一种基于远场涡流的管道弯头检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电磁无损检测装置，特别涉及一种基于远场涡流的管道弯头处腐蚀或裂纹类缺陷的检测装置。
【背景技术】
[0002]管道广泛应用于油气、化工、电力和供暖等多个行业，管道弯头是管道管道系统中不可或缺的部分。多数管道弯头在工作中受高温、高压以及复杂外部环境的影响，并且在使用过程中管道弯头外曲面内侧始终受介质的冲刷，从而产生冲刷腐蚀，管壁减薄。另外，高温高压下，管道弯头管壁容易产生裂纹。以上缺陷在高压下容易快速扩张，造成管道弯头处管壁开裂，进而引发泄漏事故。管道弯头的状况直接影响整个管道系统的安全顺利运行，因此有必要研究开发管道弯头检测装置。
[0003]目前，管道弯头的检测方法有超声波检测、射线检测、常规涡流检测、脉冲涡流检测等。超声波检测需要耦合剂，且工作温度不宜太高;射线检测需要放射源，实际检测过程中存在污染，且对人体有害;常规涡流检测容易受集肤效应影响，检测趋向于试件表面的缺陷；脉冲涡流检测属于放置式定点检测，用于结构复杂的管道弯头检测时，存在一定的盲区，且对局部缺陷灵敏度不够。现有的远场涡流检测装置大多采用内穿过式检测，而内穿过式检测都有一个缺点:均难以通过可能存在堆积物的弯头。
[0004]如南京航空学院的孙雨施、曲民兴、司家屯发明并于1990年7月7日申请专利的“远场涡流无损检测高效实用探头”(专利申请号90105697.9，公开号CN1058097)公开了三种远场涡流探头改进技术，包括对激励线圈设置磁回路、对接收线圈设置磁回路，以及在激励和接收线圈之间设置补偿线圈，通过这些改进获得了信号幅值高，激励功率小，探头轴向长度小等成果。这些改进措施降低了远场涡流的应用难度，减小了探头一定长度，但在管道弯头处仍难以通过。又如浙江大学的陈佩华、黄平捷、李国厚、周泽魁发明并于2012年10月27日申请专利的“一种金属缺陷涡流检测装置及其探头”(申请号201210416556.X，公开号CN102879462)公开了一种基于混频技术的金属缺陷涡流检测装置及其探头结构，该装置结合常规涡流和低频远场涡流两种技术，能对板状或管状金属材料缺陷进行检测，但上述管状结合其探头结构仅能为直管且只能在管道轴上放置，周上放置检测时相当于只应用了常规涡流检测，因此在管道弯头这一特殊位置，被测部分曲面复杂，此装置难以对此顺利检测。又如美国专利“柔性单元连接的远场涡流传感器”(专利申请号US19970941057，公开号US6087830)，它能够通过内部干净的管道弯头，但应用于工业的管道弯头处容易产生堆积物，从而远场涡流传感器顺利通过有一定的困难，加大了检测难度。
[0005]综上所述，现有的检测方法对于管道弯头这一特殊位置的检测都有着一定的局限性。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术存在的各种不足之处，并提供一种利用双激励拉近远场区、提高所测信号幅值、充分体现远场涡流检测的优势、解决内穿过式远场涡流传感器难以对管道弯头进行检测的难题的基于远场涡流的管道弯头检测装置。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:采用包括两个相同激励单元和一个接收单元构成的远场涡流传感器，且两激励单元分别位于接收单元两侧，激励单元和接收单元均沿被检测管道弯头横截面周向设置，且接收单元位于测量间接耦合磁场信号的远场区域；当远场涡流传感器施加谐波激励后，利用双激励拉近远场区，提高所测信号幅值;传感器沿管道弯头周向扫描，测取接收单元接收到的信号相对激励信号的相位差，从而得到相位差的变化特征，即获得管道弯头处的腐蚀和裂纹类缺陷信息。
[0008]所述远场涡流传感器依次与谐波信号激励电路、信号处理电路、A/D转换电路和计算机相连接，谐波信号激励电路给远场涡流传感器提供谐波激励，远场涡流传感器设置在管道弯头外表面、以激励诱发产生涡流并接收涡流远场区的间接耦合磁场信号，将其转化为电压信号后，传送给信号处理电路，信号处理电路对接收的信号进行放大、滤波、比较后，传送给A/D转换电路，A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号送于计算机，计算机对数据进行处理、从而获得被测管道弯头的腐蚀和裂纹类缺陷信息。
[0009]进一步，所述远场涡流传感器设置在管道弯头I横截面上;所述激励单元包括激励线圈3，所述接收单元包括接收线圈4，激励线圈3轴线沿管道弯头I周向设置，接收线圈4轴线沿管道弯头径向设置;接收线圈4位于测量间接耦合磁场信号的远场区域;向传感器激励线圈3中施加一个谐波激励，变化的激励场引发沿管道弯头I横截面周向分布的交变磁场，接收单元中的接收线圈4位于远场区域测量间接耦合磁场信号，所测信号相对于激励信号的相位差的变化表明腐蚀或裂纹类缺陷的存在，通过观测并分析相位差的变化特征从而实现对管道弯头I缺陷情况的检测。
[0010]所述远场涡流传感器2包括壳体13、端盖11、激励线圈3、接收线圈4和插座;壳体13为设置有内腔的“P”型结构，且两端设置敞口，端盖11配合安装在壳体13两端的敞口上;激励线圈3固装在壳体13内腔两侧的内壁上，接收线圈4固装在壳体13内腔中腰下部，激励线圈3和接收线圈4的引线分别与插座相连。两激励线圈3可对称设置在接收线圈4两侧。
[0011]所述激励单元包含激励线圈3和屏蔽单元12，激励线圈3安装在屏蔽单元12内；所述激励线圈3采用矩形线圈;接收线圈4采用圆柱线圈。
[0012]本实用新型通过利用双激励拉近远场区，提高所测信号幅值，充分体现远场涡流检测的优势，解决内穿过式远场涡流传感器难以对管道弯头进行检测的难题。它还具有以下几个方面的优点:(I)管壁厚度与检测信号相位近似成正比，易于缺陷分辨；(2)不受集肤效应影响，且受提离效应影响不大；(3)对管壁内外缺陷具有相同灵敏度；(4)继承了常规涡流非接触且快速的优点，同时采取扫描方式大大减少检测盲区。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的剖视结构示意图
[0014]图2是本实用新型的使用状态结构示意图；
[0015]图3是本实用新型的检测原理不意图；
[0016]图4是本实用新型进行检测的试样简图；
[0017]图5是图4的A-A剖视结构示意图；
[0018]图6是采用一个激励线圈和一个接收线圈的远场涡流传感器检测得出的幅值信号曲线图；
[0019]图7是采用一个激励线圈和一个接收线圈的远场涡流传感器检测得出的相位差曲线图；
[0020]图8是采用一个激励线圈和一个接收线圈的远场涡流传感器检测得出的坡印廷矢量图；
[0021]图9是采用双激励线圈的远场涡流传感器检测得出的幅值信号曲线图；
[0022]图10是采用双激励线圈的远场涡流传感器检测得出的相位差曲线图；
[0023]图11是采用双激励线圈的远场涡流传感器检测得出的坡印廷矢量图；
[0024]图12是本实用新型在测量时，检测线圈轴线为缺陷中心线时所测得依次对应不同缺陷时的相位图。
[0025]图中:管道弯头-1、远场涡流传感器-2、激励线圈-3、接收线圈-4、谐波信号激励电路-5、信号处理电路_6、A/D转换电路-7、计算机-8、航空插座-9、把手-10、端盖-11、屏蔽单元-12、壳体-13。屏蔽单元12采用娃钢片制作而成。把手10与端盖11通过六角螺钉连接，端盖11与壳体13通过十字槽盘头螺钉连接。激励线圈3固定在壳体底部两端，接收线圈4固定在壳体内腔底部中央，屏蔽单元12罩在激励线圈3上方，激励线圈3和接收线圈4引线与航空插座9相连。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0027]现有一般的远场涡流传感器只采用一个激励线圈和一个接收线圈，当采用一个激励线圈检测外径为80mm的管道时，得出的幅值信号曲线、相位差曲线和坡印廷矢量图分别如图6、7、8所示，幅值出现了拐点，相位有90°变化，能量也两次穿透管壁，说明发生了远场涡流现象。但远场区位于幅值和相位基本不变和能量二次穿透区域，由图可知采用一个激励线圈时，远场区到激励线圈轴线的弧长距离为10mm到120mm。它所采集远场涡流现象的“幅值信号曲线、相位差曲线和坡印廷矢量”三个重要特征信号相对于激励信号的变化很小，易受噪声信号干扰，难以用来进行判断所测物体是否存在腐蚀或裂纹等此类缺陷。因幅值信号很微弱，从而对后面的信号处理电路要求更高，另外，远场区相对激励线圈的距离大，增大了传感器尺寸。
[0028]本实用新型采用包括两个相同激励单元和一个接收单元构成的远场涡流传感器，且两激励单元分别位于接收单元两侧，激励单元和接收单元均沿被检测管道弯头横截面周向设置，且接收单元位于测量间接耦合磁场信号的远场区域；当远场涡流传感器施加谐波激励后，利用双激励拉近远场区，提高所测信号幅值;传感器沿管道弯头周向扫描，测取接收单元接收到的信号相对激励信号的相位差，从而得到相位差的变化特征，即获得管道弯头处的腐蚀和裂纹类缺陷信息。
[0029]由此可知，本实用新型的检测方法属于远场涡流检测，是基于远场涡流效应的无损检测技术，故能否用远场涡流检测技术来检测规则曲面金属材料，取决于规则曲面金属材料中是否发生了远场涡流现象。远场涡流现象有三个重要特征:幅值拐点、9