管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器的制造方法
【專利摘要】一種管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器，它包括有均為管狀的前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)，其技術(shù)要點(diǎn)是：所述前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)依次設(shè)置，相鄰倉(cāng)體之間通過(guò)聯(lián)軸器連接，在各倉(cāng)的外側(cè)沿圓周方向均勻分布有支撐輪；在前置器倉(cāng)的軸向前端設(shè)置動(dòng)力皮碗、后端設(shè)置電渦流檢測(cè)環(huán)，該電渦流檢測(cè)環(huán)內(nèi)至少設(shè)置有3個(gè)通道的電渦流傳感器；在計(jì)算機(jī)倉(cāng)內(nèi)設(shè)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，還附帶一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及USB插口；電渦流檢測(cè)信號(hào)通過(guò)電渦流檢測(cè)電路獲得；在電池倉(cāng)內(nèi)設(shè)置鋰電池和定位器，電池倉(cāng)的后端設(shè)置有里程輪。本發(fā)明適合于所有管道；最大限度解決在大變徑管道中通徑時(shí)易卡堵的問(wèn)題；每次使用時(shí)不需要校準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于管道檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種主要用于長(zhǎng)距離管道的管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器。在線檢測(cè)金屬管道由于運(yùn)輸或施工過(guò)程中形成的壓扁變形、管道的內(nèi)徑變化、彎頭轉(zhuǎn)彎半徑及方向、及管路附屬設(shè)備(包括閥門、三通、法蘭、旁通、焊縫、變徑短節(jié))。同時(shí)，該設(shè)備自帶的定位系統(tǒng)能準(zhǔn)確鎖定上述管道特征的位置，為管道基本情況提供較完善的檔案資料。
【背景技術(shù)】
[0002]管道輸送能力代表著一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，國(guó)內(nèi)管道鋪設(shè)現(xiàn)在以1-2萬(wàn)公里/年的速度在發(fā)展，到2015年，我國(guó)油氣管道總長(zhǎng)度將達(dá)到14萬(wàn)公里。
[0003]油氣管道作為石油和天然氣的傳輸設(shè)施，其安全性能至關(guān)重要。油氣管道大多埋于地下，由于地震、施工等原因，常使管道發(fā)生不同程度的變形。當(dāng)管段變形或可能發(fā)生變形的情況不十分明確時(shí)，為確保安全只能考慮長(zhǎng)距離更換管子的措施。如對(duì)管道進(jìn)行變形檢測(cè)，取得完整可靠的管道變形資料，得到其變形位置及變形量等參數(shù)，為準(zhǔn)確評(píng)估管道的安全性能提供依據(jù)，采取局部換管等相應(yīng)的措施，就可以大幅度降低成本。另外，在對(duì)油氣管道進(jìn)行缺陷(腐蝕、裂紋、夾層、焊接氣孔等)檢測(cè)前，也需要先對(duì)管道進(jìn)行變形檢測(cè)，以確保缺陷檢測(cè)器能夠順利通過(guò)管道內(nèi)徑。所以，開(kāi)發(fā)應(yīng)用于油氣管道變形檢測(cè)的相關(guān)設(shè)備是非常必要的，此類設(shè)備通稱為“通徑檢測(cè)器”。它主要應(yīng)用于管道內(nèi)徑、路由等測(cè)繪工作，為管道完整性評(píng)價(jià)及制定施工措施提供依據(jù)。
目前，國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)通徑的檢測(cè)器，均采用接觸式探頭，根據(jù)探頭的形狀又分為輪式、桿式、探針式等。接觸式的工作原理有兩種，一種是利用角位移傳感器測(cè)量管道內(nèi)徑的變化(輪式)，而另一種則是利用壓力傳感器結(jié)合片彈簧測(cè)量管道內(nèi)徑的變化(桿式、探針式)。
[0004]接觸式通徑檢測(cè)器從工作原理出發(fā)，有著無(wú)法解決的技術(shù)瓶頸:由于探頭部分與管內(nèi)壁直接接觸，容易劃傷管道或者管道內(nèi)涂層；由于探頭部分與管內(nèi)壁直接接觸，磨損探頭接觸面，造成精度下降；接觸式探頭均采用懸臂裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適宜DN300以下的小口徑管道；接觸式探頭檢測(cè)器通過(guò)性能差，碰到變徑較大的管道容易堵塞；接觸式探頭檢測(cè)器每次使用前，需要對(duì)探頭從新校準(zhǔn)，以保證各個(gè)探頭的一致性；接觸式探頭檢測(cè)器由于采用懸臂裝置，精度底，抗干擾能力差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種主要用于長(zhǎng)距離管道檢測(cè)的管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:它包括有均為管狀的前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)，其特征是:所述前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)依次設(shè)置，相鄰倉(cāng)體之間通過(guò)聯(lián)軸器連接，在前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)的外側(cè)沿圓周方向均勻分布有支撐輪；在前置器倉(cāng)的軸向前端設(shè)置動(dòng)力皮碗、后端設(shè)置電渦流檢測(cè)環(huán)，該電渦流檢測(cè)環(huán)內(nèi)至少設(shè)置有三個(gè)通道的電渦流傳感器；在計(jì)算機(jī)倉(cāng)內(nèi)設(shè)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，還附帶一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及USB插口 ；電渦流檢測(cè)信號(hào)通過(guò)電渦流檢測(cè)電路獲得，電渦流檢測(cè)電路包括有激勵(lì)信號(hào)源電路、功率放大電路以及檢測(cè)輸出信號(hào)電路；在電池倉(cāng)內(nèi)設(shè)置鋰電池和定位器，電池倉(cāng)的后端設(shè)置有里程輪。
[0007]為了對(duì)管壁360度全覆蓋，檢測(cè)不留死角，則在電渦流檢測(cè)環(huán)內(nèi)設(shè)置于六個(gè)通道的電渦流傳感器。
[0008]為了最大限度消除打滑等造成的讀取誤差，則里程輪有三個(gè)且周向布置。
[0009]在碰到超過(guò)25%變形的管路情況下，阻止檢測(cè)器繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，以免碰撞電渦流檢測(cè)環(huán)，則在計(jì)算機(jī)倉(cāng)的軸向兩端設(shè)置有支撐皮碗。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下:
一、本發(fā)明采用非接觸探頭技術(shù)，探頭直接澆注在檢測(cè)環(huán)上，不采用懸臂裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，適合于所有管道；探頭與管道內(nèi)壁距離達(dá)到管道半徑的25%，最大限度解決在大變徑管道中通徑時(shí)易卡堵的問(wèn)題；非接觸探頭不受外力作用，每次使用時(shí)不需要校準(zhǔn)；非接觸探頭非機(jī)械結(jié)構(gòu)，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，能識(shí)別0.1mm以上的徑向變化。非接觸探頭技術(shù)從工作原理上，完全消除了接觸探頭在管道通徑檢測(cè)領(lǐng)域所碰到的不可解決的問(wèn)題。
[0011]二、非接觸探頭技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的重要原因在于多通道電渦流技術(shù)在管道通徑檢測(cè)上的創(chuàng)新性應(yīng)用。用電渦流傳感器由于被測(cè)體與線圈之間的位移變化，導(dǎo)致線圈產(chǎn)生的磁信號(hào)通過(guò)阻抗變化轉(zhuǎn)成的電信號(hào)，通過(guò)分析電信號(hào)的變化，對(duì)管道內(nèi)幾何尺寸、管路附件進(jìn)行檢測(cè)。該電渦流傳感器須特殊纏制，探頭直徑與檢測(cè)距離比能達(dá)到1:0.8 ;被測(cè)區(qū)域圓直徑與探頭直徑比在最大有效距離能達(dá)到:1.2:1 ;能識(shí)別0.1mm以上的提離距離變化。該特殊纏制的電渦流傳感器在DN150管道上能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)量程O(píng) — 30mm，單個(gè)檢測(cè)環(huán)至少三個(gè)通道均布，各通道信號(hào)互不干擾，對(duì)管壁360度全覆蓋，不留未檢測(cè)區(qū)域或信號(hào)重疊區(qū)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
圖2是圖1中A-A向電潤(rùn)流檢測(cè)環(huán)首I]面圖；
圖3是電渦流檢測(cè)電路的電路方框原理圖；
圖4是激勵(lì)信號(hào)源電路；
圖5是圖4中直接頻率合成器AD9850的電路原理圖；
圖6是功率放大電路；
圖7是檢測(cè)輸出信號(hào)電路。
[0013]下面將結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明其中的例子而已，并不代表本發(fā)明所限定的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]根據(jù)圖1至圖2對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明包括有均為管狀的前置器倉(cāng)2、計(jì)算機(jī)倉(cāng)4和電池倉(cāng)8，前置器倉(cāng)2、計(jì)算機(jī)倉(cāng)4和電池倉(cāng)8依次設(shè)置，相鄰倉(cāng)體之間通過(guò)聯(lián)軸器7連接，在前置器倉(cāng)2、計(jì)算機(jī)倉(cāng)4和電池倉(cāng)8的外側(cè)沿圓周方向均勻分布有支撐輪5 ;在前置器倉(cāng)2的軸向前端設(shè)置動(dòng)力皮碗1、后端設(shè)置電渦流檢測(cè)環(huán)3，該電渦流檢測(cè)環(huán)內(nèi)設(shè)置有六個(gè)通道的電渦流傳感器10 ;在計(jì)算機(jī)倉(cāng)內(nèi)設(shè)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，還附帶一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及USB插口 ；電渦流檢測(cè)信號(hào)通過(guò)電渦流檢測(cè)電路獲得，電渦流檢測(cè)電路包括有激勵(lì)信號(hào)源電路、功率放大電路以及檢測(cè)輸出信號(hào)電路；在電池倉(cāng)內(nèi)設(shè)置鋰電池和定位器，電池倉(cāng)的后端設(shè)置有三個(gè)里程輪9。
[0015]各主要部件的功能作用如下:
動(dòng)力皮碗I為檢測(cè)器的動(dòng)力源提供裝置，保證管道內(nèi)輸送的介質(zhì)在其前后形成壓差，沿介質(zhì)流動(dòng)方向向前運(yùn)動(dòng)。
[0016]支撐輪5消除檢測(cè)器的自重影響，保證其中軸線與管道中軸線盡量重合，以免引起偏心造成的測(cè)量誤差。
[0017]前置器倉(cāng)2放置多通道電渦流傳感器的電路處理元件一前置器，該器件給電渦流傳感器供電，并接收傳感器中的線圈發(fā)生磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的磁信號(hào)通過(guò)阻抗變化轉(zhuǎn)成的電信號(hào)，從而輸出檢測(cè)數(shù)據(jù)。
[0018]電渦流檢測(cè)環(huán)3固定六個(gè)通道的電渦流傳感器10，六通道信號(hào)互不干擾，檢測(cè)環(huán)材質(zhì)為聚砜棒，惡劣條件下(溫度、壓力)物理性能穩(wěn)定，切削性能佳，保護(hù)多通道電渦流傳感器的一致性。檢測(cè)環(huán)直徑為管道內(nèi)徑的75%。
[0019]計(jì)算機(jī)倉(cāng)4內(nèi)是一個(gè)基于PIC32單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理單元，處理六個(gè)通道的電渦流信號(hào)、3個(gè)通道的里程輪信號(hào)及一個(gè)定位器信號(hào)，附帶一個(gè)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，另備一個(gè)插口以便用外接電腦讀取數(shù)據(jù)。
[0020]支撐皮碗6用于保護(hù)電渦流檢測(cè)環(huán)3，在碰到超過(guò)25%變形的管路情況下，阻止檢測(cè)器繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，以免碰撞電渦流檢測(cè)環(huán)3。
[0021]聯(lián)軸器7保證前后兩節(jié)不發(fā)生相互周向旋轉(zhuǎn)，但支持軸向90度彎曲。且進(jìn)行密封設(shè)計(jì)，保證在聯(lián)結(jié)處液體不進(jìn)入前置器倉(cāng)2、計(jì)算機(jī)倉(cāng)4和電池倉(cāng)8。
[0022]電池倉(cāng)8放置鋰電池及定位器。鋰電池給前置器倉(cāng)3、計(jì)算機(jī)倉(cāng)3、定位器、里程輪上的傳感器供電。定位器發(fā)射低頻信號(hào)，與地面接收儀器共同鎖定檢測(cè)器在地下運(yùn)動(dòng)的位置。
[0023]里程輪9周向布置三個(gè)里程輪，最大限度消除打滑等造成的讀取誤差。每個(gè)里程輪上布置一定數(shù)量的磁鋼。每個(gè)里程輪設(shè)計(jì)一個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)傳感器。每個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)傳感器為一通道里程輪信號(hào)，共計(jì)三路開(kāi)關(guān)量輸入。通過(guò)對(duì)三個(gè)里程輪轉(zhuǎn)數(shù)的正態(tài)分布均值演變，尋找期望值及誤差范圍。
[0024]工作時(shí)，檢測(cè)器以動(dòng)力皮碗I為前部、里程輪9為后部放入管道內(nèi)后，以管道內(nèi)輸送的介質(zhì)在其前后形成的壓差為動(dòng)力源，沿介質(zhì)流動(dòng)方向向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)管壁徑向狀況。
[0025]檢測(cè)過(guò)程如圖3所示，激勵(lì)信號(hào)源輸出激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)功率放大器進(jìn)行放大，給檢測(cè)線圈激勵(lì)信號(hào)，由于磁場(chǎng)變化引起的激勵(lì)線圈的磁場(chǎng)變化，檢測(cè)線圈感應(yīng)輸出信號(hào)，由輸出信號(hào)檢測(cè)電路拾取輸出信號(hào)其輸出信號(hào)，從而輸出檢測(cè)數(shù)據(jù)。
[0026]如圖4所不，片外石英晶體及電容Cl、C2構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路為單片機(jī)89C52提供工作頻率。89C52的I/O 口 Pl.0-P1.7與直接頻率合成器AD9850的D0-D7相連接，串行傳Λ 40bit的數(shù)據(jù)。89C52的管腳10與AD9850的FQ_UD管腳相連，管腳11與WLKC和CLKIN相連接，構(gòu)成AD9850精密時(shí)鐘源。
[0027]如圖5所示，直接頻率合成器AD9850產(chǎn)生正弦波輸出，其頻率/相位控制字由40bit串行流數(shù)據(jù)在同一個(gè)管腳進(jìn)行連續(xù)的輸入控制。Rl為上拉電阻，保證單片機(jī)實(shí)施電平復(fù)位；R2，R3，R4為分壓電阻，把輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；C3、C4、C5為濾波電容，避免電源所產(chǎn)生的干擾；R5，R6，LI，L2，C6，C7，C8，C9，ClO共同組成低通濾波器，濾除高次諧波，使輸出頻率不受外界和一些雜波的干擾。在R6上產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)給功率放大器(見(jiàn)圖6的輸入)。
[0028]如圖6所示，用運(yùn)算放大器0PA548組成功率放大電路，由激勵(lì)信號(hào)源產(chǎn)生的正弦波信號(hào)從輸入端輸入至功率放大器，同時(shí)提供一個(gè)精準(zhǔn)的、可選擇的電流限制功能，對(duì)電流的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)控制ILIM管腳的輸入電流控制電流輸出調(diào)節(jié)范圍是0-5Α。R7，R8的用于設(shè)定功率放大電路的放大倍數(shù)。Cll，C12，C13，C15為濾波電容，避免電源信號(hào)造成的干擾；C14連接正負(fù)電源，為去耦電容，同時(shí)起到濾波作用，避免電源間的高頻干擾信號(hào)；經(jīng)過(guò)功率放大電路的信號(hào)輸出至檢測(cè)線圈(見(jiàn)圖7的輸入)。
[0029]如圖7所示，電阻R9、R10是橋式電路的平衡電阻，與兩個(gè)檢測(cè)線圈形成橋式電路，滿足對(duì)橋相乘之積相等的平衡條件，即R9L4=R10L3。Rll為調(diào)節(jié)平衡電阻，保證電橋的平衡狀態(tài)。當(dāng)功率放大信號(hào)輸入橋式電路后，經(jīng)過(guò)放大器AD620進(jìn)行放大。R12，R13為AD620提供一個(gè)偏置電流使其工作在線性放大區(qū)；C16為濾波電容，避免電源信號(hào)產(chǎn)生的干擾。電阻R14對(duì)其增益進(jìn)行設(shè)置。AD620的6腳輸出的電壓信號(hào)為檢測(cè)數(shù)據(jù)。
[0030]上述檢測(cè)數(shù) 據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)倉(cāng)內(nèi)的單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元還處理里程輪的信號(hào)和定位器的定位信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)完畢需要外接電腦讀取數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)USB接口聯(lián)接。
[0031]本發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo):
檢測(cè)方式: 電渦流測(cè)距法
探測(cè)能力: Imm以上的徑向變形 理想運(yùn)行速度:0.5-2m/s 承受壓力范圍:0-20Mpa 工作溫度: 0-60°C
識(shí)別特征: 閥門、三通、法蘭、旁通、焊縫、變徑短節(jié) 定位精度: 軸向:±1%最近參考點(diǎn)；周向:±30°
可信度:90%
顯示方式: 三維輪廓表征體現(xiàn) 綜上所述，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的是發(fā)明目的。
【權(quán)利要求】
1.一種管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器，它包括有均為管狀的前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)，其特征是:所述前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)依次設(shè)置，相鄰倉(cāng)體之間通過(guò)聯(lián)軸器連接，在前置器倉(cāng)、計(jì)算機(jī)倉(cāng)和電池倉(cāng)的外側(cè)沿圓周方向均勻分布有支撐輪；在前置器倉(cāng)的軸向前端設(shè)置動(dòng)力皮碗、后端設(shè)置電渦流檢測(cè)環(huán)，該電渦流檢測(cè)環(huán)內(nèi)至少設(shè)置有三個(gè)通道的電渦流傳感器；在計(jì)算機(jī)倉(cāng)內(nèi)設(shè)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，還附帶一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及USB插口 ；電渦流檢測(cè)信號(hào)通過(guò)電渦流檢測(cè)電路獲得，電渦流檢測(cè)電路包括有激勵(lì)信號(hào)源電路、功率放大電路以及檢測(cè)輸出信號(hào)電路；在電池倉(cāng)內(nèi)設(shè)置鋰電池和定位器，電池倉(cāng)的后端設(shè)置有里程輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器，其特征是:所述電渦流檢測(cè)環(huán)內(nèi)設(shè)置有六個(gè)通道的電渦流傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器，其特征是:所述里程輪有三個(gè)且周向布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)電渦流非接觸多通道通徑檢測(cè)器，其特征是:在計(jì)算機(jī)倉(cāng)的軸向兩端設(shè)置有支撐皮碗。
【文檔編號(hào)】G01B7/24GK103591883SQ201310557394
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】宋華東, 楊路, 蔣興橋, 郭曉婷 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院有限公司