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测方法，包括：
将可移动装置放置在待测PCCP管内，将两激励线圈间隔设置在位于待测PCCP管一侧的可移动装置上，两激励线圈的轴线与待测PCCP管内壁之间的夹角相同，并将一检测线圈设置在位于待测PCCP管另一侧的可移动装置上，检测线圈的轴线位于两激励线圈中心连线的中点，且检测线圈的轴线与两激励线圈中心的连线垂直；
向两激励线圈内分别注入低频电磁波信号得到激励信号，两激励线圈中注入的低频电磁波存在固定相位差θ；
检测线圈获取两激励线圈的电磁波检测信号；
实时计算电磁波检测信号与激励信号之间的相位差α，并根据计算的相位差α沿待测PCCP管轴线的变化情况，确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况。
进一步地，所述实时计算电磁波检测信号与激励信号之间的相位差α，包括：
选择任一激励线圈的激励信号与检测线圈的电磁波检测信号，计算相位差；或者，选择两激励线圈的激励信号相位的加权平均值，与检测线圈的电磁波检测信号计算相位差。
进一步地，当两激励线圈依次通过待测PCCP管的断丝区域时，相位差α沿待测PCCP管轴线的分布会呈现出双峰分布的现象，此时根据固定相位差θ的取值，选择其中一个峰值的结果作为评价待测PCCP管的断丝根数的依据。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明在不改变检测灵敏度和激励电压的条件下，能够增大激励磁场的总磁通量，进而能够提高检测信号的信噪比。
2、本发明通过将检测线圈放置于两激励线圈轴心连线的垂直平分线上，使得检测线圈相对于两个激励线圈具有大小相等、方向相反的偏移距，通过调节偏移距以及两个激励线圈信号的相位角，起到抑制“伪峰”信号的作用。
综上所述，本发明可以广泛应用于检测领域中。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的PCCP断丝检测系统的结构示意图，其中，图1(a)为激励线圈的轴线平行于待测PCCP管轴线的结构示意图，图1(b)为激励线圈的轴线垂直于待测PCCP管轴线的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的PCCP断丝检测方法的实施示意图，其中，图2(a)、图2(b)和图2(c)分别为PCCP断丝检测系统在待测PCCP管内不同时刻的示意图；
图3是本发明一实施例提供的采用本发明方法的检测实测断丝结果示意图，其中，图3(a)为激励线圈与检测线圈相位差沿程分布曲线示意图，图3(b)为以图3(a)中完好工况曲线为基准，各工况减去完好工况的曲线示意图；
图4是本发明一实施例提供的实际工程断丝检测结果示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
本发明实施例提供的基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统及方法，通过将检测线圈放置于两激励线圈轴心连线的垂直平分线上，使得检测线圈相对于两个激励线圈具有大小相等、方向相反的偏移距，在不改变检测灵敏度和激励电压的条件下，能够增大激励磁场的总磁通量，通过本发明的检测系统及方法能够准确、快速且简单地确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况。
实施例1
如图1(a)和(b)所示，本实施例提供一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，包括可移动装置，可移动装置上设置有激励线圈1、检测线圈2和计算系统。
可移动装置设置在待测PCCP管3内，两激励线圈1间隔设置在位于待测PCCP管3一侧的可移动装置上，两激励线圈1的轴线与待测PCCP管3内壁之间的夹角相同，两激励线圈1用于基于注入的低频电磁波信号得到激励信号，且两激励线圈1中注入的低频电磁波存在固定相位差。
一检测线圈2设置在位于待测PCCP管3另一侧的可移动装置上，检测线圈2的轴线位于两激励线圈1中心连线的中点，且检测线圈2的轴线与两激励线圈1中心的连线垂直，检测线圈2用于获取两激励线圈1的电磁波检测信号。
计算系统分别电连接两激励线圈1和检测线圈2，计算系统用于根据电磁波检测信号与激励信号之间的相位差，确定待测PCCP管3的管壁内断丝的分布情况。
在一个优选的实施例中，如图1(a)所示，两激励线圈1的轴线平行于待测PCCP管3的轴线，检测线圈2的轴线垂直于待测PCCP管3的轴线。
在一个优选的实施例中，如图1(b)所示，两激励线圈1的轴线垂直于待测PCCP管3的轴线，检测线圈2的轴线平行于待测PCCP管3的轴线。
在一个优选的实施例中，激励线圈1和检测线圈2均不施加电磁屏蔽；或者，激励线圈1远离待测PCCP管3内壁的一侧施加电磁屏蔽，检测线圈2不施加电磁屏蔽；或者，检测线圈2远离待测PCCP管3内壁的一侧施加电磁屏蔽，激励线圈1不施加电磁屏蔽。
在一个优选的实施例中，两激励线圈1保持一定的间距2L，且L小于1倍待测PCCP管3的管径。
在一个优选的实施例中，两激励线圈1注入的低频电磁波为同频简谐电磁波，存在的固定相位差θ在(-180，+180)之间。
在一个优选的实施例中，可移动装置包括底盘、测距轮、水准标尺、高度可伸缩工作台和长度可伸缩横梁。
底盘的底部固定设置四个测距轮，底盘上设置有水准标尺和配重，底盘的顶部设置高度可伸缩工作台，高度可伸缩工作台的顶部设置用于放置激励线圈1和检测线圈2的长度可伸缩横梁，高度可伸缩工作台上还固定设置计算系统。
在一个优选的实施例中，计算系统包括信号发生器、功率放大器、信号调理放大器、信号采集器、电池组和计算机，其中，计算机内设置有数据获取模块、数据处理模块和数据存储模块。
信号发生器用于输出低频电磁波信号。
功率放大器用于对信号发生器输出的低频电磁波信号进行放大后接入两激励线圈1。
信号调理放大器用于对检测线圈2获取的电磁波检测信号进行信号调理。
信号采集器用于采集信号调理后的电磁波检测信号和测距轮的测距信号。
电池组用于为信号发生器、功率放大器、信号调理放大器、信号采集器和测距轮供电。
数据获取模块用于获取信号采集器采集的信号。
数据处理模块用于计算信号调理后的电磁波检测信号与激励线圈1的激励信号之间的相位差，并基于测距轮的测距信号，根据相位差和相位差沿程分布情况，确定待测PCCP管3的管壁内断丝的分布情况。
数据存储模块用于存储计算的相位差和测距轮的测距信号。
实施例2
如图2(a)和(b)所示，本实施例提供一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测方法，包括以下步骤：
1)将可移动装置放置在待测PCCP管3内，在可移动装置上设置实施例1中的激励线圈1、检测线圈2和计算系统。
2)信号发生器输出低频电磁波信号，功率放大器对信号发生器输出的低频电磁波信号进行放大后接入两激励线圈1得到激励信号，两激励线圈1中注入的低频电磁波存在固定相位差θ，且固定相位差θ在(-180，+180)之间。
3)待信号稳定(即信号发生器稳定输出激励信号，可移动装置启动并匀速运动)后，检测线圈2获取两激励线圈1的电磁波检测信号，信号调理放大器对检测线圈2获取的电磁波检测信号进行信号调理。
4)信号采集器采集信号调理后的电磁波检测信号和测距轮的测距信号。
5)计算机实时计算电磁波检测信号与激励信号之间的相位差α，并根据计算的相位差α沿待测PCCP管3轴线的变化情况，确定待测PCCP管3的管壁内断丝的分布情况，具体为：
5.1)数据获取模块获取信号采集器采集的信号。
5.2)数据处理模块实时计算电磁波检测信号与激励信号之间的相位差α。
具体地，可以选择任一激励线圈1的激励信号与检测线圈2的电磁波检测信号，计算相位差；或者，可以选择两激励线圈1的激励信号相位的加权平均值，与检测线圈2的电磁波检测信号计算相位差。
5.2)数据处理模块基于测距轮的测距信号，根据计算的相位差α沿待测PCCP管3轴线的变化情况，确定待测PCCP管3的管壁内断丝的分布情况。
具体地，当两激励线圈1依次通过待测PCCP管3的断丝区域时，相位差α沿待测PCCP管轴线的分布会呈现出双峰分布的现象，此时根据固定相位差θ的取值，以及可选方案的选择情况，选择其中一个峰值的结果作为评价待测PCCP管3的断丝根数的依据。
如图3所示，为采用本发明的方法检测单层钢丝管道的结果，结果为断丝起点2.5m，断丝至63根到3.5m。试验中采用导线将断口连接起来，通过控制导线通断的根数来模拟断丝根数，采用本发明的双线圈激励方法，两线圈相位差θ的取值为0度，从图3中可以看到，相位分布曲线在2m和3m的位置各有一个峰值，其中较大的峰值分布区域为断丝区域，即2.5～3.5m为断丝区域。根据3m位置处相位差的大小，可以确定断丝根数。
如图4所示，给出了在某跨流域调水工程实际管道检测过程中，采用本发明的双线圈激励法，θ的取值分别为0度和180度时的检测结果。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，包括可移动装置，所述可移动装置上设置有激励线圈、检测线圈和计算系统；
所述可移动装置设置在待测PCCP管内，两所述激励线圈间隔设置在位于待测PCCP管一侧的所述可移动装置上，两所述激励线圈的轴线与待测PCCP管内壁之间的夹角相同，两所述激励线圈用于基于注入的低频电磁波信号得到激励信号，且两所述激励线圈中注入的低频电磁波存在固定相位差；
一所述检测线圈设置在位于待测PCCP管另一侧的所述可移动装置上，所述检测线圈的轴线位于两所述激励线圈中心连线的中点，且所述检测线圈的轴线与两所述激励线圈中心的连线垂直，所述检测线圈用于获取两所述激励线圈的电磁波检测信号；
所述计算系统用于根据所述检测线圈的电磁波检测信号与所述激励线圈的激励信号之间的相位差，确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况。
2.如权利要求1所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，两所述激励线圈的轴线平行于待测PCCP管的轴线，所述检测线圈的轴线垂直于待测PCCP管的轴线。
3.如权利要求1所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，两所述激励线圈的轴线垂直于待测PCCP管的轴线，所述检测线圈的轴线平行于待测PCCP管的轴线。
4.如权利要求1所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，所述激励线圈和检测线圈均不施加电磁屏蔽；或者，所述激励线圈远离待测PCCP管内壁的一侧施加电磁屏蔽，所述检测线圈不施加电磁屏蔽；或者，所述检测线圈远离待测PCCP管内壁的一侧施加电磁屏蔽，所述激励线圈不施加电磁屏蔽。
5.如权利要求1所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，两所述激励线圈保持一定的间距2L，且L小于1倍待测PCCP管的管径。
6.如权利要求1所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，所述可移动装置包括底盘、测距轮、水准标尺、高度可伸缩工作台和长度可伸缩横梁；
所述底盘的底部固定设置若干所述测距轮，所述底盘上设置有所述水准标尺，所述底盘的顶部设置所述高度可伸缩工作台，所述高度可伸缩工作台的顶部设置用于放置所述激励线圈和检测线圈的所述长度可伸缩横梁，所述高度可伸缩工作台上还固定设置所述计算系统。
7.如权利要求1所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测系统，其特征在于，所述计算系统包括信号发生器、功率放大器、信号调理放大器、信号采集器、电池组和计算机，其中，所述计算机内设置有数据获取模块、数据处理模块和数据存储模块；
所述信号发生器用于输出低频电磁波信号；
所述功率放大器用于对所述信号发生器输出的低频电磁波信号进行放大后接入两所述激励线圈；
所述信号调理放大器用于对所述检测线圈获取的电磁波检测信号进行信号调理；
所述信号采集器用于采集信号调理后的电磁波检测信号；
所述电池组用于为所述信号发生器、功率放大器、信号调理放大器和信号采集器；
所述数据获取模块用于获取所述信号采集器采集的信号；
所述数据处理模块用于计算信号调理后的电磁波检测信号与所述激励线圈的激励信号之间的相位差，并根据相位差和相位差沿程分布情况，确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况；
所述数据存储模块用于存储计算的相位差。
8.一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测方法，其特征在于，包括：
将可移动装置放置在待测PCCP管内，将两激励线圈间隔设置在位于待测PCCP管一侧的可移动装置上，两激励线圈的轴线与待测PCCP管内壁之间的夹角相同，并将一检测线圈设置在位于待测PCCP管另一侧的可移动装置上，检测线圈的轴线位于两激励线圈中心连线的中点，且检测线圈的轴线与两激励线圈中心的连线垂直；
向两激励线圈内分别注入低频电磁波信号得到激励信号，两激励线圈中注入的低频电磁波存在固定相位差θ；
检测线圈获取两激励线圈的电磁波检测信号；
实时计算电磁波检测信号与激励信号之间的相位差α，并根据计算的相位差α沿待测PCCP管轴线的变化情况，确定待测PCCP管的管壁内断丝的分布情况。
9.如权利要求8所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测方法，其特征在于，所述实时计算电磁波检测信号与激励信号之间的相位差α，包括：
选择任一激励线圈的激励信号与检测线圈的电磁波检测信号，计算相位差；或者，选择两激励线圈的激励信号相位的加权平均值，与检测线圈的电磁波检测信号计算相位差。
10.如权利要求8所述的一种基于双激励线圈的PCCP断丝检测方法，其特征在于，当两激励线圈依次通过待测PCCP管的断丝区域时，相位差α沿待测PCCP管轴线的分布会呈现出双峰分布的现象，此时根据固定相位差θ的取值，选择其中一个峰值的结果作为评价待测PCCP管的断丝根数的依据。
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