[發(fā)明專利]一種基于環(huán)形陣列探頭的管道渦流無損檢測裝置及方法

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• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111220699A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉波;曾輝耀;張依仃;陳宸;孔瓊英;羅思琦
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90
• 代理公司: 昆明人從眾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53204
• 代理人: 沈艷尼

1.一種基于環(huán)形陣列探頭的管道渦流無損檢測裝置，其特征在于：包括環(huán)形陣列傳感器(1)、環(huán)形支架(2)、微控制器、步進(jìn)電機(jī)、藍(lán)牙模塊、存儲模塊、PC機(jī)；

所述的環(huán)形陣列傳感器(1)由聚酯薄膜基材(9)、激勵(lì)線圈(10)、檢測線圈(11)、地線(12)組成，激勵(lì)線圈(10)、檢測線圈(11)和地線(12)均印制在聚酯薄膜基材(9)上，其中激勵(lì)線圈(10)為多匝矩形線圈，檢測線圈(11)為多個(gè)排列成兩行的矩形螺旋線圈，布置于激勵(lì)線圈內(nèi)，相鄰的兩個(gè)檢測線圈繞制方向相反，最外圈觸點(diǎn)接地線(12)，中心焊點(diǎn)(13)接信號輸出端，環(huán)形陣列傳感器(1)緊密貼合在環(huán)形支架(2)的內(nèi)側(cè)，形成環(huán)形陣列式線圈結(jié)構(gòu)；

所述的環(huán)形支架(2)由兩個(gè)半環(huán)形支架和八個(gè)滾輪(3)組成，兩個(gè)半環(huán)形支架的一端鉸接，可圍繞鉸鏈固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端是帶有螺絲扣(6)的可活動(dòng)開口，半環(huán)形支架兩端接觸位置處分別設(shè)有緩沖墊(7)，八個(gè)滾輪通過輪轂桿(4)分別安裝在環(huán)形支架內(nèi)側(cè)四個(gè)方位，每個(gè)方位安裝兩個(gè)滾輪(3)，在兩個(gè)滾輪(3)中間布置環(huán)形陣列傳感器(1)，步進(jìn)電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使環(huán)形陣列傳感器(1)沿管道(8)掃描運(yùn)動(dòng)；

所述的環(huán)形支架(2)是由PVC材料制成的內(nèi)空結(jié)構(gòu)，并內(nèi)置微控制器、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、信號調(diào)理模塊、波形發(fā)生模塊、聚合物鋰電池、藍(lán)牙從機(jī)模塊、SD卡存儲模塊；

所述的聚合物鋰電池為定制的適應(yīng)于環(huán)形支架(2)的弧狀鋰電池，可通過微型USB充電電路實(shí)現(xiàn)對鋰電池的充電，通過電源管理模塊對裝置中的各單元進(jìn)行供電；

所述的微控制器與波形發(fā)生模塊相連，控制波形發(fā)生模塊產(chǎn)生相應(yīng)的激勵(lì)信號，加載到環(huán)形陣列傳感器(1)的激勵(lì)線圈(10)上，從而在試件中產(chǎn)生渦流，環(huán)形陣列傳感器(1)的檢測線圈(11)獲得渦流檢測信號，檢測線圈與信號調(diào)理模塊相連，環(huán)形陣列傳感器(1)輸出的檢測信號經(jīng)信號調(diào)理后傳到微控制器，微控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)，微控制器還與藍(lán)牙模塊、SD卡存儲模塊相連，通過UART串口實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的存儲與發(fā)送及接收PC機(jī)的控制指令。

2.一種基于環(huán)形陣列探頭的管道渦流無損檢測方法，其特征在于：

首先，將檢測裝置安裝在待測管件(8)上，扣緊螺絲扣(6)，檢測裝置在滾輪(3)的支撐下與待測管道(8)緊密貼合，并保持環(huán)形陣列傳感器(1)與管壁距離不變。

其次，檢測開始時(shí)，PC機(jī)通過藍(lán)牙無線模塊給微控制器發(fā)出指令，使檢測裝置處于連接狀態(tài)，微控制器接到控制指令后，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的精確控制，從而使檢測裝置在管道外壁(8)上精確移動(dòng)，移動(dòng)過程中波形發(fā)生模塊在微控制器的控制下產(chǎn)生脈沖激勵(lì)信號加載到環(huán)形陣列傳感器(1)的激勵(lì)線圈(10)上，激勵(lì)線圈(10)通入脈沖激勵(lì)信號后，在管道(8)內(nèi)產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場感應(yīng)出渦流，渦流受到管道缺陷擾動(dòng)，產(chǎn)生包含管道缺陷信息的合成磁場，被檢測線圈(11)接收形成檢測信號，并經(jīng)信號調(diào)理模塊處理后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送至微控制器。

最后，微控制器通過UART串口把采集的檢測信號經(jīng)藍(lán)牙無線模塊上傳給PC機(jī)，PC機(jī)對收到的檢測信號進(jìn)行分析處理，得出管道缺陷信息，并記錄缺陷位置，從而實(shí)現(xiàn)對管道外壁(8)的快速檢測。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于環(huán)形陣列探頭的管道渦流無損檢測方法，其特征在于：所述檢測線圈(11)中的多個(gè)矩形螺旋線圈在電子切換開關(guān)的控制下，可分別構(gòu)成周向和軸向差分對檢測線圈，周向方向相鄰的矩形螺旋線圈A1，A2接通后構(gòu)成一個(gè)周向差分對陣列單元，以此類推，A2，A3等周向方向相鄰的矩形螺旋線圈可構(gòu)成多個(gè)周向差分對陣列單元；軸向方向相鄰的矩形螺旋線圈A1，B1接通后構(gòu)成一個(gè)軸向差分對陣列單元，以此類推，A2，B2等軸向方向相鄰的矩形螺旋線圈可構(gòu)成多個(gè)軸向差分對陣列單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于環(huán)形陣列探頭的管道渦流無損檢測方法，其特征在于：所述檢測裝置具有在線和離線兩種運(yùn)行方式，在運(yùn)行距離較近時(shí)，檢測裝置采用在線運(yùn)行方式，微控制器與PC機(jī)通過藍(lán)牙模塊進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)接收PC機(jī)控制指令和向PC機(jī)發(fā)送檢測信號，PC機(jī)對檢測信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與處理，給出檢測結(jié)果；在運(yùn)行距離較遠(yuǎn)時(shí)，檢測裝置采用離線運(yùn)行方式，微控制器檢測到藍(lán)牙信號中斷后，自動(dòng)關(guān)閉藍(lán)牙模塊，通過UART串口將檢測信號寫入SD卡，待該管段檢測完畢后，自動(dòng)停止對激勵(lì)線圈(10)加載激勵(lì)信號以及停止檢測信號采集和存儲，控制步進(jìn)電機(jī)使檢測裝置沿管道(8)原路返回至檢測起始位置，然后重啟藍(lán)牙模塊，把SD卡中存儲的檢測信號上傳至PC機(jī)，進(jìn)行處理分析，給出最終的檢測結(jié)果。