一种导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置及方法，装置结构包括安装在导磁管柱外壁上的m个感应线圈，每个感应线圈均与信号处理模块连接；信号处理模块包括多通道模拟开关、可编程放大器、激励源放大器、可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器；多通道模拟开关的通道数大于等于感应线圈的数量m，两组多通道模拟开关对应通道动触点并联后分别与每个感应线圈连接，多通道模拟开关的静触点分别与可编程放大器和激励源放大器连接；可编程放大器依次连接可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器；幅度相位检测器还与激励源放大器连接。本发明专利技术的检测装置及方法能够对油气管道进行实时在线检测，无需人工干预，节约巡检成本。

A real-time on-line detecting device and method for erosion of magnetic conducting string

【技术实现步骤摘要】
一种导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置及方法
本专利技术涉及油气管道检测
，特别涉及一种基于磁场感应幅度和相位变化的导磁管柱冲蚀实时在线检测装置及方法。
技术介绍
我国20世纪70年代所建管道服役年龄已经接近或超过40年，老龄化严重。油气输送管道一旦发生事故影响面广、后果严重。管道检测与安全预警技术是保障油气管道安全运行的重要手段。无损检测常规技术有：超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检验、涡流检测。这些检测技术应用于长输管道的在线检测都存在难以弥补的缺陷，如：超声波难以准确检测有内部结垢、外敷防腐层的管道金属层的厚度；手动移动的超声探头无法实现埋地管线检测，也无法实现在线实时检测。射线探伤要用放射源发出射线，对人的伤害极大，操作不慎会导致人员受到辐射，患白血病的概率增加。磁粉检测对被检测件的表面光滑度要求高，对检测人员的技术和经验要求高，检测范围小检测速度慢。渗透检测无法检测变薄而未穿孔的管道。常规的涡流检测只能检测导电材料的表面和近表面缺陷，检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。而且，上述这些常规检测方法均存在如下问题：(1)部分检测技术在进行检测时需要事先将油气管道停工，在检测过程中，油气管道是不能进行正常的输送油气的工作。(2)这些检测方法大都适用于定期对油气管道进行检测，不能实时在线检测。(3)定期对管道进行检测的方式，因为不知道管道是否存在问题，需要对所有管道进行检测，检测的结果可能是管道完好无损，这就造成大量人力物力的浪费。(4)对深埋在地下的，处于荒郊野外的以及高空架设安装的这些管道，不便于进行检测。
技术实现思路
本专利技术的一个目的针对现有管道常规检测方法存在的需要对管道停工后检测，不能进行实时在线检测，不适用于深埋在地下的，处于荒郊野外的以及高空架设安装的这些管道检测等问题，提供一种基于磁场感应幅度和相位变化的导磁管柱冲蚀实时在线检测装置。本专利技术的另一个目的是提供采用上述导磁管柱冲蚀实时在线检测装置进行检测的检测方法。本专利技术提供的导磁管柱冲蚀实时在线检测装置，包括：套设固定安装在导磁管柱外壁上的m个感应线圈，m大于等于2。感应线圈等间距安装在导磁管柱上。感应线圈为漆包线材质绕制的空心线圈，绕制方向相同，绕制匝数大于100匝。每个感应线圈均与信号处理模块连接，每个感应线圈均可作为激励线圈或接收线圈。在检测工作时，有且仅有一个感应线圈作为激励线圈，其余感应线圈作为接收线圈。所述信号处理模块包括多通道模拟开关、可编程放大器、激励源放大器、可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器。所述多通道模拟开关为多选一模拟开关。所述多通道模拟开关的通道数大于等于感应线圈的数量m。多通道模拟开关由两组独立的模拟开关构成，两组多通道模拟开关对应通道动触点并联后分别与每个感应线圈连接，其中一组多通道模拟开关的静触点与可编程放大器连接，另外一组多通道模拟开关的静触点与激励源放大器连接。可编程放大器依次连接可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器；幅度相位检测器还与激励源放大器连接。所述多通道模拟开关、可编程放大器、激励源放大器、可编程滤波器、幅度相位检测器和微处理器均包含在信号处理模块内部。其中，所述可编程放大器采用差分输入的低噪声仪表放大器，放大增益为1-10000倍可调节，放大增益通过模拟电压调节，或通过数字接口调节，或通过后端反馈自动调节。所述可编程滤波器为开关电容滤波器，中心频率为0.1Hz-100KHz可调，阶数大于等于4阶。所述可编程滤波器可通过微处理器编程后使其工作在带通滤波或低通滤波两种模式。所述可编程滤波器可通过微处理器编程后使其带通滤波中心频率保持与激励信号频率一致所述幅度相位检测器为接收信号幅度和相位检测器，幅度和相位检测结果以数字信号输出。所述微处理器采用低功耗微处理器，所述微处理器上设有ADC、SPI、DAC、UART、IIC、GPIO中的任意一种或多种外设。一种采用上述导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置进行检测的方法，步骤如下：步骤S1、计算感应信号幅值UL，公式如下：其中，Rm、Im满足下式：L为感应线圈的电感，单位H，满足下式：C为感应线圈的分布电容，单位F，满足下式：上述公式中，μa为有效导磁率，无量纲；ω为激励信号角频率，ω＝2πf，f为激励信号频率，单位Hz；μ0为真空磁导率，单位H/m；μr为管柱材料相对磁导率，无量纲；d为管柱的外径，单位m；N为感应线圈匝数；l为单节管柱的长度，单位m；lω为感应线圈绕线宽度，单位m；σ为管柱材料电导率，S/m；M为激励线圈和接收线圈之间的互感，单位H，取值介于L/200～L之间；RL为接收线圈电压测量电路等效负载电阻，单位Ω；UI为激励信号电压幅值，单位V；R为感应线圈的直流电阻，单位Ω；n为感应线圈绕线层数；ε0为真空介电常数，单位F/m；εr为漆包线绝缘漆的相对介电常数，无量纲；δ为漆包线外径，单位m；d′为漆包线介质厚度，单位m。首先设置感应线圈安装间距DC＝0.8×l，将线圈匝数N＝100，M＝L/200，f＝0.1，以及管柱、线圈和测量电路的其他实际参数，代入感应信号幅值UL的计算公式中，计算感应信号幅值UL。若UL大于等于100μV，则以该组参数作为检测装置正式安装参数。若UL小于100μV，则逐步增加线圈匝数或缩短线圈安装间距，计算UL，直至UL大于100μV为止，然后以该组参数作为检测装置正式安装参数。步骤S2、装置安装好后通过外部指令启动初始化系统；具体步骤如下：S21、通过调节多通道模拟开关，将一个感应线圈作为激励线圈，将相邻的另一个感应线圈作为接收线圈。具体方法是：微处理器通过IO切换其中一组多通道模拟开关，使一个感应线圈与激励源放大器输出连接以作为激励线圈使用；微处理器通过IO切换另一组多通道模拟开关，使得与激励线圈相邻的另一个感应线圈与可编程放大器输入连接以作为接收线圈使用。S22、确定最佳工作频率。具体方法是：微处理器控制幅度相位检测器输出频率为0.1Hz的初始激励信号，驱动激励线圈产生交变磁场；可编程滤波器调整为截止频率为100KHz的低通滤波模式；接收线圈接收到感应信号，调整可编程放大器的放大器增益使接收信号与激励信号幅度接近，偏差小于10％，记录初始激励频率，接收信号幅度，放大增益；逐步增加激励频率，当接收信号幅度大于激励信号10％时，调整可编程放大器的放大器增益使接收信号幅度小于激励信号的10％，起到自动增益控制的目的，并更新记录的初始激励频率，接收信号幅度，放大增益；如此循环增加激励频率直到频率达到100KHz，停止扫频步骤，此时微处理器的RAM区中记录的激励频率为最佳工作频率，将最佳工作频率存储到微处理器的Flash或者EEPROM区中。最佳工作频率就是满足接收幅度最大时的频率。最佳工作频率被限制在0.1Hz-100KHz之间，不能高于100KHz。S23、将激励信号频率设置为步骤S22中的最佳工作频率值，可编程滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置，其特征在于，包括：套设固定安装在导磁管柱外壁上的m个感应线圈，m大于等于2，感应线圈为漆包线材质绕制的空心线圈，绕制方向相同，绕制匝数大于100匝，每个感应线圈均与信号处理模块连接，每个感应线圈均可作为激励线圈或接收线圈，在检测工作时，有且仅有一个感应线圈作为激励线圈，其余感应线圈作为接收线圈；/n所述信号处理模块包括多通道模拟开关、可编程放大器、激励源放大器、可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器，所述多通道模拟开关的通道数大于等于感应线圈的数量m，多通道模拟开关由两组独立的模拟开关构成，两组模拟开关对应通道动触点并联后分别与每个感应线圈连接，其中一组多通道模拟开关的静触点与可编程放大器连接，另外一组多通道模拟开关的静触点与激励源放大器连接；可编程放大器依次连接可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器；幅度相位检测器还与激励源放大器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置，其特征在于，包括：套设固定安装在导磁管柱外壁上的m个感应线圈，m大于等于2，感应线圈为漆包线材质绕制的空心线圈，绕制方向相同，绕制匝数大于100匝，每个感应线圈均与信号处理模块连接，每个感应线圈均可作为激励线圈或接收线圈，在检测工作时，有且仅有一个感应线圈作为激励线圈，其余感应线圈作为接收线圈；
所述信号处理模块包括多通道模拟开关、可编程放大器、激励源放大器、可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器，所述多通道模拟开关的通道数大于等于感应线圈的数量m，多通道模拟开关由两组独立的模拟开关构成，两组模拟开关对应通道动触点并联后分别与每个感应线圈连接，其中一组多通道模拟开关的静触点与可编程放大器连接，另外一组多通道模拟开关的静触点与激励源放大器连接；可编程放大器依次连接可编程滤波器、幅度相位检测器、微处理器；幅度相位检测器还与激励源放大器连接。


2.如权利要求1所述的导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置，其特征在于，所述感应线圈等间距固定安装在导磁管柱上。


3.如权利要求1所述的导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置，其特征在于，所述可编程放大器采用差分输入的低噪声仪表放大器，放大增益为1-10000倍可调节，放大增益通过模拟电压调节，或通过数字接口调节，或通过后端反馈自动调节。


4.如权利要求1所述的导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置，其特征在于，所述可编程滤波器为开关电容滤波器，中心频率为0.1Hz-100KHz可调，阶数大于等于4阶。


5.如权利要求4所述的导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置，其特征在于，所述可编程滤波器可通过微处理器编程后使其工作在带通滤波或低通滤波两种模式；所述可编程滤波器可通过微处理器编程后使其带通滤波中心频率保持与激励信号频率一致。


6.如权利要求1所述的导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置，其特征在于，所述多通道模拟开关为多选一模拟开关。


7.一种采用如权利要求1-6任意一项所述的导磁管柱冲蚀的实时在线检测装置进行检测的方法，其特征在于，步骤如下：
S1、计算感应信号幅值UL，公式如下：



其中，Rm、Im满足下式：






L为感应线圈的电感，单位H，满足下式：






C为感应线圈的分布电容，单位F，满足下式：



上述公式中，μa为有效导磁率，无量纲；ω为激励信号角频率，ω＝2πf，f为激励信号频率，单位Hz；μ0为真空磁导率，单位H/m；μr为管柱材料相对磁导率，无量纲；d为管柱的外径，单位m；N为感应线圈匝数；l为单节管柱的长度，单位m；lω为感应线圈绕线宽度，单位m；σ为管柱材料电导率，S/m；M为激励线圈和接收线圈之间的互感，单位H，取值介于L/2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王其军，邓勇，
申请(专利权)人：西南石油大学，成都思驰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51