CN203535013U - 一种受热面管缺陷检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供了一种受热面管缺陷检测系统，包括：超声脉冲激励卡、阻抗匹配网络、工控机以及可调节磁致伸缩传感器；可调节磁致伸缩传感器安装于受热面管的一端，与阻抗匹配网络相连接，阻抗匹配网络与超声脉冲激励卡相连接，超声脉冲激励卡与所述工控机相连接；超声脉冲激励卡产生激励脉冲，可调节磁致伸缩传感器将激励脉冲转换成超声波脉冲，并进入被检测受热面管中，可调节磁致伸缩传感器接收来自在被检测受热面管中经过反射的超声波脉冲，并将其转换为电脉冲信号后输入到超声脉冲激励卡中，工控机连接超声脉冲激励卡，显示电脉冲信号的波形。本实用新型实施例的受热面管缺陷检测系统可以获得良好的缺陷信号，实现对缺陷的定位；传感器安装方便，对被检测的受热面管表面状况要求不高，检测过程方便快捷，能够适应实际工程现场的检测要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力检测领域，尤其涉及对电站的受热面管的检测领域，具体的讲是一种受热面管缺陷检测系统。
背景技术
电站需要使用大量的受热面管，这些管道工作于高温、高压状态下，容易出现各种裂纹缺陷，由其导致的爆管，严重影响管道的安全运行。对受热面管的检测主要采用逐点扫查的方法，如电磁法、常规超声法和射线检测法等，这些方法对受热面管的表面状况要求高，需要打磨特别处理，导致检测效率低，耗时费力，难以进行大批量的检查。同时受热面管空间分布紧凑，长度长，管道很多部位难以接近而无法进行检测，采用普通检验方法难以全面有效检查。
因此需要设计一种用于电站的受热面管缺陷检测的检测系统，来满足受热面管检测的工程要求。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种受热面管缺陷检测系统，以满足受热面管缺陷检测的工程要求。
为了达到上述目的，本实用新型实施例提供一种受热面管缺陷检测系统，包括：超声脉冲激励卡、阻抗匹配网络、工控机以及可调节磁致伸缩传感器；其中，所述可调节磁致伸缩传感器安装于被检测受热面管的一端，与所述阻抗匹配网络相连接，所述阻抗匹配网络与所述超声脉冲激励卡相连接，所述超声脉冲激励卡与所述工控机相连接；所述超声脉冲激励卡产生激励脉冲，所述可调节磁致伸缩传感器将所述激励脉冲转换成超声波脉冲，并进入所述被检测受热面管中，所述可调节磁致伸缩传感器接收来自在所述被检测受热面管中经过反射的超声波脉冲，并将其转换为电脉冲信号后输入到所述超声脉冲激励卡中，所述工控机连接所述超声脉冲激励卡，显示所述电脉冲信号的波形。
进一步地，在一实施例中，所述阻抗匹配网络连接所述超声脉冲激励卡，用于减少所述激励脉冲传输中的无功分量，调节所述可调节磁致伸缩传感器的输入阻抗。
进一步地，在一实施例中，所述超声脉冲激励卡为USB-UT350G超声脉冲激励卡，通过USB接口与所述工控机相连接。
进一步地，在一实施例中，所述超声脉冲激励卡上还包括接收单元和模数转换单元；所述接收单元用于接收所述可调节磁致伸缩传感器传送的电脉冲信号；所述模数转换单元用于将所述电脉冲信号转换为所述数字信号后发送至所述工控机处理。
进一步地，在一实施例中，所述工控机用于调整所述超声脉冲激励卡产生的激励脉冲的参数，包括脉冲电压、脉冲宽度、脉冲回波、脉冲的激励方式。
进一步地，在一实施例中，所述可调节磁致伸缩导波传感器包括四个磁回路和柔性印刷感应线圈，所述四个磁回路均布于所述被检测受热面管的圆周方向上，与所述被检测受热面管构成闭合环状磁路，所述柔性印刷感应线圈至少一次缠绕于所述被检测受热面管上；其中，每一磁回路包括轭铁、永磁铁和鞍铁，所述永磁铁设置于所述鞍铁上方，所述轭铁设置于所述永磁铁上方，所述鞍铁为拱形结构，其与所述永磁铁接触的表面的长度分别为所述永磁铁的宽度和所述轭铁的宽度的二倍；所述柔性印刷感应线圈的宽度为激励频率下激励纵向L（0，2）模态波长的一半，可在沿所述被检测受热面管轴线方向上的磁回路内调节。
进一步地，在一实施例中，所述四个磁回路用于产生均匀变化的偏置磁场，每一磁回路包括一块轭铁、两块永磁铁以及两块鞍铁，所述两块永磁铁对应设置在所述两块鞍铁上方，所述轭铁对应设置在所述两块永磁铁上方，并与所述两块永磁铁的外侧一端对齐。
进一步地，在一实施例中，所述轭铁的长为130mm，宽为20mm，厚度为10mm；所述永磁铁的长为20mm，宽为20mm，厚度为10mm；所述鞍铁的与所述永磁铁接触的表面的长为40mm，宽为20mm。
进一步地，在一实施例中，所述柔性印刷感应线圈通过两端的连接器设置在所述被检测受热面管上。
本实用新型实施例的受热面管缺陷检测系统可以获得良好的缺陷信号，可以实现对缺陷的定位。并且传感器安装方便，对被检测的受热面管表面状况要求不高，检测过程方便快捷，降低了检测成本，能够适应实际工程现场的检测要求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本实用新型实施例的受热面管缺陷检测系统的结构示意图；
图2为图1中所示的可调节磁致伸缩传感器的结构示意图；
图3为一具体实施例中的
42×5×1000(单位：mm)的受热面管的纵波模态的频散曲线；
图4（a）、图4（b）、图4（c）分别为一具体实施例中的磁致伸缩导波传感器的柔性印刷感应线圈在不同位置时反射回波信号的波形图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型实施例的受热面管缺陷检测系统的结构示意图，如图所示，本实施例的受热面管缺陷检测系统包括：超声脉冲激励卡G、阻抗匹配网络F、工控机H以及可调节磁致伸缩传感器W；其中，所述可调节磁致伸缩传感器W安装于被检测受热面管A的一端，与所述阻抗匹配网络F相连接，所述阻抗匹配网络F与所述超声脉冲激励卡G相连接，所述超声脉冲激励卡G与所述工控机H相连接。
所述超声脉冲激励卡G产生激励脉冲，所述可调节磁致伸缩传感器W将所述激励脉冲转换成超声波脉冲，并进入所述被检测受热面管A中，所述可调节磁致伸缩传感器W接收来自在所述被检测受热面管A中经过反射的超声波脉冲，并将其转换为电脉冲信号后输入到所述超声脉冲激励卡G中，所述工控机H连接所述超声脉冲激励卡G，显示所述电脉冲信号的波形。
在本实施例中，所述阻抗匹配网络F连接所述超声脉冲激励卡G，用于减少所述激励脉冲传输中的无功分量，调节所述可调节磁致伸缩传感器W的输入阻抗。在本实施例中，所述阻抗匹配网络F可以使用RITEC公司进行阻抗匹配的元器件，由于激励电路中同时存在电阻和电抗部分，需要外加电感或电容来调节可调节磁致伸缩传感器W的输入阻抗，使得电路中的电抗成分尽量小，以减少激励信号传输中的无功分量，在一实施例中，传感器在工作时，匹配的电容大小为8.3nF。
在本实施例中，所述超声脉冲激励卡G为USB-UT350G超声脉冲激励卡，通过USB接口与所述工控机H相连接。并且，在一实施例中，所述超声脉冲激励卡G上还集成有接收单元和模数转换单元；所述接收单元用于接收所述可调节磁致伸缩传感器W传送的电脉冲信号；所述模数转换单元用于将所述电脉冲信号转换为所述数字信号后发送至所述工控机H处理。
在本实施例中，所述工控机H用于调整所述超声脉冲激励卡G产生的激励脉冲的参数，包括脉冲电压、脉冲宽度、脉冲回波、脉冲的激励方式等。
图2为图1所示实施例中的可调节磁致伸缩导波传感器W的结构示意图。如图2所示，该实施例的可调节磁致伸缩导波传感器W包括四个磁回路和柔性印刷感应线圈B。所述四个磁回路均布于被检测受热面管A的圆周方向上，与所述被检测受热面管A构成闭合环状磁路，所述柔性印刷感应线圈至少一次缠绕于所述被检测受热面管A上。其中，每一磁回路包括轭铁C、永磁铁D和鞍铁E，所述永磁铁D设置于所述鞍铁E上方，所述轭铁C设置于所述永磁铁D上方，所述鞍铁E为拱形结构，其与所述永磁铁D接触的表面的长度分别为所述永磁铁D的宽度和所述轭铁C的宽度的二倍；所述柔性印刷感应线圈B的宽度为激励频率下激励纵向L（0，2）模态波长的一半，可在沿所述被检测受热面管B轴线方向上的磁回路内调节。
如图2所示，在本实施例中，所述四个磁回路用于产生均匀变化的偏置磁场，每一磁回路包括一块轭铁、两块永磁铁以及两块鞍铁，所述两块永磁铁对应设置在所述两块鞍铁上方，所述轭铁对应设置在所述两块永磁铁上方，并与所述两块永磁铁的外侧一端对齐。
在本实施例中，由于用导波检测缺陷时，检测信号属于微弱信号，所以在传感器的接收端要减少外部电源、电磁场引入带来的干扰。因此在选择何种方式加载偏置磁场时，考虑到线圈产生的磁场信号干扰大，信噪比低，所以本实用新型选择用永磁体方式来提供偏置磁场。用永磁体产生的偏置磁场，不仅稳定，产生的纯净噪声小，而且磁路简单。
在本实施例中，所述柔性印刷感应线圈通过两端的连接器设置在所述受热面管上，以避免检测时没有端面的情况。
具体实施例：该实施例利用图1所示的受热面管缺陷检测系统对一具体的受热面管进行检测：
在本实施例中，针对受热面管的缺陷检测，采用激励纵向L(0，2)模态磁致伸缩传感器，其结构与图2中的相同。在本实施例中，所述被检测受热面管A的规格为
42×5×1000(单位：mm)的受热面管，其材质为12Cr1MoV，密度为7.85g/cm3，泊松比为2.7。图3中给出了上述参数下被检测受热面管A的纵向模态的频散曲线。
在本实用新型中，根据频散曲线，如果选定了频率点及相应模态，就可以根据波速和频率的关系，计算激励此模态的波长，而感应线圈的宽度正是由波长决定的。由图3可以看出，所述柔性印刷感应线圈B的感应线圈的宽度激励为L(0，2)纵向模态波长的一半，激励频率选择130kHz，此处的L(0，2)模态频散较小，速度大于L(0，1)模态，有利于信号分析。所对应的感应线圈长270mm，宽20mm，可缠绕被检测受热面管A两周，通过安装在线圈两端的连接器进行连接。
因此，本实施例中，所述四个磁回路中的组件，轭铁C为长130mm，宽为20mm，厚度为10mm，永磁铁D为长为20mm，宽为20mm，厚度为10mm，鞍铁E为拱形结构，其与永磁铁接触的表面长为40mm，宽为20mm。
采用图1所示的受热面管缺陷检测系统，可调节磁致伸缩传感器W与阻抗匹配网络F相连接，阻抗匹配网络F与USB-UT350超声脉冲激励卡G相连接，USB-UT350超声脉冲激励卡G与工控机H相连接，将可调节磁致伸缩传感器安装于被检测受热面管A的左面端头。各距被检测受热面管A两端200mm处有一个周向缺陷，左端周向缺陷深度为1.5mm，右端周向缺陷深度为2mm。
所述阻抗匹配网络F为RITEC公司进行阻抗匹配的元器件，由于激励电路中同时存在电阻和电抗部分，需要外加电感或电容来调节传感器的输入阻抗，使得电路中的电抗成分尽量小，以减少激励信号传输中的无功分量，本实施例中，该传感器在工作时，匹配的电容大小为8.3nF。
所述USB-UT350超声脉冲激励卡G是将超声波脉冲发射接收和高速模数转换都集成在一张卡上，并采用USB接口与工控机H连接。USB-UT350超声脉冲激励卡G产生一个激励脉冲，本实施例的可调节磁致伸缩传感器将电脉冲转换成超声波脉冲，就可以进入受热面管A中。同时可调节磁致伸缩传感器也会接收来自在受热面管中经过反射的超声波脉冲，并将其转换为电脉冲输入到接收模块和模数转换模块。在这个过程中，通过在所述工控机H上的LabVIEW程序对其参数进行调整，包括：脉冲电压，脉冲宽度，脉冲回波，脉冲的激励方式，接收增益，整流值，采样值，触发方式，触发延迟等。
激励信号通过阻抗匹配网络F，在带缺陷的受热面管内产生纵向L(0，2)模态；L(0，2)模态在受热面管A中传播，经受热面管中缺陷和端部反射后，由可调节磁致伸缩传感器接收，在工控机H上的LabVIEW程序显示。
通过调节柔性印刷感应线圈B位置，如图1所示，柔性印刷感应线圈B距左端面的距离d，在20mm-90mm范围内，以步长为5mm，读取反射回波信号的波形图。通过比较各个反射回波信号中第一次端面回波的峰峰值及波包结构，选取峰峰值大，波包结构简单的信号时柔性印刷感应线圈B的位置，作为该被检测受热面管A检测时所使用的传感器结构。如图4(a)，图4(b)，图4(c)所示，分别对应了d=30mm、d=45mm、d=60mm处的接收到的反射回波信号进行分析。图4(a)和图4(b)第一次端面回波的峰值电压相比较，图4(a)为51.54mv，图4(b)为63.49mv，而且图4(a)中两次端面回波间除了存在缺陷回波外，还存在方块圈出的波包，由此看出柔性印刷感应线圈B处在d=45mm时相对于d=30mm时，能量转换效率高，信号分析简单。而图4(c)中当d=60mm时，端面波包与激励信号的波包结构相差较大，缺陷难定位，不利于工程应用检测。通过比较在20mm-90mm范围内的反射回波信号，从而确定当柔性印刷感应线圈B在距端面45mm处时，适于对该受热面管A进行检测。图4(b)中，两次端面回波峰值所对应的时间为0.366ms，传播路程为2000mm，计算其传播速度为5469m/s。通过读取信号波形中两次缺陷回波的峰值时间，分别为0.445ms和0.666ms，计算其传播距离为5469×(0.445-0.366)=432mm，和5469×(0.666-0.366)=1641mm与实际第一次缺陷回波400mm和第二次缺陷回波1600mm，相差不大，说明可以实现对受热面管A上两个周向缺陷进行定位。
上述实施例的可调节磁致伸缩导波传感器使用四个磁回路，在受热管周向截面上形成的偏置磁场更加均匀，对于激励轴对称纵向L(0，2)导波模态非常有利。通过改变柔性印刷感应线圈沿受热面管磁回路内的位置，可以接收激励信号能量较高及波包结构相对简单反射回波信号，以便信号分析及缺陷的定位，从而判别适合该受热面管的传感器结构位置关系，使得传感器能够对该受热面管进行非接触长距离检测，检测信号简单明了、便于分析，进而降低检测成本。
本实用新型实施例的受热面管缺陷检测系统可以获得良好的缺陷信号，可以实现对缺陷的定位。并且传感器安装方便，对被检测的受热面管表面状况要求不高，检测过程方便快捷，降低了检测成本，能够适应实际工程现场的检测要求。
本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。
Claims (9)
1.一种受热面管缺陷检测系统，其特征在于，包括：超声脉冲激励卡、阻抗匹配网络、工控机以及可调节磁致伸缩传感器；
其中，所述可调节磁致伸缩传感器安装于被检测受热面管的一端，与所述阻抗匹配网络相连接，所述阻抗匹配网络与所述超声脉冲激励卡相连接，所述超声脉冲激励卡与所述工控机相连接；
所述超声脉冲激励卡产生激励脉冲，所述可调节磁致伸缩传感器将所述激励脉冲转换成超声波脉冲，并进入所述被检测受热面管中，所述可调节磁致伸缩传感器接收来自在所述被检测受热面管中经过反射的超声波脉冲，并将其转换为电脉冲信号后输入到所述超声脉冲激励卡中，所述工控机连接所述超声脉冲激励卡，显示所述电脉冲信号的波形。
2.根据权利要求1所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，所述阻抗匹配网络连接所述超声脉冲激励卡，用于减少所述激励脉冲传输中的无功分量，调节所述可调节磁致伸缩传感器的输入阻抗。
3.根据权利要求1所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，所述超声脉冲激励卡为USB-UT350G超声脉冲激励卡，通过USB接口与所述工控机相连接。
4.根据权利要求1所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，所述超声脉冲激励卡上还包括接收单元和模数转换单元；
所述接收单元用于接收所述可调节磁致伸缩传感器传送的电脉冲信号；
所述模数转换单元用于将所述电脉冲信号转换为数字信号后发送至所述工控机处理。
5.根据权利要求1所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，所述工控机用于调整所述超声脉冲激励卡产生的激励脉冲的参数，包括脉冲电压、脉冲宽度、脉冲回波、脉冲的激励方式。
6.根据权利要求1所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，所述可调节磁致伸缩导波传感器包括四个磁回路和柔性印刷感应线圈，所述四个磁回路均布于所述被检测受热面管的圆周方向上，与所述被检测受热面管构成闭合环状磁路，所述柔性印刷感应线圈至少一次缠绕于所述被检测受热面管上；
其中，每一磁回路包括轭铁、永磁铁和鞍铁，所述永磁铁设置于所述鞍铁上方，所述轭铁设置于所述永磁铁上方，所述鞍铁为拱形结构，其与所述永磁铁接触的表面的长度分别为所述永磁铁的宽度和所述轭铁的宽度的二倍；
所述柔性印刷感应线圈的宽度为激励频率下激励纵向L（0，2）模态波长的一半，可在沿所述被检测受热面管轴线方向上的磁回路内调节。
7.根据权利要求6所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，所述四个磁回路用于产生均匀变化的偏置磁场，每一磁回路包括一块轭铁、两块永磁铁以及两块鞍铁，所述两块永磁铁对应设置在所述两块鞍铁上方，所述轭铁对应设置在所述两块永磁铁上方，并与所述两块永磁铁的外侧一端对齐。
8.根据权利要求6所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，
所述轭铁的长为130mm，宽为20mm，厚度为10mm；
所述永磁铁的长为20mm，宽为20mm，厚度为10mm；
所述鞍铁的与所述永磁铁接触的表面的长为40mm，宽为20mm。
9.根据权利要求6所述的受热面管缺陷检测系统，其特征在于，所述柔性印刷感应线圈通过两端的连接器设置在所述被检测受热面管上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140409 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |