CN204405597U - 一种基于电场指纹法的无损检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于电场指纹法的无损检测装置，属于管路无损检测技术设备领域。包括待测管道（2），其特征在于：在待测管道（2）上均匀设置多个扑捉电极（4），在扑捉电极（4）的两外端分别套装有一个用于输入激励电流信号的电流输入单元，同时设置有一个与电流输入单元以及扑捉电极（4）分别相连的控制单元。包括控制器对所述供电模块实现控制的充放电控制流程以及对所述信号采集模块实现控制的信号采集发送流程。本实用新型的基于电场指纹法的无损检测装置，实现了对输送管道腐蚀情况高精度、无损检测，同时避免了过多的线路铺设，减少了测量成本。

Description

一种基于电场指纹法的无损检测装置

技术领域

一种基于电场指纹法的无损检测装置，属于管路检测技术领域。

背景技术

在现有技术中，管道腐蚀是石油输送领域发生事故的主要原因，具体的形态可分为：均匀腐蚀、局部腐蚀、坑蚀、焊缝腐蚀和冲蚀等。目前，普遍采用电阻探针法和极化探针法在线监测管道的腐蚀情况，但这些方法只能进行间接均匀腐蚀检测，且对管壁有损伤，同时维修成本以及停车启动成本较高，且对危害性极大的局部腐蚀无能为力。

利用电场指纹法进行管道腐蚀的测量，与现有技术相比，理论上具有测量直接、精度及可靠性高、适应性强的优点，且对管壁无损伤。但在现阶段，利用电场指纹法进行管道腐蚀的测量普遍存在于理论研究阶段，尚未成熟实施。同时输送管路往往铺设在较为偏僻的地方，在进行管路检测时需要耗费大量的人力物力，且需要铺设相应的线路进行辅助，检测成本较高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于电场指纹法，实现了对输送管道腐蚀情况高精度、无损检测，同时避免了过多的线路铺设，减少了测量成本的基于电场指纹法的无损检测装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于电场指纹法的无损检测装置，包括待测管道，其特征在于：在待测管道上均匀设置多个扑捉电极，在所有扑捉电极所在区域的两外端分别套装有一个用于输入激励电流信号的电流输入单元，同时设置有一个与电流输入单元以及扑捉电极分别相连的控制单元，控制单元包括一台控制器以及由控制器分别控制的供电模块和信号采集模块。

优选的，所述的电流输入单元包括一个金属环以及均匀设置在金属环外周圈的多个电极极柱，金属环设置有一个可闭合的缺口，电极极柱与所述控制单元相连。

优选的，所述的供电模块包括可编程直流电源、蓄电池以及发电装置，发电装置与控制器相连，控制器与储能元件互连，控制器与可编程直流电源相连，可编程直流电源的输出端与所述的电极极柱相连。

优选的，所述的发电装置包括太阳能发电板或/和风能发电机。

优选的，在所述的可编程直流电源与电极极柱之间设置有用于采集可编程直流电源电流输出值的电流采集装置，电流采集装置的输出端连接至所述控制器。

优选的，所述的信号采集模块包括所述控制器同时连接的矩阵开关、电压采集卡和无线通讯模块，矩阵开关、电压采集卡以及无线通讯模块依次连接，所述的扑捉电极连接至矩阵开关。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、基于电场指纹法，实现了对输送管道腐蚀情况高精度、无损检测。

2、采用太阳能和风能实现供电，同时通过无线传输的方式实现数据的传输，避免了线路的长距离铺设，减少了测量成本。

3、通过控制器代替了现有技术中通过风能或太阳能实现发电时需要分别设置的风能和太阳能的充放电控制器，降低了整体成本，且统一由控制器进行控制，集成度及可靠性更高。

4、通过采用电极套对待测管道施加电流信号，由于电极套的周圈均作为电流接入点，因此两电极套之间所形成的电场线互成平行线，因此在整个电压采集区的电流分布均匀，因而在测量时可以大大较少测试误差，提高测量精度。

附图说明

图1为基于电场指纹法的无损检测装置结构示意图。

图2为基于电场指纹法的无损检测装置电极套结构示意图。

图3为基于电场指纹法的无损检测装置电场线分布示意图。

图4为现有技术电场线分布示意图。

图5为基于电场指纹法的无损检测装置控制单元原理方框图。

其中：1、电极套  2、待测管道  3、电压采集区  4、扑捉电极  5、参考板  6、金属环  7、电极极柱  8、电场线。

具体实施方式

图1~5是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~5对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，基于电场指纹法的无损检测装置，包括一段待测管道2，在待测管道2表面设置有电压采集区3，电压采集区3一般设置在待测管道2中容易受到腐蚀的位置。在电压采集区3的一侧设置有一块覆盖在待测管道2表面的参考板5，在电压采集区3以及参考板5上均设置有若干扑捉电极4，相邻两扑捉电极4之间的距离相同。在电压采集区3以及参考板5的外侧两端分别设置有一个电极套1，通过两电极套1向待测管道2施加电流信号，电流信号流经电压采集区3以及参考板5。同时设置有基于电场指纹法的无损检测装置的控制单元（图1中未画出），控制单元与两端的电极套1以及扑捉电极相连，向电极套1输送电流信号；扑捉电极同时单独与控制单元相连，将其自身的电压信号送至控制单元。

参考板5为排除温度和电流变化的影响，同时为了采集横向对比参数的目的而设置，参考板5材料、厚度与待测管道2相同且与待测管道2之间绝缘，电压采集区3以及参考板5上的扑捉电极4的设置密度相同。

如图2所示，电极套1包括一带有缺口的金属环6，在金属环6的外周圈均匀设置有若干竖直设置的电极极柱7，所有电极极柱7与上述的控制单元相连，通过电极极柱7实现对待测管道2电流信号的输入。金属环6的缺口两端可通过螺栓进行连接，使电极套1成为一闭环结构。在实际安装时，将两端的电极套1分别套设在电压采集区3以及参考板5的外端，然后通过螺栓进行紧固使金属环6紧贴在待测管道2的表面，由于金属环6具有一定的延展性，因此金属环6可与待测管道2紧密接触，因此可实现良好的导电特性，当待测管道2的外表面不规则时，也可在金属环6与待测管道2之间添加导电膏，以增加导电性能。在现场实际使用时，在将电极套1固定完成，并将导线连接完成之后，可在电极套1的外部使用防水材料进行缠裹，以增强电极套1的防水、防潮性能，提高野外作业的适应能力。

电场指纹法的基本原理是：在将扑捉电极4和参考板5固定完成之后，对待测管道2施加高电流信号，通过电压采集区3上的若干扑捉电极4测量并记录下待测管道2初始结构的精确电压信号，作为该待测管道2的参考值。待设备运行一段时间以后，待测管道2的金属结构发生腐蚀，通过扑捉电极4测量金属结构电压特征细微变化，将测得的电压特征与无缺陷结构时的参考值进行比较，由此判断因腐蚀引起的金属损失、裂纹或凹槽等缺陷。

由于相邻两扑捉电极4之间的距离相同，结合电阻计算公式 可知：相邻两扑捉电极4之间电阻值相同，同时结合欧姆定律公式可知：当待测管道2未腐蚀时，在对待测管道2施加电流之后，相邻两扑捉电极4之间的电压值相等。当待测管道2发生腐蚀之后，腐蚀处的两扑捉电极4之间的电压发生变化。

在现有技术中，一般在电压采集区3和参考板5的外侧选取两点作为电流接入点。当通过两点式对待测管道2施加电流信号时，两电流接入点之间的电场线8呈现图4所示的纺锤状，因此在整个电压采集区3的电流分布不均匀，导致流经电压采集区3上各扑捉电极4的电流值不相等，即相邻两扑捉电极4之间的电压值不同，因此在测量时会出现测量偏差，导致测量精度下降。

在本基于电场指纹法的无损检测装置中，通过采用电极套1对待测管道2施加电流信号时，由于电极套1的周圈均作为电流接入点，因此两电极套1之间所形成的电场线8如图3所示互成平行线，因此在整个电压采集区3的电流分布均匀，流经电压采集区3上各扑捉电极4的电流值相等，因而在测量时可以大大较少测试误差，提高测量精度。

在如图5所示的原理方框图中，黑色箭头表示电源信号走向，白色箭头表示测量信号走向。基于电场指纹法的无损检测装置的控制单元，包括：控制器、可编程直流电源、电压采集卡、矩阵开关、蓄电池、无线通讯模块以及发电装置。在本基于电场指纹法的无损检测装置中，发电装置包括一组太阳能发电板和一台或多台风能发电机，由于输送管路一般铺设在较为偏僻的地区，通过发电装置可以实现自发电，同时由于采用了无线通讯模块，同时解决了信号无线传输的问题，因此同时避免了供电线路和信号传输线路的长距离铺设问题，节约了成本。

太阳能发电板和风能发电机同时与控制器相连，将发出的电能送至控制器，由控制器进行分配。控制器与蓄电池互连，可将太阳能发电板或/和风能发电机发出的电能送至蓄电池进行存储，也可利用蓄电池内存储的电能对其他设备进行供电。控制器分别与电压采集卡、可编程直流电源以及无线通讯模块相连，并为其供电。

可编程直流电源的电源输出端通过一电流采集装置与上述的电极套1上的电极极柱7相连，通过可编程电源将直流信号送至电极套1，电流采集装置的输出端与控制器相连，电流采集装置采集可编程直流电源输出的电流值，并将采集到的电流值送至控制器内。上述的扑捉电极4、矩阵开关、电压采集卡以及无线通讯模块依次相连，电压采集卡通过矩阵开关采集循环各个扑捉电极4的电压值，并通过无线通讯模块向外发送。

在现有技术中，通过风能或太阳能实现发电时，需要分别设置风能和太阳能的充放电控制器，或者设置风光互补控制器实现。在本基于电场指纹法的无损检测装置中，通过控制器代替了现有技术中各类充放电控制器的功能。因此在本基于电场指纹法的无损检测装置中，取消了各类充放电控制器，降低了整体成本，且统一由控制器进行控制，集成度及可靠性更高。

控制器采用MXC-2300系列的可扩展无风扇嵌入式计算机，支持四核IntelAtom E3845 1.91GHz SoC处理器，两条DDR3LSO-DIMM插槽，最大支持8GB内存，2x PCI + 1x PCIe x4或3x PCI扩展插槽，内置两个带隔离的CAN口和16通道隔离DI和DO，两个可软件编程的RS-232/422/485 + 两个RS-232端口加固级，支持-20°C 至+ 70°C无风扇运行。可编程直流电源采用IT6723系列可编程和直流电源，标配有RS232/USB/GPIB通信接口，输出有开关控制，可按照程序所编的电压电流值输出，可利用旋钮对电压和电流进行调节。电压采集卡可采用 PXI/DAQ/DAQe-2200系列采集卡，可配置的512单元通道增益序列， 通道12位多路切换模拟输出，带波形发生功能，在本实施例中，优选DAQ-2200系列采集卡。矩阵开关采用型号为PXI-7931的矩阵模块，兼容PXI Rec.2.2规范，多达32个交点DODT非锁存继电器，通过PXI触发总线和星型触发实现多种模块同步。

具体工作过程及原理如下：

当本基于电场指纹法的无损检测装置开始工作时，由控制器控制可编程直流电源输出电流信号，该电流信号加载在竖直设置在电极套1的电极极柱7上之后，两电极套1之间形成平行的电场，电场中的高电流信号加载在两电极套1之间的多个扑捉电极4中。由上述可知，相邻两扑捉电极4之间的电阻值相同，因此在管道未出现腐蚀时，相邻两扑捉电极4之间的电压信号相同。所有扑捉电极4的电压信号独自通过导向引至矩阵开关中，并由电压采集卡通过矩阵开关进行扑捉。电压采集卡将采集到的电压信号通过无线通讯模块进行无线发送，发送至处理中心进行处理。

当管道中出现腐蚀时，相应位置的扑捉电极4采集到的电压信号会发生变化，数据中心根据电压变化情况判断出管道的腐蚀情况。

当工作时太阳能或/和风能充足时，控制器控制太阳能或/和风能发出的电能进入可编程直流电源进行电流信号的输出，并将多余的电能存储至蓄电池中；当太阳能和风能无法提供足够的电能时，控制器控制将蓄电池内存储的电能送至可编程直流电源，通过可编程直流电源向电极套1提供大电流信号，保证扑捉电极4可输出正常的电压信号。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于电场指纹法的无损检测装置，包括待测管道（2），其特征在于：在待测管道（2）上均匀设置多个扑捉电极（4），在所有扑捉电极（4）所在区域的两外端分别套装有一个用于输入激励电流信号的电流输入单元，同时设置有一个与电流输入单元以及扑捉电极（4）分别相连的控制单元，控制单元包括一台控制器以及由控制器分别控制的供电模块和信号采集模块。

2.根据权利要求1所述的基于电场指纹法的无损检测装置，其特征在于：所述的电流输入单元包括一个金属环（6）以及均匀设置在金属环（6）外周圈的多个电极极柱（7），金属环（6）设置有一个可闭合的缺口，电极极柱（7）与所述控制单元相连。

3.根据权利要求1所述的基于电场指纹法的无损检测装置，其特征在于：所述的供电模块包括可编程直流电源、蓄电池以及发电装置，发电装置与控制器相连，控制器与储能元件互连，控制器与可编程直流电源相连，可编程直流电源的输出端与所述的电极极柱（7）相连。

4.根据权利要求1所述的基于电场指纹法的无损检测装置，其特征在于：所述的发电装置包括太阳能发电板或/和风能发电机。

5.根据权利要求3所述的基于电场指纹法的无损检测装置，其特征在于：在所述的可编程直流电源与电极极柱（7）之间设置有用于采集可编程直流电源电流输出值的电流采集装置，电流采集装置的输出端连接至所述控制器。

6.根据权利要求1所述的基于电场指纹法的无损检测装置，其特征在于：所述的信号采集模块包括所述控制器同时连接的矩阵开关、电压采集卡和无线通讯模块，矩阵开关、电压采集卡以及无线通讯模块依次连接，所述的扑捉电极（4）连接至矩阵开关。