CN220819921U - 不等间距曲折线圈、emat探头、在线监测装置 - Google Patents
不等间距曲折线圈、emat探头、在线监测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220819921U CN220819921U CN202322028253.7U CN202322028253U CN220819921U CN 220819921 U CN220819921 U CN 220819921U CN 202322028253 U CN202322028253 U CN 202322028253U CN 220819921 U CN220819921 U CN 220819921U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coil
- module
- excitation
- unequal
- zigzag
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 47
- BLRBOMBBUUGKFU-SREVYHEPSA-N (z)-4-[[4-(4-chlorophenyl)-5-(2-methoxy-2-oxoethyl)-1,3-thiazol-2-yl]amino]-4-oxobut-2-enoic acid Chemical compound S1C(NC(=O)\C=C/C(O)=O)=NC(C=2C=CC(Cl)=CC=2)=C1CC(=O)OC BLRBOMBBUUGKFU-SREVYHEPSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 91
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 26
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 26
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 14
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 13
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 8
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000026683 transduction Effects 0.000 description 1
- 238000010361 transduction Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种不等间距曲折线圈、EMAT探头、在线监测装置，其中不等间距曲折线圈的间距从输入端至输出端逐渐缩小，EMAT探头包括蝶形线圈和不等间距曲折线圈，不等间距曲折线圈设置于蝶形线圈下方。不等间距曲折线圈所激发的超声导波具有Chirp信号特点，可以实现脉冲压缩技术，可以提高超声回波信号的信噪比和分辨率，提高检测精度。向蝶形线圈内通入类直流励磁电流可产生偏置磁场；若向蝶形线圈内通入强脉冲激励电流时可激发超声体波，若向曲折线圈内通入强脉冲激励电流时可激发超声导波，从而实现管道壁厚和缺陷检测。探头体积小，不受居里温度影响，适用于高温持续检测和狭窄区域检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声检测技术领域，尤其涉及一种不等间距曲折线圈、EMAT探头、在线监测装置。
背景技术
核电、石化管道的制造在金属热处理、铸锻造等方面的技术限制，以及该类管道在实际应用时需承受高负荷侵蚀、高温高压的应用环境，决定了此类高温高压管道需要一套能够进行剩余寿命与危险预警的检测系统，来避免由管道破损而对居民生活、工业生产造成影响的严重后果。而由于高温高压核电蒸汽管道的应用环境通常比较恶劣，且高温高压管道温度高达550℃，管道外壁包裹7-120mm厚的保温层和外套钢管或铝管。现有的无损检测技术难以实现无人智能化的带包覆层高温高压蒸汽管线的的壁厚减薄和缺陷扩展的全过程实时无损监测，其难点在于：①传统的传感器技术难以实现550℃高温下持续在线监测，相应的高温压电传感器还处于实验研发阶段，成本极其昂贵，难以实现大量应用；②针对现有的检测方法，很难适合“外套钢管或铝管-7～120mm保温层-工作钢管”的特殊蒸汽管道结构，难以在不破坏外套钢管和保温层的条件下，实现工作钢管的腐蚀减薄测量和缺陷检测；③传统的缺陷检测是以PC端为终端基础，通过人工辨认PC端收集的超声A扫信号来进行缺陷定位，由于这种办法对于远程数据的便携性低，对于未来检测系统的无人智能化，还未突破传统监测终端为电脑PC端的局限性。
压电超声、高温云纹超声、电磁超声、激光超声等都是常用的高温超声检测方法。压电超声检测由于需要耦合剂的特殊性，决定了其无法进行高温状态下长时间检测；对于不需要耦合剂的空气耦合超声，又因其超声始波信号余振过长、频率低，且多用透射法进行检测，仅适用于复合材料、木材、陶瓷等疏松多孔材料。激光超声和电磁超声具有非接触，无需耦合剂，易激发多种超声波等优点，被国内外学者一致认为是最适合而且已经被应用于超高温环境下的无损检测关键技术；但激光超声检测仪体积过大，价格昂贵，且对检测环境要求较高。
电磁超声基于洛伦兹力和磁致伸缩效应可直接在金属试块表面激励出超声波，无需接触试样和耦合剂。传统EMAT需要永磁体和电磁铁，易吸附铁磁性颗粒，探头体积大，换能效率低，而且永磁体的剩余磁感应强度受居里温度的影响而在高温环境中减弱或消退，难以适用于高温持续检测和狭窄区域检测。另外，传统EMAT激发超声导波时，一般采用等间距的曲折线圈，超声导波回波信号的信噪比和分辨率偏低，影响检测精度。
实用新型内容
本实用新型提供了一种不等间距曲折线圈，以解决现有曲折线圈EMAT超声回波信号的信噪比和分辨率偏低的问题，同时提供了一种EMAT探头、在线监测装置，以解决现有检测技术难以适用于带包覆层高温高压蒸汽管道的高温环境下持续无损检测的问题。
第一方面，提供了一种不等间距曲折线圈，所述不等间距曲折线圈的间距从输入端至输出端逐渐缩小。
采用不等间距曲折线圈，其所激发的超声导波具有Chirp信号特点，可以实现脉冲压缩技术，可以提高超声导波回波信号的信噪比和分辨率，进而提高检测精度。
进一步地，所述不等间距曲折线圈的的每匝导线位置满足如下条件：pxn 2+f0vxn-nv2/2＝0，其中p表示Chirp信号线性调频速率，即Chirp信号瞬态频率随时间的变化速率，f0表示Chirp信号的最低频率，v为激励的超声波在待测件中的传播速度，xn为第n匝线圈相对于第一匝导线的间距，n≥2。
第二方面，提供了一种EMAT探头，包括蝶形线圈和如上所述的不等间距曲折线圈，所述不等间距曲折线圈设置于所述蝶形线圈下方。
使用该EMAT探头对被测件壁厚和/或内部缺陷进行监测时，先向蝶形线圈内通入类直流励磁电流，可激发出偏置磁场，待类直流励磁电流稳定后，再同时向蝶形线圈内通入强脉冲激励电流，以在被测件上激发超声体波，并通过蝶形线圈接收超声体波回波信号，可以实现被测件壁厚和内部缺陷检测；对待测件表面缺陷进行监测时，先向蝶形线圈内通入类直流励磁电流，可激发出偏置磁场，待类直流励磁电流稳定后，再同时向曲折线圈内通入强脉冲激励电流，以在待测件上激发超声导波，并通过曲折线圈接收超声导波回波信号，可以实现被测件表面缺陷或者薄壁被测件的全厚度方向缺陷检测。当被测件为带包覆层的高温高压蒸汽管道时，将该EMAT探头紧贴在蒸汽管道的工作钢管外壁上，通过耐高温引线穿透保温棉，不需要清除或破坏保温层，可以实现带包覆层高温高压蒸汽管道的永久性安装条件下的持续无损监测。
进一步地，所述蝶形线圈中间电流同向部分覆盖整个所述不等间距曲折线圈。
进一步地，所述不等间距曲折线圈和蝶形线圈均采用耐高温陶瓷层银线绕制而成，线径为0.05～0.5mm。
进一步地，还包括：刚玉片，设置于所述不等间距曲折线圈下方。
第三方面，提供了一种在线监测装置，包括依次连接的带AD采样控制模块、激励接收电路及如上所述的EMAT探头；
所述激励接收电路用于产生类直流励磁电流和强脉冲激励电流，以向所述蝶形线圈内通入类直流励磁电流和强脉冲激励电流，或向所述蝶形线圈内通入类直流励磁电流且向所述不等间距曲折线圈内通入强脉冲激励电流；以及用于检测所述蝶形线圈或不等间距曲折线圈接收的超声回波信号；
所述带AD采样控制模块用于控制所述激励接收电路产生类直流励磁电流和强脉冲激励电流，以及接收所述激励接收电路检测的超声回波信号。
进一步地，所述激励接收电路包括高压强脉冲激励模块、低压类直流励磁模块、阻抗匹配模块、回波检测模块以及切换开关；所述高压强脉冲激励模块、低压类直流励磁模块、阻抗匹配模块、回波检测模块、EMAT探头均与所述切换开关连接；低压类直流励磁模块始终与EMAT探头中的蝶形线圈输入端相连，阻抗匹配模块、回波检测模块始终与EMAT探头中的蝶形线圈输出端及不等间距曲折线圈输出端相连；当需要在待测件中产生超声导波时，高压强脉冲激励模块通过切换开关与不等间距曲折线圈输入端相连，当需要在待测件中产生超声体波时，高压强脉冲激励模块通过切换开关与蝶形线圈输入端相连。
进一步地，所述激励接收电路还包括取样电流模块，所述取样电流模块与所述阻抗匹配模块连接。
进一步地，还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述带AD采样控制模块连接。
本实用新型提出了一种不等间距曲折线圈、EMAT探头、在线监测装置，具有如下优点：
(1)本实用新型提出了一种新型的曲折线圈，通过将曲折线圈的间距设置为从输入端至至输出端逐渐缩小，可以使其所激发的超声导波具有Chirp信号特点，可以实现脉冲压缩技术，可以提高超声回波信号的信噪比和分辨率，提高检测精度。
(2)本实用新型提供的EMAT探头为一种仅线圈式EMAT探头，不需要水循环冷却系统、永磁体和电磁铁，在线圈中通以类直流励磁电流产生偏置磁场，因此不需要永磁体或电磁铁提供激励和接收超声波所需的偏置磁场，不会受居里点影响，适合于高温环境下的无损检测，体积大大减小，适用于狭窄检测场合，因此，本实用新型采用的仅线圈式EMAT技术是针对带包覆层高温高压蒸汽管道在线无损检测与监测的关键和可行性技术。在对“外套钢管或铝管-7～120mm厚度保温层-工作钢管”的带包覆层高温高压蒸汽管道进行监测时，将本实用新型提供的EMAT探头紧贴工作钢管外壁上，通过耐高温引线穿透保温棉，不需要清除或破坏保温层，可以实现带包覆层高温高压蒸汽管道的永久性安装条件下的持续无损监测。
(3)采用由蝶形线圈和不等间距曲折线圈组合而成的仅线圈式EMAT，既可以产生超声体波实现管道壁厚和内部缺陷检测，也可以产生超声导波实现厚壁管道表面缺陷或者薄壁管道的全厚度方向缺陷检测。
(4)现有针对高温高压蒸汽管道采用多是停机状态下的定期无损检测与检查，通常蒸汽管道规模大、布局复杂，检测可达性较差，多采用人工手动检测，检测效率低，检测任务重，而且很难实现管道壁厚腐蚀减薄速率和缺陷扩展情况的过程记录，给定期检测和维护带了巨大的难度。本实用新型提出基于无线数据发送技术，将实时的检测数据通过无线技术发送，实现检测无人化、智能化。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的不等间距曲折线圈结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的Chirp脉冲压缩过程示意图，其中(a)为参考信号，(b)为超声导波信号，(c)为脉冲压缩信号；
图3是本实用新型实施例提供的EMAT探头结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的在线监测装置结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的激励接收电路结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的在线监测装置的安装示意图，其中，(a)为蝶形线圈激发出超声体波的示意图，(b)为不等间距曲折线圈激发出超声导波的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”、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发明和简化描述，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发明的限制。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种不等间距曲折线圈，所述不等间距曲折线圈1的间距从输入端至输出端逐渐缩小。
采用不等间距曲折线圈，其所激发的超声导波具有Chirp信号特点，可以实现Chirp脉冲压缩技术，可通过提高脉冲压缩比来提高超声导波回波信号的信噪比和空间分辨率，其实际脉冲压缩比为20倍及以上，适合检测管道表面小缺陷，检测精度高。图2所示为Chirp脉冲压缩过程，图2中(a)为参考信号，图2中(b)为超声导波信号，通过将(a)和(b)进行脉冲压缩，得到的信号如图2中(c)所示。
优选地，所述不等间距曲折线圈1的每匝导线位置满足如下条件：pxn 2+f0vxn-nv2/2＝0，其中p表示Chirp信号线性调频速率，即Chirp信号瞬态频率随时间的变化速率，f0表示Chirp信号的最低频率(Chirp信号频率也是超声波频率)，v为激励的超声波在待测件中的传播速度，xn为第n匝线圈相对于第一匝导线的间距，n≥2。
实施例2
如图3所示，本实施例提供了一种EMAT探头，包括蝶形线圈2和如上所述的不等间距曲折线圈1，所述不等间距曲折线圈1设置于所述蝶形线圈2下方。
该EMAT探头激发和接收超声波信号主要是基于洛伦兹力及逆洛伦兹力效应，工作原理如下：首先，在线圈中通以100～2000A的类直流励磁电流，以激发出偏置磁场，待其稳定后，再通以强脉冲激励电流，以在被测件表面感生出脉冲电涡流；脉冲电涡流与类直流励磁电流激发的偏置磁场相互作用，使被测件表层粒子受到洛伦兹力作用，从而产生超声波。当超声波提前遇到被测件中缺陷或到达被测件底面时反射回到被测件表面，根据逆磁致伸缩效应，使被测件表面金属粒子产生振动，并引发周围磁场发生变化，从而在线圈中“感生”出电压信号。
具体地，使用该EMAT探头对被测件壁厚和/或内部缺陷进行监测时，先向蝶形线圈2内通入类直流励磁电流，可激发出偏置磁场，待类直流励磁电流稳定后，再同时向蝶形线圈2内通入强脉冲激励电流，以在被测件上激发超声体波，并通过蝶形线圈2接收超声体波回波信号，可以实现被测件壁厚和内部缺陷检测；对待测件表面缺陷进行监测时，先向蝶形线圈2内通入类直流励磁电流，可激发出偏置磁场，待类直流励磁电流稳定后，再同时向不等间距曲折线圈1内通入强脉冲激励电流，以在待测件上激发超声导波，并通过不等间距曲折线圈1接收超声导波回波信号，可以实现被测件表面缺陷或者薄壁被测件的全厚度方向缺陷检测。当被测件为带包覆层的高温高压蒸汽管道时，将该EMAT探头紧贴在蒸汽管道的工作钢管外壁上，通过耐高温引线穿透保温棉，不需要清除或破坏保温层，可以实现带包覆层高温高压蒸汽管道的永久性安装条件下的持续无损监测。该EMAT探头为仅线圈式的EMAT探头，不需要水冷循环系统和永磁体，采用单个/两个线圈即可实现超声波的激励和接收，以线圈中同时通以类直流励磁电流来代替永磁体产生偏置磁场，不受居里点影响，探头体积大大减小，适用于高温持续无损检测和狭窄区域检测，是针对带包覆层高温高压蒸汽管道在线无损检测与监测的关键和可行性技术。
实施时，不等间距曲折线圈1和蝶形线圈2均采用耐高温陶瓷层银线绕制而成，线径为0.05～0.5mm。不等间距曲折线圈1的匝数为6～20匝不等，为偶数；2蝶形线圈匝数需要根据能覆盖不等间距曲折线圈1面积为前提条件来确定，即所述蝶形线圈2中间电流同向部分覆盖整个所述不等间距曲折线圈1。
在一优选实施例中，为避免来自探头底部高温高压蒸汽管道强烈热辐射的影响，探头除了使用了陶瓷层银线绕制而成的线圈，而且在不等间距曲折线圈1下方设置了厚度为0.1～0.5mm刚玉片。
实施例3
如图4所示，本实施例提供了一种在线监测装置，包括依次连接的带AD采样控制模块5、激励接收电路4及如上所述的EMAT探头3；
所述激励接收电路4用于产生类直流励磁电流和强脉冲激励电流，以向所述蝶形线圈2内通入类直流励磁电流和强脉冲激励电流，或向所述蝶形线圈2内通入类直流励磁电流且向所述不等间距曲折线圈1内通入强脉冲激励电流；以及用于检测所述蝶形线圈2或不等间距曲折线圈1接收的超声回波信号；
所述带AD采样控制模块5用于控制所述激励接收电路4产生类直流励磁电流和强脉冲激励电流，以及接收所述激励接收电路4检测的超声回波信号。
当使用该在线监测装置对蒸汽管道进行监测时，将EMAT探头紧贴在蒸汽管道的工作钢管外壁上，通过耐高温引线穿透保温棉，不需要清除或破坏保温层，带AD采样控制模块5、激励接收电路4集成后安装于外套钢管外壁，激励接收电路4与耐高温引线连接，进而实现带包覆层高温高压蒸汽管道的永久性安装条件下的持续无损监测。带AD采样控制模块5用于触发激励接收电路4产生类直流励磁电流和强脉冲激励电流通入电磁超声在线监测探头，以及接收激励接收电路4检测的超声回波信号。本实施例中，带AD采样控制模块5由FPGA控制模块和与其连接的AD采样模块构成。
本实施例中，如图5所示，所述激励接收电路4包括高压强脉冲激励模块、低压类直流励磁模块、阻抗匹配模块、回波检测模块以及切换开关；所述高压强脉冲激励模块、低压类直流励磁模块、阻抗匹配模块、回波检测模块、EMAT探头均与所述切换开关连接；低压类直流励磁模块始终与EMAT探头中的蝶形线圈输入端相连，阻抗匹配模块、回波检测模块始终与EMAT探头中的蝶形线圈输出端及不等间距曲折线圈输出端相连；当需要在待测件中产生超声导波时，高压强脉冲激励模块通过切换开关与不等间距曲折线圈输入端相连，当需要在待测件中产生超声体波时，高压强脉冲激励模块通过切换开关与蝶形线圈输入端相连。FPGA控制模块给高压强脉冲激励模块中驱动芯片进行3.3V电压供电以及输入低压脉冲触发信号，驱动芯片可增强由FPGA产生的触发信号的功率，使其能够迅速提高MOS管的G极电压，从而迅速导通/关断MOS管，高压强脉冲激励模块的电容组(容值需要较小，约100-700nF，以快速放电，增大强脉冲激励电流幅值)在MOS管开关控制下能够瞬态充放电在EMAT线圈中产生交变的强激励电流。低压类直流励磁模块由含IBGT的开关模块控制充放电，低压类直流励磁模块中电容容值需较大，约为1000-3000μF，充放电时间相对较长。低压类直流激励模块会在线圈中产生一个持续时间相对较长的、相对平滑的类直流励磁电流，可以为超声波的激励和接收提供静态偏置磁场。
低压类直流励磁模块打开的持续时间较于高压强脉冲激励模块更长，同时会在线圈中类直流励磁电流上升至最高值时(即直流电流激励出的磁场最强时)再打开高压强脉冲激励模块，以使激励的超声波幅值达最大值。阻抗匹配模块可以使得这部分感应电动势的能量最大分压在回波检测模块上，增强回波信号的幅值与信噪比。回波检测模块可以拾取回波信号，并对其进行滤波、放大。回波检测模块获取的信号通过滤波器与放大器后，由FPGA控制模块控制的AD采样模块(如采用AD转换芯片AD9280)对信号进行采集，AD9280最大采样率为32MSPS，采样位宽为8bit。
优选地，所述激励接收电路还包括取样电流模块，所述取样电流模块与所述阻抗匹配模块连接，通过取样电流模块对电流进行取样，以判断激励接收电路是否正常运行。
优选地，还包括无线通信模块6，所述无线通信模块6与所述带AD采样控制模块5连接。FPGA控制模块读取AD9280的采样数据后，通过无线通信模块6(如ESP8266WiFi模块)和上位机在同一局域无线网中建立TCP连接以将采集的超声回波信号上传，ESP8266WiFi模块采用STA模式作为客户端，无线路由器7作为工厂服务端，作为工厂服务端的无线路由器7可同时与多个前端的ESP8266WiFi模块进行通讯。检测的数据经由工厂无线路由器7、第三方通讯公司基站8，利用云计算技术上传到云平台9、存储至云主机服务器10，云主机服务器10在获得数据后，在客户系统终端11的请求下将结果在客户系统终端11通过客户端呈现给用户，从而实现缺陷的在线定位与定量及管道壁厚减薄的在线监测。
如图6所示，为带包覆层蒸汽管道电磁超声在线监测装置的安装示意图，将该EMAT探头3紧贴在蒸汽管道的工作钢管13外壁上，通过耐高温引线穿透保温棉14，带AD采样的FPGA控制模块、激励接收电路集成的主体机箱12安装于外套钢管15外壁。图6中(a)所示为蝶形线圈激发出超声体波，检测管道壁厚减薄和内部缺陷的示意图，图6中(b)所示为不等间距曲折线圈激发出超声导波，检测管道表面缺陷的示意图。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种不等间距曲折线圈，其特征在于，所述不等间距曲折线圈的间距从输入端至输出端逐渐缩小；
所述不等间距曲折线圈的每匝导线位置满足如下条件：pxn 2+f0vxn-nv2/2＝0，其中p表示Chirp信号线性调频速率，即Chirp信号瞬态频率随时间的变化速率，f0表示Chirp信号的最低频率，v为激励的超声波在待测件中的传播速度，xn为第n匝线圈相对于第一匝导线的间距，n≥2。
2.一种EMAT探头，其特征在于，包括蝶形线圈和如权利要求1所述的不等间距曲折线圈，所述不等间距曲折线圈设置于所述蝶形线圈下方。
3.根据权利要求2所述的EMAT探头，其特征在于，所述蝶形线圈中间电流同向部分覆盖整个所述不等间距曲折线圈。
4.根据权利要求2所述的EMAT探头，其特征在于，所述不等间距曲折线圈和蝶形线圈均采用耐高温陶瓷层银线绕制而成，线径为0.05～0.5mm。
5.根据权利要求2所述的EMAT探头，其特征在于，还包括：刚玉片，设置于所述不等间距曲折线圈下方。
6.一种在线监测装置，其特征在于，包括依次连接的带AD采样控制模块、激励接收电路及如权利要求2至5任一项所述的EMAT探头；
所述激励接收电路用于产生类直流励磁电流和强脉冲激励电流，以向所述蝶形线圈内通入类直流励磁电流和强脉冲激励电流，或向所述蝶形线圈内通入类直流励磁电流且向所述不等间距曲折线圈内通入强脉冲激励电流；以及用于检测所述蝶形线圈或不等间距曲折线圈接收的超声回波信号；
所述带AD采样控制模块用于控制所述激励接收电路产生类直流励磁电流和强脉冲激励电流，以及接收所述激励接收电路检测的超声回波信号。
7.根据权利要求6所述的在线监测装置，其特征在于，所述激励接收电路包括高压强脉冲激励模块、低压类直流励磁模块、阻抗匹配模块、回波检测模块以及切换开关；所述高压强脉冲激励模块、低压类直流励磁模块、阻抗匹配模块、回波检测模块、EMAT探头均与所述切换开关连接；低压类直流励磁模块始终与EMAT探头中的蝶形线圈输入端相连，阻抗匹配模块、回波检测模块始终与EMAT探头中的蝶形线圈输出端及不等间距曲折线圈输出端相连；当需要在待测件中产生超声导波时，高压强脉冲激励模块通过切换开关与不等间距曲折线圈输入端相连，当需要在待测件中产生超声体波时，高压强脉冲激励模块通过切换开关与蝶形线圈输入端相连。
8.根据权利要求7所述的在线监测装置，其特征在于，所述激励接收电路还包括取样电流模块，所述取样电流模块与所述阻抗匹配模块连接。
9.根据权利要求6所述的在线监测装置，其特征在于，还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述带AD采样控制模块连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322028253.7U CN220819921U (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 不等间距曲折线圈、emat探头、在线监测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322028253.7U CN220819921U (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 不等间距曲折线圈、emat探头、在线监测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220819921U true CN220819921U (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=90671031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322028253.7U Active CN220819921U (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 不等间距曲折线圈、emat探头、在线监测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220819921U (zh) |
-
2023
- 2023-07-31 CN CN202322028253.7U patent/CN220819921U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101398298B (zh) | 电磁超声测厚方法 | |
| CN103486960B (zh) | 一种超声波、涡流和emat一体化无损测厚仪及其方法 | |
| CN105758938B (zh) | 550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法及其装置 | |
| US10175202B2 (en) | Magnetostrictively induced guided wave sensor device | |
| CN110530978A (zh) | 高温铸锻件持续检测电磁超声探头、探伤装置及探伤方法 | |
| CN108508085A (zh) | 一种扭转模态磁致伸缩传感器、管道检测系统及方法 | |
| CN101666783A (zh) | 超声导波复合式无损检测方法及其装置 | |
| CN201107299Y (zh) | 一种高性能管道超声导波检测传感器 | |
| JP2002539449A (ja) | プレートタイプの強磁性構造体の長レンジ検査のための方法及び装置 | |
| CN109444262B (zh) | 一种基于倾斜静磁场的斜入射式电磁声传感器 | |
| CN108562642A (zh) | 纵向模态超声导波的电磁换能装置、管道检测系统及方法 | |
| CN109060206A (zh) | 一种铁磁性材料应力测量装置和方法 | |
| CN1908649B (zh) | 一种混凝土结构层析成像检测系统 | |
| CN109612414A (zh) | 一种基于超声波导的高温管道壁厚在线监测装置及其方法 | |
| CN110887898B (zh) | 一种基于超声导波的方管检测方法及装置 | |
| Shi et al. | Application of chirp pulse compression technique to a high-temperature EMAT with a large lift-off | |
| CN202854097U (zh) | 一种用于圆钢缺陷检测的磁致伸缩传感器 | |
| Song et al. | A composite approach of electromagnetic acoustic transducer and eddy current for inner and outer corrosion defects detection | |
| CN220819921U (zh) | 不等间距曲折线圈、emat探头、在线监测装置 | |
| CN106053602A (zh) | 一种基于磁致伸缩效应的自比式锚杆无损检测方法 | |
| CN112986399A (zh) | 一种电磁超声sh导波换能器及在线检测系统、方法 | |
| CN114371221B (zh) | 一种耐超高温双线圈结构的电磁超声换能器 | |
| CN201184875Y (zh) | 基于磁致伸缩扭转波检测导磁构件缺陷的装置 | |
| CN109470774A (zh) | 基于铝板缺陷检测的超声导波聚焦换能器 | |
| CN1268922C (zh) | 海洋平台结构缺陷的电磁导波检测装置和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |