一种搭载在清管器上的涡流传感器及管道缺陷检测方法技术

本发明专利技术属于管道清管装置技术领域，尤其涉及一种搭载在清管器上的涡流传感器及管道缺陷检测方法，本申请基于涡流原理，通过引入复合屏蔽刷，实现更好的屏蔽效果，并能够跟随管道变形而紧密贴合管道；双检测传感器阵列能够实现缺陷的时钟定位，双阵列之间加入高频激励线圈，能够激发出高频涡流场，实现对内壁缺陷的检测。发射线圈组形成空间低频旋转磁场，通过增加导磁钢刷，磁场能快速导入到管道中，能够更好识别管道内缺陷。并且本申请结构简单，可以适配各种类型的清管器，可以在清理管道脏污的同时检测管道内的缺陷，大大提高了工作效率，并降低了检测成本。并降低了检测成本。并降低了检测成本。

Eddy current sensor mounted on pig and pipeline defect detection method

【技术实现步骤摘要】
一种搭载在清管器上的涡流传感器及管道缺陷检测方法


[0001]本专利技术属于管道清管装置
，具体涉及一种搭载在清管器上的涡流传感器及管道缺陷检测方法。

技术介绍

[0002]埋地钢质长输油气管道是是国家能源的“大动脉”，油气输送管线造价高，穿越地域广阔，涉及的地域类型复杂，一旦发生穿孔、破裂，就会造成严重事故。由于破坏而引发的恶性事故，往往造成巨大的经济损失。
[0003]我国目前仍然把清管和管道内检测两种作业完全隔离开，清管过程不采集任何管道内数据，管道内数据采集完全交给管道内检测作业完成。不仅造成很大的资源浪费，而且不能实时或短周期内得到管道内信息，对管道数字化运营没有起到及时有效的数据支持。
[0004]近几年，漏磁检测器上的部分技术逐渐剥离出来，相继出现了测径检测器、打孔盗油检测器、中心线测绘仪等，在一定程度上弥补了漏磁检测与清管作业之间的技术空白，但这些技术并不能完全无缝集成在清管器上，使用成本仍然偏高。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种搭载在清管器上的涡流传感器及管道缺陷检测方法，以解决清洁器与检测技术不能完全结合，并且使用成本高的问题。本专利技术第一方面提供了一种搭载在清管器上的涡流传感器，包括：发射系统，屏蔽系统，接收系统和支撑架；所述支撑架为圆柱状结构，所述发射系统、所述屏蔽系统和所述接收系统都设在所述支撑架外部，与所述支撑架同轴心，并且所述发射系统、所述屏蔽系统和所述接收系统之间互相平行；所述发射系统设在所述支撑架一端，所述接收系统设在所述支撑架另一端，所述屏蔽系统设在所述支撑架中间；所述发射系统包括发射线圈组和钢刷，所述钢刷设在所述发射线圈组外侧，围绕所述发射线圈组一周，所述发射系统的外径与管道内径过盈配合；所述屏蔽系统包括屏蔽刷底座和屏蔽刷，屏蔽刷底部与所述屏蔽刷底座固定连接，围绕所述屏蔽刷底座一周，并向远离屏蔽刷底座的方向延伸，所述屏蔽系统的外径与管道内径为过盈配合；所述接收系统包括检测传感器和磁场激励线圈，所述检测传感器有多个，在所述磁场激励线圈外部圆周排列为并列的两排。
[0006]进一步的，所述发射线圈组中包括三个线圈， 所述线圈为长方形螺旋线圈三个所述线圈的几何中心点在同一直线上，且三个所述线圈之间各相差60
°
。
[0007]进一步的，所述屏蔽刷采用铜、钢和铝三种材料制作而成。
[0008]进一步的，所述屏蔽刷的采用钢和铜两种材料制作，或采用钢和铝两种材料制作。
[0009]进一步的，所述钢刷采用导磁材料制作而成。
[0010]本申请的第二方面，提供了一种管道缺陷的检测方法，应用于上述的一种搭载在清管器上的涡流传感器，所述方法包括：将所述发射系统中被通入相位差为120
°
的低频激励，所述磁场激励线圈被通入高频激励；采用所述发射系统通过低频激励产生低频旋转磁场，所述钢刷将所述低频旋转磁场导入到管道中，所述低频旋转磁场经过管道后反馈回低频磁场信号；采用所述磁场激励线圈通过高频激励产生高频涡流，所述高频涡流分布在管道内壁，所述高频涡流通过管道内壁后反馈回高频磁场信号；采用所述屏蔽系统屏蔽所述低频旋转磁场与所述接收系统的直接耦合部分，使得磁场通过管道到达所述接收系统；采用所述检测传感器获取所述低频磁场信号和所述高频磁场信号，并检测所述低频磁场信号和所述高频磁场信号中的磁场幅值和相位变化，判断管道缺陷位置。
[0011]进一步的，所述判断管道缺陷位置的步骤包括：当检测出低频磁场幅值和相位发生变化，而高频磁场幅值和相位无变化时，判断为管道外壁缺陷；当检测出低频磁场和高频磁场都出现幅值和相位变化时，判断为管道内壁缺陷；根据检测出管道缺陷的所述检测传感器所在的圆周位置，判断管道缺陷出现在圆周方向。
[0012]进一步的，所述低频激励的激励频率小于或等于200Hz。
[0013]进一步的，所述高频激励的激励频率大于或等于1kHz。
[0014]进一步的，所述低频旋转磁场产生的计算公式如下：在所述发射系统中通入的电压如下，通入的低频激励相位差为120
°
；根据下列公式计算获得三相电压：根据下列公式计算获得三相电压：根据下列公式计算获得三相电压：式中：u
A
、u
B
、u
C
分别为三个所述线圈两端的电压，U为通入的电压；根据下列公式计算获得三相电流：根据下列公式计算获得三相电流：根据下列公式计算获得三相电流：式中：i
A
、i
B
、i
C
分别为三个所述线圈中的电流，I为通入的电流；根据下列公式计算获得三相绕组产生的磁动势为：根据下列公式计算获得三相绕组产生的磁动势为：根据下列公式计算获得三相绕组产生的磁动势为：
式中：f
A
（x，t）、f
B
（x，t）、f
C
（x，t）分别为三个所述线圈（111）绕组产生的磁动势，f（x，t）为三相绕组产生的磁动势；根据上述公式获得所述发射系统通入低频激励后在空间形成低频旋转磁场。
[0015]由以上技术方案可知，专利技术设计了一种适用于清管器的涡流传感器及管道缺陷检测方法，能够在清管器运行过程中识别管道缺陷。传感器与管壁的紧密贴合能够将磁场迅速导入到管道中，因此本方案引入了铜
‑
钢
‑
铝复合刷组进行屏蔽，并在发射线圈外侧加入钢刷；单线圈发射磁场为脉振磁场，本方案引入三线圈方案，在空间产生低频旋转磁场，低频旋转磁场对裂纹类缺陷更加敏感；检测阵列之间加入高频激励线圈，高频激励线圈产生的涡流集中了管道内壁，因此能够识别内壁缺陷。整体传感器组合能够区分出内外壁缺陷。本申请结构简单，可以适配各种类型的清管器，可以在清理管道脏污的同时检测管道内的缺陷，大大提高了工作效率，并降低了检测成本。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术实施例的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术实施例的原理，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本申请适用于清管器的涡流传感器整体结构示意图；图2是本申请中发射系统的结构示意图；图3是本申请中屏蔽系统的结构示意图；图4是本申请中接收系统的结构示意图；图5是本申请管道缺陷检测方法的流程示意图；图6是本申请管道缺陷检测方法的判断管道缺陷位置子流程示意图；图中，1
‑
发射系统、2
‑
屏蔽系统、3
‑
接收系统、4
‑
支撑架、11
‑
发射线圈组、12
‑
钢刷、21
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屏蔽刷底座、22
‑
屏蔽刷、31
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检测传感器、32
‑
磁场激励线圈、111
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搭载在清管器上的涡流传感器，其特征在于，所述涡流传感器包括：发射系统（1），屏蔽系统（2），接收系统（3）和支撑架（4）；所述支撑架（4）为圆柱状结构，所述发射系统（1）、所述屏蔽系统（2）和所述接收系统（3）都设在所述支撑架（4）外部，与所述支撑架（4）同轴心，并且所述发射系统（1）、所述屏蔽系统（2）和所述接收系统（3）之间互相平行；所述发射系统（1）设在所述支撑架（4）一端，所述接收系统（3）设在所述支撑架（4）另一端，所述屏蔽系统（2）设在所述支撑架（4）中间；所述发射系统（1）包括发射线圈组（11）和钢刷（12），所述钢刷（12）设在所述发射线圈组（11）外侧，围绕所述发射线圈组（11）一周，所述发射系统（1）的外径与管道内径过盈配合；所述屏蔽系统（2）包括屏蔽刷底座（21）和屏蔽刷（22），屏蔽刷（22）底部与所述屏蔽刷底座（21）固定连接，围绕所述屏蔽刷底座（21）一周，并向远离屏蔽刷底座（21）的方向延伸，所述屏蔽系统（2）的外径与管道内径为过盈配合；所述接收系统（3）包括检测传感器（31）和磁场激励线圈（32），所述检测传感器（31）有多个，在所述磁场激励线圈（32）外部圆周排列为并列的两排。2.根据权利要求1所述的一种搭载在清管器上的涡流传感器，其特征在于，所述发射线圈组（11）中包括三个线圈(111)，所述线圈（111）为长方形螺旋线圈，三个所述线圈（111）的几何中心点在同一直线上，且三个所述线圈（111）之间各相差60
°
。3.根据权利要求1所述的一种搭载在清管器上的涡流传感器，其特征在于，所述屏蔽刷（22）采用铜、钢和铝三种材料制作而成。4.根据权利要求1所述的一种搭载在清管器上的涡流传感器，其特征在于，所述屏蔽刷（22）采用钢和铜两种材料制作，或采用钢和铝两种材料制作。5.根据权利要求1所述的一种搭载在清管器上的涡流传感器，其特征在于， 所述钢刷（12）采用导磁材料制作而成。6.一种管道缺陷的检测方法，其特征在于，应用于权利要求1
‑
5中的任意一种搭载在清管器上的涡流传感器；所述方法包括：将所述发射系统（1）中被通入相位差为120
°
的低频激励，所述磁场激励线圈（32）被通入高频激励；采用所述发射系统（1）通过低频激励产生低频旋转磁场，所述钢刷（12）将所述低频旋转磁场导入到管道中，所述低频旋转磁场经过管道后反馈回低频磁场信号；采用所述磁场激励线圈（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋华东，胡文广，曾艳丽，郭晓婷，董冰，苏鑫，徐义忠，汤银龙，
申请(专利权)人：沈阳仪表科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：