一种新型复合激励多延展方向缺陷漏磁场检测装置

1.本实用新型涉及缺陷检测领域，特别涉及一种利用周向与轴向磁化器进行多延展方向缺陷检测，对现有漏磁检测技术进行了优化。


背景技术：

2.对于长输油气管道，为了保障油气运输的安全和高效，需要定期对管道等铁磁性材料进行无损检测和评估。常用的无损检测技术有：涡流检测、超声检测、漏磁检测等。相比于其他检测技术，漏磁内检测技术因其在运行环境要求、适用范围、技术成熟度及经济性等方面具有明显优势，因此得到了更为广泛的应用。
3.然而，在石化领域，由于通常被检构件的体积相对较大(例如储罐，管道等)，若要被检构件达到局部饱和磁化状态也会导致磁化器随之功耗更高，体积更大。同时，由于体积限制，在管道检查中，当今工业应用中的mfl磁化器仍然只能进行轴向或周向充磁，容易导致漏检并增加了管道的安全性问题。因此，寻找一种减小磁化器的体积和功耗的方法与装置对于电磁漏磁检测方向有重要意义。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是对现有的漏磁技术进行优化，提供一种复合激励多延展方向缺陷漏磁检测的装置。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.在复合激励多延展方向缺陷检测方案中，主要分为周向磁化检测部分与轴向磁化检测部分。周向磁化检测基于外部励磁变化与漏磁场变化率的检测方法，实现对轴向延展方向缺陷的探测同时减小磁化器体积与重量，其原理在于将小幅正弦交流电激励磁化场与非饱和直流磁化场(或永磁磁化场)叠加在一起建立变强度的非饱和交直流复合磁化场，测量漏磁场的交变分量来等效检测漏磁场随励磁强度的变化率；轴向磁化采用多级线圈结构，线圈采用同轴排列，产生均匀的叠加磁场，减小检测区域磁场变化量并增强磁化场磁化强度，增加磁化时间与磁化场的稳定性以及均匀度，在被测铁磁性材料内部快速建立饱和磁场，有效抑制涡流效应的影响，进而实现周向延展方向缺陷的检测。
7.两检测部分间距设置为大于五倍线圈半径，为了研究多级线圈磁化场的规律以及对周向磁化场的干扰，将通电线圈对轴线上任意一点的磁感应强度公式泰勒级数展开可得：
[0008][0009]
当x＝0时，即两线圈中心位置，除二阶导数外其余各阶导数均为零，磁化场均匀度最好，中心磁场强度最大即：
[0010][0011]
即比单级线圈增加1.5倍左右，且磁化场更为均匀。当x为r(即线圈半径与线圈间距)五倍时，可得：
[0012][0013]
显然5r处的磁场比中心磁场的强度小两个数量级以上。同时由于轴向检测部分的原理是检测δu(即漏磁场电压的变化值)，所以当轴向与周向检测部分间距大于五倍线圈半径时两部分的影响可以降低到一定程度。
[0014]
本实用新型提出的复合激励多延展方向缺陷检测装置，其优点在于：
[0015]
由于管道等被测部件的体积相对较大，要使被测部件达到局部饱和磁化状态，所以传统的磁化检测器体积较大。受到体积限制，传统磁化器只能进行轴向或周向充磁，容易导致漏检并增加了管道的安全性问题；因此，本实用新型提出的复合激励多延展方向漏磁检测装置，减小了磁化器的体积并且减小了管道漏磁缺陷漏检几率。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍：
[0017]
图1管道缺陷检测示意图
[0018]
图2周向磁化器剖面示意图
[0019]
图3轴向磁化器正面示意图
[0020]
附图简介：
[0021]
图1中：1.管道2.周向磁化器3.轴向磁化器
[0022]
图2中：4.周向轭铁5.磁敏传感器6.管道缺陷7.永磁体8.径向轭铁9.钢刷
[0023]
图3中：10.二级线圈11.磁敏传感器
具体实施方式
[0024]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步的描述，其具体实施步骤包括：
[0025]
步骤a、对周向缺陷进行检测：
[0026]
a1，利用二级线圈磁化结构对油气管道进行轴向磁化；
[0027]
a2，结合步骤a1中磁化后的管道，利用安装在二级线圈之间的磁敏传感器阵列对周向缺陷信息进行采集；
[0028]
步骤b、对轴向缺陷进行检测：
[0029]
b1，使用磁极分离环形结构磁化器将小幅正弦交流电激励磁化场与非饱和直流磁化场(或永磁磁化场)叠加在一起建立变强度的非饱和交直流复合磁化场，对油气管道进行周向磁化；
[0030]
b2，利用一种测量漏磁场的交变分量来等效检测漏磁场随励磁强度的变化率的方法对漏磁场信息进行采集；
[0031]
步骤a1)其中两级线圈轴向磁化器，两个螺线管激励线圈相互串联连接，提供3a激励电源，通过两个相同的线圈产生相同的磁场，在线圈中心位置产生较为均匀的磁化场，二级线圈直径13cm，匝数为200，输入电流，两线圈间距设置安装范围为2
‑
4cm间隔左右；通过轴向磁化器对管道轴向方向进行磁化；如图1中的轴向磁化器(3)部分；
[0032]
步骤a2)通过步骤a1中对管道进行轴向磁化，再由均匀的分布在二级线圈之间的120个磁敏传感器阵列对周向缺陷信息进行采集，如图3中的磁敏传感器阵列(11)；
[0033]
步骤b1)周向复合非饱和磁化器主要由非饱和直流线圈、小幅交流线圈、轭铁以及工作气隙等组成，将小幅正弦交流电激励磁化场与非饱和直流磁化场(或永磁磁化场)叠加在一起建立变强度的非饱和交直流复合磁化场，如图2中，周向磁化器包括周向轭铁(4)、磁敏传感器(5)、永磁体(7)、径向轭铁(8)、钢刷(9)；
[0034]
步骤b2)步骤b1对管道进行周向磁化后，采用复合激励非饱和磁化检测方法进行缺陷漏磁场检测原理如下：整个励磁回路由钢板磁化场与空气磁化场共同构成，被测钢板被磁化时，包括钢板以及钢板周围的空气也会被磁化器磁化；其中空气磁化场相当于漏磁场，由漏磁检测基本原理，空气与钢板磁通变化量在变励磁条件下仍然等于磁轭中励磁场磁通的变化量:
[0035]
δφ
y
＝δφ
s
δφ
f
[0036]
式中，δφ
y
是磁轭磁通变化量；δφ
s
是钢板内部磁通变化量；δφ
f
是空气磁通变化量；
[0037]
由漏磁检测基本原理可知，被测钢板缺陷处的磁阻会明显增大、磁导率也将降低，同时钢板内部缺陷处的磁化场强度也会显著增加。钢板无缺陷时的磁通变化量δφ
s
在相同变磁化δφ
y
条件下时也显著大于钢板内部存在缺陷时。所以，可以通过对钢板内部磁通变化量δφ
s
与磁轭磁通变化量δφ
y
的比值定义缺陷评价函数q(
·
)；
[0038][0039]
一般情况下，实际磁化都是通过激励电流来实现磁轭中的总磁通，即可设磁轭中的总磁通为励磁电流的函数，即为φ
y
＝φ
y
(i)。因此，磁轭中磁通的变化量δφ
y
可表达为:
[0040][0041]
式中，φ
y
(i)是磁轭磁通关于励磁电流i的函数；δi是励磁电流变化量；
[0042]
磁通变化量δφ
y
是电流变化量δi和电流i的函数。若记检测系统输出电压为u
m
为检测系统中的磁敏原件对空气中漏磁场强度b
f
检测值的函数，即b
f
＝b(u
m
)。同上，漏磁场强度的变化量δb
f
可表示为：
[0043][0044]
式中，u
m
是漏磁场检测输出电压；
[0045]
空气中漏磁通的面积大致是不变的，而空气中的漏磁场强度磁通b
f
为变化的。此外，由磁感应强度b与面积s的积分即可得磁通量φ，即得φ
f
＝∫b
f
ds。因此，可近似计算得到空气中漏磁通变化量δφ
f
为:
[0046]
δφ
f
＝∫δb
f
ds＝∫b
′
(u
m
)δu
m
ds≈b
′
(u
m
)δu
m
s
[0047]
式中，s是漏磁通在空气中的等效面积，为常量；
[0048]
整理后可得到的评价函数q(
·
)表达为:
[0049][0050]
显然式中b
′
(u
m
)/φ
′
(i)为定值，进而可得：
[0051][0052]
将上述两式合并则可得
[0053][0054]
显然，上式的灵敏度由漏磁场电压波动与输入激励电流波动决定，即δu
m
/δi。δi为输入激励电压的波动值，δu可被磁敏传感器检测到的漏磁场输出电压波动值；即利用一种基于外部励磁变化与漏磁场变化率的检测方法，实现对轴向延展方向缺陷的探测。
[0055]
本实用新型带来的有益效果是：
[0056]
本实用新型将周向励磁技术与轴向励磁技术的特点和优势相结合，复合激励多延展方向缺陷检测装置分为周向磁化检测部分与轴向磁化检测部分。周向磁化检测基于外部励磁变化与漏磁场变化率的检测方法，实现对轴向延展方向缺陷的探测同时减小磁化器体积与重量；轴向磁化采用多级线圈结构，可以产生均匀的叠加磁场，减小检测区域磁场变化量并增强磁化场磁化强度，增加磁化时间与磁化场的稳定性以及均匀度。复合激励多延展方向缺陷检测装置为实现磁化器的小型化、轻量化，减少漏检的发生提供了新的思路。
[0057]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者同等替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者同等替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围。