基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定量檢測系統(tǒng)，特別涉及一種基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼管在能源開采、加工和運(yùn)輸行業(yè)有著至關(guān)重要的作用。鋼管在加工過程中容易形成淺層劃痕；鋼管服役過程中由于應(yīng)力集中或疲勞作用容易產(chǎn)生裂紋。此類劃痕和裂紋在外力作用下逐漸發(fā)展擴(kuò)大，最終引起鋼管穿透或斷裂。因此，對鋼管出廠和服役過程進(jìn)行在線檢測評估，對于預(yù)防鋼管失效，保證鋼管的安全有效運(yùn)行具有重要意義。本發(fā)明基于全周向電磁場檢測技術(shù)，利用激勵(lì)線圈在鋼管表面形成全周向電流，電流經(jīng)過裂紋時(shí)會產(chǎn)生擾動，引起空間磁場大小發(fā)生改變，空間磁場大小改變量能夠反映裂紋長度和深度信息，借助在線檢測平臺來實(shí)現(xiàn)裂紋的定位和定量檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)，利用全周向電磁場檢測技術(shù)，借助在線檢測平臺實(shí)現(xiàn)鋼管裂紋的定量和定位檢測，對于檢測鋼管表面裂紋，預(yù)防鋼管失效具有重要意義。
[0004]其特征是:基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)、采集卡、功率放大器、探頭、鋼管、驅(qū)動輪甲、步進(jìn)電機(jī)甲、支撐甲、橫梁、支撐乙、驅(qū)動輪乙、步進(jìn)電機(jī)乙、支撐丙、底座、光柵傳感器、信號處理模塊、PLC和驅(qū)動器組成，所述探頭主要由骨架、激勵(lì)線圈、支撐圈、軸向傳感器和徑向傳感器組成，所述激勵(lì)線圈均勻纏繞在骨架上，所述支撐圈安裝在骨架內(nèi)部中心，所述軸向傳感器為軸向靈敏的GMR傳感器，所述徑向傳感器為徑向靈敏的GMR傳感器，所述軸向傳感器和徑向傳感器一一對應(yīng)并陣列等距安裝在支撐圈上，所述支撐甲、橫梁、支撐乙、支撐丙和底座組成機(jī)架，所述支撐甲與支撐丙依靠橫梁連接，所述支撐乙安裝在橫梁上，所述步進(jìn)電機(jī)甲和驅(qū)動輪甲安裝在支撐甲上，所述探頭安裝在支撐乙上，所述步進(jìn)電機(jī)乙和驅(qū)動輪乙安裝在支撐丙上，所述光柵傳感器安裝在支撐乙與橫梁形成的直角處。
[0005]所述計(jì)算機(jī)與采集卡連接，所述采集卡與功率放大器連接，所述功率發(fā)達(dá)器與探頭的激勵(lì)線圈連接，所述激勵(lì)線圈在鋼管表面感應(yīng)出均勻的全周向電流，所述全周向電流經(jīng)過裂紋時(shí)會在裂紋兩端聚集，所述聚集的全周向電流引起軸向磁場和徑向磁場大小發(fā)生改變，所述軸向傳感器拾取軸向磁場信號，所述徑向傳感器拾取徑向磁場信號，所述軸向傳感器與徑向傳感器與信號處理模塊連接，所述信號處理模塊與采集卡連接，所述計(jì)算機(jī)與PLC連接，所述PLC與驅(qū)動器連接，所述驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)甲和步進(jìn)電機(jī)乙連接，所述步進(jìn)電機(jī)甲帶動驅(qū)動輪甲轉(zhuǎn)動，所述步進(jìn)電機(jī)乙?guī)域?qū)動輪乙轉(zhuǎn)動，所述驅(qū)動輪甲和驅(qū)動輪乙?guī)愉摴軇蛩偻ㄟ^探頭內(nèi)部，所述光柵傳感器記錄鋼管的位移信號，所述光柵傳感器記錄的信息通過采集卡輸送至計(jì)算機(jī)。
[0006]所述計(jì)算機(jī)內(nèi)部缺陷定量程序?qū)⒐鈻艂鞲衅饔涗浀奈灰菩畔⒃O(shè)為橫坐標(biāo)，將軸向傳感器和徑向傳感器采集到的軸向磁場信號和徑向磁場信號幅值作為縱坐標(biāo)，所述軸向磁場信號幅值在裂紋區(qū)出現(xiàn)下降，所述徑向磁場信號在裂紋兩端出現(xiàn)方向相反的峰值，所述軸向磁場信號幅值下降大小D反映裂紋深度，所述徑向磁場信號峰值之間位移差L為裂紋長度，所述軸向磁場信號和徑向磁場信號在橫坐標(biāo)的位置代表缺陷在鋼管上的位置。
【附圖說明】
[0007]附圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]附圖2是本發(fā)明的探頭示意圖。
[0009]附圖3是本發(fā)明的檢測原理示意圖。
[0010]上圖中:計(jì)算機(jī)1、采集卡2、功率放大器3、探頭4、骨架4.1、激勵(lì)線圈4.2、支撐圈4.3、軸向傳感器4.4、徑向傳感器4.5、鋼管5、全周向電流5.1、裂紋5.2、驅(qū)動輪甲6、步進(jìn)電機(jī)甲7、支撐甲8、橫梁9、支撐乙10、驅(qū)動輪乙11、步進(jìn)電機(jī)乙12、支撐丙13、底座14、光柵傳感器15、信號處理模塊16、PLC17、驅(qū)動器18、徑向磁場信號19、軸向磁場信號20。
【具體實(shí)施方式】
結(jié)合附圖1-3，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0011]本發(fā)明主要由計(jì)算機(jī)1、采集卡2、功率放大器3、探頭4、鋼管5、驅(qū)動輪甲6、步進(jìn)電機(jī)甲7、支撐甲8、橫梁9、支撐乙10、驅(qū)動輪乙11、步進(jìn)電機(jī)乙12、支撐丙13、底座14、光柵傳感器15、信號處理模塊16、PLC17和驅(qū)動器18組成，所述探頭4主要由骨架4.1、激勵(lì)線圈4.2、支撐圈4.3、軸向傳感器4.4和徑向傳感器4.5組成，所述激勵(lì)線圈4.2均勻纏繞在骨架4.1上，所述支撐圈4.3安裝在骨架4.1內(nèi)部中心，所述軸向傳感器4.4為軸向靈敏的GMR傳感器，所述徑向傳感器4.5為徑向靈敏的GMR傳感器，所述軸向傳感器4.4和徑向傳感器4.5 一一對應(yīng)并陣列等距安裝在支撐圈4.3上，所述支撐甲8、橫梁9、支撐乙10、支撐丙13和底座14組成機(jī)架，所述支撐甲8與支撐丙13依靠橫梁9連接，所述支撐乙10安裝在橫梁9上，所述步進(jìn)電機(jī)甲7和驅(qū)動輪甲6安裝在支撐甲8上，所述探頭4安裝在支撐乙10上，所述步進(jìn)電機(jī)乙12和驅(qū)動輪乙11安裝在支撐丙13上，所述光柵傳感器15安裝在支撐乙10與橫梁9形成的直角處。
[0012]所述計(jì)算機(jī)I通過軟件控制采集卡2輸出正弦激勵(lì)信號，所述正弦激勵(lì)信號幅值和頻率可根據(jù)檢測裂紋深度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述功率放大器3對正弦激勵(lì)信號進(jìn)行功率放大，所述經(jīng)過功率放大的正弦激勵(lì)信號加載至探頭4的激勵(lì)線圈4.1，所述激勵(lì)線圈4.1在鋼管表面感應(yīng)出均勻的全周向電流5.1，所述全周向電流5.1經(jīng)過裂紋5.2時(shí)會向裂紋兩端聚集，聚集電流引起軸向磁場信號20和徑向磁場信號19大小發(fā)生改變，所述軸向傳感器4.4拾取軸向磁場信號20，所述徑向傳感器4.5拾取徑向磁場信號19，所述信號處理模塊16對傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大和濾波，所述采集卡2采集信號處理模塊16輸出的信號，所述采集卡2將采集到的信號輸送至計(jì)算機(jī)1，所述計(jì)算機(jī)I通過PLC17的發(fā)出脈沖信號，所述PLC17輸出的脈沖序列經(jīng)過驅(qū)動器18后驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)甲7和步進(jìn)電機(jī)乙12，所述步進(jìn)電機(jī)甲7帶動驅(qū)動輪甲6轉(zhuǎn)動，所述步進(jìn)電機(jī)乙12帶動驅(qū)動輪乙11轉(zhuǎn)動，所述驅(qū)動輪甲6和驅(qū)動輪乙11帶動鋼管5勻速通過探頭4內(nèi)部，所述光柵傳感器15記錄鋼管的位移信息，所述光柵傳感器15記錄的信息通過采集卡2輸送至計(jì)算機(jī)I。
[0013]所述計(jì)算機(jī)I內(nèi)部缺陷定量程序?qū)⒐鈻艂鞲衅?5記錄的位移信息設(shè)為橫坐標(biāo)，將軸向傳感器4.4和徑向傳感器4.5米集到的軸向磁場信號20和徑向磁場信號19幅值作為縱坐標(biāo)，所述軸向磁場信號20幅值在裂紋區(qū)出現(xiàn)下降，所述徑向磁場信號19在裂紋兩端出現(xiàn)方向相反的峰值，所述軸向磁場信號20幅值下降大小D反映裂紋深度，所述徑向磁場信號19峰值之間位移差L為裂紋長度，所述軸向磁場信號20和徑向磁場信號19在橫坐標(biāo)的位置代表缺陷在鋼管上的位置。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:基于全周向電磁場檢測技術(shù)，利用激勵(lì)線圈在鋼管表面形成周向電流，電流經(jīng)過裂紋擾動引起空間磁場畸變，畸變信號能夠反映裂紋長度和深度信息，借助在線檢測平臺來實(shí)現(xiàn)裂紋的定位和定量檢測，對于檢測鋼管表面裂紋，預(yù)防鋼管失效具有重要意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)，其特征是:主要由計(jì)算機(jī)、采集卡、功率放大器、探頭、鋼管、驅(qū)動輪甲、步進(jìn)電機(jī)甲、支撐甲、橫梁、支撐乙、驅(qū)動輪乙、步進(jìn)電機(jī)乙、支撐丙、底座、光柵傳感器、信號處理模塊、PLC和驅(qū)動器組成，所述探頭主要由骨架、激勵(lì)線圈、支撐圈、軸向傳感器和徑向傳感器組成，所述激勵(lì)線圈均勻纏繞在骨架上，所述支撐圈安裝在骨架內(nèi)部中心，所述軸向傳感器為軸向靈敏的GMR傳感器，所述徑向傳感器為徑向靈敏的GMR傳感器，所述軸向傳感器和徑向傳感器一一對應(yīng)并陣列等距安裝在支撐圈上，所述支撐甲、橫梁、支撐乙、支撐丙和底座組成機(jī)架，所述支撐甲與支撐丙依靠橫梁連接，所述支撐乙安裝在橫梁上，所述步進(jìn)電機(jī)甲和驅(qū)動輪甲安裝在支撐甲上，所述探頭安裝在支撐乙上，所述步進(jìn)電機(jī)乙和驅(qū)動輪乙安裝在支撐丙上，所述光柵傳感器安裝在支撐乙與橫梁形成的直角處。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)，其特征是:所述計(jì)算機(jī)與采集卡連接，所述采集卡與功率放大器連接，所述功率發(fā)達(dá)器與探頭的激勵(lì)線圈連接，所述激勵(lì)線圈在鋼管表面感應(yīng)出均勻的全周向電流，所述全周向電流經(jīng)過裂紋時(shí)會在裂紋兩端聚集，所述聚集的全周向電流引起軸向磁場和徑向磁場大小發(fā)生改變，所述軸向傳感器拾取軸向磁場信號，所述徑向傳感器拾取徑向磁場信號，所述軸向傳感器與徑向傳感器與信號處理模塊連接，所述信號處理模塊與采集卡連接，所述計(jì)算機(jī)與PLC連接，所述PLC與驅(qū)動器連接，所述驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)甲和步進(jìn)電機(jī)乙連接，所述步進(jìn)電機(jī)甲帶動驅(qū)動輪甲轉(zhuǎn)動，所述步進(jìn)電機(jī)乙?guī)域?qū)動輪乙轉(zhuǎn)動，所述驅(qū)動輪甲和驅(qū)動輪乙?guī)愉摴軇蛩偻ㄟ^探頭內(nèi)部，所述光柵傳感器記錄鋼管的位移信號，所述光柵傳感器記錄的信息通過采集卡輸送至計(jì)算機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)，其特征是:所述計(jì)算機(jī)內(nèi)部缺陷定量程序?qū)⒐鈻艂鞲衅饔涗浀奈灰菩畔⒃O(shè)為橫坐標(biāo)，將軸向傳感器和徑向傳感器采集到的軸向磁場信號和徑向磁場信號幅值作為縱坐標(biāo)，所述軸向磁場信號幅值在裂紋區(qū)出現(xiàn)下降，所述徑向磁場信號在裂紋兩端出現(xiàn)方向相反的峰值，所述軸向磁場信號幅值下降大小D反映裂紋深度，所述徑向磁場信號峰值之間位移差L為裂紋長度，所述軸向磁場信號和徑向磁場信號在橫坐標(biāo)的位置代表缺陷在鋼管上的位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于全周向電磁場的鋼管裂紋在線定量檢測系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)、采集卡、功率放大器、探頭、鋼管、驅(qū)動輪甲、步進(jìn)電機(jī)甲、支撐甲、橫梁、支撐乙、驅(qū)動輪乙、步進(jìn)電機(jī)乙、支撐丙、底座、光柵傳感器、信號處理模塊、PLC和驅(qū)動器組成，所述激勵(lì)線圈在鋼管表面感應(yīng)出均勻的全周向電流，所述全周向電流經(jīng)過裂紋時(shí)會在裂紋兩端聚集，所述聚集的全周向電流引起軸向磁場和徑向磁場大小發(fā)生改變，所述軸向傳感器拾取軸向磁場信號，依據(jù)磁場信號結(jié)合在線檢測平臺，實(shí)現(xiàn)鋼管裂紋的在線定量檢測系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果如下：基于全周向電磁場檢測技術(shù)，借助在線檢測平臺實(shí)現(xiàn)鋼管裂紋的定量評估，對于預(yù)防鋼管失效具有重要意義。
【IPC分類】G01N27/82
【公開號】CN105021693
【申請?zhí)枴緾N201510390650
【發(fā)明人】李偉, 袁新安, 陳國明, 孔慶曉, 葛玖浩, 張雨田, 趙夢一, 吳衍運(yùn)
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月7日