CN212391426U - 一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置，包括设于管道内的衔铁，衔铁的外壁上设有第一永磁铁层和第二永磁铁层，第一永磁铁层、第二永磁铁层均包括若干个均匀圆周辐射安装在衔铁外壁上的永磁体，第一永磁铁层内、第二永磁铁层内相邻的两个永磁体充磁方向相反，第一永磁铁层、第二永磁铁层相对应的两个永磁体充磁方向相反，每个永磁体与管道内壁之间均设有铁刷，第一永磁铁层内、第二永磁铁层内相邻的两个永磁体之间均设有周向传感器，第一永磁铁层、第二永磁铁层相对应的两个铁刷之间均设有轴向传感器。本实用新型通过周向、轴向两维励磁结构设计实现了永磁体之间空白区域的漏磁检测，扩展了检测范围、消除了测量盲区。

Description

一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置

技术领域

本实用新型涉及电磁检测技术的领域，尤其涉及一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置。

背景技术

管道是进行长距离石油、天然气传输的重要方式，其长时间深埋于地下，外部地质环境恶劣，环境引起的腐蚀、形变以及人为施工造成的管壁缺陷成为危害管道传输安全的重要因素。为了保证生产安全，专业人员需定期对管道进行在役的维护和检查，以便及时发现管壁缺陷隐患，及时定位并开展维护。

作为主要的管壁缺陷检测方式，管道漏磁检测装置是一种利用电磁效应检测铁磁材料在磁回路中传输特性的测量方式，其原理为：利用永磁体或电磁铁产生励磁磁场，经过衔铁、铁刷、管道构成闭合磁回路，以充分磁化铁磁管壁至磁饱和状态；当管壁存在缺陷时，缺陷位置磁阻显著增大，产生明显的漏磁现象，进而通过磁敏感元件对缺陷位置、形状进行定位，为管道缺陷维护提供技术条件，具有在役维护、缺陷快速定位、无损伤测量等突出优势。

传统的漏磁检测装置常采用沿管道轴向布置的永磁体、衔铁、铁刷等作为励磁单元，为实现不同管道内径的匹配性以及与管道内壁的贴合性，通常在周向均匀布置多个上述励磁单元，但单元之间不可避免存在间隙，成为测量盲区。为覆盖励磁单元之间的测量区域，亦有装置采用沿周向布置的永磁体作为励磁元件，但同样存在永磁体所在位置无法开展漏磁检测的问题。为进一步缩小测量盲区，有研究采用双检测段交错排列的方式，两段互相弥补盲区检测，有效扩大了检测范围，但不可避免地存在整套装置体积加长、系统可靠性下降等问题。

因此，如何通过励磁装置的改进设计，在不增加装置体积的条件下有效扩展漏磁检测区域范围，成为管道漏磁检测装置研究方向，具有重要的工程应用价值，对检测装置高精度测量、小型化设计、可靠性提升具有积极意义。

发明内容

本实用新型旨在解决现有技术的不足，而提供一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置，包括同轴设置于管道内部的衔铁，所述衔铁的外壁上靠近两端面对应设有第一永磁铁层和第二永磁铁层，所述第一永磁铁层、第二永磁铁层均包括若干个均匀圆周辐射安装在衔铁外壁上的永磁体，所述第一永磁铁层内相邻的两个永磁体充磁方向相反，所述第二永磁铁层内相邻的两个永磁体充磁方向相反，所述第一永磁铁层、第二永磁铁层相对应的两个永磁体充磁方向相反，每个永磁体与管道内壁之间均设有铁刷，所述第一永磁铁层内相邻的两个永磁体之间、第二永磁铁层内相邻的两个永磁体之间均设有周向传感器，所述第一永磁铁层、第二永磁铁层相对应的两个铁刷之间均设有轴向传感器。

所述衔铁为圆柱筒状结构。

所述衔铁在第一永磁铁层、第二永磁铁层之间的侧壁上均匀贯穿有若干镂空孔洞，每个镂空孔洞位于衔铁外侧壁上的四个角中的两个角分别和第一永磁铁层相邻的两个永磁体内角相连且另外两个角分别和第二永磁铁层对应的相邻的两个永磁体内角相连。

所述周向传感器、轴向传感器包括霍尔传感器、涡流传感器。

所述铁刷采用高导磁率、耐磨材料制成，如多股钢丝组成的导磁材料，铁氧体或钴钒合金组成的导磁材料。所述铁刷外镀锡或者刷涂陶瓷聚合物的非导磁耐磨涂料。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过周向、轴向两维励磁结构设计实现了永磁体之间空白区域的漏磁检测，扩展了检测范围、消除了测量盲区；与传统双检测装置结构相比，在单个检测装置内实现了同样范围的检测功能，有利于系统紧凑化、高集成度发展；利用双向励磁结构增加了传感器检测点数量，结合多类别传感器信号融合技术，实现高精度缺陷测量与特征辨识能力。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型轴向整体结构示意图；

图3为本实用新型横截面整体结构示意图；

图4为衔铁的结构示意图；

图5为单个励磁单元双向磁场走势示意图；

图6为轴向区域缺陷检测原理图；

图7为周向区域缺陷检测原理图；

图中：1-管道；2-衔铁；3-第一永磁铁层；4-第二永磁铁层；5-永磁体；6- 铁刷；7-周向传感器；8-轴向传感器；9-镂空孔洞；

以下将结合本实用新型的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1至图4所示，一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置，包括同轴设置于管道1内部的衔铁2，所述衔铁2的外壁上靠近两端面对应设有第一永磁铁层3和第二永磁铁层4，所述第一永磁铁层3、第二永磁铁层4均包括若干个均匀圆周辐射安装在衔铁2外壁上的永磁体5，所述第一永磁铁层3内相邻的两个永磁体5充磁方向相反，所述第二永磁铁层4内相邻的两个永磁体5充磁方向相反，所述第一永磁铁层3、第二永磁铁层4相对应的两个永磁体5充磁方向相反，每个永磁体5与管道1内壁之间均设有铁刷6，所述第一永磁铁层3内相邻的两个永磁体5之间、第二永磁铁层4内相邻的两个永磁体5之间均设有周向传感器7，所述第一永磁铁层3、第二永磁铁层4相对应的两个铁刷6之间均设有轴向传感器8。

所述衔铁2为圆柱筒状结构。

所述衔铁2在第一永磁铁层3、第二永磁铁层4之间的侧壁上均匀贯穿有若干镂空孔洞9，每个镂空孔洞9位于衔铁2外侧壁上的四个角中的两个角分别和第一永磁铁层3相邻的两个永磁体5内角相连且另外两个角分别和第二永磁铁层 4对应的相邻的两个永磁体5内角相连。

所述周向传感器7、轴向传感器8包括霍尔传感器、涡流传感器。

所述铁刷6采用高导磁率、耐磨材料制成，如多股钢丝组成的导磁材料，铁氧体或钴钒合金组成的导磁材料。所述铁刷6外镀锡或者刷涂陶瓷聚合物的非导磁耐磨涂料。

本实用新型由于采用了双向组合励磁结构，在单个磁路单元内形成了沿周向和轴向的空间闭合磁回路，如图5所示。对于单个永磁体5而言，其自身既与周向相邻永磁体5形成周向磁回路，又与相邻轴向永磁体5形成轴向磁回路，从而在四个永磁体5构成的单个磁路单元内通过充磁方向的巧妙设计实现首尾相连的空间磁路结构。

为了减小双向磁路在衔铁2中的内耗和泄漏，对衔铁2构型进行了设计，在单个磁路单元中心进行镂空处理，如图4所示，通过增大对角线方向空气的磁阻将磁路走向限制在首位相接的衔铁2内矩形磁回路中。

本实用新型在使用时，搭配外部的动力装置和记录装置使用，其中动力装置位于本实用新型的前端，为本实用新型沿管道1单向运动提供动力，本实用新型利用电磁效应对管道1内壁缺陷进行检测，并产生漏磁型号，记录装置对检测结果及运行里程进行采集分析，生产对外输出结果。本实用新型作为管壁励磁、漏磁型号生成的核心部分，对系统缺陷检测能力以及检测精度起到决定性作用。

在管道1漏磁检测过程中，本实用新型的检测装置在动力装置带动下沿管道 1内液体流动方向移动，同时检测装置利用周向传感器7和轴向传感器8对管道内壁质量进行检测。按照与检测装置的相对位置，管道内壁缺陷可以划分为三类：轴向缺陷：缺陷位于轴向永磁体所在直线上；周向缺陷：缺陷位于周向永磁体所在圆弧连线上；其他位置缺陷。

针对轴向缺陷，由于其位置处在某一对轴向永磁体5连线上，随着检测装置的运动使得缺陷位于相邻永磁体5中间时，触发轴向传感器8信号特征识别。相邻的轴向永磁体5与铁刷6、衔铁2、管壁构成轴向磁回路，如图6所示，并将管壁充分磁化。当轴向存在缺陷时管壁厚度变薄，使得本已磁饱和的管壁产生漏磁，从而便于轴向传感器8采集。轴向传感器8中的霍尔传感器同样包含径向和轴向双方向采集功能，通过双向磁通密度信号进行缺陷特征识别。轴向传感器8 中的涡流传感器辅助进行缺陷深度测量以及内外表面缺陷的判别。

针对周向缺陷，其检测原理如图7所示，缺陷所在位置左右相邻的两个永磁体5构成周向磁回路，并将管壁充分磁化。当存在缺陷时，由于缺陷处管壁厚度变薄，导致本已磁饱和的管壁磁场泄漏，并通过周向传感器7感知。周向传感器 7中的两轴霍尔传感器分别检测轴向和径向磁通密度，得到当前缺陷对应的漏磁场特征分布，为信号提取和特征识别提供基础。周向传感器7中的涡流传感器则通过测量传感器与管道1内壁距离辅助判断缺陷深度、区别内外表面缺陷。

当缺陷所在位置不属于上述两种类型时，随着检测装置沿管道1的移动，势必会将缺陷移动至周向磁回路中，进而可以将问题转化为周向缺陷进行处理。值得注意的是，对于周向缺陷，当缺陷位置不在左右相邻的周向永磁体5中位时，由于与周向传感器7作用位置存在小角度的偏移，检测信号的特征以及幅值均受到影响。对此，本实用新型中可采用多传感器辅助测量以及信号融合的测量技术。当缺陷位于如图5所示的四个永磁体5组成的单个空间磁回路内部时，两个轴向传感器8和两个周向传感器7均会对该缺陷敏感，并且信号体现出与传感器作用位置相关的信号特征。通过四个传感器信号进行融合以及动态采集，可以有效地对缺陷进行多维度特征提取与数据匹配，为高精度缺陷定位于识别提供了技术条件。

本实用新型的管道漏磁检测装置主要由永磁体5、衔铁2、铁刷6、两轴霍尔传感器、涡流传感器等部件组成，与铁磁材料的管道1构成完整的磁回路，实现精确的漏磁信号采集功能。其中，永磁体5是磁路中励磁元件，根据永磁体5 充磁方向对外产生定向磁场及磁化作用，充分磁化检测区域内的管壁，为产生漏磁信号提供条件。衔铁2由高导磁率金属材料制成，起到引导磁场走势以及固定永磁体5的作用。铁刷6固定于永磁体5和管道1之间，在引导磁路的同时与管壁内侧吸引并接触，减小检测装置与管道1间隙的同时起到抗磨作用。霍尔传感器布置于相邻的两个永磁体5之间，测量管道内部径向和轴向两自由度的磁通密度，从而得到漏磁信号。涡流传感器同样布置于相邻的两个永磁体5之间，检测传感器与管壁之间的相对位置变化，从而辅助判断缺陷位置与形状。通过上述检测节核心部件的共同作用，实现管道内壁缺陷的精确检测功能。

为了消除检测盲区、扩大检测范围及精度，本实用新型在检测装置磁路结构上进行创新设计，提出了双向组合励磁结构，其结构上突出特点在于将传统周向励磁结构与轴向励磁结构相结合，采用双列交替充磁永磁体5同时产生沿周向和轴向的励磁磁场，并根据磁路走向设计镂空状的衔铁2，进一步增强双向励磁磁场强度。通过上述创新结构的设计，实现了检测节所在区域内的全覆盖，消除了测量盲区，提高了检测精度。

本实用新型的优点在于：

通过周向、轴向两维励磁结构设计实现了永磁体5之间空白区域的漏磁检测，扩展了检测范围、消除了测量盲区；

与传统双检测装置结构相比，在单个检测装置内实现了同样范围的检测功能，有利于系统紧凑化、高集成度发展；

利用双向励磁结构增加了传感器检测点数量，结合多类别传感器信号融合技术，实现高精度缺陷测量与特征辨识能力。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置，其特征在于，包括同轴设置于管道(1)内部的衔铁(2)，所述衔铁(2)的外壁上靠近两端面对应设有第一永磁铁层(3)和第二永磁铁层(4)，所述第一永磁铁层(3)、第二永磁铁层(4)均包括若干个均匀圆周辐射安装在衔铁(2)外壁上的永磁体(5)，所述第一永磁铁层(3)内相邻的两个永磁体(5)充磁方向相反，所述第二永磁铁层(4)内相邻的两个永磁体(5)充磁方向相反，所述第一永磁铁层(3)、第二永磁铁层(4)相对应的两个永磁体(5)充磁方向相反，每个永磁体(5)与管道(1)内壁之间均设有铁刷(6)，所述第一永磁铁层(3)内相邻的两个永磁体(5)之间、第二永磁铁层(4)内相邻的两个永磁体(5)之间均设有周向传感器(7)，所述第一永磁铁层(3)、第二永磁铁层(4)相对应的两个铁刷(6)之间均设有轴向传感器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置，其特征在于，所述衔铁(2)为圆柱筒状结构。

3.根据权利要求2所述的一种具有双向组合励磁结构的管道漏磁检测装置，其特征在于，所述衔铁(2)在第一永磁铁层(3)、第二永磁铁层(4)之间的侧壁上均匀贯穿有若干镂空孔洞(9)，每个镂空孔洞(9)位于衔铁(2)外侧壁上的四个角中的两个角分别和第一永磁铁层(3)相邻的两个永磁体(5)内角相连且另外两个角分别和第二永磁铁层(4)对应的相邻的两个永磁体(5)内角相连。

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