CN215573468U

CN215573468U - 一种测量矫顽力的u型探头

Info

Publication number: CN215573468U
Application number: CN202122264655.8U
Authority: CN
Inventors: 蒋毅; 侯浩; 王垒超; 王明波; 刘君; 罗杰; 王庆; 韩雷; 王彬彬; 王爱玲; 李玉坤; 程凡菊
Original assignee: China Oil and Gas Pipeline Network Corp; National Pipeline Network Southwest Pipeline Co Ltd
Current assignee: China Oil and Gas Pipeline Network Corp; National Pipeline Network Southwest Pipeline Co Ltd
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2031-09-17

Abstract

本实用新型提供了一种测量矫顽力的U型探头。所述U型探头包括：磁芯、激励线圈和感应线圈，其中，磁芯为U型或类U型，并包括依次连接的第一磁芯段、第二磁芯段和第三磁芯段，其中，第一磁芯段和第三磁芯段相互平行；激励线圈缠绕在第一磁芯段和第三磁芯段上，并在第一磁芯段上缠绕的匝数为M1，在第二磁芯段上缠绕的匝数为M2；感应线圈缠绕在第二磁芯段上且匝数为N，N＜M1，N＜M2。本实用新型适用于铁磁材料的应力评估，具有测量速度快、测量结果稳定等优点；对材料表面光洁度要求较低，测量时不需要耦合剂，节约测量工时，发展前景广阔。

Description

一种测量矫顽力的U型探头

技术领域

本实用新型涉及矫顽力测量领域，特别地，涉及一种测量管道矫顽力的U型探头。

背景技术

油气管道长期运行，在地质灾害或其他异常载荷作用下难以避免地产生变形，导致管道部分区域应力集中加剧。而管道焊缝处通常存在各类焊接缺陷，对应力集中非常敏感。

目前，已发生多起因应力集中导致的管道破裂事故，此类事故不仅会影响油气的正常供应，造成经济损失，甚至可能威胁事故周边人员的生命安全。因此，对在役管道进行定期应力检测评估，评价管道安全裕度，是避免应力集中引发管道安全事故的重要手段。

目前较为成熟的无损检测法有X射线法和超声波法。X射线法测量精度高，结果准确、可靠，但X射线穿透深度较浅，检测区域仅限于材料表面和亚表面，测量深层应力需要对材料进行剥层，难以对在役管道应力状态进行准确评估。超声波法对被测表面光洁度、平面度要求高，被测表面与探头之间的耦合状况也对测量结果影响较大。矫顽力法尚处于研究初期，目前未有成熟的矫顽力法测量探头。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本实用新型的目的之一在于提供一种新型的测量矫顽力的U型探头，以对在役管道的应力状况进行快速准确的评估。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种测量矫顽力的U型探头。

所述U型探头可包括：磁芯、激励线圈和感应线圈；其中，磁芯为U型或类U型，并可包括依次连接的第一磁芯段、第二磁芯段和第三磁芯段，其中，第一磁芯段和第三磁芯段相互平行；激励线圈缠绕在第一磁芯段和第三磁芯段上，并在第一磁芯段上缠绕的匝数为M1，在第二磁芯段上缠绕的匝数为M2；感应线圈缠绕在第二磁芯段上且匝数为N，N＜M1，N＜M2。

进一步地，激励线圈可包括相连接的第一子线圈和第二子线圈，第一子线圈缠绕在第一磁芯段上且匝数为M1，第二子线圈缠绕在第二磁芯段上且匝数为M2。

进一步地，所述第二磁芯段可以与第一磁芯段相垂直。

进一步地，所述第一磁芯段和第三磁芯段的尺寸可以相同，第二磁芯段的厚度与第一磁芯段的厚度可以相同。

进一步地，所述磁芯可以由多片硅钢片堆叠而成。硅钢片的厚度可以为0.2～0.4mm。

进一步地，M1＝M2，M1+M2＝200～600。

进一步地，N＝10～40。

进一步地，所述激励线圈和感应线圈都为紫铜漆包线。

进一步地，所述紫铜漆包线的直径可以为0.05～0.15mm。

进一步地，所述磁芯的磁靴底面尺寸可以为10～15mm×20～30mm。

进一步地，所述U型探头还与激励电流源和感应电流源连接，其中，激励电流源与所述激励线圈连接并能够提供激励电流；感应电流源与所述感应线圈连接并能够提供感应电流。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括以下中的至少一项：

(1)本实用新型适用于铁磁材料的应力评估，具有测量速度快、测量结果稳定等优点。

(2)本实用新型对材料表面光洁度要求较低，测量时不需要耦合剂，节约测量工时，在测量管道应力方面具有非常广阔的发展前景。

(3)本实用新型结构简便，制作成本低。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本实用新型的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本实用新型的测量矫顽力的U型探头的一个结构示意图；

图2示出了磁芯的一个结构示意图；

图3示出了第一、第二和第三磁芯段的一个连接示意图；

图4示出了第一、第二和第三磁芯段的另一个连接示意图。

主要附图标记说明：

1-磁芯，11-第一磁芯段，12-第二磁芯段，13-第三磁芯段，2-激励线圈，3-感应线圈。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本实用新型的测量矫顽力的U型探头。

需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。

为确定材料磁特征参数与内应力之间的关系，通常是将激励线圈与感应线圈直接缠绕到受拉(压)应力作用的试样上，但该方法在实际应用中受到限制。为解决这类问题，本实用新型提出了一种探头，该探头可以作为测量材料磁滞回线的重要媒介，承担着对被测磁路进行磁化和磁路磁感应强度检测的责任。

本实用新型将缠绕有激励线圈和感应线圈的U型磁芯紧贴在被测试样上构成闭合磁路，测量激励线圈中的电流值和感应线圈中的电压值，由激励线圈中的电流值近似计算出闭合磁路中磁场值H大小，对感应线圈的电压值积分得到磁感应强度B，由此可得到不同应力条件下的磁滞回线；通过对磁滞回线的分析，可以评价测量区域的应力状态，从而避免应力集中引发的管道安全事故。

根据本实用新型的一个示例性实施例，如图1所示，所述测量矫顽力的U型探头可以包括：磁芯1、激励线圈2和感应线圈3。激励线圈2和感应线圈3均匀缠绕在磁芯1上以分别形成激励端与感应端。激励端接收交变激励信号，使闭合磁路中产生交变磁场，根据法拉第电磁感应原理，磁通量发生变化，磁感应强度发生变化，从而使感应线圈中产生感应电动势。

在本实施例中，磁芯可包括如图2所示依次连接的第一磁芯段11、第二磁芯段12和第三磁芯段13。第一磁芯段11和第三磁芯段13相互平行。第一磁芯段11和第二磁芯段12相互垂直。第二磁芯段12也可以为弧形。

图3和图4分别示出了第一磁芯段11、第二磁芯段12和第三磁芯段13的两种连接关系的示意图。图中的虚线表示不同磁芯段之间的分界线。

在本实施例中，综合考虑工作频率、磁通密度、磁导率和损耗及价格等因素，本实用新型的磁芯选择使用硅钢片堆叠而成，硅钢片作为一种软磁合金，具有较好的磁电性能，价格低，易于生产，机械应力影响小，不易发热。

单片硅钢片的厚度可以为0.2～0.4mm，例如0.25、0.3、0.35mm。进一步地，硅钢片可以为B30P120硅钢片。磁芯可以由硅钢片堆叠而成。

在本实施例中，磁芯的磁靴底面尺寸为10～15mm×20～30mm，例如11mm×21mm，12.5mm×25mm，14mm×29mm等。磁靴底面为第一磁芯段或第二磁芯段端部的端面尺寸。

若磁芯磁靴底面尺寸大于本探头所选尺寸，所需饱和磁场强度较大，不易完全磁化，影响测量精度；若磁芯尺寸小于所选尺寸，可缠线圈匝数过少，激励电流及感应电流增大，探头易发烫。

在本实施例中，结合图1和图2，激励线圈2可以缠绕在第一磁芯段11和第二磁芯段12上。激励线圈2在第一磁芯段11上缠绕的匝数为M1，在第二磁芯段上缠绕的匝数为M2，M1＝M2。感应线圈3可以缠绕在第二磁芯段12上且匝数为N，N＜M1，N＜M2。

在本实施例中，本实用新型的激励线圈的线径决定了可通过激励线圈的最大电流，其匝数与线圈两端产生的磁场强度紧密相关。

N₁I₁＝HL，该公式中，N₁为激励线圈匝数，I₁为激励电流，L为磁路长度，H为磁场强度。由此公式可知，通电线圈两端的磁场强度与激励线圈匝数N₁和通过的电流I₁成正比例关系，即，激励线圈的匝数越多，通过的电流越大，其产生的磁场强度就越大。同时，激励线圈两端的磁场强度过强或过弱，都会降低测量灵敏度。

因此，本实用新型激励线圈可以为直径为0.05～0.15mm紫铜漆包线，例如0.07、0.09、0.1、0.11、0.14mm等；匝数为200～600(即M1+M2＝200～600)，例如220、240、280、300、320、340、380、500、580等。以上激励线圈产生的磁场强度足够对磁路进行磁化。

进一步地，激励线圈的直径可以为0.08～0.12mm。匝数为250～350，例如270、290、300、310、330等。

在本实施例中，当激励线圈中通过稳定的交变电流时，会产生稳定的交变电磁场，被测钢板的磁感应强度随之稳定变化，感应线圈的匝数决定两端的感生电动势从而影响测量精度。

本实用新型感应线圈的匝数与激励线圈的匝数相适配。感应线圈的匝数可以为10～40，例如12、20、22、28、30、32、38等。

感应线圈可以选用紫铜漆包线，紫铜漆包线的直径可以为0.05～0.15mm，例如0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.14mm等。

在本实施例中，所述U型探头还可以分别与激励电流源和感应电流源连接。其中，激励电流源与所述激励线圈连接并能够提供激励电流，感应电流源与所述感应线圈连接并能够提供感应电流。

激励电流源包括信号发生电路和功率发大器。其中，信号发生电路用于产生激励电流，功率放大器起到放大作用，随后激励信号才会到达探头。

在本实施例中，为保磁靴底面与待测区域紧密接触，所述U型探头还可包括固定块，固定块能够保证探头的测量过程中平稳放置。固定块的结构可以为长方体，具体尺寸可以根据现场需求确定。

在本实施例中，本实用新型适用于铁磁材料和应力评估。进一步地，适用于管道或钢管的测量，例如，高强度钢管、在役管道的矫顽力测量。

为了更好地理解本实用新型的上述示例性实施例，下面对测量矫顽力的U型探头的测试过程做进一步说明。

将U型探头的激励线圈和感应线圈的线端分别与导线连接，安装探头外壳。

将矫顽力测量设备与U型探头相连接。

打开矫顽力测量设备及电脑，将探头放置于待测表面，确保磁靴底面与待测区域紧密接触，可根据实际测量环境添加固定块，保证测量过程中探头平稳放置。

探头在待测构件表面构成闭合磁路，利用信号发生电路和功率放大器使激励线圈产生足够大的磁场强度。根据电磁感应原理，感应线圈产生感应电动势，经电路处理后得到磁感应强度，从而得到测量区域的磁滞回线，进行矫顽力测量。

测量结束后将探头取下并将与测量设备相连接的导线取下。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本实用新型的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述U型探头包括：磁芯、激励线圈和感应线圈，其中，

磁芯为U型或类U型，并包括依次连接的第一磁芯段、第二磁芯段和第三磁芯段，其中，第一磁芯段和第三磁芯段相互平行；

激励线圈缠绕在第一磁芯段和第三磁芯段上，并在第一磁芯段上缠绕的匝数为M1，在第二磁芯段上缠绕的匝数为M2；

感应线圈缠绕在第二磁芯段上且匝数为N，N＜M1，N＜M2。

2.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述第二磁芯段与第一磁芯段相垂直。

3.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述第一磁芯段和第三磁芯段的尺寸相同，第二磁芯段的厚度与第一磁芯段的厚度相同。

4.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述磁芯由多片硅钢片堆叠而成。

5.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，M1＝M2，M1+M2＝200～600。

6.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，N＝10～40。

7.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述激励线圈和感应线圈都为紫铜漆包线。

8.根据权利要求7所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述紫铜漆包线的直径为0.05～0.15mm。

9.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述磁芯的磁靴底面尺寸为10～15mm×20～30mm。

10.根据权利要求1所述的测量矫顽力的U型探头，其特征在于，所述U型探头还与激励电流源和感应电流源连接，其中，

激励电流源与所述激励线圈连接并能够提供激励电流；

感应电流源与所述感应线圈连接并能够提供感应电流。