[發明專利]一種實時高精度ACFM裂紋狀態監測系統

有效

• 申請號: 201410227673.0
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104007171A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 李偉;陳國明;屈萌
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N27/82
• 分類號: G01N27/82
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于交流電磁場監測技術領域，尤其涉及一種實時高精度ACFM裂紋狀態監測系統。

背景技術

在生產和使用鋼鐵材料時常會產生腐蝕、裂紋等內外表面缺陷，多次發生因機械裂紋等缺陷導致飛機墜毀、管道破裂和鍋爐爆炸等重大事故。在海洋石油工程領域，海洋平臺和海底管道等設備長期在惡劣的海洋環境中服役，較易出現腐蝕、疲勞、斷裂等結構失效。目前電磁無損檢測技術在這類鋼鐵基礎設施結構上的應用解決了相當一大部分因缺陷而結構失效的問題，譬如：交流電磁場檢測(ACFM)技術。然而，單靠人工周期性檢測結構，不但受結構工作環境的限制，而且并不能充分使用結構的工作壽命，甚至可能出現檢測不完全，從而人為判斷失誤的問題，使得檢測效率及其可靠性偏低，不能滿足現代大型工業時代的要求。

ACFM結構裂紋的狀態監測及診斷技術，綜合計算機技術，通過安裝在移動設備上或直接安裝在被檢結構上的傳感器，即時獲取各類傳感器采集的信號,例如位移、磁場信號等，可對結構進行連續的監測，其特點是能監測并反演裂紋的成形，并實時監視其擴展狀況，提前評估結構安全，實現自動診斷并實時預警，可靠高效地檢修或替換受損結構，避免因腐蝕、疲勞、斷裂等結構失效造成的重大災難，保障鋼材基礎設施的結構安全，構建結構安全在線監測系統。

ACFM結構裂紋狀態監測分析技術包含異常檢測信號的發現和檢查、裂紋類型和部位的診斷、裂紋形態的分析與發展趨勢；并同時包含檢測技術、信號處理與識別技術、以太網或串口通訊技術、預測技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時高精度ACFM裂紋狀態監測系統，旨在解決目前單靠人工周期性交流電磁場檢測鋼材結構，不但受結構工作環境的限制，而且不能充分使用結構的工作壽命，甚至可能出現檢測不完全，從而人為判斷失誤的問題，使得檢測效率及其可靠性偏低，不能滿足現代大型工業時代的要求。

本發明的技術內容為：一種實時高精度ACFM裂紋狀態監測系統，該ACFM裂紋狀態監測系統包括：

用于在待監測鋼結構表面感應出勻速旋轉、均強電磁場的旋轉磁場信號激勵源；

用于控制監測探頭運動及其監測方式，實現自動化監測鋼結構表面的ACFM監測移動平臺；

用于驅動ACFM監測移動平臺的平臺驅動電源模塊；

用于獲取監測探頭的實時位移信號，并對所獲取的位移信號進行輸出的位移傳感器；

用于在待監測鋼結構表面進行掃描和固定監測，獲取待監測結構的表面缺陷引起的旋轉磁場畸變信號，并對所獲取的旋轉磁場畸變信號進行輸出的監測探頭；

與所述監測探頭相連接，用于接收所述監測探頭輸出的旋轉磁場畸變信號，對旋轉磁場畸變信號進行放大及濾波預處理，并對預處理后的旋轉磁場畸變信號進行輸出的信號調理模塊；

與所述信號調理模塊相連接，用于接收所述信號調理模塊預處理后的旋轉磁場畸變信號，對處理后的旋轉磁場畸變信號進行互相關矢量運算，并對操作后所得的旋轉磁場畸變信號幅度與對應的相位模擬量進行輸出的鎖相放大模塊；

與所述位移傳感器、鎖相放大模塊相連接，用于接收所述位移傳感器輸出的位移信號、所述鎖相放大模塊輸出的旋轉磁場畸變信號，對這些信號進行數模轉換、采集、存儲，用于接收監測機構控制模塊輸出信號，并將該信號傳遞給電機驅動裝置的PLC下位機；

與所述PLC下位機相連接，用于接收所述PLC下位機輸出的旋轉磁場畸變及位移信號，對旋轉磁場畸變及位移數字信號進行采集，并根據監測機構控制模塊給PLC下位機指令的系統控制子系統；

與所述系統控制子系統相連接，用于接收所述系統控制子系統采集的旋轉磁場畸變及位移數字信號，對旋轉磁場畸變及位移數字信號進行處理，并對待監測結構表面的裂紋狀態進行實時監督、智能分析、識別及缺陷預警的缺陷智能識別子系統。

所述旋轉磁場信號激勵源采用兩組相互垂直的第一激勵線圈及第二激勵線圈繞制在正交的雙U型磁芯上方，通過信號發生器、功率放大電路、移相電路分別給第一激勵線圈及第二激勵線圈通入幅值、頻率相同，相位相差90度的正弦交流信號；所述平臺驅動電源模塊包括，S-250-24開關電源、用于接收PLC下位機傳遞的監測機構控制模塊輸出信號的電機驅動裝置、經過電機啟動裝置、電流短路熔斷保護裝置和將電流、轉速信號輸出給監測移動平臺的第一驅動電機和第二驅動電機。