CN118706936B - 一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于管道缺陷检测技术领域，具体公开了一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，包括两个输送轮、红外热像仪、计算机、交流激励线圈和三向正交磁化线圈；三向正交磁化线圈中通入不同幅值和方向的直流电流时，管道内部会形成空间旋转磁化场，磁化场方向与缺陷方向垂直时，会在管道内部激励出最大强度的畸变磁场分布，从而形成最大的畸变磁导率分布，在交流激励线圈的作用下引起不均匀的表面温度分布，从而识别缺陷。检测过程中不会对管道产生摩擦刮伤，同时提高了检测效率，实现管道缺陷的快速检测。解决了现有方法难以对缺陷进行精确定位，不能保证任意走向缺陷的探伤灵敏度相同的问题。
Description
技术领域
本发明属于管道缺陷检测技术领域，具体涉及一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置的设计。
背景技术
铁磁性管道近年来常作为运输石油、天然气等流体产品的承压装置，安全事故屡见不鲜，因此保证其在使用过程中安全服役尤为重要。如果管道缺陷在出厂前未能有效检出，带伤管道服役后，在复杂载荷与腐蚀介质作用下，极易引发管道断裂甚至爆炸等安全事故，造成人员伤亡与经济损失。对此，可以利用无损检测技术对管道进行质量检测来保证管道质量与服役安全。
涡流热成像检测法具有直接成像可视化、非接触、大提离等特点，广泛应用于管道的质量检测过程。传统涡流热成像方法通过缺陷引起的感应涡流扰动导致的非均匀温度分布来检测管道缺陷，由于感应涡流的趋肤效应，传统涡流热成像方法无法实现埋藏较深的缺陷检测和量化评价。目前，已有一种磁化涡流热成像检测方法，利用一组直流磁化器产生与管道轴向平行的磁化场对管道进行磁化，从而导致缺陷位置处的磁导率分布产生畸变，引起表面非均匀温度分布，从而可实现管道内表面缺陷的检测和量化评价。然而，根据垂直磁化理论，当缺陷走向与直流磁场方向垂直时，缺陷处的磁场畸变最大，产生的磁导率畸变最大，缺陷检测灵敏度也最高。随着缺陷走向的偏斜，直流磁场畸变逐渐降低，当缺陷平行于直流磁场时，直流磁场畸变接近为零。因此，采用单一直流磁化方向的磁化涡流热成像检测装置只有通过管道与磁场的相对运动改变磁化方向，如管道通过螺旋运动实现任意走向缺陷的高灵敏度检测，实际操作困难，并且难以对缺陷进行精确定位，不能保证任意走向缺陷的探伤灵敏度相同。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有方法实际操作困难，并且难以对缺陷进行精确定位，不能保证任意走向缺陷的探伤灵敏度相同的问题，提出了一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置。
本发明的技术方案为：一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，包括两个输送轮、红外热像仪、计算机、交流激励线圈和三向正交磁化线圈；所述三向正交磁化线圈包括第一正交磁化线圈、第二正交磁化线圈和第三正交磁化线圈；所述两个输送轮分别位于第一正交磁化线圈两侧；所述红外热像仪与计算机通信连接；所述交流激励线圈的中轴线与待测管道的中轴线重合；所述第一正交磁化线圈、第二正交磁化线圈和第三正交磁化线圈两两正交，第一正交磁化线圈的中轴线和第三正交磁化线圈的中轴线均与待测管道的中轴线垂直，第二正交磁化线圈的中轴线与待测管道的中轴线重合；所述交流激励线圈位于第一正交磁化线圈中间，并且与第一正交磁化线圈同轴。
本发明的有益效果是：
1.通过三向正交磁化器产生的磁化场的矢量叠加，可在管道内部形成全走向磁化场，使管道中任意走向缺陷激发出最大的热响应畸变温度分布信号，并被热像仪阵列拾取，从而实现任意走向缺陷的高灵敏度快速检测，性能稳定，结构简单，成本低。
2.检测过程中，三向正交磁化器通过空气与管道形成磁化回路来产生不同走向的直流磁化场，利用高频激励线圈靠近管道产生的感应涡流形成热激励，并利用热像仪阵列拾取分均匀温度分布信息，其装置均不需要与管道表面接触，检测过程中不会对管道产生摩擦刮伤，同时非接触的检测方式可提高检测效率，实现管道缺陷的快速检测。
3.本发明突破了传统涡流热成像对于缺陷趋肤深度以及普通磁化涡流热成像方法对于缺陷走向的限制，可实现管道全形态缺陷的自动化大面积快速检测，对管道安全运行与质量控制发挥重要作用。
作为优选，所述第一正交磁化线圈、第二正交磁化线圈和第三正交磁化线圈分别由两组半径相同，中心轴相同的亥姆霍兹圆环线圈组成。
上述优选方案的有益效果是：
每组正交磁化线圈都由两组半径相同，中心轴相同的亥姆霍兹圆环线圈组成，保证待测管道实现全走向磁化，使管道中任意走向缺陷激发出最大的热响应畸变温度分布信号。
作为优选，各正交磁化线圈中的两组所述亥姆霍兹圆环线圈中通有同方向同幅值的直流电流。
上述优选方案的有益效果是：
在各正交磁化线圈中的两组亥姆霍兹圆环线圈中通有同方向同幅值的直流电流，保证各正交磁化线圈产生最均匀的磁场和最大磁感应强度，使得待测管道实现全走向磁化。
作为优选，所述第一正交磁化线圈、第二正交磁化线圈和第三正交磁化线圈中分别通有不同方向、不同幅值的直流电流。
上述优选方案的有益效果是：
通过三向正交磁化器产生的磁化场的矢量叠加，可在管道内部形成全走向磁化场，使管道中任意走向缺陷激发出最大的热响应畸变温度分布信号，并被热像仪阵列拾取，从而实现任意走向缺陷的高灵敏度快速检测。
作为优选，所述交流激励线圈直径比待测管道的直径大2mm-4mm，即交流激励线圈的提离值在1mm-2mm范围内。
上述优选方案的有益效果是：
保证交流激励线圈的提离值在1mm-2mm范围内，既能利用高频激励线圈靠近管道产生的感应涡流形成热激励，又实现了非接触式检测，提高了检测效率。
作为优选，所述交流激励线圈与交流激励源电连接，并且以交流激励源作为热激励源，设置激励电流为380A。
上述优选方案的有益效果是：
通过在交流激励线圈中通以高频交流电流，从而引起待测管道不均匀的表面温度分布，实现对任意走向缺陷的高灵敏度快速检测，性能稳定，结构简单，且成本低廉。
作为优选，所述红外热像仪包括至少两个阵列红外相机；所述阵列红外相机的分辨率大于或等于640*480，测温区间为[-40℃，650℃]，热灵敏度小于0.1K。
上述优选方案的有益效果是：
选择分辨率大于或等于640*480，测温区间为[-40℃，650℃]，热灵敏度小于0.1K的红外相机对待测管道红外数据信息进行准确识别与提取，实现缺陷的位置识别和深度量化得出管道的缺陷情况。
附图说明
图1所示为一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置结构示意图。
图2所示为一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像自动化检测装置原理示意图。
图3所示为磁场矢量叠加形成不同走向磁化场示意图。
附图标记说明：1—待测管道、2—输送轮、3—红外热像仪、4—计算机、5—第一正交磁化线圈、6—第二正交磁化线圈、7—第三正交磁化线圈、8—交流激励线圈。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
如图1所示一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，包括两个输送轮2、红外热像仪3、计算机4、交流激励线圈8和三向正交磁化线圈；所述三向正交磁化线圈包括第一正交磁化线圈5、第二正交磁化线圈6和第三正交磁化线圈7；所述两个输送轮2分别位于第一正交磁化线圈5两侧；所述红外热像仪3与计算机4通信连接；所述交流激励线圈8的中轴线与待测管道1的中轴线重合；所述第一正交磁化线圈5、第二正交磁化线圈6和第三正交磁化线圈7两两正交，第一正交磁化线圈5的中轴线和第三正交磁化线圈7的中轴线均与待测管道1的中轴线垂直，第二正交磁化线圈6的中轴线与待测管道1的中轴线重合；所述交流激励线圈8位于第一正交磁化线圈5中间，并且与第一正交磁化线圈5同轴。
在本实施例中，所述第一正交磁化线圈5、第二正交磁化线圈6和第三正交磁化线圈7分别由两组半径相同，中心轴相同的亥姆霍兹圆环线圈组成。
在本实施例中，各正交磁化线圈中的两组所述亥姆霍兹圆环线圈中通有同方向同幅值的直流电流。
在本实施例中，所述第一正交磁化线圈5、第二正交磁化线圈6和第三正交磁化线圈7中分别通有不同方向、不同幅值的直流电流。
在本实施例中，所述交流激励线圈8直径比待测管道1的直径大2mm-4mm，即交流激励线圈8的提离值在1mm-2mm范围内。
在本实施例中，所述交流激励线圈8与交流激励源电连接，并且以交流激励源作为热激励源，设置激励电流为380A。
在本实施例中，所述红外热像仪3包括至少两个阵列红外相机；所述阵列红外相机的分辨率大于或等于640*480，测温区间为[-40℃，650℃]，热灵敏度小于0.1K。
本发明的具体工作原理和过程为：
如图1所示，将待测管道1送入检测装置，待测管道1的中轴线与第二正交磁化线圈6以及交流激励线圈8的中轴线均重合。在三向正交磁化线圈中通入不同幅值和方向的直流电流时，根据矢量叠加原理，在待测管道1内部会形成空间旋转磁化场，当磁化场方向与缺陷方向垂直时，则会在管道内部激励出最大强度的畸变磁场分布，从而形成最大的畸变磁导率分布，在通有高频交流电流的交流激励线圈 8的作用下引起不均匀的表面温度分布，被输送轮2传输到红外热像仪3阵列位置，红外热像仪3阵列将拾取到的温度分布信息传送到计算机4中进行信号处理并显示。
如图2所示，第一正交磁化线圈5、第二正交磁化线圈6和第三正交磁化线圈7均与电源相连接，分别通以电流、和，为电流幅值。相对的磁化线圈形成一组亥姆霍兹线圈，从而在管道内部产生三个方向的磁化场：，，，、和分别为三个磁化场的幅值。
通过调整三组赫姆霍兹线圈的匝数，使得三个方向磁化场的幅值相同，即。通过磁场叠加原理，在管道内部形成旋转的磁化场，如图3所示，在检测装置运行过程中，磁化磁场的方向不断改变，当旋转磁化场的方向分别转至H1、H2或H3方向时，旋转磁化场分别与不同走向的缺陷垂直，此时在缺陷位置处将产生最大的强度的磁场畸变，从而引起最大的磁导率畸变分布。这样，叠加后的磁化磁场可对任意走向的缺陷进行垂直磁化。
与此同时，高频交流激励线圈8内部通有高频交流电流，在管道内部产生感应涡流，通过缺陷位置时，由于畸变磁导率的存在，会在缺陷处产生非均匀感应涡流分布，从而形成畸变的热响应温度分布，通过阵列的红外热像仪3获取温度场分布，并传送到计算机4进行数据处理获取缺陷信息。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，其特征在于：包括两个输送轮（2）、红外热像仪（3）、计算机（4）、交流激励线圈（8）和三向正交磁化线圈；所述三向正交磁化线圈包括第一正交磁化线圈（5）、第二正交磁化线圈（6）和第三正交磁化线圈（7）；所述两个输送轮（2）分别位于第一正交磁化线圈（5）两侧；所述红外热像仪（3）与计算机（4）通信连接；所述交流激励线圈（8）的中轴线与待测管道（1）的中轴线重合；所述第一正交磁化线圈（5）、第二正交磁化线圈（6）和第三正交磁化线圈（7）两两正交，第一正交磁化线圈（5）的中轴线和第三正交磁化线圈（7）的中轴线均与待测管道（1）的中轴线垂直，第二正交磁化线圈（6）的中轴线与待测管道（1）的中轴线重合；所述交流激励线圈（8）位于第一正交磁化线圈（5）中间，并且与第一正交磁化线圈（5）同轴；
所述第一正交磁化线圈（5）、第二正交磁化线圈（6）和第三正交磁化线圈（7）分别通以电流，在管道内部产生三个方向的磁化场，基于磁场叠加原理，在管道内部形成旋转的磁化场，检测装置运行过程中，磁化磁场的方向不断改变，当旋转磁化场的方向分别转至H1、H2 或H3方向时，旋转磁化场分别与不同走向的缺陷垂直，缺陷位置处产生最大的强度的磁场畸变，引起最大的磁导率畸变分布，对任意走向的缺陷实现垂直磁化；
所述电流的计算公式为：
其中，表示通入第一正交磁化线圈（5）中的电流，表示通入第二正交磁化线圈（6）中的电流，表示通入第三正交磁化线圈（7）中的电流，表示电流幅值，表示正弦函数，表示余弦函数，表示通入电流的总时间，和表示角频率；
所述三个方向的磁化场的计算公式为：
其中，表示方向的磁化场，表示方向的磁化场，表示方向的磁化场，、和分别为三个磁化场的幅值，调整线圈的匝数，使得三个方向磁化场的幅值相同，即；
所述交流激励线圈（8）直径比待测管道（1）的直径大2mm-4mm，即交流激励线圈（8）的提离值在1mm-2mm范围内；
所述红外热像仪（3）包括至少两个阵列红外相机；所述阵列红外相机的分辨率大于或等于640*480，测温区间为[-40℃，650℃]，热灵敏度小于0.1K。
2.根据权利要求1所述的三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，其特征在于：所述第一正交磁化线圈（5）、第二正交磁化线圈（6）和第三正交磁化线圈（7）分别由两组半径相同，中心轴相同的亥姆霍兹圆环线圈组成。
3.根据权利要求2所述的三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，其特征在于：各正交磁化线圈中的两组所述亥姆霍兹圆环线圈中通有同方向同幅值的直流电流。
4.根据权利要求1所述的三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，其特征在于：所述第一正交磁化线圈（5）、第二正交磁化线圈（6）和第三正交磁化线圈（7）中分别通有不同方向、不同幅值的直流电流。
5.根据权利要求1所述的三向正交磁化的管道全形态缺陷电磁热成像检测装置，其特征在于：所述交流激励线圈（8）与交流激励源电连接，并且以交流激励源作为热激励源，设置激励电流为380A。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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