奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀及檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀及檢測系統(tǒng)，其中檢測儀包括：用于采集傳感器輸出的電磁檢測信號的傳感器接口，包括采集固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、及固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；與傳感器接口連接，用于對電磁檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電磁檢測信號進(jìn)行信號處理的系統(tǒng)級芯片；與系統(tǒng)級芯片連接，用于顯示信號處理結(jié)果的顯示器；與系統(tǒng)級芯片連接，用于供電的電源設(shè)備。本實用新型可有效提高奧氏體受熱面氧化皮磁性檢測的準(zhǔn)確性，方便檢測人員觀測奧氏體受熱面氧化皮的信息。
【專利說明】奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀及檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電站設(shè)備無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀及檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超臨界和超超臨界火力發(fā)電機組在二十世紀(jì)末相繼投入使用。超臨界和超超臨界的工況大大提高了機組發(fā)電效率，同時也對金屬材料的高溫性能提出了更高的要求。目前，這些高參數(shù)機組在鍋爐高溫部位如高溫過熱器和高溫再熱器等受熱面管中大量采用了奧氏體耐熱鋼。在高溫條件下，奧氏體耐熱鋼管子會在內(nèi)壁形成氧化皮，且氧化皮很容易脫落，致使管內(nèi)氣流受阻，對管子冷卻作用降低，壁溫升高，在很短的時間內(nèi)發(fā)生超溫爆管。類似現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響機組的安全穩(wěn)定運行。
[0003]對于鐵素體材料，由于其氧化皮的線膨脹系數(shù)和母材基體非常接近，氧化皮形成后不易脫落。因此，可以根據(jù)氧化皮和管壁基體界面兩側(cè)聲阻抗的差異，利用超聲波對管子內(nèi)壁的未脫落氧化皮進(jìn)行厚度測量。該技術(shù)目前已經(jīng)成熟，在電站設(shè)備無損檢測方面，得到推廣應(yīng)用。而氧化皮跟奧氏體耐熱鋼基體的線膨脹系數(shù)差異較大，當(dāng)管壁溫度發(fā)生變化時(尤其是在機組啟停過程中)，容易從基體上剝離脫落。另外，水蒸汽在氧化金屬過程中釋放出氫原子，形成氫氣，同時在氧化皮中形成氫缺陷，或者穿過氧化皮直接在金屬基底反應(yīng)，在金屬與氧化皮界面處產(chǎn)生很高的氫壓，促進(jìn)氧化皮的生長與脫落。因此在水蒸汽條件下容易發(fā)生氧化皮剝落現(xiàn)象。脫落的氧化皮堆積在管子下彎頭等流通狀況較差的部位，減小了蒸汽流通面積，降低管子換熱能力，導(dǎo)致管子超溫等一系列問題。
[0004]目前對于脫落堆積的氧化皮狀況進(jìn)行檢測的有效方法是射線檢測和割管檢查。使用射線檢測方法可以對管道內(nèi)氧化皮沉積進(jìn)行無損檢測，通過圖像確定氧化皮的分布情況，射線檢測的優(yōu)點是直觀準(zhǔn)確，其缺點在于使用射線帶來輻射危險，影響鍋爐中的其他檢修工作，更重要的是耗時長，有些部位不具備放置射線機的操作空間。割管檢查的優(yōu)點是能夠具體、直接檢查和發(fā)現(xiàn)氧化皮堆積量大小，缺點是效率低，對管道直接切割，需補焊，工作量很大。對于對工期要求很高的發(fā)電企業(yè)而言，這兩種方法都不是理想的方法。因此，研究出有效、高效的氧化皮堆積量無損檢測的方法具有重要意義。隨著國內(nèi)超臨界、超超臨界大型機組的大量投產(chǎn)，奧氏體耐熱鋼材質(zhì)高溫過熱器和高溫再熱器內(nèi)壁氧化問題日益突出，大大增加了對奧氏體管子內(nèi)部氧化皮脫落量進(jìn)行測量的無損檢測方法的迫切性。
[0005]經(jīng)過對奧氏體耐熱鋼管的物理特性和氧化皮脫落機理的理論分析，依據(jù)奧氏體耐熱鋼無鐵磁性、氧化皮(鐵的氧化物)有鐵磁性的物理特征，采用電磁法原理對奧氏體耐熱鋼管內(nèi)壁脫落的氧化皮進(jìn)行檢測，在理論上是可行的。國內(nèi)一些研究機構(gòu)、高等學(xué)校、發(fā)電企業(yè)，都在這方面進(jìn)行了一些有益的探索。這些技術(shù)方案都是依據(jù)奧氏體耐熱鋼無磁性、氧化皮有磁性的物理特征，采用電磁法對奧氏體耐熱鋼管內(nèi)壁脫落的氧化物進(jìn)行檢測。然而事實上，奧氏體耐熱鋼鋼管在冷作加工的過程中(即彎管)，也會由于應(yīng)力應(yīng)變的原因，產(chǎn)生磁性，這是由磁致伸縮效應(yīng)的逆效應(yīng)造成的。生產(chǎn)企業(yè)在加工過程中，未按規(guī)定對彎管進(jìn)行熱處理，或者為了節(jié)約成本不做熱處理，所以出廠的彎管本身帶有磁性。另外，現(xiàn)場的焊接操作、焊材質(zhì)量，管道外壁的氧化等均會造成管道帶有一定的鐵磁性。這種情況下進(jìn)行磁性檢測，極易導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，造成檢驗人員的誤判。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型實施例提供一種奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，用以有效提高奧氏體受熱面氧化皮磁性檢測的準(zhǔn)確性，方便檢測人員觀測奧氏體受熱面氧化皮的信息，該奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀包括:
[0007]用于采集傳感器輸出的電磁檢測信號的傳感器接口，所述電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；
[0008]與所述傳感器接口連接，用于對所述電磁檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0009]與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號處理的系統(tǒng)級芯片；
[0010]與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于顯示所述系統(tǒng)級芯片信號處理結(jié)果的顯示器；
[0011]與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于供電的電源設(shè)備。
[0012]一個實施例中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)信號處理電路與所述傳感器接口連接，所述信號處理電路用于對所述傳感器接口采集的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號調(diào)理、緩沖、濾波和放大，輸出經(jīng)處理的所述電磁檢測信號至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0013]一個實施例中，所述傳感器接口采用8針BNC(Bayonet Nut Connector,刺刀螺母連接器)航空接頭。
[0014]一個實施例中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣精度為24位，采樣速度高于10次每秒。
[0015]一個實施例中，所述系統(tǒng)級芯片采用EP2C20F484C8型FPGA(FieId-ProgrammableGate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)。
[0016]一個實施例中，所述顯示器采用600X400分辨率真彩色工業(yè)液晶顯示器，顯示方式為多通道曲線顯示、模擬管內(nèi)分布曲線顯示或多通道數(shù)值顯示。
[0017]一個實施例中，所述電源設(shè)備包括2000mAH固態(tài)鋰離子可充電電池。
[0018]一個實施例中，所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀還包括:
[0019]與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于存儲所述系統(tǒng)級芯片信號處理結(jié)果的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。
[0020]一個實施例中，所述內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器包括串行EEPROM (Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory,電可擦可編程只讀存儲器)、64MB SDRAM (SynchronousDynamic Random Access Memory,同步動態(tài)隨機存儲器)、64MB FLASH (閃存)其中之一或任
意組合。
[0021]一個實施例中，所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀還包括:
[0022]與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于向外部設(shè)備傳輸所述系統(tǒng)級芯片信號處理結(jié)果的通信接口。
[0023]一個實施例中，所述通信接口包括USB (Universal Serial Bus,通用串行總線)接口、RS232接口、以太網(wǎng)接口其中之一或任意組合。[0024]一個實施例中，所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀還包括:
[0025]與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于提供儀器操作接口的鍵盤。
[0026]—個實施例中,所述鍵盤采用PVC (Polyvinylchloride,聚氯乙烯)薄膜按鍵,并內(nèi)嵌金屬觸片。
[0027]—個實施例中，所述奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的外殼米用全金屬密封封裝處理。
[0028]一個實施例中，所述外殼采用鋁材銑制成型，并經(jīng)表面噴砂處理。
[0029]本實用新型實施例還提供一種奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)，用以有效提高奧氏體受熱面氧化皮磁性檢測的準(zhǔn)確性，方便檢測人員觀測奧氏體受熱面氧化皮的信息，該奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)包括:
[0030]用于輸出電磁檢測信號的傳感器，所述電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；
[0031]與所述傳感器連接的上述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀。
[0032]一個實施例中，所述傳感器在一個檢測探頭中的不同位置上設(shè)置多個檢測用霍爾元件，所述多個檢測用霍爾元件的檢測區(qū)域完全覆蓋受檢管道內(nèi)部。
[0033]一個實施例中，所述傳感器的檢測探頭內(nèi)側(cè)具有與受檢管道外徑相同直徑的圓弧形狀。
[0034]一個實施例中，所述傳感器的檢測探頭中帶有用于將奧氏體受熱面氧化皮磁化的永磁鐵，以及用于將變化的磁場轉(zhuǎn)化為電信號的磁敏元件。
[0035]本實用新型實施例中，采集傳感器輸出的電磁檢測信號，其中電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號，對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電磁檢測信號進(jìn)行信號處理，即使奧氏體耐熱鋼鋼管本身就帶有磁性，也不會在進(jìn)行奧氏體受熱面氧化皮磁性檢測時導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確和造成檢驗人員的誤判，有效提高了奧氏體受熱面氧化皮磁性檢測的準(zhǔn)確性。本實用新型實施例對奧氏體受熱面氧化皮的測量與其他無損檢驗方法如超聲、X射線法相比，無輻射、無噪聲、無污染；且顯示直觀，可以方便檢測人員觀測奧氏體受熱面氧化皮的信息，從而準(zhǔn)確判斷奧氏體耐熱鋼管內(nèi)部氧化皮堆積分布情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0037]圖1為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖；
[0039]圖3為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖；[0040]圖4為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖；
[0041]圖5為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖；
[0042]圖6為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖；
[0043]圖7為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的工作方法的流程圖；
[0044]圖8為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)的示意圖；
[0045]圖9為本實用新型實施例中傳感器的示意圖；
[0046]圖10為本實用新型實施例中傳感器檢測信號隨著管道內(nèi)氧化皮堆積厚度變化的實驗曲線圖；
[0047]圖11為本實用新型實施例中傳感器檢測信號隨著管道內(nèi)氧化皮堆積厚度變化的實驗曲線圖；
[0048]圖12為本實用新型實施例中傳感器檢測信號隨著管道內(nèi)氧化皮堆積厚度變化的實驗曲線圖；
[0049]圖13為本實用新型實施例中傳感器的示意圖；
[0050]圖14為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)的工作方法的流程圖；
[0051]圖15為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)的工作方法示例圖。
【具體實施方式】
[0052]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本實用新型實施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，但并不作為對本實用新型的限定。
[0053]圖1為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀可以包括:
[0054]用于采集傳感器輸出的電磁檢測信號的傳感器接口 101，所述電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；
[0055]與傳感器接口 101連接，用于對所述電磁檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器102 ；
[0056]與模數(shù)轉(zhuǎn)換器102連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號處理的系統(tǒng)級芯片103 ；
[0057]與系統(tǒng)級芯片103連接，用于顯示系統(tǒng)級芯片103信號處理結(jié)果的顯示器104 ；
[0058]與系統(tǒng)級芯片103連接，用于供電的電源設(shè)備105。
[0059]具體實施時，傳感器接口可以采用8針BNC航空接頭，采集傳感器輸出的電磁檢測信號，其中傳感器輸出的電磁檢測信號包括:固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號。傳感器可以從受檢管道外部施加一個固定激勵磁場，由于受檢管道內(nèi)部氧化皮或其它鐵磁性異物具有鐵磁性，會感應(yīng)出一個跟上述固定激勵磁場相關(guān)的感應(yīng)電磁場，米用磁敏兀件將此感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的弱電信號；同時，另一路磁敏兀件獲得施加固定激勵磁場后沒有氧化皮的空間電磁場對應(yīng)的弱電信號。
[0060]實施時，傳感器接口還可以實現(xiàn)為傳感器供電，以及采集傳感器標(biāo)識及配置信息，用于后續(xù)處理。在傳感器通過多通道輸出電磁檢測信號時，傳感器接口也可以應(yīng)用多通道采集電磁檢測信號，例如應(yīng)用5通道采集電磁檢測信號，其中4通道采集固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的、4處不同位置的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；1通道采集固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號。傳感器接口線纜及奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀內(nèi)部傳輸電路可以采用屏蔽處理，以防止空間噪聲干擾。
[0061 ] 具體實施時,模數(shù)(Analog/Digital, A/D)轉(zhuǎn)換器對傳感器接口采集的電磁檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣精度可以設(shè)為24位或更高，采樣速度可以高于10次每秒，從而滿足傳感器檢測探頭連續(xù)滑動的測量要求。在傳感器接口應(yīng)用多通道采集電磁檢測信號時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器也可以同時采樣多通道的電磁檢測信號。實施時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還可以同時監(jiān)測電源電壓、儀器內(nèi)部溫度等參數(shù)，為儀器正常使用提供可靠的參考數(shù)據(jù)。
[0062]具體實施時,系統(tǒng)級芯片(System On Chip, S0C)對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電磁檢測信號進(jìn)行信號處理。系統(tǒng)級芯片的信號處理結(jié)果反映奧氏體受熱面氧化皮的信息。系統(tǒng)級芯片可以采用EP2C20F484C8型FPGA，既有很完備的接口功能又能對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，可以進(jìn)行復(fù)雜的控制和計算。系統(tǒng)級芯片可以對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電磁檢測信號濾除可能的電磁干擾，得到濾除干擾后的固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號，和該固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號，向其它設(shè)備或人員提供(例如顯示或數(shù)據(jù)提供)這兩個弱電信號，這兩個弱電信號可以反映奧氏體受熱面氧化皮的信息(例如將這兩個弱電信號進(jìn)行比較)，后續(xù)可以由其它設(shè)備或人員以這兩個弱電信號為基礎(chǔ)分析獲得奧氏體受熱面氧化皮的信息。為了簡化操作，系統(tǒng)級芯片還可以對感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號和空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號進(jìn)行相關(guān)比較，提取奧氏體受熱面氧化皮的信息。例如，系統(tǒng)級芯片可以對固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號，經(jīng)相同的前置處理后進(jìn)行相關(guān)比較，去除可能的電磁干擾，提取有用的信號，該信號所表達(dá)的就是受檢管道內(nèi)部氧化物的信息。
[0063]具體實施時，顯示器顯示系統(tǒng)級芯片的信號處理結(jié)果，例如可以實時、或周期性地顯示出系統(tǒng)級芯片信號處理結(jié)果，方便檢測人員觀測奧氏體受熱面氧化皮的信息，從而準(zhǔn)確判斷奧氏體耐熱鋼管內(nèi)部氧化皮堆積分布情況。顯示器還可以連接一些外圍芯片，這些外圍芯片可以完成一些輔助功能，比如對系統(tǒng)級芯片的信號處理結(jié)果按需求進(jìn)行處理。顯示器可以采用600X400分辨率(實施中可以根據(jù)需求采用其它分辨率)真彩色工業(yè)液晶顯示器。顯示器的顯示方式可以有多種，例如可以是多通道曲線顯示、模擬管內(nèi)分布曲線顯示或多通道數(shù)值顯示等，可以按分列波形、整合波形、數(shù)字等形式實時顯示受檢管道內(nèi)氧化皮的分布情況；可以同時顯示多通道測量曲線數(shù)據(jù)，也可以顯示處理合成后的管內(nèi)分布曲線，還可以同時顯示實時多通道測量數(shù)值。[0064]具體實施時，電源設(shè)備可以是交流電插頭，也可以是電池。電池可以采用2000mAH或以上容量的固態(tài)鋰離子可充電電池，為儀器提供清潔可靠、耐用的電源，可實現(xiàn)儀器連續(xù)測量10小時以上。
[0065]圖2為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖。如圖2所示，本例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀還可以包括:信號處理電路201。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器102經(jīng)信號處理電路201與所述傳感器接口 101連接，所述信號處理電路201是對所述傳感器接口 101采集的所述電磁檢測信號進(jìn)行模擬處理的專用信號調(diào)理電路，可用于對所述傳感器接口 101采集的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號調(diào)理、緩沖、濾波和放大，輸出經(jīng)處理的所述電磁檢測信號至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器102。
[0066]圖3為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖。如圖3所示，本例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀還可以包括:與所述系統(tǒng)級芯片103連接，用于存儲所述系統(tǒng)級芯片103信號處理結(jié)果的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器301。具體實施時，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器可以有多種，例如可以包括串行EEPR0M、64MB SDRAM,64MB FLASH其中之一或任意組合。又如在一個實例中，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器采用32GB大容量FLASH芯片，快速、可靠的存儲測量數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)存儲測量數(shù)據(jù)10萬條以上，用于后續(xù)分析。此外，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器還可以實現(xiàn)對操作信息(包括測量人員信息，被測管道位號、材質(zhì)、管徑、形狀、壁厚，測量時間等)的存儲功能。
[0067]圖4為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖。如圖4所示，本例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀還可以包括:與所述系統(tǒng)級芯片103連接，用于向外部設(shè)備傳輸所述系統(tǒng)級芯片103信號處理結(jié)果的通信接口 401。具體實施時，通信接口可以有多種類型，例如可以包括USB接口、RS232接口、以太網(wǎng)接口其中之一或任意組合，為用戶使用提供方便性。
[0068]圖5為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖。如圖5所示，本例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀還可以包括:與所述系統(tǒng)級芯片103連接，用于提供儀器操作接口的鍵盤501。具體實施時，鍵盤可以采用PVC薄膜按鍵，并內(nèi)嵌金屬觸片，既保證防塵指標(biāo)，又可靠耐用。實施時可以依據(jù)鍵盤要求設(shè)置測量、顯示和存儲相關(guān)信息的方式。
[0069]圖6為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的具體實例的示意圖。如圖6所示，前述信號處理電路201、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器301、通信接口 401和鍵盤501均可包括于本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀中。在圖6中，電源設(shè)備105包括交流電插頭和電池，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器301包括串行EEPR0M、64MB SDRAM和64MB FLASH,通信接口 401包括USB接口、RS232接口和以太網(wǎng)接口。
[0070]具體實施時，考慮到鍋爐爐膛內(nèi)爐灰很多，而且爐灰極細(xì)如面粉，粉塵污染很嚴(yán)重，若檢測儀器本身密封性能不好，灰塵進(jìn)入儀器內(nèi)部會影響儀器正常使用，甚至導(dǎo)致儀器電路板短路，造成儀器損壞，因此，為了實現(xiàn)良好的密封性能，用以滿足現(xiàn)場檢測要求，本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的外殼可以采用密封封裝處理，例如采用全金屬密封封裝處理。在一個實例中，外殼可以采用鋁材銑制成型，并經(jīng)表面噴砂處理。本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀采用密封封裝處理后，便攜性良好，可以實現(xiàn)快速檢測，在現(xiàn)場檢測一般為鍋爐大、小修期間，檢修計劃安排檢測時間有限，需要對每根鋼管的檢測速度很快的情況下，檢測人員能夠很快、很頻繁地移動并變換檢測位置，不會增加檢測工作量。
[0071]圖7為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的工作方法的流程圖。如圖7所示，本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的工作方法可以包括:
[0072]步驟701、采集傳感器輸出的電磁檢測信號，所述電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；
[0073]步驟702、對所述電磁檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0074]步驟703、對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號處理；
[0075]步驟704、將信號處理結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0076]本實用新型實施例中還提供一種奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)。圖8為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)的示意圖。如圖8所示，本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)可以包括:
[0077]用于輸出電磁檢測信號的傳感器801，所述電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；
[0078]與所述傳感器連接的上述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀802。
[0079]具體實施時，傳感器可以在一個檢測探頭中的不同位置上設(shè)置多個檢測用霍爾元件，形成多通道的檢測探頭，所述多個檢測用霍爾元件的檢測區(qū)域完全覆蓋受檢管道內(nèi)部。實施時，傳感器的檢測探頭中可以帶有用于將奧氏體受熱面氧化皮磁化的永磁鐵，以及用于將變化的磁場轉(zhuǎn)化為電信號的磁敏元件。分布在受檢管道的不同高度位置上的檢測點，能夠分別監(jiān)測某個高度范圍內(nèi)的氧化皮堆積情況。只要合理布置檢測探頭中檢測用霍爾元件的高度位置分布，使得它們各自的檢測區(qū)域互相連接起來、對受檢管道內(nèi)氧化皮的檢測高度區(qū)域沒有空白，就可以實現(xiàn)對于受檢管道內(nèi)氧化皮的全程檢測。這樣，可以采用較小尺寸的永磁體作為磁化場源。傳感器可實現(xiàn)對奧氏體受熱面氧化皮的多通道共同測量，動態(tài)測量范圍大，可有效測量內(nèi)徑20?50mm的鍋爐奧氏體耐熱鋼管道內(nèi)部氧化皮數(shù)據(jù)。
[0080]圖9中給出了這種多通道檢測探頭的示意圖，其中示出了多通道檢測探頭形狀和檢測位置。工作時檢測探頭從受檢管道的側(cè)面貼靠于受檢管道上，與受檢管道外壁緊密接觸，以便減小檢測信號的波動、提高重復(fù)性。為此，檢測探頭內(nèi)側(cè)可以具有與受檢管道外徑相同直徑的圓弧形狀，以便于更好的測量。
[0081]圖10中給出了一個三通道檢測探頭的檢測信號隨著管道內(nèi)氧化皮堆積厚度變化的實驗曲線。從中可以看到:如預(yù)期那樣，三個不同高度位置上的檢測元件的檢測信號S1、S2和S3,分別在不同高度范圍內(nèi)對氧化皮的堆積高度顯示出較高的敏感性，而對于其他的高度范圍內(nèi)氧化皮堆積厚度不敏感。協(xié)同考慮各個檢測元件的檢測信號，合理地設(shè)置各個檢測元件的高度位置，使相鄰的檢測元件的有效監(jiān)測區(qū)域之間不出現(xiàn)空白，就可以準(zhǔn)確地判斷出管道內(nèi)氧化皮的堆積厚度。
[0082]根據(jù)圖10所示的三點檢測探頭的特性曲線，采用5X 5X 20mm的N45性能級別的NdFeB條形永磁體，每個檢測元件對管內(nèi)氧化皮堆積厚度的有效監(jiān)測范圍大約在10?15mm之間。大型火電鍋爐中常見的過熱器管道的內(nèi)徑通常在20?50mm之間，故此，一個多點檢測探頭中可以安置2至4個檢測元件。
[0083]對于多通道檢測探頭的檢測信號與管內(nèi)氧化皮堆積厚度之間的關(guān)系進(jìn)行比較詳細(xì)的分析表明:氧化皮的堆積厚度與各檢測元件的檢測信號強度之間有可能存在比較簡單的函數(shù)關(guān)系。比如:在用一個兩點探頭對于外徑為32mm、內(nèi)徑為20mm的小規(guī)格尺寸的管道進(jìn)行模擬檢測實驗，得到了如圖11所示的檢測數(shù)據(jù)。依據(jù)該曲線，可以分別采用兩個檢測點的霍爾元件的信號S31和S32對不同范圍的氧化皮堆積厚度進(jìn)行判斷。但是，將兩個檢測點的數(shù)據(jù)分別除以各自的最大信號值后進(jìn)行加和，得到的綜合檢測信號強度與管內(nèi)氧化皮堆積厚度之間呈現(xiàn)良好的線性，如圖12所示。由此，獲得了管內(nèi)氧化皮堆積厚度的“線性”傳感器。
[0084]從被測鋼管外部施加一個固定激勵磁場，由于管內(nèi)氧化皮或其它鐵磁性異物具有鐵磁性，會感應(yīng)出一個跟上述固定激勵磁場相關(guān)的電磁場，采用磁電轉(zhuǎn)換元件將此磁場轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的弱電信號；同時，另一路磁電轉(zhuǎn)換兀件獲得沒有氧化皮的空間磁場對應(yīng)的弱電信號。將兩個信號經(jīng)過相同的前置處理后進(jìn)行相關(guān)比較，去除可能的電磁干擾，提取有用的信號，該信號所表達(dá)的就是內(nèi)部氧化物的信息。
[0085]舉一例，依據(jù)奧氏體耐熱鋼及其氧化物的磁性差異，設(shè)計出一種磁性無損檢測的傳感器結(jié)構(gòu)，如圖13所示。其中使用永磁體的穩(wěn)恒磁場作為磁場源。多通道探頭中由不同位置上的霍爾元件檢測管道內(nèi)不同厚度范圍內(nèi)的氧化皮堆積厚度，消除了檢測盲區(qū)，實現(xiàn)了管內(nèi)氧化皮堆積的全范圍量化檢測。
[0086]在傳感器設(shè)計上，對國內(nèi)目前運行的600MW、1000MW以及部分300MW等級機組進(jìn)行了統(tǒng)計，確定了 Φ38，Φ44.5，Φ51，Φ54，Φ57，Φ60, Φ63.5mm等7種火電廠常用高溫受熱面管道直徑及各種壁厚，經(jīng)過針對性測試后，考慮到儀器性能及傳感器測量穩(wěn)定性及體積空間布置，最終采用場強為3500G的柱狀永磁體作為磁電檢測的磁場激勵源；磁場測量元件采用了工藝成熟、體積小、穩(wěn)定性、溫度特性等均較好的UGN3501T型(靈敏度為7V/T，溫飄0.lmV/°C)集成霍爾元件。在磁場測量中，集成霍爾元件的溫飄小，從而提高了測量精度、穩(wěn)定性。經(jīng)試驗論證及現(xiàn)場測試后傳感器采用四路或四路以上測量通道。其中一路作為參考信號，用于去除空間本底噪聲，即前述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；其它三路如圖13所示呈扇形布置，使得在氧化皮極少、較多、甚至基本全滿時保證測量信號能夠靈敏反應(yīng)，為方便現(xiàn)場測量傳感器外形設(shè)計為110度扇形，根據(jù)不同管徑設(shè)計各種規(guī)格傳感器，提高了傳感器系統(tǒng)測量精度、使用方便性。
[0087]圖14為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)的工作方法的流程圖。如圖14所示，本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)的工作方法可以包括:
[0088]步驟1401、所述傳感器帶有永磁鐵的檢測探頭將奧氏體受熱面氧化皮磁化，獲得一固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場，以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場；
[0089]步驟1402、所述檢測探頭內(nèi)的磁敏元件將變化的磁場轉(zhuǎn)化為電信號，獲得電磁檢測信號，所述電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號；
[0090]步驟1403、所述奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀采集傳感器輸出的所述電磁檢測信號，對所述電磁檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號處理，將信號處理結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0091]圖15為本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)的工作方法示例圖。圖15中示出了，在受檢管道外部施加一個固定激勵磁場，由于管內(nèi)氧化皮或其它鐵磁性異物具有鐵磁性，會感應(yīng)出一個跟固定激勵磁場相關(guān)的電磁場，采用磁電轉(zhuǎn)換元件將此磁場轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的弱電信號；同時，另一路磁電轉(zhuǎn)換兀件獲得沒有氧化皮的空間磁場對應(yīng)的弱電信號。將兩個信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號處理，提取有用的信號，該信號所表達(dá)的就是內(nèi)部氧化物的信息，再將該信號進(jìn)行存儲、顯示。
[0092]綜上所述，本實用新型實施例采集傳感器輸出的電磁檢測信號，其中電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號，對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電磁檢測信號進(jìn)行信號處理，即使奧氏體耐熱鋼鋼管本身就帶有磁性，也不會在進(jìn)行奧氏體受熱面氧化皮磁性檢測時導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確和造成檢驗人員的誤判，有效提高了奧氏體受熱面氧化皮磁性檢測的準(zhǔn)確性。
[0093]本實用新型實施例對奧氏體受熱面氧化皮的測量與其他無損檢驗方法如超聲、X射線法相比，無輻射、無噪聲、無污染；且顯示直觀，可以方便檢測人員觀測奧氏體受熱面氧化皮的信息，從而準(zhǔn)確判斷奧氏體耐熱鋼管內(nèi)部氧化皮堆積分布情況。本實用新型實施例中奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀可采用獨立內(nèi)部里電池供電，外殼可以采用密封封裝處理，實現(xiàn)良好的密封性能，儀器抗干擾能力強，不受爐內(nèi)其它設(shè)備工作噪聲影響，滿足現(xiàn)場檢測要求；且便攜性良好，可以實現(xiàn)快速檢測，在現(xiàn)場檢測一般為鍋爐大、小修期間，檢修計劃安排檢測時間有限，需要對每根鋼管的檢測速度很快的情況下，檢測人員能夠很快、很頻繁地移動并變換檢測位置，不會增加檢測工作量。傳感器可實現(xiàn)對奧氏體受熱面氧化皮的多通道共同測量，動態(tài)測量范圍大，可有效測量內(nèi)徑20?50mm的鍋爐奧氏體耐熱鋼管道內(nèi)部氧化皮數(shù)據(jù)。
[0094]由于超臨界、超超臨界機組的高溫過熱器、再熱器大量采用TP347HFG、Super304等耐高溫奧氏體鋼材料，在機組運行過程中，容易受到高溫蒸汽腐蝕，形成蒸汽側(cè)氧化，蒸汽側(cè)氧化可能導(dǎo)致的主要安全問題:導(dǎo)致管子導(dǎo)熱性降低、承載壁厚減薄、管子堵塞、對汽輪機造成沖蝕等。因此，利用本實用新型實施例探測氧化皮的脫落堆積，提前采取適當(dāng)措施，預(yù)防機組爆管，對提高機組效率和電廠經(jīng)濟效益具有十分重要的意義。
[0095]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限定本實用新型的保護(hù)范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，包括: 用于采集傳感器輸出的電磁檢測信號的傳感器接口，所述電磁檢測信號包括固定激勵電磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號； 與所述傳感器接口連接，用于對所述電磁檢測信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號處理的系統(tǒng)級芯片； 與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于顯示所述系統(tǒng)級芯片信號處理結(jié)果的顯示器； 與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于供電的電源設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)信號處理電路與所述傳感器接口連接，所述信號處理電路用于對所述傳感器接口采集的所述電磁檢測信號進(jìn)行信號調(diào)理、緩沖、濾波和放大，輸出經(jīng)處理的所述電磁檢測信號至所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述傳感器接口采用8針刺刀螺母連接器BNC航空接頭。
4.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣精度為24位， 采樣速度高于10次每秒。
5.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述系統(tǒng)級芯片采用EP2C20F484C8型現(xiàn)場可編程門陣列FPGA。
6.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述顯示器采用600X400分辨率真彩色工業(yè)液晶顯示器，顯示方式為多通道曲線顯示、模擬管內(nèi)分布曲線顯示或多通道數(shù)值顯示。
7.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述電源設(shè)備包括2000mAH固態(tài)裡尚子可充電電池。
8.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，還包括: 與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于存儲所述系統(tǒng)級芯片信號處理結(jié)果的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。
9.如權(quán)利要求8所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器包括串行電可擦可編程只讀存儲器EEPR0M、64MB同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM、64MB閃存FLASH其中之一或任意組合。
10.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，還包括: 與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于向外部設(shè)備傳輸所述系統(tǒng)級芯片信號處理結(jié)果的通信接□。
11.如權(quán)利要求10所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述通信接口包括通用串行總線USB接口、RS232接口、以太網(wǎng)接口其中之一或任意組合。
12.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，還包括: 與所述系統(tǒng)級芯片連接，用于提供儀器操作接口的鍵盤。
13.如權(quán)利要求12所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述鍵盤采用聚氯乙烯PVC薄膜按鍵，并內(nèi)嵌金屬觸片。
14.如權(quán)利要求1所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀的外殼采用全金屬密封封裝處理。
15.如權(quán)利要求14所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀，其特征在于，所述外殼采用鋁材銑制成型，并經(jīng)表面噴砂處理。
16.—種奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng),其特征在于,包括: 用于輸出電磁檢測信號的傳感器，所述電磁檢測信號包括固定激勵磁場經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的感應(yīng)電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號、以及所述固定激勵磁場未經(jīng)奧氏體受熱面氧化皮感應(yīng)的空間電磁場轉(zhuǎn)換的弱電信號； 與所述傳感器連接的權(quán)利要求1至15任一項所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測儀。
17.如權(quán)利要求16所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器在一個檢測探頭中的不同位置上設(shè)置多個檢測用霍爾元件，所述多個檢測用霍爾元件的檢測區(qū)域完全覆蓋受檢管道內(nèi)部。
18.如權(quán)利要求16所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器的檢測探頭內(nèi)側(cè)具有與受檢管道外徑相同直徑的圓弧形狀。
19.如權(quán)利要求16所述的奧氏體受熱面氧化皮電磁檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器的檢測探頭中帶有用于將奧氏體受熱面氧化皮磁化的永磁鐵，以及用于將變化的磁場轉(zhuǎn)化為電信號的磁敏元件?！?br> 【文檔編號】G01V3/08GK203502599SQ201320659919
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉建屏, 季誠, 毛良彥, 季昌國, 吳勇, 楊平 申請人:國家電網(wǎng)公司, 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司