基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁-声检测探头及其方法技术

基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁

【技术实现步骤摘要】
基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头及其方法


[0001]本专利技术涉及一种电磁无损检测探头及其检测方法，具体涉及一种基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁超声
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脉冲涡流检测探头和一种脉冲涡流
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电磁超声复合一体化电磁无损检测方法。

技术介绍

[0002]管道在石油、天然气等众多工业领域有着广泛的应用，但由于管道常服役于恶劣的自然环境中，在长期的油气冲击腐蚀、自然风蚀、雨水化学腐蚀、应力受压等作用下，管道易在外壁表面产生裂纹缺陷、在管道内壁产生腐蚀磨损减薄缺陷、以及在内外壁产生的同时包含裂纹及腐蚀磨损减薄的复杂缺陷。这些缺陷通常会随着时间的历程而扩展，最终影响管道结构的力学性能和整体完整性。而管道结构的失效，将会产生不可估量的安全问题，因此，如何快速、高效、精准、低成本地对上述损伤及缺陷进行检出，是石油、天然气等管道运输行业亟需解决的一个研究需求及热点。
[0003]目前针对上述缺陷的检测评估手段包括离线检测和在线监测两种方式。首先，传统的离线检测方法(如电磁超声检测、脉冲涡流检测、磁粉检测等)，通常只能针对管道的一种类型缺陷进行检测，而对于上述的管道内外壁复合缺陷，需要使用两种及两种以上的方法才能检出，检测效率较低。其次，目前的在线监测方法主要是通过将电磁超声传感器安置在工业管道表面某处进行不停机、在线、实时地壁厚监测，而这种监测方式既无法监测因表面受力不均而引起的应力裂纹，也存在由电磁超声固有机理而导致的上盲区问题。
[0004]但是，鉴于管道服役工况的恶劣性，尽管上述复合检测/监测方法可有效地检测/监测出管道内外壁的复杂缺陷，但是在实际检测/监测的工况中，由于检测/监测结果存在较大的噪声，导致检测/监测结果的准确性受到很大的影响。同时，作为复合检测/监测传感器内提供偏置磁场作用的传统永磁体，由于其形状固定、不具备柔性等缺点，也会导致检测/监测管道时存在检测/监测结果不稳定，信噪比差等问题。
[0005]因此，针对管道的电磁超声或者电磁超声
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脉冲涡流复合一体化检测/监测，需要开发一款具备降噪聚磁的柔性探头。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于针对任意曲率管道或具备多种曲率变化的曲面板材，提供一种基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁超声
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脉冲涡流检测探头，使得在其曲面表面进行电磁超声检测/监测或电磁超声
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脉冲涡流复合一体化方法检测/监测时，不仅可通过柔性线圈及较高磁导率的铁磁流体来提高感应涡流强度及偏置磁场强度，进而提高信号检测幅值及灵敏度；还可利用铁磁流体较难传播剪切波的特点，减弱永磁体内剪切波噪声对检测信号的影响，提高检测信号信噪比。同时，由于该探头中的机械装置设计及材料的选择，使得该探头不仅可检测管道及带曲率的曲面，还可以检测无曲率的板材，起到一种探头适用多种场景的效果。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头，包括柔性自激自检线圈1、铁磁流体装置2、永磁体3以及可适应多种曲率管径管道的包覆柔性自激自检线圈1、铁磁流体装置2和永磁体3的外壳装置4；所述柔性自激自检线圈1为柔性电路板线圈，所述铁磁流体装置2位于柔性自激自检线圈1上方，由铁磁流体5及柔性密封保护套6构成，其中铁磁流体5为水基铁磁流体或油基铁磁流体，柔性密封保护套6为透明硅胶材料，具有弹性及延展性；所述永磁体3位于铁磁流体装置2上方；所述外壳装置4包括外壳主体7、可滑动挡板8、弹簧9以及顶盖10，其中弹簧9固定在顶盖10上，顶盖10固定在外壳主体7上，可滑动挡板8设置在外壳主体7的一侧面下方。
[0009]未检测时，柔性自激自检线圈1及铁磁流体装置2未变形，分别呈平面及长方体状，弹簧未受压缩变形，可滑动挡板8滑到探头12底部，探头12整体受力平衡稳定；将探头12放在管道11表面时，可滑动挡板8向上滑动，探头12底部两侧外壳主体7完全接触管道11表面，柔性自激自检线圈1变形为曲面，贴合在管道11表面，铁磁流体装置2底部压缩变形为曲面，贴合在柔性自激自检线圈1上，由于外壳主体7和滑动挡板8的约束以及铁磁流体5的流动性及不可压缩性，导致铁磁流体装置2向上膨胀，推动永磁体3在外壳装置4内上移，进而压缩弹簧9，弹簧9受力变形，当弹簧9变形到一定程度后，探头12内各部件受力平衡，不再发生位移变形，探头12恢复到稳定状态。
[0010]由于铁磁流体5在外置磁场的作用下会表现出磁性，在无约束的前提下会吸附在永磁体3表面，无法为柔性自激自检线圈1变形提供足够的压力，影响柔性自激自检线圈的表面贴合度，进而降低探头12的检测灵敏度；因此通过设计柔性密封保护套6、外壳装置4约束铁磁流体5，使其为柔性自激自检线圈1贴合管道11表面提供足够大的压力，保证柔性自激自检线圈1完全贴合管道11，提高探头12检测灵敏度。
[0011]优选的，所述柔性电路板线圈由柔性基底和覆铜线圈构成，覆铜线圈形状为螺旋圆型或回型。这样，线圈的柔性基底使得线圈可以完全贴合在任意曲率的管道表面，提高在管道表面激发的感应涡流密度，进而提高检测灵敏度及检测信号幅值，另一方面，利用柔性电路板打印技术，可以针对线圈构型进行更精细化的设计和优化，减少因制造工艺而导致的设计误差。
[0012]优选的，所述水基铁磁流体的磁性固体颗粒体积占比浓度为0.5％
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3.6％，剩磁为30
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200高斯，油基铁磁流体的磁性固体颗粒体积占比浓度为0.9％
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16.1％，剩磁为50
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900高斯。这样，由于铁磁流体既具有液体流动性又具有固体磁性材料的磁性，因此可以起到按压线圈至完全贴合管道表面的作用，同时也可以起到聚磁的效果。另外，由于铁磁流体属于胶状液体，因此很难传递剪切超声波，故还可以起到减弱永磁体内剪切波噪声的作用。
[0013]优选的，所述永磁体3形状为长方体，材质为N45钕铁硼。
[0014]优选的，所述弹簧9为不锈钢压缩弹簧，外壳主体7、可滑动挡板8和顶盖10的材质均为8200树脂。这样，避免外壳装置被永磁体磁化，防止外壳装置影响永磁体的磁力线分布。
[0015]所述的基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头进行缺陷检测的方法，利用铁磁流体5磁导率高及难以传播剪切波的特点，提高管道11内传播的剪切波超声信号幅值，降低永磁体3内传播的剪切波噪声幅值，最终达到增强探头12检测信号、提高探头12检
测信噪比的目的；具体包括如下步骤：
[0016]步骤1，搭建电磁超声
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脉冲涡流复合检测实验系统，该系统包括：由脉冲信号发生器和功率放大器组成的激励信号发生装置、探头12、双工器、滤波器以及由示波器和数据采集系统组成的数据采集装置；激励信号发生装置连接双工器和数据采集装置，双工器连接滤波器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头，其特征在于：包括柔性自激自检线圈(1)、铁磁流体装置(2)、永磁体(3)以及可适应多种曲率管径管道的包覆柔性自激自检线圈(1)、铁磁流体装置(2)和永磁体(3)的外壳装置(4)；所述柔性自激自检线圈(1)为柔性电路板线圈，所述铁磁流体装置(2)位于柔性自激自检线圈(1)上方，由铁磁流体(5)及柔性密封保护套(6)构成，其中铁磁流体(5)为水基铁磁流体或油基铁磁流体，柔性密封保护套(6)为透明硅胶材料，具有弹性及延展性；所述永磁体(3)位于铁磁流体装置(2)上方；所述外壳装置(4)包括外壳主体(7)、可滑动挡板(8)、弹簧(9)以及顶盖(10)，其中弹簧(9)固定在顶盖(10)上，顶盖(10)固定在外壳主体(7)上，可滑动挡板(8)设置在外壳主体(7)的一侧面下方。2.根据权利要求1所述的基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头(12)，其特征在于：未检测时，柔性自激自检线圈(1)及铁磁流体装置(2)未变形，分别呈平面及长方体状，弹簧未受压缩变形，可滑动挡板(8)滑到探头(12)底部，探头(12)整体受力平衡稳定；将探头(12)放在管道(11)表面时，可滑动挡板(8)向上滑动，探头(12)底部两侧外壳主体(7)完全接触管道(11)表面，柔性自激自检线圈(1)变形为曲面，贴合在管道(11)表面，铁磁流体装置(2)底部压缩变形为曲面，贴合在柔性自激自检线圈(1)上，由于外壳主体(7)和滑动挡板(8)的约束以及铁磁流体(5)的流动性及不可压缩性，导致铁磁流体装置(2)向上膨胀，推动永磁体(3)在外壳装置(4)内上移，进而压缩弹簧(9)，弹簧(9)受力变形，当弹簧(9)变形到一定程度后，探头(12)内各部件受力平衡，不再发生位移变形，探头(12)恢复到稳定状态。3.根据权利要求1所述的基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头，其特征在于：由于铁磁流体(5)在外置磁场的作用下会表现出磁性，在无约束的前提下会吸附在永磁体(3)表面，无法为柔性自激自检线圈(1)变形提供足够的压力，影响柔性自激自检线圈的表面贴合度，进而降低探头(12)的检测灵敏度；因此通过设计柔性密封保护套(6)、外壳装置(4)约束铁磁流体(5)，使其为柔性自激自检线圈(1)贴合管道(11)表面提供足够大的压力，保证柔性自激自检线圈(1)完全贴合管道(11)，提高探头(12)检测灵敏度。4.根据权利要求1所述的基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头，其特征在于：所述柔性电路板线圈由柔性基底和覆铜线圈构成，覆铜线圈形状为螺旋圆型或回型。5.根据权利要求1所述的基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头，其特征在于：所述水基铁磁流体的磁性固体颗粒体积占比浓度为0.5％
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3.6％，剩磁为30
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200高斯，油基铁磁流体的磁性固体颗粒体积占比浓度为0.9％
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16.1％，剩磁为50
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900高斯。6.根据权利要求1所述的基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头，其特征在于：所述永磁体(3)形状为长方体，材质为N45钕铁硼。7.根据权利要求1所述的基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁
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声检测探头，其特征在于：所述弹簧(9)为不锈钢压缩弹簧，外...

【专利技术属性】
技术研发人员：解社娟，赵瑞祥，段志荣，陈振茂，万强，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：