CN219758142U - 一种管道内检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管道内检测装置，属于管道检测技术领域。其技术方案为：一种管道内检测装置，其特征在于，包括刚性骨架、同心设置在所述刚性骨架上的弹性检测件以及与弹性检测件配合的电子系统；所述弹性检测件的检测探头突出所述刚性骨架，所述刚性骨架和弹性检测件嵌入泡沫外壳内；所述泡沫外壳与管道内壁过盈配合且检测装置能够在管道运行介质的前后压差作用下，沿着管道轴线运行。本实用新型的有益效果为：可以对双金属管道进行内检。

Description

一种管道内检测装置

技术领域

本实用新型属于管道检测技术领域，尤其涉及一种管道内检测装置。

背景技术

双金属管道包括外基管和内衬管，外基管负责承压和管道刚性支撑的作用，内衬管承担耐腐蚀、耐磨损等作用，外基管一般为碳钢材质，内衬管一般为不锈钢材质。为了保证双金属管道的正常运行，一般需要对管道定期进行检测，以便实时掌握管道存在的缺陷。

目前，对于双金属管道的检测一般采用漏磁内检测和超声检测技术等，但漏磁内检测装置重量大、磁吸引力强、通过能力不足，难以应用低压、低排量的管道，同时由于内衬管道的存在，外基础管道难以达到饱和磁化的状态；超声检测技术的检测精度高，可以有效识别管体缺陷，然而，超声内检测技术需要速度均匀的流体介质，难以应用于天然气管道的内部缺陷检测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以对双金属管道进行内检的缺陷检测装置。

本实用新型是通过如下措施实现的：一种管道内检测装置，其特征在于，包括刚性骨架、同心设置在所述刚性骨架上的弹性检测件以及与弹性检测件配合的电子系统；

所述弹性检测件的检测探头突出所述刚性骨架，所述刚性骨架和弹性检测件嵌入泡沫外壳内；

所述泡沫外壳与管道内壁过盈配合且检测装置能够在管道运行介质的前后压差作用下，沿着管道轴线运行。

所述弹性检测件包括环形刚性基座、周向均布在所述环形刚性基座上的若干弹性支架以及设置在所述弹性支架上的所述探头；

所述探头包括环形漆包线圈以及磁场敏感元件，所述泡沫外壳产生内凹形变且所述探头向刚性骨架中心产生位移；

所述电子系统包括电流型多通道正弦信号发生模块，所述信号发生模块用于驱动所有的所述漆包线圈在空间中产生交变的低频磁场，该磁场穿过管道的内衬管并与外基管磁耦合；

所述磁场敏感元件用于检测感应空间中的耦合磁场，并输出对应的模拟量电压信号。

所述电子系统还包括用于放大所述电压信号的放大模块、对放大后的信号进行滤波的滤波模块、用于信号采集和将模拟量转换为数字信号的采集模块、对数字信号进行存储的存储模块、进行数据传输的通信模块和对装置进行供电的电池模块。

所述信号发生模块采用的STM32H743VI T6型单片机，主频达到480MHz，实测信号点更新频次达到200K，单片机可以产生1kHz的正弦波形，每个正弦波由100个点组成，信号点的更新频次为100K。单片机通过自身DAC功能，同时配合高频定时器，按照正弦波形输出DAC信号，经偏置、放大电路将单片机输出的正弦波电压信号转换为基于0V的正弦波电压信号，此正弦波电压信号再经运算放大器调理，同时通过对输出电流的采集放大，形成电流控制的闭环输出。此电流信号直接输出到探头的漆包线圈中，以形成激励磁场。

所述放大模块和滤波模块对所述探头输出电流信号进行调理。所述探头直接输出的电流信号及其微弱，且其中往往掺杂噪声信号，不利于检测，因此设计放大模块和滤波模块，将检测信号进行放大滤波处理，提高缺陷信号辨识度。

其中，经过调理之后信号输出至数据采集模块。所述数据采集模块采用AD7175-2型单片机，用于将从调理后的信号进行模-数转换，当所述AD7175-2型单片机接收到采样触发信号时，将最近一帧采集到的模拟量值锁存并通过并行总线发送至存储单元，同时向数据存储与通信模块发出一个保存触发信号。

存储与通信模块包括两个STM32H743VI T6型单片机、SD卡以及网口。STM32H743VIT6型单片机的24个串口并行连接组成了所述存储与通信模块的CPU，CPU外接了SD卡作为存储单元，外接网口用于导出数据。

每个所述探头均对应一个放大模块和滤波模块。

所述刚性骨架包括两个端板、设置在两个所述端板之间的电子仓和电池仓、连接所述电子仓和电池仓的连接筒，所述电子系统设置在所述电子仓内，所述电池模块设置在所述电池仓内，所述电池仓靠近探头的一端留有两个小孔以供电源线通过。

所述环形刚性基座同心设置在所述连接筒的外壁上。

所述弹性支架为平行四边形的矩形框且安装所述探头的一边与刚性骨架的轴线平行，与侧边相邻的两侧边倾斜于刚性骨架的轴线，这样方便弹性支架受外力产生变形，所述弹性支架为橡胶材质且压缩变形后能够恢复。

所述磁性敏感元件位于环形漆包线圈的底部轴心位置，所述弹性支架上且位于所述磁场敏感元件的外侧设置有陶瓷耐磨片，所述陶瓷耐磨片一般通过螺纹与弹性支架连接，所述磁场敏感元件可采用霍尔传感器。所述磁场敏感元件的数据采样频次为10K/s，存储模块的存储频次需达到10K/s。

两个所述端板之间通过若干刚性支撑杆连接。所述支撑杆的两端设置有螺纹，支撑杆通过螺纹连接与端板连接。

所述弹性支架和探头均设置有8个。

所述探头紧贴泡沫外壳的外壁。

工作原理：所述信号发生模块发出电流型正弦波，驱动所有的所述漆包线圈在空间中产生交变的低频磁场，该磁场穿过管道的内衬管并与外基管磁耦合；

当本装置在管道运行介质的前后压差作用下，沿着管道轴线运行时，在此过程中探头产生的交变磁场穿过内衬管以及内衬管道表面的积蜡、油漆等对外基管缺陷进行扫查，遇到不同缺陷，探头与外基管之间的距离也不同，磁场敏感元件检测到的数据也不同，通过检测数据可以判断出不同的缺陷。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：由磁场敏感元件、线圈和弹性支架等组成的弹性检测件具有非接触式测量且重量轻的优点，可以有效减少检测器对管道内壁的损伤；弹性检测件可以用于检测管道形变、腐蚀缺陷以及向外凸出形变；检测结果不受管道内介质和管道内表面的油漆、蜡层的影响，精度高；应用于小管径双金属管道时测量精度高。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2为去掉泡沫外壳的内部结构示意图；

图3为弹性检测件的结构示意图；

图4为探头的内部结构示意图；

图5为工作流程图；

图6为内衬管内凹的结构示意图；

图7为外基管腐蚀的结构示意图；

图8为外基管外凸的结构示意图；

图9为腐蚀缺陷实测图；

其中，附图标记为：1、刚性骨架；2、弹性检测件；3、泡沫外壳；101、端板；102、电池仓；103、电子仓；104、连接筒；105、支撑杆；201、弹性支架；202、探头；203、陶瓷耐磨片；204、环形刚性基座；2021、保护罩；2022、线圈；2023、磁场敏感元件。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

实施例一：

参见图1-图8，一种管道内检测装置,包括刚性骨架1、同心设置在刚性骨架1上的弹性检测件2以及与弹性检测件2配合的电子系统；

弹性检测件2的检测探头202突出刚性骨架1，刚性骨架1和弹性检测件2嵌入泡沫外壳3内；

泡沫外壳3与管道内壁过盈配合且检测装置能够在管道运行介质的前后压差作用下，沿着管道轴线运行。

弹性检测件2包括环形刚性基座204、周向均布在环形刚性基座204上的若干弹性支架201以及设置在弹性支架201上的探头202；

探头202包括环形漆包线圈2022以及磁场敏感元件2023，泡沫外壳3产生内凹形变且探头202往刚性骨架1中心产生位移；

电子系统包括电流型多通道正弦信号发生模块，发生模块用于驱动所有的漆包线圈2022在空间中产生交变的低频磁场，该磁场穿过管道的内衬管并与外基管磁耦合；

磁场敏感元件2023用于检测感应空间中的耦合磁场，并输出对应的模拟量电压信号。

电子系统还包括用于放大电压信号的放大模块、对放大后的信号进行滤波的滤波模块、用于信号采集和将模拟量转换为数字信号的采集模块、对数字信号进行存储的存储模块、进行数据传输的通信模块和对装置进行供电的电池模块。

每个探头202均对应一个放大模块和滤波模块。

刚性骨架1包括两个端板101、设置在两个端板101之间的电子仓103和电池仓102、连接电子仓103和电池仓102的连接筒104，电子系统设置在电子仓103内，电池模块设置在电池仓102内，电池仓102的靠近探头202的一端留有两个小孔以供电源线通过。

环形刚性基座204同心设置在连接筒104的外壁上。

弹性支架201为平行四边形的矩形框且安装探头202的一边与刚性骨架1的轴线平行，与侧边相邻的两侧边倾斜于刚性骨架1的轴线，这样方便弹性支架201受外力产生变形，弹性支架201为橡胶材质且压缩变形后能够恢复。

磁性敏感元件2023位于环形漆包线圈2022的底部轴心位置，弹性支架201上且位于磁场敏感元件2023的外侧设置有陶瓷耐磨片203，陶瓷耐磨片203一般通过螺纹与弹性支架201连接，磁场敏感元件2023可采用霍尔传感器。磁场敏感元件2023的数据采样频次为10K/s，存储模块的存储频次需达到10K/s，磁场敏感元件2023采用3个字节，每个字节8位数。

两个端板101之间通过若干刚性支撑杆105连接。支撑杆105的两端设置有螺纹，支撑杆105通过螺纹连接与端板101连接。

弹性支架201和探头202均设置有8个。

探头202紧贴泡沫外壳3的外壁。

实施例二：

参见图1-图8，在实施例二的基础上，信号发生模块采用的STM32H743VI T6型单片机，主频达到480MHz，实测信号点更新频次达到200K，单片机可以产生1kHz的正弦波形，每个正弦波由100个点组成，信号点的更新频次为100K。单片机通过自身DAC功能，同时配合高频定时器，按照正弦波形输出DAC信号，经偏置、放大电路将单片机输出的正弦波电压信号转换为基于0V的正弦波电压信号，此正弦波电压信号再经运算放大器调理，同时通过对输出电流的采集放大，形成电流控制的闭环输出。此电流信号直接输出到探头202的漆包线圈2022中，以形成激励磁场。

放大模块和滤波模块对探头202输出电流信号进行调理。探头202直接输出的电流信号及其微弱，且其中往往掺杂噪声信号，不利于检测，因此设计放大模块和滤波模块，将检测信号进行放大滤波处理，提高缺陷信号辨识度。

其中，经过调理之后信号输出至数据采集模块。数据采集模块采用AD7175-2型单片机，用于将从调理后的信号进行模-数转换，当AD7175-2型单片机接收到采样触发信号时，将最近一帧采集到的模拟量值锁存并通过并行总线发送至存储单元，同时向数据存储与通信模块发出一个保存触发信号。

存储与通信模块包括两个STM32H743VI T6型单片机、SD卡以及网口。STM32H743VIT6型单片机的24个串口并行连接组成了存储与通信模块的CPU，CPU外接了SD卡作为存储单元，外接网口用于导出数据。

实施例三：

在实施例一或实施例二的基础上，在具体使用时，信号发生模块发出电流型正弦波，驱动所有的漆包线圈2022在空间中产生交变的低频磁场，该磁场穿过管道的内衬管并与外基管磁耦合；当本装置在管道运行介质的前后压差作用下，沿着管道轴线运行时，在此过程中探头202产生的交变磁场穿过内衬管以及内衬管道表面的积蜡、油漆等对外基管缺陷进行扫查，此时探头202会感应到的空间磁场B，线圈产生的磁场B1、外基管的磁化磁场B2以及缺陷产生的磁场B3的矢量合。

参见图6，当泡沫外壳3经过内衬管凹陷区域时，泡沫外壳3和弹性支架201受压变形，探头202位置发生改变，探头202与外基管之间的距离变大，线圈产生的磁场B1不改变，外基管由于与线圈间的间距增加，导致磁场B2显著降低，缺陷产生的B3几乎为0，因此磁敏元件感应到的磁场B减小量与B2的减小量基本相同。

参见图7，当泡沫外壳3经过外基管内壁腐蚀区域时，泡沫外壳3和弹性支架201不受变化，探头202位置未发生改变，腐蚀区域的产生金属损失，探头202与腐蚀区域的距离增大，激励线圈产生的磁场B1不改变，由于金属损失导致外基管与探头的电磁耦合作用降低，此时外基管的磁化磁场为改变为B2与B3的差值，因此磁敏元件感应到的磁场B减小量与B3的值相同。

参见图8，当泡沫外壳3经过外基管外凸区域时，泡沫外壳3和弹性支架201不受变化，探头202位置未发生改变，但探头202与外凸区域的距离增大，线圈产生的磁场B1不改变，外基管由于与激励线圈间的间距增加，导致磁场B2显著降低，缺陷产生的B3为0，因此磁敏元件感应到的磁场B减小量与B2的减小量相同。

综上所示，以上三种缺陷均会导致信号产生凹字型的特征，如图9所示(腐蚀缺陷实测所得，其他情况并未展示)，并且随着腐蚀深度D、管道外凸值D的增加，输出信号的谷值逐渐增加。同时随着腐蚀长度L以及管道向外凸区域和内衬管内凹的长度L的增加，输出信号内凹的区域逐渐增加。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。

本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种管道内检测装置，其特征在于，包括刚性骨架、同心设置在所述刚性骨架上的弹性检测件以及与弹性检测件配合的电子系统；

所述弹性检测件的检测探头突出所述刚性骨架，所述刚性骨架和弹性检测件嵌入泡沫外壳内；

所述泡沫外壳与管道内壁过盈配合且检测装置能够在管道运行介质的前后压差作用下，沿着管道轴线运行。

2.根据权利要求1所述的管道内检测装置，其特征在于，所述弹性检测件包括环形刚性基座、周向均布在所述环形刚性基座上的若干弹性支架以及设置在所述弹性支架上的所述探头；

所述探头包括环形漆包线圈以及磁场敏感元件，所述泡沫外壳产生内凹形变且所述探头往刚性骨架中心产生位移；

所述电子系统包括电流型多通道正弦信号发生模块，所述信号发生模块用于驱动所有的所述漆包线圈在空间中产生交变的低频磁场，该磁场穿过管道的内衬管并与外基管磁耦合；

所述磁场敏感元件用于检测感应空间中的耦合磁场，并输出对应的模拟量电压信号。

3.根据权利要求2所述的管道内检测装置，其特征在于，所述电子系统还包括用于放大所述电压信号的放大模块、对放大后的信号进行滤波的滤波模块、用于信号采集和将模拟量转换为数字信号的采集模块、对数字信号进行存储的存储模块、进行数据传输的通信模块和对装置进行供电的电池模块。

4.根据权利要求3所述的管道内检测装置，其特征在于，每个所述探头均对应一个放大模块和滤波模块。

5.根据权利要求3所述的管道内检测装置，其特征在于，所述刚性骨架包括两个端板、设置在两个所述端板之间的电子仓和电池仓、连接所述电子仓和电池仓的连接筒，所述电子系统设置在所述电子仓内，所述电池模块设置在所述电池仓内；

所述环形刚性基座同心设置在所述连接筒的外壁上。

6.根据权利要求2所述的管道内检测装置，其特征在于，所述弹性支架和探头均设置有8个。

7.根据权利要求2所述的管道内检测装置，其特征在于，所述探头紧贴泡沫外壳的外壁。