一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器的制造方法
【專利摘要】一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，放大濾波電路的輸入端與檢測(cè)探頭的檢測(cè)線圈相連，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路的信號(hào)發(fā)生輸出端與檢測(cè)探頭的激勵(lì)線圈相連，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路的信號(hào)處理輸入端與放大濾波電路的輸出端相連，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路與集成信號(hào)發(fā)生及處理電路的信號(hào)處理輸出端相連，放大濾波電路、集成信號(hào)發(fā)生及處理電路和供電電池組安裝在屏蔽盒內(nèi)，油氣管道在激勵(lì)線圈發(fā)出的交流激勵(lì)電磁場(chǎng)的作用下，管壁內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，使得檢測(cè)線圈在管道內(nèi)表面腐蝕缺陷部位接收到的電磁感應(yīng)信號(hào)與其它部位不同，記錄并比較管道不同部位檢測(cè)線圈接收到的電磁感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)外表面缺陷的區(qū)分，具有體積小，檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣管道電磁測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣管道作為石油和天然氣的傳輸設(shè)施，受外界環(huán)境和管道內(nèi)輸送油氣的腐蝕作用，管道內(nèi)外表面都可能會(huì)出現(xiàn)腐蝕缺陷，使油氣管道安全受到威脅，需要及時(shí)進(jìn)行缺陷檢測(cè)并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果決定采取相應(yīng)的管道維護(hù)措施。常用的油氣管道缺陷檢測(cè)方法是采用油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測(cè)方法，檢測(cè)器在油氣管道內(nèi)隨油氣傳輸介質(zhì)移動(dòng)，檢測(cè)并存儲(chǔ)管道缺陷信息。漏磁檢測(cè)傳感器可以有效檢測(cè)出管道壁存在的腐蝕缺陷，但不能區(qū)分缺陷是在管道的內(nèi)表面還是外表面，而對(duì)管道的內(nèi)外表面缺陷采用的維修策略是不同的，因此，有必要區(qū)分出油氣管道缺陷是在管道的內(nèi)表面還是外表面。
[0003]中國(guó)專利申請(qǐng)201110210589.4公開(kāi)了一種基于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的管道內(nèi)外表面缺陷檢測(cè)裝置，該裝置使用磁阻器件，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)接收反映管道內(nèi)外表面缺陷的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)，數(shù)據(jù)處理模塊針對(duì)磁阻器件輸出的電信號(hào)，以激勵(lì)模塊提供激勵(lì)信號(hào)作為參考信號(hào)求相位差，得到反映管道內(nèi)外表面缺陷的數(shù)據(jù)，該專利方法可以有效檢測(cè)出管道內(nèi)外表面的缺陷，但是不能區(qū)分缺陷是在管道的內(nèi)表面還是外表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，響應(yīng)速度快、檢測(cè)精度高，能夠區(qū)分油氣管道缺陷內(nèi)檢測(cè)器所檢測(cè)缺陷是在管道內(nèi)表面還是外表面。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，包括檢測(cè)探頭10，檢測(cè)探頭10包括激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈，激勵(lì)線圈用于發(fā)出交流激勵(lì)電磁場(chǎng)，檢測(cè)線圈用于檢測(cè)被檢管壁感應(yīng)出的電磁信號(hào)，放大濾波電路20的輸入端與檢測(cè)探頭10的檢測(cè)線圈通過(guò)屏蔽電纜相連，用于對(duì)檢測(cè)探頭輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的信號(hào)發(fā)生輸出端與檢測(cè)探頭10的激勵(lì)線圈相連，用于向檢測(cè)探頭10的激勵(lì)線圈發(fā)送正弦交流激勵(lì)信號(hào)，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的信號(hào)處理輸入端與放大濾波電路20的輸出端相連，用于接收處理放大和濾波后的電信號(hào)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路40與集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的信號(hào)處理輸出端相連，用以存儲(chǔ)處理完成的檢測(cè)數(shù)據(jù)，用供電電池組50給傳感器電路供電，放大濾波電路20、集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30和供電電池組50安裝在同一個(gè)屏蔽盒60內(nèi)。
[0007]所述集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30采用MAX1452集成信號(hào)處理芯片，其信號(hào)處理方法為，將輸送給檢測(cè)探頭10激勵(lì)線圈的正弦波激勵(lì)信號(hào)與接收于放大濾波電路20的電信號(hào)作比例運(yùn)算，得到近似恒定的直流電信號(hào)，該直流電信號(hào)值的波動(dòng)情況反映了探頭與管道內(nèi)表面距離的變化情況，即是否有管道內(nèi)表面的腐蝕缺陷。[0008]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路40使用NandFlash存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
[0009]本發(fā)明所設(shè)計(jì)的區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器具有諸多優(yōu)點(diǎn):由于采用高性能的集成信號(hào)處理芯片，使得本發(fā)明傳感器具有結(jié)構(gòu)和安裝布置簡(jiǎn)單、體積小，響應(yīng)速度快，檢測(cè)精度聞等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]結(jié)構(gòu)和安裝布置簡(jiǎn)單、體積小，便于安裝在各類管道缺陷內(nèi)檢測(cè)設(shè)備上，響應(yīng)速度快，檢測(cè)精度高，適用于在Om/s?10m/S的運(yùn)動(dòng)情況下，對(duì)管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷進(jìn)行檢測(cè)區(qū)分，并能夠檢測(cè)出大于5mmX 5mmX Imm (長(zhǎng)X寬X深)的內(nèi)表面腐蝕缺陷，且能與管道外壁缺陷中剩余厚度大于2_的缺陷進(jìn)行有效區(qū)分。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2是本發(fā)明檢測(cè)探頭接線示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明檢測(cè)信號(hào)的放大濾波電路原理圖。
[0014]圖4是本發(fā)明集成信號(hào)發(fā)生及處理電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0016]如圖1所示，一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，包括:檢測(cè)探頭10、放大濾波電路20、集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路40，檢測(cè)探頭10包含兩組線圈，分別為激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈，如圖2所示，激勵(lì)線圈與集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30相接，用于產(chǎn)生空間交變電磁場(chǎng)；感應(yīng)線圈與放大濾波電路20相接，用于檢測(cè)被檢管道在渦流效應(yīng)下的電磁信號(hào)，并感應(yīng)出電信號(hào)，在本實(shí)施例中，檢測(cè)探頭采用直徑45mm、線徑
0.12mm的50匝空心漆包線線圈。
[0017]為達(dá)到更好地屏蔽結(jié)果，檢測(cè)探頭10與放大濾波電路20及集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30之間通過(guò)屏蔽連接電纜相連，屏蔽連接電纜采用2芯鐵絲網(wǎng)屏蔽電纜，電纜絕緣層材料為聚乙烯，芯線直徑0.12毫米，屏蔽層直徑兩毫米，單位長(zhǎng)度波阻抗約為70.887歐姆，線纜長(zhǎng)I米。
[0018]放大濾波電路20連接在檢測(cè)探頭10與集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30之間，用于對(duì)檢測(cè)探頭10中感應(yīng)線圈感應(yīng)出的電信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理。如圖3所示，在本實(shí)施例中，放大濾波電路采用運(yùn)放AD620組成放大濾波電路。該電路的放大倍數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器Resl來(lái)改變，當(dāng)Resl為25千歐姆時(shí)，放大倍數(shù)為3倍。
[0019]如圖4所示，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的輸入端與放大濾波電路20相連，用于接收放大濾波后的信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理；集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的一個(gè)輸出端A與監(jiān)測(cè)探頭10的激勵(lì)線圈相連，輸出正弦激勵(lì)信號(hào)，用于通過(guò)激勵(lì)線圈產(chǎn)生空間電磁場(chǎng)；另一個(gè)輸出端B連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路40，用于將處理后的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的信號(hào)處理方法為:將輸出端A的正弦波激勵(lì)信號(hào)與輸入端接收的近似正弦的電信號(hào)作比例運(yùn)算，由于輸出端A的正弦波激勵(lì)信號(hào)是恒定的正弦信號(hào)，得到的直流電信號(hào)值的波動(dòng)情況反映了檢測(cè)信號(hào)的變化。在本實(shí)施例中，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30由MAX1452集成信號(hào)處理芯片與電阻和電容元件組成，MAX1452的輸出端A產(chǎn)生正弦信號(hào)的頻率由電容C21的值確定，輸出激勵(lì)的幅值由電阻Rl的值確定，選擇C21=7n法拉，Rl=IOk歐姆，則得到正弦激勵(lì)信號(hào)的頻率為5kHz，幅值為5伏。該信號(hào)輸送給激勵(lì)線圈產(chǎn)生空間電磁場(chǎng)，經(jīng)與被檢管道作用，檢測(cè)線圈接收電磁感應(yīng)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大，輸入給集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的輸入端。
[0020]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路40的輸入端與集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30的輸出端相連，用于對(duì)處理后的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路首先通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器。在實(shí)施例中，使用STM32微控制器和NandFlash存儲(chǔ)器組建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路。
[0021 ] 在實(shí)施例中，供電電池組50所采用的電池為可充電鋰電池組。放大濾波電路20、集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路40安裝在同一個(gè)屏蔽盒60內(nèi)。供電電池組50為屏蔽盒60中的放大濾波電路20、集成信號(hào)發(fā)生及處理電路30和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路40供電。
[0022]本發(fā)明的工作原理為:采用鋼鐵等導(dǎo)體材料的油氣管道，在激勵(lì)線圈發(fā)出的交流激勵(lì)電磁場(chǎng)的作用下，管壁內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，使得檢測(cè)線圈在管道內(nèi)表面腐蝕缺陷部位接收到的電磁感應(yīng)信號(hào)與其它部位不同，記錄并比較管道不同部位檢測(cè)線圈接收到的電磁感應(yīng)信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)外表面缺陷的區(qū)分。
[0023]本發(fā)明所設(shè)計(jì)的利用電磁感應(yīng)原理及其渦流效應(yīng)來(lái)檢測(cè)區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，其裝置結(jié)構(gòu)和安裝布置簡(jiǎn)單、體積小，便于安裝在各類管道缺陷內(nèi)檢測(cè)設(shè)備上，響應(yīng)速度快，檢測(cè)精度高，適用于在Om/s?lOm/s的運(yùn)動(dòng)情況下，對(duì)管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷進(jìn)行檢測(cè)區(qū)分，能夠檢測(cè)出管道內(nèi)表面大于5_X5_X 1_ (長(zhǎng)X寬X深)的腐蝕缺陷，且能與管道外壁缺陷剩余壁厚大于2_的缺陷進(jìn)行有效區(qū)分。
【權(quán)利要求】
1.一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，包括檢測(cè)探頭(10)，其特征在于:檢測(cè)探頭(10)包括激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈，激勵(lì)線圈用于發(fā)出交流激勵(lì)電磁場(chǎng)，檢測(cè)線圈用于檢測(cè)被檢管壁感應(yīng)出的電磁信號(hào)，放大濾波電路(20)的輸入端與檢測(cè)探頭(10)的檢測(cè)線圈通過(guò)屏蔽電纜相連，用于對(duì)檢測(cè)探頭輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路(30)的信號(hào)發(fā)生輸出端與檢測(cè)探頭(10)的激勵(lì)線圈相連，用于向檢測(cè)探頭(10)的激勵(lì)線圈發(fā)送正弦交流激勵(lì)信號(hào)，集成信號(hào)發(fā)生及處理電路(30)的信號(hào)處理輸入端與放大濾波電路(20)的輸出端相連，用于接收處理放大和濾波后的電信號(hào)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(40)與集成信號(hào)發(fā)生及處理電路(30)的信號(hào)處理輸出端相連，用以存儲(chǔ)處理完成的檢測(cè)數(shù)據(jù)，用供電電池組(50)給傳感器電路供電，放大濾波電路(20)、集成信號(hào)發(fā)生及處理電路(30)和供電電池組(50)安裝在同一個(gè)屏蔽盒(60)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，其特征在于:所述集成信號(hào)發(fā)生及處理電路(30)采用MAX1452集成信號(hào)處理芯片，其信號(hào)處理方法為，將輸送給檢測(cè)探頭(10)激勵(lì)線圈的正弦波激勵(lì)信號(hào)與接收于放大濾波電路(20)的電信號(hào)作比例運(yùn)算，得到近似恒定的直流電信號(hào)，該直流電信號(hào)值的波動(dòng)情況反映了探頭與管道內(nèi)表面距離的變化情況，即是否有管道內(nèi)表面的腐蝕缺陷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種區(qū)分管道內(nèi)外表面腐蝕缺陷的傳感器，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(40)使用NandFlash存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】G01N27/90GK103499022SQ201310460762
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】黃松嶺, 趙偉, 肖勇, 王珅, 徐晉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)