一种磁致伸缩导波接收传感器

摘要

本发明公开了一种磁致伸缩导波接收传感器；该接收传感器包括：结构相同、对称放置的两个传感模块；两个传感模块连接并形成开合结构；当两个传感模块闭合时形成空心圆柱体结构；每个传感模块包括：支架、线圈和插头；支架为凸台结构，凸台有N道等分槽使半圆环柱体等分成N+1个扇环柱体，线圈有N+1个，一个线圈沿着一个扇环柱体的外轮廓缠绕，每个线圈的两端连接插头；N为非负整数。使用本发明提供的磁致伸缩导波接收传感器可识别轴对称特征和非轴对称特征，实现焊缝等轴对称结构和非轴对称缺陷的识别，避免了将焊缝等轴对称结构误判为缺陷。此传感器对于纵向模态和扭转模态的磁致伸缩导波检测均可适用。

权利要求

1.一种磁致伸缩导波接收传感器，其特征在于，包括：结构相同、对称放置的两个传感模块；

所述两个传感模块连接并形成开合结构；当所述两个传感模块闭合时形成空心圆柱体结构；

每个传感模块包括：支架、线圈和插头；支架为凸台结构，凸台有N道等分槽使半圆环柱体等分成N+1个扇环柱体，线圈有N+1个，一个线圈沿着一个扇环柱体的外轮廓缠绕，每个线圈的两端连接插头；N为非负整数。

2.如权利要求1所述的磁致伸缩导波接收传感器，其特征在于：两个传感模块通过合页和搭扣连接或通过两个搭扣连接。

3.如权利要求1所述的磁致伸缩导波接收传感器，其特征在于：所述等分槽的宽度大于一个线圈厚度的两倍，所述等分槽的深度大于一个线圈宽度。

4.如权利要求1所述的磁致伸缩导波接收传感器，其特征在于：所述支架由绝缘材料制成。

5.如权利要求1所述的磁致伸缩导波接收传感器，其特征在于：所述线圈由漆包线或扁平电缆制成。

6.如权利要求1所述的磁致伸缩导波接收传感器，其特征在于：所述传感模块还包括：外壳体和柔性衬垫；外壳体与支架的底座连接；柔性衬垫分别与外壳体和支架内侧面通过粘胶剂粘接；插头安装在外壳体上。

7.如权利要求6所述的磁致伸缩导波接收传感器，其特征在于：所述柔性衬垫由聚氨酯等透声材料制成；所述外壳体由绝缘材料制成。

8.一种采用权利要求1所述的接收传感器进行管道纵向模态检测的磁致伸缩导波检测系统；其特征在于：包括：激励传感器、接收传感器、导波检测仪和多个磁化器；

在使用时，用于提供轴向磁场的多个磁化器分别配合所述激励传感器和所述接收传感器安装在待检管道上，所述激励传感器与所述导波检测仪的激励端连接，所述接收传感器与所述导波检测仪的接收端连接；所述导波检测仪发出脉冲信号通过激励传感器在管道上激励纵向模态导波信号；所述接收传感器将导波信号转换为电信号并传输至导波检测仪进行处理后实现轴对称和非轴对称结构的识别。

9.一种采用权利要求1所述的接收传感器进行管道扭转模态检测的磁致伸缩导波检测系统；其特征在于：包括：激励传感器、接收传感器、导波检测仪和两个强磁致伸缩带；

在使用时，两个强磁致伸缩带分别配合所述激励传感器和所述接收传感器安装在待检管道上，所述激励传感器与所述导波检测仪的激励端连接，所述接收传感器与所述导波检测仪接收端连接；所述导波检测仪发出的脉冲信号通过所述激励传感器在一个强磁致伸缩带上激励扭转模态导波信号并传递到所述待检管道上；导波信号通过另一个强磁致伸缩带传递到所述接收传感器上，所述接收传感器将导波信号转换为电信号并传输至导波检测仪进行处理后实现轴对称和非轴对称结构的识别。

10.如权利要求8或9所述的磁致伸缩导波检测系统，其特征在于：所述的导波检测仪包括：计算机、脉冲信号发射器、功率放大器、信号预处理器和A/D转换器；

所述计算机控制所述脉冲信号发射器产生脉冲信号，经过所述功率放大器放大，从导波检测仪的激励端传输给所述激励传感器，导波检测仪的接收端接收所述接收传感器输出的电信号，所述信号预处理器对所述电信号进行预处理，所述A/D转换器将预处理后的电信号转换为数字信号，所述计算机对所述数字信号进行处理实现轴对称和非轴对称结构的识别。

说明书

一种磁致伸缩导波接收传感器

技术领域

[0001] 本发明属于超声波无损检测技术领域，更具体地，涉及一种磁致伸缩导波接收传感器。

背景技术

[0002] 超声导波具有单点激励即可实现长距离检测的优点，因此被广泛应用管道、缆索、钢棒等长形构件的快速检测，特别是长输管线、城市天然气管道的快速检测。磁致伸缩导波检测基于磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应激励和接收导波信号，其主要优点是单点激励即可实现构件的长距离检测。现有专利“一种利用磁致伸缩传感器的管道和钢管无损检测方法和设备”中，对磁致伸缩导波检测的激励传感器和接收传感器进行了介绍，其特征在于线圈两端各包含一个接插端口，两接插端口通过连接器将线圈连接起来，形成具有可开合结构的单个检测线圈。由于接收传感器中的线圈环绕在管道上，形成类似螺线管结构，因此，接收传感器“检测到的信号是整个圆周方向的信号，”没有周向分辨力。管道中主要存在的缺陷为腐蚀坑、裂纹等非轴对称特征缺陷，但各类管道一般包含焊缝、法兰等轴对称结构，这些轴对称特征也将产生回波信号，由于轴对称结构和非轴对称结构引起的信号在管道圆周方向上的分布是不同的，利用现有的磁致伸缩导波接收传感器无法通过检测信号区别轴对称与非轴对称特征，容易导致缺陷误判。

发明内容

[0003] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可以识别轴对称和非对称特征结构的磁致伸缩导波接收传感器。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了一种磁致伸缩导波接收传感器，包括：结构相同、对称放置的两个传感模块；所述两个传感模块连接并形成开合结构；当所述两个传感模块闭合时形成空心圆柱体结构；每个传感模块包括：支架、线圈和插头；支架为凸台结构，凸台有N道等分槽使半圆环柱体等分成N+1个扇环柱体，线圈有N+1个，一个线圈沿着一个扇环柱体的外轮廓缠绕，每个线圈的两端连接插头；N为非负整数。

[0005] 更进一步地，两个传感模块通过合页和搭扣连接或通过两个搭扣连接。

[0006] 更进一步地，所述等分槽的宽度大于一个线圈厚度的两倍，所述等分槽的深度大于一个线圈宽度。

[0007] 更进一步地，所述支架由绝缘材料制成。

[0008] 更进一步地，所述线圈由漆包线或扁平电缆制成。

[0009] 更进一步地，所述传感模块还包括：外壳体和柔性衬垫；外壳体与支架的底座连接；柔性衬垫分别与外壳体和支架内侧面通过粘胶剂粘接；插头安装在外壳体上。

[0010] 更进一步地，所述柔性衬垫由聚氨酯等透声材料制成；所述外壳体由绝缘材料制成。

[0011] 本发明的另一目的在于提供一种采用上述的接收传感器进行管道纵向模态检测的磁致伸缩导波检测系统；包括：激励传感器、接收传感器、导波检测仪和多个磁化器；在使用时，用于提供轴向磁场的多个磁化器分别配合所述激励传感器和所述接收传感器安装在待检管道上，所述激励传感器与所述导波检测仪的激励端连接，所述接收传感器与所述导波检测仪的接收端连接；所述导波检测仪发出脉冲信号通过激励传感器在管道上激励纵向模态导波信号；所述接收传感器将导波信号转换为电信号并传输至导波检测仪进行处理后实现轴对称和非轴对称结构的识别。

[0012] 本发明的另一目的还在于提供一种上述的接收传感器进行管道扭转模态检测的磁致伸缩导波检测系统；包括：激励传感器、接收传感器、导波检测仪和两个强磁致伸缩带；在使用时，两个强磁致伸缩带分别配合所述激励传感器和所述接收传感器安装在待检管道上，所述激励传感器与所述导波检测仪的激励端连接，所述接收传感器与所述导波检测仪接收端连接；所述导波检测仪发出的脉冲信号通过所述激励传感器在一个强磁致伸缩带上激励扭转模态导波信号并传递到所述待检管道上；导波信号通过另一个强磁致伸缩带传递到所述接收传感器上，所述接收传感器将导波信号转换为电信号并传输至导波检测仪进行处理后实现轴对称和非轴对称结构的识别。

[0013] 更进一步地，所述的导波检测仪包括：计算机、脉冲信号发射器、功率放大器、信号预处理器和A/D转换器；所述计算机控制所述脉冲信号发射器产生脉冲信号，经过所述功率放大器放大，从导波检测仪的激励端传输给所述激励传感器，导波检测仪的接收端接收所述接收传感器输出的电信号，所述信号预处理器对所述电信号进行预处理，所述A/D转换器将预处理后的电信号转换为数字信号，所述计算机对所述数字信号进行处理实现轴对称和非轴对称结构的识别。

[0014] 本发明提供的磁致伸缩导波接收传感器可识别轴对称特征和非轴对称特征，实现焊缝等轴对称结构和非轴对称缺陷的识别，从而避免将焊缝等轴对称结构误判为缺陷；此传感器对于纵向模态和扭转模态的磁致伸缩导波检测均可适用。

附图说明

[0015] 图1为本发明实施例提供的磁致伸缩导波接收传感器的结构图；

[0016] 图2为本发明实施例提供的单个传感模块无等分槽时支架和线圈的立体图；

[0017] 图3为本发明实施例提供的单个传感模块1个等分槽结构的剖视图；

[0018] 图4a为本发明实施例提供的用于纵向模态导波检测时安装在管道上的示意图；

[0019] 图4b为本发明实施例提供的用于扭转模态导波检测时安装在管道上的示意图；

[0020] 图5为使用本发明实施例提供的磁致伸缩导波检测系统的结构框图；

[0021] 图6为使用本发明实施例提供的磁致伸缩导波检测系统在管道上实验的示意图；

[0022] 图7为使用本发明实施例提供的磁致伸缩导波接收传感器进行实验获得的检测信号中纵向模态的信号波形图；

[0023] 图8为使用本发明实施例提供的磁致伸缩导波接收传感器进行实验获得的检测信号中弯曲模态的信号波形图。

具体实施方式

[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0025] 本发明实施例提供一种用于管道轴对称和非对称特征识别的磁致伸缩导波接收传感器，克服了利用已有接收传感器无法识别轴对称和非轴对称特征的不足，实现对具有轴对称特征的焊缝等结构和非轴对称特征的缺陷的识别，从而避免缺陷误判。

[0026] 图1示出了本发明实施例提供的磁致伸缩导波接收传感器的结构，由传感模块1，传感模块2，合页3及搭扣4构成。传感模块1、2结构相同、对称放置，通过合页和搭扣连接形成开合结构，当两个传感模块闭合时形成空心圆柱体结构，便于安装在管道上。

[0027] 传感模块1为剖视图，包括插头5、外壳体6、线圈7、支架8及柔性衬垫9。支架8为凸台结构，凸台上有N道等分槽（N为非负整数），使半圆环柱体等分成N+1个扇环柱体，作为线圈7的支撑骨架，线圈7有N+1个，分别沿着一个扇环柱体外轮廓缠绕。等分槽的宽度大于线圈厚度的两倍，以保证相邻线圈之间不受影响，深度大于线圈宽度。图1所示为N=0时的情况，传感模块1包含1个线圈。利用等分槽可以增加扇环柱体的数目，使传感模块包含更多的线圈，便于接收传感器接收更多管道不同圆周位置的导波信号。

[0028] 线圈7的两端通过插头5与外部的导波检测仪连接，线圈7可由漆包线或扁平电缆制成；插头5安装在外壳体6上；外壳体6与支架8的底座通过螺钉连接，外壳体6与支架8均由绝缘材料制成；柔性衬垫9分别与外壳体6和支架8外侧面通过粘胶剂粘接，柔性衬垫由聚氨酯等透声材料制成，在纵向模态检测中，柔性衬垫仅作为线圈7与被检管道之间的隔离层，在扭转模态检测中，柔性衬垫还作为线圈7与被检管道之间的透声层。

[0029] 图2示出了单个传感模块无等分槽时支架和线圈的立体图；支架8的凸台上无等分槽，凸台为1个半圆环柱体，作为线圈7的支撑骨架，线圈7沿着半圆环环柱体外轮廓缠绕；整个接收传感器包含2个线圈。

[0030] 图3示出了单个传感模块有1个等分槽结构的剖视图。支架81的凸台上有1道等分槽，凸台等分成2个1/4圆环柱体，分别作为线圈7a、7b的支撑骨架，线圈7a沿着左边1/4圆环柱体外轮廓缠绕，线圈7b沿着右边1/4圆环柱体外轮廓缠绕；整个接收传感器包含4个线圈。

[0031] 图4a示出了上述接收传感器用于纵向模态导波检测时安装在管道上的示意图。激励信号为纵向模态时，安装接收传感器需配合使用提供轴向磁场的磁化器，在管道10上先安装接收传感器11，将搭扣扣紧，然后沿圆周均匀安装磁化器12。

[0032] 图4b示出了上述接收传感器用于扭转模态导波检测时安装在管道上的示意图。激励信号为扭转模态时，安装接收传感器需配合使用强磁致伸缩带，先通过粘接或机械方式将强磁致伸缩带13沿周向固定在管道10上，然后将接收传感器11安装在强磁致伸缩带
13上，并将搭扣4扣紧。

[0033] 图5示出了使用本发明的磁致伸缩导波检测系统的结构框图，整个系统包括管道10、磁致伸缩导波接收传感器11、激励传感器14和导波检测仪15。导波检测仪15包括计算机16、脉冲信号发射器17、功率放大器18、信号预处理器19以及A/D转换器20。

[0034] 激励传感器14和接收传感器11分别与导波检测仪15的激励端和接收端相连。导波检测仪15中，计算机16控制脉冲信号发射器17产生脉冲信号，经过功率放大器18放大，从激励端传输给激励传感器14；激励纵向模态时，激励传感器14利用磁致伸缩效应在管道10上激励纵向模态导波，接收传感器11利用逆磁致伸缩效应将导波信号转换为电信号，传输至导波检测仪15的接收端；激励扭转模态时，激励传感器14利用磁致伸缩效应在强磁致伸缩带激励扭转模态导波，再传递到管道上，导波振动传递到接收传感11对应位置的强磁致伸缩带13上，接收传感器利用逆磁致伸缩效应将导波信号换为电信号，传输至导波检测仪15的接收端；导波检测仪15中接收端获得多个线圈的接收信号，输入到信号预处理器19，信号通过预处理后输入到A/D转换器20，经转换后的数字信号输入到计算机16进行处理。

[0035] 通过计算机处理各接收信号，提取轴对称纵向（或扭转）模态和非轴对称弯曲模态的信号，轴对称纵向（或扭转）模态如L(0,1)、L(0,2)、T(0,1),非轴对称弯曲模态如F(1,2)、F(1,3)等。对于轴对称特征，回波信号中含有轴对称纵向（或扭转）模态和非轴对称弯曲模态，而对于非轴对称特征，回波信号仅存在轴对称纵向（或扭转）模态；通过两种模态下回波信号的比较，从而实现轴对称特征和非轴对称特征的识别。

[0036] 图6示出了使用本发明实施例提供的接收传感器在管道上进行实验的示意图，被检管道10为一根长度4m、内径为32mm、外径为38mm的钢管，钢管中缺陷21位于距左端部2.5m处，沿周向长为20mm、宽为2mm、深度为1mm，焊缝22位于距左端部3m处，磁致伸缩激励传感器14为螺线管线圈，由1mm的漆包线制成，层数1层，匝数20匝，内径40mm，安装在左端部。磁致伸缩接收传感器11的支架和外壳体由尼龙材料制成，柔性衬垫由聚氨酯材料制成，支架上凸台部分无等分槽，接收线圈共2个，均由1mm的漆包线制成，层数1层，匝数20匝，内圆弧半径为20mm，外圆弧半径为60mm，弧度为180度，接收传感器11安装在距左端部2m处。首先根据图4a的安装示意图将传感器和磁化器安装在管道上，再按照图5的系统框图连线，通过已有的导波检测系统激励传感器在管道中激励纵向模态导波L(0,2)，接收线圈利用逆磁致伸缩效应将管道中的导波信号转换为电信号，输入到信号预处理器，经预处理器后的电信号输入A/D转换器转换为数字信号，然后输入计算机进行处理。

[0037] 两个接收线圈接收的检测信号通过处理得到轴对称纵向模态L(0,2)的信号波形图（图7）和非轴对称弯曲模态F(1,3)的信号波形图（图8）。图4中信号包括电磁脉冲M1，通过信号S1，缺陷21的回波信号F1，焊缝22的回波信号H1，右端部的回波信号S2。图5中信号包括电磁脉冲M2，缺陷21的回波信号F2。

[0038] 从图7和图8的信号中可以看出缺陷21（非轴对称特征）的回波信号在两种模态下均有明显幅值，与轴对称纵向模态L(0,2)时回波信号相比，非轴对称弯曲模态F(1,3)时回波信号在时间上较延后（F(1,3)信号的传播速度比L(0,2)信号的传播速度慢），且在幅值上较小；而焊缝22（轴对称特征）的回波信号仅在轴对称纵向模态L(0,2)下有幅值，没有非轴对称弯曲模态F(1,3)的回波信号，从而可以将缺陷和焊缝进行识别。

[0039] 本发明实施例提供的磁致伸缩接收传感器包括两个传感模块、合页及搭扣；两个传感模块结构相同，均包括支架、外壳体、柔性衬垫、线圈及插头。此接收传感器含多个线圈，通过计算机处理各线圈的接收信号，获得不同模态的信号，比较各模态的信号幅值，可实现焊缝等轴对称结构和非轴对称缺陷的识别，从而避免将焊缝等轴对称结构误判为缺陷。此传感器对于纵向模态和扭转模态的磁致伸缩导波检测均可适用。

[0040] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。