CN116008350A - 一种活塞杆通直流电检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞杆通直流电检测装置及方法，涉及无损检测技术领域；该装置包括用于检测活塞杆轴向伤和周向伤的检测组件，还包括用于驱动检测组件与活塞杆做轴向相对运动和轴向相对运动的驱动组件，上述驱动组件与上述检测组件连接；该装置解决了现有技术的光学检测以及电磁检测方式，无法满足闸门启闭机的活塞杆在覆盖油污，且表面涂覆金属涂层，并且需要进行在线检测这类工况下的探伤需求的问题，具有结构简单易用，无需大型设备，可在线对活塞杆的损伤情况进行全面精准检测的特点。

Description

一种活塞杆通直流电检测装置及方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，具体而言，涉及一种活塞杆通直流电检测装置及方法。

背景技术

闸门液压启闭机是水利工程中重要的机械设备，用于开启和关闭闸门，其中活塞杆是影响液压启闭机工作寿命的主要组成部件之一，直接影响闸门启闭机的运行状态；在长期承压工作中，活塞杆表面易产生腐蚀或裂纹等缺陷，引起液压启闭机工作时发生漏油现象，在运行过程中随时可能出现发卡，导致闸门无法正常开启或关闭，威胁水电站的安全。因此，需要定期对液压启闭机活塞杆进行表面缺陷检测。

目前，对活塞杆表面缺陷的检测，可采用的无损检测方法包括光学检测和电磁检测两大类，电磁检测又常用涡流检测以及漏磁检测；这三种检测方式各有优势，但是对于本申请中闸门启闭机的活塞杆这一技术领域，则分别存在以下技术问题无法克服：

1，光学检测对活塞杆表面状况具有较高的要求；但是闸门启闭机在服役工程中，活塞杆长期工作在有淤泥、油污和水的恶劣环境中，使得其表面往往粘有泥土和油污，活塞杆表面缺陷被泥土或油污覆盖，光学检测无法穿透，会导致漏检；

2，涡流检测法通过置于活塞杆表面上方的线圈激励交变电磁场，从而在活塞杆中产生涡流，并通过缺陷对涡流的扰动实现探伤；但活塞杆表面通常有金属涂层，导致激励的涡流集中在涂层中，无法渗透到活塞杆内，大幅降低检测精度；

3，漏磁检测法在检测时，通过磁化器将活塞杆磁化到近饱和状态，并通过磁敏传感器拾取缺陷产生的漏磁场；例如申请号为“CN95212309.6”的专利，公开了一种钢管漏磁探伤机，通过对待测管件进行饱和磁化，然后检测漏磁状态来实现探伤；但是磁化时往往需要较大的磁化器才能将待测管件磁化到近饱和状态，更适用于将待测件拆卸后进行独立检测；而本申请中，活塞杆位于设备内，无法轻易从闸门启闭机中拆下进行独立检测，如果要拆卸，势必要对水电机组整体进行相应的拆装和检修；因此，本申请中的活塞杆是需要在线检测的，无法采用大型磁化器进行饱和磁化。

综上所述，现有的光学检测方法和电磁无损检测方法均无法完全满足活塞杆表面缺陷的在线、高效、高精检测需求；因此，需要设计一种活塞杆通直流电检测装置及方法，来满足本申请中的活塞杆在表面覆盖油污，且表面涂覆金属涂层，并且需要进行在线检测这类工况下的探伤需求。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种活塞杆通直流电检测装置及方法，该方案解决了现有技术的光学检测以及电磁检测方式，无法满足闸门启闭机的活塞杆在覆盖油污，且表面涂覆金属涂层，并且需要进行在线检测这类工况下的探伤需求的问题，具有结构简单易用，无需大型设备，可在线对活塞杆的损伤情况进行全面精准检测的特点。

为实现上述技术效果，本发明提供的技术方案为：

一种活塞杆通直流电检测装置，包括检测组件和驱动组件；检测组件包括直流激励源和检测探头，检测探头与A/D采集卡以及处理器电性连接，直流激励源与待检测活塞杆电性连接，对活塞杆沿轴向进行激励。

优选地，检测探头的信号输出端与放大器的信号输入端电性连接，放大器的信号输出端与滤波器的信号输入端电性连接；滤波器与A/D采集卡以及处理器电性连接。

进一步地，检测探头与处理器之间，依次电性连接有放大器、滤波器和A/D采集卡，对检测信号进行进一步处理然后送入处理器进行分析。

优选地，检测探头与驱动组件连接，驱动组件包括旋转机构和行进机构，旋转机构驱动检测探头与活塞杆做周向相对运动，检测活塞杆轴向伤；行进机构驱动检测探头与活塞杆做轴向相对运动，检测活塞杆周向伤。

进一步地，旋转机构用于制造检测探头与活塞杆之间的周向相对运动；行进机构用于制造检测探头与活塞杆之间的轴向相对运动；这一运动过程既可以施加在检测探头上，也可以施加在活塞杆上。

优选地，检测探头包括霍尔元件、AMR传感器、GMR传感器或TMR传感器。

优选地，直流激励源为可调直流电源。

优选地，检测探头正对活塞杆表面设置。

优选地，检测探头的磁敏感方向与所述活塞杆径向平行。

优选地，上述一种活塞杆通直流电检测装置的方法包括以下步骤：

S1，通过直流激励源给待检测活塞杆沿轴向加载直流激励，并将检测组件中的检测探头正对活塞杆表面；

S2，通过驱动组件中的旋转机构驱动检测探头与活塞杆沿周向做相对运动，通过检测探头检测活塞杆的轴向伤；

S3，通过驱动组件中的行进机构驱动检测探头与活塞杆沿轴向做相对运动，通过检测探头检测活塞杆的周向伤；

S4，将检测探头检测的数据经检测组件中放大器、滤波器和A/D采集卡进行信号处理和传输，将检测信号发送给检测组件中的处理器进行分析处理，得到活塞杆探伤信息。

优选地，步骤S1中，待检活塞杆沿轴向加载直流激励后，在活塞杆内电流沿轴向，在活塞杆内外部产生周向磁场。

优选地，步骤S2~S3中，通过检测探头检测活塞杆轴向伤和周向伤的方法如下：

S201，活塞杆内部的周向磁场经轴向伤泄露到空气中形成漏磁场，通过检测探头周向运动，拾取活塞杆被磁化后轴向伤产生的漏磁场信号，实现活塞杆轴向伤检测；

S301，周向伤对活塞杆内部电流产生扰动，使活塞杆内部电流产生非轴向电流密度分量，非轴向电流密度分量使活塞杆外部磁场产生方向及磁场大小产生变化，通过检测探头轴向运动，拾取活塞杆内电流因周向伤扰动产生的磁场变异信号。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种活塞杆通直流电检测装置及方法，当需要对目标活塞杆进行伤检测时，首先通过检测组件对活塞杆沿轴向进行激励，然后检测组件通过驱动组件与活塞杆做周向相对运动，以检测活塞杆的轴向伤；检测组件通过驱动组件与活塞杆做轴向相对运动，以检测活塞杆的周向伤。当进行检测时，检测组件将对检测到的信号进行分析处理，进而得到活塞杆探伤信息，实现对活塞杆全面精准有效的伤检测。本装置结构简单，无需磁化器，设备适用于活塞杆的高速、自动化检测；采用轴向通直流电法，可同时检测轴向伤和周向伤；且本发明采用轴向通直流电法，不存在趋肤效应，可同时检测内外伤；本发明的方法操作简单，整体设备占地空间小，可以用于闸门启闭机的活塞杆在线检测，无需将活塞杆进行拆卸；且可以适应活塞杆表面沾满油污的工况，也不会被活塞杆表面的金属涂层影响检测效果，整体检测效率较高，检测效果精确。

附图说明

图1为本发明的检测方法流程示意图；

图2为本发明实施例一种活塞杆通直流电检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中活塞杆通直流电检测原理示意图；

图4为本发明实施例中轴向伤检测示意图；

图5为本发明实施例中轴向伤磁场分布示意图；

图6为本发明实施例中周向伤检测示意图；

图7为本发明实施例中周向伤磁场分布示意图；

图8为本发明实施例3中驱动机构的结构示意图；

图9为本发明实施例3中驱动机构的主视示意图；

图10为本发明实施例3中驱动机构的剖面示意图；

附图中：活塞杆1，直流激励源2，检测探头3，放大器4，滤波器5，A/D采集卡6，处理器7，旋转机构8，行进机构9，底座10，电动滑轨11，滑块12，夹具13，支撑环14，齿环15，传动件16，轴向伤17，周向伤18；

图2中箭头方向表示直流激励源的电流方向；

图3中箭头方向表示直流电流方向；

图4中箭头方向表示磁敏感方向。

具体实施方式

实施例1：

如图1~图3所示，一种活塞杆1通直流电检测装置，包括检测组件和驱动组件；检测组件包括直流激励源2和检测探头3，检测探头3与A/D采集卡6以及处理器7电性连接，直流激励源2与待检测活塞杆1电性连接，对活塞杆1沿轴向进行激励。

优选地，检测探头3的信号输出端与放大器4的信号输入端电性连接，放大器4的信号输出端与滤波器5的信号输入端电性连接；滤波器5与A/D采集卡6以及处理器7电性连接。

进一步地，检测探头3与处理器7之间，依次电性连接有放大器4、滤波器5和A/D采集卡6，对检测信号进行进一步处理然后送入处理器7进行分析。

优选地，检测探头3与驱动组件连接，驱动组件包括旋转机构8和行进机构9，旋转机构8驱动检测探头3与活塞杆1做周向相对运动，检测活塞杆1轴向伤17；行进机构9驱动检测探头3与活塞杆1做轴向相对运动，检测活塞杆1周向伤18。

进一步地，旋转机构8用于制造检测探头3与活塞杆1之间的周向相对运动；行进机构9用于制造检测探头3与活塞杆1之间的轴向相对运动；这一运动过程既可以施加在检测探头3上，也可以施加在活塞杆1上。

优选地，检测探头3包括霍尔元件、AMR传感器、GMR传感器或TMR传感器，可以结合实际的需求选择合适的传感元件进行数据的检测采集。

优选地，直流激励源2为可调直流电源，可结合不同的需求提供不同大小的激励电源。

优选地，检测探头3正对活塞杆1表面设置。

优选地，检测探头3的磁敏感方向与所述活塞杆1径向平行。

优选地，上述一种活塞杆1通直流电检测装置的方法包括以下步骤：

S1，通过直流激励源2给待检测活塞杆1沿轴向加载直流激励，并将检测组件中的检测探头3正对活塞杆1表面；

S2，通过驱动组件中的旋转机构8驱动检测探头3与活塞杆1沿周向做相对运动，通过检测探头3检测活塞杆1的轴向伤17；

S3，通过驱动组件中的行进机构9驱动检测探头3与活塞杆1沿轴向做相对运动，通过检测探头3检测活塞杆1的周向伤18；

S4，将检测探头3检测的数据经检测组件中放大器4、滤波器5和A/D采集卡6进行信号处理和传输，将检测信号发送给检测组件中的处理器7进行分析处理，得到活塞杆1探伤信息。

优选地，步骤S1中，待检活塞杆1沿轴向加载直流激励后，在活塞杆1内电流沿轴向，在活塞杆1内外部产生周向磁场。

优选地，步骤S2~S3中，通过检测探头3检测活塞杆1轴向伤17和周向伤18的方法如下：

S201，活塞杆1内部的周向磁场经轴向伤17泄露到空气中形成漏磁场，通过检测探头3周向运动，拾取活塞杆1被磁化后轴向伤17产生的漏磁场信号，实现活塞杆1轴向伤17检测；

S301，周向伤18对活塞杆1内部电流产生扰动，使活塞杆1内部电流产生非轴向电流密度分量，非轴向电流密度分量使活塞杆1外部磁场产生方向及磁场大小产生变化，通过检测探头3轴向运动，拾取活塞杆1内电流因周向伤18扰动产生的磁场变异信号。

实施例2：

上述活塞杆1通直流电检测装置的工作原理如下：

当需要对目标活塞杆1进行伤检测时，首先通过检测组件中的直流激励源2对活塞杆1沿轴向进行激励，然后检测组件中的检测探头3通过驱动组件中的旋转机构8与活塞杆1做周向相对运动，以检测活塞杆1的轴向伤17；检测组件中的检测探头3通过驱动组件中的行进机构9与活塞杆1做轴向相对运动，以检测活塞杆1的周向伤18。当进行检测时，检测组件中的检测探头3将对检测到的信号传输到放大器4进行放大，然后经过滤波器5进行滤波后通过A/D采集卡6将信号发送给检测组件中的处理器7进行分析处理，进而得到活塞杆1探伤信息，实现对活塞杆1全面精准有效的伤检测。上述活塞杆1探伤信息包括活塞杆1轴向伤17和轴向伤17信息；具体检测原理如下：

如图4~图5所示，检测探头3的磁敏感方向平行活塞杆1径向，感应法向磁场分量变化；轴向伤17检测是通过检测探头3拾取活塞杆1被磁化后轴向伤17产生的漏磁场信号进行检测；活塞杆1内部的周向磁场经轴向伤17泄露到空气中形成漏磁场，通过检测探头3周向运动，拾取活塞杆1被磁化后轴向伤17产生的漏磁场信号，实现活塞杆1轴向伤17检测。

如图6~图7所示，周向伤18检测是通过检测探头3拾取活塞杆1因内部电流扰动造成的磁场变异信号进行检测；周向伤18对活塞杆1内部电流产生扰动，使活塞杆1内部电流产生非轴向电流密度分量，非轴向电流密度分量使活塞杆1外部磁场产生方向及磁场大小产生变化；当不存在缺陷时，电流j₀在活塞杆1内均匀流动，产生的外部磁场 B均匀，当存在周向伤18时，电流分布不均匀，外部磁场产生畸变 B，通过检测探头3轴向运动，拾取活塞杆1内电流因周向伤18扰动产生的磁场变异信号，从而实现活塞杆1周向伤18检测。

给活塞杆1通电后，在活塞杆1内电流沿轴向方向，在活塞杆1内外部产生周向磁场；对于轴向伤17，其方向与电流方向相同，对电流几乎无扰动，但活塞杆1内部的磁场是沿周向，此内部磁场会经轴向伤17泄露到空气中，本质是类似漏磁检测，通过磁传感器周向运动检测；对于周向伤18，其对内部磁场几乎无影响，几乎不存在漏磁场，但周向伤18对活塞杆1内电流产生较大扰动，电流在周向伤18附近会产生非轴向的电流密度分量，因此这些扰动产生的非轴向电流密度分量会使得活塞杆1外部磁场产生方向及大小的变化，通过磁传感器轴向运动检测；本发明采用轴向通直流电法，可同时检测轴向伤17和周向伤18；且本发明采用轴向通直流电法，不存在趋肤效应，可同时检测内外伤。

实施例3：

优选地，如图8~图10所示，驱动机构的结构如下：

驱动机构包括旋转机构8和行进机构9；行进机构9包括底座10，底座10上表面两端连接有夹具13，夹具13为两个分体式的半圆环组成的圆环结构，两个分体式的半圆环通过螺栓进行连接抱紧在活塞杆1外表面两端；底座10上表面连接有电动滑轨11，电动滑轨11的滑块12上表面连接有旋转机构8。

进一步地，旋转机构8包括支撑环14，支撑环14与滑块12上表面连接；支撑环14的圆心与活塞杆1的轴心重合；支撑环14一侧表面开设有环形滑槽，环形滑槽内滑动连接有齿环15，检测探头3连接在齿环15内壁，朝向活塞杆1。

进一步地， 旋转机构8包括滑块12上表面连接的传动件16，传动件16包括电机和电机端部连接的齿轮，齿轮与齿环15啮合配合，驱动齿环15沿着环形滑槽转动，从而带动检测探头3绕着活塞杆1转动。

使用时，可以通过电动滑轨11以及传动件16的配合来实现检测探头3的周向运动和轴向运动；该装置两端的夹具13是分体式可拆装的，且检测探头3可以自己进行周向运动和轴向运动，可以满足活塞杆1无法拆卸、无法转动的在线作业。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种活塞杆通直流电检测装置，其特征在于：包括检测组件和驱动组件；检测组件包括直流激励源（2）和检测探头（3），检测探头（3）与A/D采集卡（6）以及处理器（7）电性连接，直流激励源（2）与待检测活塞杆（1）电性连接，对活塞杆沿轴向进行激励。

2.根据权利要求1所述的一种活塞杆通直流电检测装置，其特征在于：所述检测探头（3）的信号输出端与放大器（4）的信号输入端电性连接，放大器（4）的信号输出端与滤波器（5）的信号输入端电性连接；滤波器（5）与A/D采集卡（6）以及处理器（7）电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种活塞杆通直流电检测装置，其特征在于：所述检测探头（3）与驱动组件连接，驱动组件包括旋转机构（8）和行进机构（9），旋转机构（8）驱动检测探头（3）与活塞杆（1）做周向相对运动，检测活塞杆（1）轴向伤；行进机构（9）驱动检测探头（3）与活塞杆（1）做轴向相对运动，检测活塞杆（1）周向伤。

4.根据权利要求1所述的一种活塞杆通直流电检测装置，其特征在于：所述检测探头（3）包括霍尔元件、AMR传感器、GMR传感器或TMR传感器。

5.根据权利要求1所述的一种活塞杆通直流电检测装置，其特征在于：所述直流激励源（2）为可调直流电源。

6.根据权利要求1所述的一种活塞杆通直流电检测装置，其特征在于：所述检测探头（3）正对活塞杆（1）表面设置。

7.根据权利要求1所述的一种活塞杆通直流电检测装置，其特征在于：所述检测探头（3）的磁敏感方向与所述活塞杆（1）径向平行。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的一种活塞杆通直流电检测装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，通过直流激励源（2）给待检测活塞杆（1）沿轴向加载直流激励，并将检测组件中的检测探头（3）正对活塞杆（1）表面；

S2，通过驱动组件中的旋转机构（8）驱动检测探头（3）与活塞杆（1）沿周向做相对运动，通过检测探头（3）检测活塞杆（1）的轴向伤；

S3，通过驱动组件中的行进机构（9）驱动检测探头（3）与活塞杆（1）沿轴向做相对运动，通过检测探头（3）检测活塞杆（1）的周向伤；

S4，将检测探头（3）检测的数据经检测组件中放大器（4）、滤波器（5）和A/D采集卡（6）进行信号处理和传输，将检测信号发送给检测组件中的处理器（7）进行分析处理，得到活塞杆（1）探伤信息。

9.根据权利要求8所述的一种活塞杆通直流电检测装置的方法，其特征在于：步骤S1中，待检活塞杆（1）沿轴向加载直流激励后，在活塞杆（1）内电流沿轴向，在活塞杆（1）内外部产生周向磁场。

10.根据权利要求8所述的一种活塞杆通直流电检测装置的方法，其特征在于：步骤S2~S3中，通过检测探头（3）检测活塞杆（1）轴向伤和周向伤的方法如下：

S201，活塞杆（1）内部的周向磁场经轴向伤泄露到空气中形成漏磁场，通过检测探头（3）周向运动，拾取活塞杆（1）被磁化后轴向伤产生的漏磁场信号，实现活塞杆轴向伤检测；

S301，周向伤对活塞杆（1）内部电流产生扰动，使活塞杆（1）内部电流产生非轴向电流密度分量，非轴向电流密度分量使活塞杆（1）外部磁场产生方向及磁场大小产生变化，通过检测探头（3）轴向运动，拾取活塞杆（1）内电流因周向伤扰动产生的磁场变异信号。

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