CN218099000U - 一种小径管涡流检测探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种小径管涡流检测探头，属于无损检测技术领域。包括防撞触头、测距模块、柔性涡流传感薄膜、支撑管、探头外壳和探头线；支撑管固定在探头外壳内部，测距模块设在支撑管的前端，柔性涡流传感薄膜均匀覆盖在支撑管的外表面；测距模块和柔性涡流传感薄膜与探头线的一端连接，探头线的另一端穿过支撑管的后端和探头外壳的后端与外部仪器连接；防撞触头设在探头外壳的前端。本实用新型的结构紧凑，体积小，重量轻，易拆装，便于携带，能够快速稳定地对小口径、长距离的管道进行检测。

Description

一种小径管涡流检测探头

技术领域

本实用新型属于无损检测技术领域，具体涉及一种小径管涡流检测探头。

背景技术

随着工业技术水平的不断发展和提高，小口径管道在航空航天、石油化工、电力等诸多领域都有非常广泛的用途，其内部的状态对设备的运行安全产生重大影响。特别是长距离的小口径管道长期在土壤、空气和成分复杂的水环境中工作，外部相对恶劣的工况使小口径管道极易受到腐蚀损伤，导致小径管局部断裂失效。

同时小口径管道内壁因口径狭小，内壁防腐防损困难，也无法使用内窥镜检查内壁，在反复使用过程中，由于小径管内部体积较小而承受压力较大，易产生疲劳裂纹。

现有的管道无损检测装置，多针对大口径管道设计，且结构比较复杂，无法适用于小口径管道的无损检测，且小口径管道的检测装置在设计尺寸上必须小于管道的直径。因此，如何克服小口径管道口径狭小、管道较长等固有特点，同时又能满足高效识别缺陷的无损检测方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种小径管涡流检测探头，结构紧凑，体积小，重量轻，易拆装，便于携带，能够快速稳定地对小口径、长距离的管道进行检测。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种小径管涡流检测探头，包括防撞触头、测距模块、柔性涡流传感薄膜、支撑管、探头外壳和探头线；支撑管固定在探头外壳内部，测距模块设在支撑管的前端，柔性涡流传感薄膜均匀覆盖在支撑管的外表面；测距模块和柔性涡流传感薄膜与探头线的一端连接，探头线的另一端穿过支撑管的后端和探头外壳的后端与外部仪器连接；防撞触头设在探头外壳的前端。

优选地，防撞触头包括半球形中部镂空的触头外壳。

进一步优选地，触头外壳旋合固定在探头外壳的前端。

进一步优选地，触头外壳上设有定位基准圆点。

优选地，测距模块包括激光发射器、激光接收器、安装板、底座和系统电路板；支撑管的前端设有盖板，安装板固定在所述盖板的外表面，激光发射器和激光接收器固定在安装板上；底座固定在所述盖板的内表面，系统电路板设在底座内；激光发射器和激光接收器分别与系统电路板连接，系统电路板与探头线连接。

进一步优选地，激光发射器为半导体激光二极管，激光接收器为BAK4棱镜。

优选地，柔性涡流传感薄膜包括5层聚酰亚胺薄膜，其中第二层聚酰亚胺薄膜上印刷有若干接收线圈和接收线圈引脚，第四层聚酰亚胺薄膜上印刷有激励线圈和激励线圈引脚；接收线圈引脚和激励线圈引脚分别与探头线连接。

进一步优选地，柔性涡流传感薄膜弯曲成环形固定在支撑管外表面，若干接收线圈环向均布。

优选地，探头线的外壳为PVC材质。

优选地，探头外壳为ABS材质。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的一种小径管涡流检测探头，基于涡流检测原理，引入柔性涡流传感薄膜，并使其均匀覆盖在圆形支撑管上，能够通过柔性涡流传感薄膜内部多通道接收线圈设计，实现可象限定位的小径管内壁周向扫查。弯曲成圆形的柔性涡流传感薄膜的另一个好处是还能防止由薄壁小径管加工导致的螺旋矫直痕引起的误判。支撑管前端的激光测距模块，一方面可以判断小径管是否存在堵塞变窄现象；另一方面在涡流探头检测过程中起到辅助定位的作用。防撞触头能够保护测距模块。同时探头采用有线连接的方式来进行信号传输可有效降低信号的干扰程度。本实用新型的结构紧凑，体积小，重量轻，易拆装，便于携带，能够快速稳定地对小口径、长距离的管道进行检测。

进一步地，防撞触头的触头外壳为半球形中部镂空结构，一方面能够对测距模块起到良好的保护作用，另一方面方便测距模块的激光发射与接收。

更进一步地，触头外壳旋合固定在探头外壳的前端，通过螺纹旋合连接方便磨损后更换。

更进一步地，触头外壳上设有定位基准圆点，能够为检测区域的象限定位提供基准。

进一步地，测距模块的结构紧凑，收发一体，有利于实现探头的小型化。

更进一步地，激光发射器采用半导体激光二极管，量程较长；激光接收器采用BAK4棱镜，自由曲面镜头的设计可有效提高激光透过率。

进一步地，柔性涡流传感薄膜结构紧凑，结构及操作简单，能够通过测量各个接收线圈的电压值变化来反应待测工件表面的状态。

更进一步地，柔性涡流传感薄膜弯曲成环形固定在支撑管外表面，若干接收线圈环向均布，能够将检测区域分为若干象限，从而根据接收线圈所处的象限，实现损伤的象限定位。

进一步地，探头线的外壳为PVC材质，能够对内部信号线起到良好的保护作用，并且在实际检测中可通过抽拉探头线实现整个探头的移动。

进一步地，探头外壳采用为ABS材质，耐磨性和绝缘性良好，兼具较高的强度。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为防撞触头的结构示意图；

图3为测距模块的结构示意图；

图4为柔性涡流传感薄膜的结构示意图。

图中：1-防撞触头、101-定位基准圆点、102-触头外壳、2-测距模块、201-激光发射器、202-激光接收器、203-安装板、204-底座、3-柔性涡流传感薄膜、301-接收线圈、302-接收线圈引脚、303-激励线圈引脚、304-激励线圈、305-聚酰亚胺薄膜、4-支撑管、5-探头外壳、6-探头线。

具体实施方式

本实用新型的理论基础：

涡流检测原理：涡流检测是利用电磁感应效应，在载有交流电的激励线圈靠近金属表面时，在线圈周围产生交变激励磁场，进而产生交变涡流。在产生涡流的同时，会生成一个同原磁场相反的，频率相同的磁场。次生的交变涡流磁场再反作用到探头线圈，阻碍穿过线圈的激励磁场磁通量的变化，最终改变检测线圈的感应电压和阻抗大小。因此，探头在检测移动过程中，涡流磁场对检测线圈的反作用力会随着金属材质、厚度等发生改变，涡流检测正是通过分析检测线圈上感应电压或者阻抗的变化来反应被检工件中存在的损伤缺陷或者物理性质变化。

涡流检测与其他无损检测方法的比较优势：

涡流探头无需耦合剂，简单安全可靠，检测速度快，满足小口径管道待检数量较多的需求；涡流探头具有高灵敏度，可以根据待检管道的具体材质以及孔径大小，调整激励频率；由于涡流的趋肤效应，更适用于检测导体表面的损伤，尤其符合薄壁小口径管道的无损检测；

涡流传感器一般可分为探头式线圈和平面线圈。柔性的平面线圈，相较于普通的探头线圈具有质量轻、体积小、柔软易于粘贴等优势，常用于被测材料性能变化的实时监测。柔性线圈可通过柔性印刷电路板技术，将导线印刷在聚酰亚胺材质的柔性薄膜上，从而形成柔性涡流传感薄膜。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：

如图1，本实用新型的小径管涡流检测探头，包括防撞触头1、测距模块2、柔性涡流传感薄膜3、支撑管4、探头外壳5和探头线6。支撑管4固定在探头外壳5内部，测距模块2设在支撑管4的前端，柔性涡流传感薄膜3均匀覆盖在支撑管4的外表面，柔性涡流传感薄膜3与探头线6的一端连接，探头线6的另一端穿过支撑管4的后端和探头外壳5的后端与外部仪器连接；防撞触头1与探头外壳5的前端连接。

探头外壳5优选无磁性的ABS塑料，耐磨性和绝缘性良好，兼具较高的强度。

探头线6外壳采用PVC管，探头内部的所有信号线汇拢到探头线6中，并与外界涡流检测装置相连。在实际检测过程中可通过缓慢的抽拉探头线6实现整个探头的前后移动。

如图2，探头外壳5为两端开放、中部贯通的管状结构，防撞触头1包括半球形中部镂空的触头外壳102，触头外壳102旋合固定在探头外壳5前端。触头外壳102优选采用ABS塑料，具有绝缘、防油水、耐磨损的优点，并且易于加工、稳定可靠。触头外壳102上设有定位基准圆点101，定位基准圆点101用于为检测区域的象限定位提供基准。

如图3，测距模块2包括激光发射器201、激光接收器202、安装板203、底座204和系统电路板；支撑管4的前端设有盖板，安装板203固定在所述盖板的外表面，激光发射器201和激光接收器202固定在安装板203上；底座204固定在所述盖板的内表面，系统电路板设在底座204内；激光发射器201和激光接收器202分别与系统电路板连接，系统电路板与探头线6连接。系统电路板为集成有信号处理器、钟频振荡器、距离计算器等功能的数字电路板，用于发射与接收激光束，并基于脉冲激光测距原理，测量精度可达毫米级，同时加入特定的滤波算法，可以有效过滤杂散光，使得测量更精准。脉冲式激光测距是通过向目标射出短暂的脉冲激光束，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，从而计算出距离。激光测距产品为成熟产品，这里不再赘述。

激光发射器201优选半导体激光二极管，测距范围较长，轻松满足100米之内的距离测量，能够满足使用要求。

激光接收器202优选高清优质棱镜(BAK4棱镜)，自由曲面镜头的设计可有效提高激光透过率。

如图4，柔性涡流传感薄膜3包括5层聚酰亚胺薄膜305，其中第二层聚酰亚胺薄膜305两侧印刷接收线圈301和接收线圈引脚302，第四层聚酰亚胺薄膜305两侧印刷激励线圈304和激励线圈引脚303。柔性涡流传感薄膜3弯曲成圆形，均匀覆盖在支撑管4上，并通过AB胶粘贴固定在支撑管4表面。柔性涡流传感薄膜3是通过柔性电路印刷技术(FPC)将设计的线圈电路打印在中间柔性薄膜的两侧，在中间位置给柔性薄膜开孔，焊接联通上下层电路，最后通过额外的两层薄膜做绝缘层，加压固化而成。柔性涡流传感薄膜3上线圈布局采用双矩形线圈结构，每处线圈的引脚部分进行点焊，用导线引出，与外部涡流检测设备相连。柔性涡流传感薄膜3在外部激励作用下产生涡流，通过检测小径管内壁感应涡流的大小变化来评价被测位置是否存在缺陷损伤以及相应的损伤位置。激励线圈304为矩形线圈，可以视为由多个单一线圈组成，然后再由若干个单一线圈叠加而成。接收线圈301是柔性薄膜上呈阵列分布的多个矩形线圈，通过测量各个接收线圈的电压值变化来反应待测工件表面的状态。激励线圈304被施加交变电流后，通过测量均匀分布在柔性涡流传感薄膜3上的各个接收线圈301的电压值变化，能够实现缺陷损伤的象限定位。

在实际使用过程中，在激励线圈304上施加交变电流，测量缠绕成圆形的柔性涡流传感薄膜上的各个接收线圈301对应位置的信号，实现损伤的象限定位。以实际布置4个接收线圈301为例，均匀分布在十字双轴交汇的四个象限内，四个线圈编号1、2、3、4依次对应着第一象限、第二象限、第三象限、第四象限。若通过涡流仪器检测到1号线圈的涡流信号和相位发生异常，便能确定相应探头检测位置对应的第一象限区域存在疑似缺陷损伤。

整个探头的走线说明：测距模块2的收发脉冲激光功能、数据处理等功能集成到数字电路板上，安装在底座204内部，引脚的接线通过支撑管4向外。柔性涡流传感薄膜3的激励线圈304和接收线圈301也通过各个引脚的焊点用导致引出。最终所有的信号线汇拢到探头线6的PVC外壳内，与外界涡流检测装置连通。采用有线连接的方式来进行信号传输可有效降低信号的干扰程度。

上述小径管涡流检测探头在使用时：

考虑到小径管数量一般比较多，为了提升工作效率，先把探头送入受检管道到达另一端，而后匀速地将探头拉出，在拉出的同时进行检测。由仪器自动记录涡流信号，并将数据进行分析处理。如果将探头抵达位置的管道封闭，在匀速拉出的同时，测距模块2实时接收与封闭管口的相对距离，这时候一旦检测得到涡流信号异常，便能根据测距模块2得到的距离数值推算出现涡流信号异常处的大致位置。

在将探头送入受检管道另一端的过程中，首先打开测距模块2功能，如果反馈得到的距离小于实际长度，那么说明该管道存在堵塞现象。接着将探头送入，如果出现探头通不过，但是探照灯可见亮光，则可以更换直径更细的探头重复送入，依此来判断管子存在堵塞还是局部发生弯曲。

检测实例1

以某核电站热交换器用传热钛管为例，目前对钛管的检测最为常用的方法为涡流检测，可以探测管材表面的裂纹、泄漏等缺陷。由于是以海水作为冷却循环介质，传热钛管更易受到冲刷腐蚀，海水流速过高和附近海域泥砂含量过大是导致钛管失效的根本原因。此外，热交换器内壁防腐橡胶条脱落等异物堵塞了传热管，产生了冲刷磨损，也导致钛管的快速减薄和破损。

采用本实用新型的小径管涡流检测探头，测距模块2解决异物堵塞问题，涡流检测解决钛管内壁腐蚀问题(壁厚减薄、泄漏)。

检测实例2

多阵列涡流接收线圈的设计，还能防止由薄壁小径管加工导致的螺旋矫直痕引起的误判。矫直痕的存在使得涡流检测线圈与管材表面之间的距离一直在变化，在一定的检测速度下，检测线圈与管材内表面距离的不断变化会产生提离效应，从而产生连续性疑似缺陷信号。但这是由于螺旋矫直痕的存在而导致涡流信号显示，并非属于某种缺陷类型，尤其是当显示信号的相位角较小时便属于误判。考虑到本实用新型公开的小径管涡流检测探头内存在涡流传感薄膜的四个接收线圈同时工作，因此仅仅是某个象限线圈出现连续性疑似缺陷信号，同时相位角也是相对较小，而另外三个象限在同一时间并没有观察到类似现象，便可以判断该现象是由于螺旋矫直痕的存在所造成，并非是内壁缺陷。

以上所述，仅为本实用新型实施方式中的部分，本实用新型中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本实用新型的内容，以便于更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。

Claims (10)

1.一种小径管涡流检测探头，其特征在于，包括防撞触头(1)、测距模块(2)、柔性涡流传感薄膜(3)、支撑管(4)、探头外壳(5)和探头线(6)；支撑管(4)固定在探头外壳(5)内部，测距模块(2)设在支撑管(4)的前端，柔性涡流传感薄膜(3)均匀覆盖在支撑管(4)的外表面；测距模块(2)和柔性涡流传感薄膜(3)与探头线(6)的一端连接，探头线(6)的另一端穿过支撑管(4)的后端和探头外壳(5)的后端与外部仪器连接；防撞触头(1)设在探头外壳(5)的前端。

2.根据权利要求1所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，防撞触头(1)包括半球形中部镂空的触头外壳(102)。

3.根据权利要求2所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，触头外壳(102)旋合固定在探头外壳(5)的前端。

4.根据权利要求2所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，触头外壳(102)上设有定位基准圆点(101)。

5.根据权利要求1所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，测距模块(2)包括激光发射器(201)、激光接收器(202)、安装板(203)、底座(204)和系统电路板；支撑管(4)的前端设有盖板，安装板(203)固定在所述盖板的外表面，激光发射器(201)和激光接收器(202)固定在安装板(203)上；底座(204)固定在所述盖板的内表面，系统电路板设在底座(204)内；激光发射器(201)和激光接收器(202)分别与系统电路板连接，系统电路板与探头线(6)连接。

6.根据权利要求5所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，激光发射器(201)为半导体激光二极管，激光接收器(202)为BAK4棱镜。

7.根据权利要求1所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，柔性涡流传感薄膜(3)包括5层聚酰亚胺薄膜(305)，其中第二层聚酰亚胺薄膜(305)上印刷有若干接收线圈(301)和接收线圈引脚(302)，第四层聚酰亚胺薄膜(305)上印刷有激励线圈(304)和激励线圈引脚(303)；接收线圈引脚(302)和激励线圈引脚(303)分别与探头线(6)连接。

8.根据权利要求7所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，柔性涡流传感薄膜(3)弯曲成环形固定在支撑管(4)外表面，若干接收线圈(301)环向均布。

9.根据权利要求1所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，探头线(6)的外壳为PVC材质。

10.根据权利要求1所述的小径管涡流检测探头，其特征在于，探头外壳(5)为ABS材质。

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