專利名稱：用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器及其檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著石化行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器使用數(shù)量急劇增加，換熱管數(shù)量呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)。由于換熱管長(zhǎng)期工作在腐蝕和應(yīng)力交互作用下，很容易產(chǎn)生失效，影響設(shè)備的安全運(yùn)營(yíng)以及產(chǎn)品質(zhì)量，因此有必要對(duì)換熱管進(jìn)行檢測(cè)。目前，對(duì)于在役換熱管的檢測(cè)方法主要有遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)、局部磁飽和渦流檢測(cè)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)超聲相控陣檢測(cè)以及漏磁檢測(cè)方法。上述檢測(cè)方法檢測(cè)過(guò)程中，均要求傳感器必須穿過(guò)換熱管被檢測(cè)區(qū)域，這樣一方面探頭的移動(dòng)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)效率低，另一方面要求換熱管被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)壁均要進(jìn)行清洗，從而影響了上述檢測(cè)方法的應(yīng)用。超聲導(dǎo)波檢測(cè)具有單點(diǎn)激勵(lì)即可檢測(cè)一段距離的優(yōu)勢(shì)，因此可用于換熱管檢測(cè)，且在檢測(cè)過(guò)程中只需對(duì)傳感器放置區(qū)域進(jìn)行清洗而傳感器無(wú)需移動(dòng)。專利申請(qǐng)?zhí)?CN200480038549. 4的發(fā)明申請(qǐng)公開了一種用于換熱管的扭轉(zhuǎn)波檢測(cè)方法和系統(tǒng)，通過(guò)導(dǎo)波錐與換熱管內(nèi)壁的耦合，利用在換熱管外部的磁致伸縮傳感器激勵(lì)和接收扭轉(zhuǎn)波脈沖來(lái)完成對(duì)換熱管的檢測(cè)，其耦合情況直接影響檢測(cè)結(jié)果。故該方法要求內(nèi)表面接觸狀況良好，清洗要求高；而且對(duì)于內(nèi)表面凹凸不平的狀況，則需要打磨等特別處理，從而造成實(shí)際操作中的不便。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供了一種用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器及其檢測(cè)方法，其在檢測(cè)時(shí)只需將傳感器放置于被檢換熱管一端內(nèi)部，處于傳感器前端的導(dǎo)電鋼刷與換熱管產(chǎn)生電接觸，檢測(cè)過(guò)程中傳感器無(wú)需移動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱管的高效檢測(cè)。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器， 該磁致伸縮導(dǎo)波傳感器包括外殼；與外殼一端相固定的端蓋；與外殼的另外一側(cè)相連的導(dǎo)電鋼刷；設(shè)置在外殼內(nèi)部并與其相連的內(nèi)殼；安裝在端蓋上，通過(guò)穿過(guò)內(nèi)殼的直流導(dǎo)線與導(dǎo)電鋼刷實(shí)現(xiàn)電連接的航空插座；分別設(shè)置在內(nèi)殼的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流線圈和第二交流線圈，該第一交流線圈和第二交流線圈分別纏繞在所述第一聚磁器與第二聚磁器上，并分別與航空插座電連接。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一聚磁器和第二聚磁器可以由高磁導(dǎo)率材料，例如工業(yè)純鐵、硅鋼、低碳鋼等制成。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一聚磁器和第二聚磁器可以通過(guò)螺釘固定于內(nèi)殼。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述外殼和內(nèi)殼均由絕緣材料制成。按照本發(fā)明的另一方面，提供一種相應(yīng)地對(duì)換熱管進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)的方法，該方法包括下列步驟將磁致伸縮導(dǎo)波傳感器放置于待檢測(cè)換熱管內(nèi)部并處于其一端附近；在待檢測(cè)換熱管的所述一端處設(shè)置與其電接觸的磁性碳刷，同時(shí)將直流電源與航空插座和磁性碳刷相連通以構(gòu)成回路，由此在檢測(cè)換熱管的內(nèi)部產(chǎn)生周向磁場(chǎng)；產(chǎn)生電磁脈沖信號(hào)，并將其功率放大后輸入到纏繞在所述第一聚磁器上的第一交流線圈，由此形成作用于待檢測(cè)換熱管的交變磁場(chǎng)，在上述周向磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)的共同作用下，待檢測(cè)換熱管中形成扭轉(zhuǎn)模態(tài)的彈性波；所述彈性波經(jīng)過(guò)纏繞在所述第二聚磁器上的第二交流線圈時(shí)，由于逆磁致伸縮效應(yīng)而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此時(shí)將該電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換，以獲得檢測(cè)結(jié)果信號(hào)完成對(duì)換熱管的檢測(cè)過(guò)程。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在使用所述磁致伸縮導(dǎo)波傳感器對(duì)換熱管進(jìn)行檢測(cè)之前，對(duì)換熱管內(nèi)部放置傳感器的區(qū)域進(jìn)行清洗。作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在獲得檢測(cè)結(jié)果信號(hào)之后，可以將相關(guān)信號(hào)貯存在計(jì)算機(jī)以便后續(xù)處理。按照本發(fā)明的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器及其檢測(cè)方法，由于整個(gè)檢測(cè)過(guò)程是通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，屬于非接觸式檢測(cè)，因此對(duì)被檢測(cè)換熱管內(nèi)表面狀況要求低，無(wú)需打磨等特別處理，從而提高了檢測(cè)效率以及適用性；此外，按照本發(fā)明的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器及其檢測(cè)方法，利用了高導(dǎo)磁材料的聚磁效應(yīng)，在直流導(dǎo)線和交流線圈之間布置的高導(dǎo)磁材料對(duì)交變磁場(chǎng)有聚集作用，從而提高了檢測(cè)信號(hào)信噪比。


圖1是圖1為按照本發(fā)明的用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器的剖視圖；圖2為按照本發(fā)明的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器用于對(duì)換熱管進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)的系統(tǒng)示意圖；圖3為按照本發(fā)明的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器內(nèi)增加聚磁器后的剖視圖；圖4為具體實(shí)施例中所用的外徑25mm、內(nèi)徑20m的換熱管標(biāo)樣示意圖；圖5為使用圖3所示的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器在標(biāo)樣管上檢測(cè)所得信號(hào)的波形圖；圖6為使用圖1所示的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器在標(biāo)樣管上所得檢測(cè)信號(hào)的波形圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。參見(jiàn)圖1，圖1是按照本發(fā)明的用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器的剖視圖。如圖1中所示，按照本發(fā)明的用于對(duì)換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器2包括航空插座4、端蓋5、內(nèi)殼6、第一交流線圈7、第二交流線圈9、直流導(dǎo)線11、外殼12和導(dǎo)電鋼刷13。 端蓋5與外殼12的一端相固定，外殼12的另外一端與導(dǎo)電鋼刷13相連。在外殼12中，設(shè)置有內(nèi)殼6并與其通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接方式，例如通過(guò)螺釘相連接。在端蓋5上，安裝有航空插座4，航空插座4通過(guò)穿過(guò)內(nèi)殼6的直流導(dǎo)線11與導(dǎo)電鋼刷13實(shí)現(xiàn)電連接。直流導(dǎo)線11 與導(dǎo)電鋼刷13之間通過(guò)焊接方式相連接。在內(nèi)殼6上，分別纏繞有第一交流線圈7和第二交流線圈9，該第一交流線圈7、第二交流線圈9與航空插座4之間可分別實(shí)現(xiàn)電連接。下面將參照附圖2來(lái)具體描述使用按照本發(fā)明的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器來(lái)對(duì)換熱管進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程。如圖2中所示，在對(duì)待檢測(cè)換熱管3的檢測(cè)過(guò)程中，直流電源14出線連接于航空插座4，進(jìn)線與磁性碳刷1相連，磁性碳刷1吸附在待檢測(cè)換熱管3的管端部，由此，直流電源14、導(dǎo)電鋼刷13、待檢測(cè)換熱管3、磁性碳刷1之間形成直流回路，并在待檢測(cè)熱管3中產(chǎn)生周向磁場(chǎng)。此時(shí)，計(jì)算機(jī)19通過(guò)軟件控制信號(hào)發(fā)生器16產(chǎn)出脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器15 輸入到第一交流線圈7，由此產(chǎn)生作用于待檢測(cè)換熱管3的交變磁場(chǎng)。在上述交變磁場(chǎng)與周向磁場(chǎng)的共同作用下，待檢測(cè)換熱管3中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)模態(tài)的彈性波，該彈性波經(jīng)過(guò)第二交流線圈時(shí)由于逆磁致伸縮效應(yīng)而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)信號(hào)預(yù)處理器17和A/D轉(zhuǎn)換器 18，進(jìn)入計(jì)算機(jī)19的采集單元，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)傳熱管的整個(gè)檢測(cè)過(guò)程。圖3為按照本發(fā)明的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器內(nèi)增加聚磁器后的剖視圖。如圖3中所示，在內(nèi)殼6上通過(guò)螺釘分別固定有第一聚磁器8和第二聚磁器10，第一交流線圈7和第二交流線圈9可分別纏繞在第一聚磁器8與第二聚磁器10上。經(jīng)過(guò)研究表明，由于在直流導(dǎo)線和交流線圈之間布置有上述高磁導(dǎo)率材料，對(duì)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生有聚集作用，從而可顯著提高檢測(cè)信號(hào)信噪比，進(jìn)而提高對(duì)換熱管檢測(cè)的精確度。此外，由于將高磁導(dǎo)率材料限定為工業(yè)純鐵、硅鋼、低碳鋼，與其他材料相比更易于加工處理，而且在提高檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度方面更為明顯。圖4為一個(gè)外徑25mm、內(nèi)徑20mm的換熱管標(biāo)樣示意圖，其管長(zhǎng)為2m，在距離左端部位置1. 5m處有一010通孔缺陷。圖5為使用圖3所示的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器在標(biāo)樣管上檢測(cè)所得信號(hào)的波形圖。 在圖5中磁致伸縮導(dǎo)波傳感器所檢測(cè)到的電磁脈沖信號(hào)用Ml表示，第一次通過(guò)第二交流線圈的信號(hào)用Sl表示，缺陷信號(hào)用Fl表示，待檢測(cè)換熱管左端部的回波信號(hào)用S2表示，待檢測(cè)換熱管右端部的回波信號(hào)用S3表示。圖6為使用圖1所示的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器在標(biāo)樣管上所得檢測(cè)信號(hào)的波形圖。 在圖6中磁致伸縮導(dǎo)波傳感器所檢測(cè)到的電磁脈沖信號(hào)用M2表示，第一次通過(guò)第二交流線圈的信號(hào)用S4表示，缺陷信號(hào)用F2表示，待檢測(cè)換熱管左端部的回波信號(hào)用S5表示，待檢測(cè)換熱管右端部的回波信號(hào)用S6表示。通過(guò)與圖5中信號(hào)相比，顯然可以發(fā)現(xiàn)，該方式所產(chǎn)生信號(hào)噪聲較大，且缺陷信號(hào)幅值有所降低。因此，可以證明在第一和第二交流線圈中設(shè)置聚磁器，能夠提高對(duì)換熱管檢測(cè)的效果及精度。
權(quán)利要求
1.一種用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器，該磁致伸縮導(dǎo)波傳感器包括 夕卜殼；與外殼一端相固定的端蓋； 與外殼的另外一側(cè)相連的導(dǎo)電鋼刷； 設(shè)置在外殼內(nèi)部并與其相連的內(nèi)殼；安裝在端蓋上，通過(guò)穿過(guò)內(nèi)殼的直流導(dǎo)線與導(dǎo)電鋼刷實(shí)現(xiàn)電連接的航空插座； 分別設(shè)置在內(nèi)殼的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流線圈和第二交流線圈，該第一交流線圈和第二交流線圈分別纏繞在所述第一聚磁器與第二聚磁器上，并分別與航空插座電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器，其特征在于，所述第一聚磁器和第二聚磁器由高磁導(dǎo)率材料制成。
3.如權(quán)利要求2所述的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器，其特征在于，所述高磁導(dǎo)率材料例如工業(yè)純鐵、硅鋼或低碳鋼等。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器，其特征在于，所述外殼和內(nèi)殼均由絕緣材料制成。
5.一種使用如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器對(duì)換熱管執(zhí)行內(nèi)檢測(cè)的方法，該方法包括下列步驟將磁致伸縮導(dǎo)波傳感器放置于待檢測(cè)換熱管內(nèi)部并處于其一端附近； 在待檢測(cè)換熱管的所述一端處設(shè)置與其電接觸的磁性碳刷，同時(shí)將直流電源與航空插座和磁性碳刷相連通以構(gòu)成回路，由此在檢測(cè)換熱管的內(nèi)部產(chǎn)生周向磁場(chǎng)；產(chǎn)生電磁脈沖信號(hào)，并將其功率放大后輸入到纏繞在所述第一聚磁器上得第一交流線圈，由此形成作用于待檢測(cè)換熱管的交變磁場(chǎng)，在上述周向磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)的共同作用下， 待檢測(cè)換熱管中形成扭轉(zhuǎn)模態(tài)的彈性波；所述彈性波經(jīng)過(guò)纏繞在所述第二聚磁器上的第二交流線圈時(shí)，由于逆磁致伸縮效應(yīng)而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此時(shí)將該電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理和A/D轉(zhuǎn)換，以獲得檢測(cè)結(jié)果信號(hào)完成對(duì)換熱管的檢測(cè)過(guò)程。
6.如權(quán)利要求5所述的對(duì)換熱管執(zhí)行內(nèi)檢測(cè)的方法，其特征在于，在檢測(cè)之前，對(duì)換熱管內(nèi)部放置傳感器的區(qū)域進(jìn)行清洗。
7.如權(quán)利要求5或6所述的對(duì)換熱管執(zhí)行內(nèi)檢測(cè)的方法，其特征在于，在獲得檢測(cè)結(jié)果信號(hào)之后，將相關(guān)信號(hào)貯存在計(jì)算機(jī)以便后續(xù)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于換熱管內(nèi)檢測(cè)的磁致伸縮導(dǎo)波傳感器及其檢測(cè)方法，該傳感器包括外殼；與外殼一端相固定的端蓋；與外殼的另外一側(cè)相連的導(dǎo)電鋼刷；設(shè)置在外殼內(nèi)部并與其相連的內(nèi)殼；安裝在端蓋上，通過(guò)穿過(guò)內(nèi)殼的直流導(dǎo)線與導(dǎo)電鋼刷實(shí)現(xiàn)電連接的航空插座；分別設(shè)置在內(nèi)殼的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流線圈和第二交流線圈，該第一交流線圈和第二交流線圈分別纏繞在所述第一聚磁器與第二聚磁器上，并分別與航空插座電連接。按照本發(fā)明，由于整個(gè)檢測(cè)過(guò)程是通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，屬于非接觸式檢測(cè)，因此對(duì)被檢測(cè)換熱管內(nèi)表面狀況要求低，無(wú)需打磨等特別處理，從而提高了檢測(cè)效率以及適用性。
文檔編號(hào)G01N27/72GK102520057SQ20111041026
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者孫鵬飛, 徐江, 武新軍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)