管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器的制造方法
【專利摘要】一種管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器，它包括有均為管狀的前置器倉、計算機倉和電池倉，其技術要點是：所述前置器倉、計算機倉和電池倉依次設置，相鄰倉體之間通過聯軸器連接，在各倉的外側沿圓周方向均勻分布有支撐輪；在前置器倉的軸向前端設置動力皮碗、后端設置電渦流檢測環，該電渦流檢測環內至少設置有3個通道的電渦流傳感器；在計算機倉內設單片機數據處理單元，還附帶一個數據存儲器及USB插口；電渦流檢測信號通過電渦流檢測電路獲得；在電池倉內設置鋰電池和定位器，電池倉的后端設置有里程輪。本實用新型適合于所有管道；最大限度解決在大變徑管道中通徑時易卡堵的問題；每次使用時不需要校準。
【專利說明】 管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于管道檢測【技術領域】，具體地說是一種主要用于長距離管道的管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器。在線檢測金屬管道由于運輸或施工過程中形成的壓扁變形、管道的內徑變化、彎頭轉彎半徑及方向、及管路附屬設備(包括閥門、三通、法蘭、旁通、焊縫、變徑短節)。同時，該設備自帶的定位系統能準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】
[0002]管道輸送能力代表著一個國家的工業發展水平，國內管道鋪設現在以1-2萬公里/年的速度在發展，到2015年，我國油氣管道總長度將達到14萬公里。
[0003]油氣管道作為石油和天然氣的傳輸設施，其安全性能至關重要。油氣管道大多埋于地下，由于地震、施工等原因，常使管道發生不同程度的變形。當管段變形或可能發生變形的情況不十分明確時，為確保安全只能考慮長距離更換管子的措施。如對管道進行變形檢測，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，為準確評估管道的安全性能提供依據，采取局部換管等相應的措施，就可以大幅度降低成本。另外，在對油氣管道進行缺陷(腐蝕、裂紋、夾層、焊接氣孔等)檢測前，也需要先對管道進行變形檢測，以確保缺陷檢測器能夠順利通過管道內徑。所以，開發應用于油氣管道變形檢測的相關設備是非常必要的，此類設備通稱為“通徑檢測器”。它主要應用于管道內徑、路由等測繪工作，為管道完整性評價及制定施工措施提供依據。
[0004]目前，國內外實現管道內通徑的檢測器，均采用接觸式探頭，根據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量管道內徑的變化(輪式)，而另一種則是利用壓力傳感器結合片彈簧測量管道內徑的變化(桿式、探針式)。
[0005]接觸式通徑檢測器從工作原理出發，有著無法解決的技術瓶頸:由于探頭部分與管內壁直接接觸，容易劃傷管道或者管道內涂層；由于探頭部分與管內壁直接接觸，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，結構復雜，不適宜DN300以下的小口徑管道；接觸式探頭檢測器通過性能差，碰到變徑較大的管道容易堵塞；接觸式探頭檢測器每次使用前，需要對探頭從新校準，以保證各個探頭的一致性；接觸式探頭檢測器由于采用懸臂裝置，精度底，抗干擾能力差。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種主要用于長距離管道檢測的管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器。
[0007]本實用新型的目的是這樣實現的:它包括有均為管狀的前置器倉、計算機倉和電池倉，其特征是:所述前置器倉、計算機倉和電池倉依次設置，相鄰倉體之間通過聯軸器連接，在前置器倉、計算機倉和電池倉的外側沿圓周方向均勻分布有支撐輪；在前置器倉的軸向前端設置動力皮碗、后端設置電渦流檢測環，該電渦流檢測環內至少設置有三個通道的電渦流傳感器；在計算機倉內設單片機數據處理單元，還附帶一個數據存儲器及USB插口 ；電渦流檢測信號通過電渦流檢測電路獲得，電渦流檢測電路包括有激勵信號源電路、功率放大電路以及檢測輸出信號電路；在電池倉內設置鋰電池和定位器，電池倉的后端設置有里程輪。
[0008]為了對管壁360度全覆蓋，檢測不留死角，則在電渦流檢測環內設置于六個通道的電渦流傳感器。
[0009]為了最大限度消除打滑等造成的讀取誤差，則里程輪有三個且周向布置。
[0010]在碰到超過25%變形的管路情況下，阻止檢測器繼續向前運動，以免碰撞電渦流檢測環，則在計算機倉的軸向兩端設置有支撐皮碗。
[0011]本實用新型的優點及有益效果如下:
[0012]一、本實用新型采用非接觸探頭技術，探頭直接澆注在檢測環上，不采用懸臂裝置，結構緊湊，適合于所有管道；探頭與管道內壁距離達到管道半徑的25%，最大限度解決在大變徑管道中通徑時易卡堵的問題；非接觸探頭不受外力作用，每次使用時不需要校準；非接觸探頭非機械結構，精度高，抗干擾能力強，能識別0.1mm以上的徑向變化。非接觸探頭技術從工作原理上，完全消除了接觸探頭在管道通徑檢測領域所碰到的不可解決的問題。
[0013]二、非接觸探頭技術能夠實現的重要原因在于多通道電渦流技術在管道通徑檢測上的創新性應用。用電渦流傳感器由于被測體與線圈之間的位移變化，導致線圈產生的磁信號通過阻抗變化轉成的電信號，通過分析電信號的變化，對管道內幾何尺寸、管路附件進行檢測。該電渦流傳感器須特殊纏制，探頭直徑與檢測距離比能達到1:0.8 ;被測區域圓直徑與探頭直徑比在最大有效距離能達到:1.2:1 ;能識別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管道上能實現檢測量程O — 30mm，單個檢測環至少三個通道均布，各通道信號互不干擾，對管壁360度全覆蓋，不留未檢測區域或信號重疊區域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的的結構示意簡圖；
[0015]圖2是圖1中A-A向電渦流檢測環剖面圖；
[0016]圖3是電渦流檢測電路的電路方框原理圖；
[0017]圖4是激勵信號源電路；
[0018]圖5是圖4中直接頻率合成器AD9850的電路原理圖；
[0019]圖6是功率放大電路；
[0020]圖7是檢測輸出信號電路。
[0021]下面將結合附圖并通過實例對本實用新型作進一步詳細說明，但下述的實例僅僅是本實用新型其中的例子而已，并不代表本實用新型所限定的權利保護范圍，本實用新型的權利保護范圍以權利要求為準。
【具體實施方式】
[0022]根據圖1至圖2對本實用新型進行詳細描述。本實用新型包括有均為管狀的前置器倉2、計算機倉4和電池倉8，前置器倉2、計算機倉4和電池倉8依次設置，相鄰倉體之間通過聯軸器7連接，在前置器倉2、計算機倉4和電池倉8的外側沿圓周方向均勻分布有支撐輪5 ;在前置器倉2的軸向前端設置動力皮碗1、后端設置電渦流檢測環3，該電渦流檢測環內設置有六個通道的電渦流傳感器10 ;在計算機倉內設單片機數據處理單元，還附帶一個數據存儲器及USB插口 ；電渦流檢測信號通過電渦流檢測電路獲得，電渦流檢測電路包括有激勵信號源電路、功率放大電路以及檢測輸出信號電路；在電池倉內設置鋰電池和定位器，電池倉的后端設置有三個里程輪9。
[0023]各主要部件的功能作用如下:
[0024]動力皮碗I為檢測器的動力源提供裝置，保證管道內輸送的介質在其前后形成壓差，沿介質流動方向向前運動。
[0025]支撐輪5消除檢測器的自重影響，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量誤差。
[0026]前置器倉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生磁場變化產生的磁信號通過阻抗變化轉成的電信號，從而輸出檢測數據。
[0027]電渦流檢測環3固定六個通道的電渦流傳感器10，六通道信號互不干擾，檢測環材質為聚砜棒，惡劣條件下(溫度、壓力)物理性能穩定，切削性能佳，保護多通道電渦流傳感器的一致性。檢測環直徑為管道內徑的75%。
[0028]計算機倉4內是一個基于PIC32單片機的數據處理單元，處理6個通道的電渦流信號、3個通道的里程輪信號及一個定位器信號，附帶一個大容量數據存儲器，另備一個插口以便用外接電腦讀取數據。
[0029]支撐皮碗6用于保護電渦流檢測環3，在碰到超過25%變形的管路情況下，阻止檢測器繼續向前運動，以免碰撞電渦流檢測環3。
[0030]聯軸器7保證前后兩節不發生相互周向旋轉，但支持軸向90度彎曲。且進行密封設計，保證在聯結處液體不進入前置器倉2、計算機倉4和電池倉8。
[0031]電池倉8放置鋰電池及定位器。鋰電池給前置器倉3、計算機倉3、定位器、里程輪上的傳感器供電。定位器發射低頻信號，與地面接收儀器共同鎖定檢測器在地下運動的位置。
[0032]里程輪9周向布置三個里程輪，最大限度消除打滑等造成的讀取誤差。每個里程輪上布置一定數量的磁鋼。每個里程輪設計一個霍爾開關傳感器。每個霍爾開關傳感器為一通道里程輪信號，共計三路開關量輸入。通過對三個里程輪轉數的正態分布均值演變，尋找期望值及誤差范圍。
[0033]工作時，檢測器以動力皮碗I為前部、里程輪9為后部放入管道內后，以管道內輸送的介質在其前后形成的壓差為動力源，沿介質流動方向向前運動，同時檢測管壁徑向狀況。
[0034]檢測過程如圖3所示，激勵信號源輸出激勵信號，通過功率放大器進行放大，給檢測線圈激勵信號，由于磁場變化引起的激勵線圈的磁場變化，檢測線圈感應輸出信號，由輸出信號檢測電路拾取輸出信號其輸出信號，從而輸出檢測數據。
[0035]如圖4所不，片外石英晶體及電容Cl、C2構成并聯震蕩電路為單片機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，串行傳入40bit的數據。89C52的管腳10與AD9850的FQ_UD管腳相連，管腳11與WLKC和CLKIN相連接，構成AD9850精密時鐘源。
[0036]如圖5所示，直接頻率合成器AD9850產生正弦波輸出，其頻率/相位控制字由40bit串行流數據在同一個管腳進行連續的輸入控制。Rl為上拉電阻，保證單片機實施電平復位；R2，R3，R4為分壓電阻，把輸出的電流信號轉變為電壓信號；C3、C4、C5為濾波電容，避免電源所產生的干擾；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上產生的激勵信號給功率放大器(見圖6的輸入)。
[0037]如圖6所示，用運算放大器0PA548組成功率放大電路，由激勵信號源產生的正弦波信號從輸入端輸入至功率放大器，同時提供一個精準的、可選擇的電流限制功能，對電流的輸出進行調節，通過控制ILIM管腳的輸入電流控制電流輸出調節范圍是0-5Α。R7，R8的用于設定功率放大電路的放大倍數。Cll，C12，C13，C15為濾波電容，避免電源信號造成的干擾；C14連接正負電源，為去耦電容，同時起到濾波作用，避免電源間的高頻干擾信號；經過功率放大電路的信號輸出至檢測線圈(見圖7的輸入)。
[0038]如圖7所示，電阻R9、R10是橋式電路的平衡電阻，與兩個檢測線圈形成橋式電路，滿足對橋相乘之積相等的平衡條件，即R9L4=R10L3。Rll為調節平衡電阻，保證電橋的平衡狀態。當功率放大信號輸入橋式電路后，經過放大器AD620進行放大。R12，R13為AD620提供一個偏置電流使其工作在線性放大區；C16為濾波電容，避免電源信號產生的干擾。電阻R14對其增益進行設置。AD620的6腳輸出的電壓信號為檢測數據。
[0039]上述檢測數據輸入到計算機倉內的單片機數據處理單元進行處理和存儲，單片機數據處理單元還處理里程輪的信號和定位器的定位信號，當檢測完畢需要外接電腦讀取數據時，通過USB接口聯接。
[0040]本實用新型的主要技術指`標:
[0041]檢測方式: 電渦流測距法
[0042]探測能力: Imm以上的徑向變形
[0043]理想運行速度:0.5-2m/s
[0044]承受壓力范圍:O-2OMpa
[0045]工作溫度:0_60°C
[0046]識別特征: 閥門、三通、法蘭、旁通、焊縫、變徑短節
[0047]定位精度: 軸向:±1%最近參考點；周向:±30°
[0048]可信度:90%
[0049]顯示方式: 三維輪廓表征體現
[0050]綜上所述，實現了本實用新型的是發明目的。
【權利要求】
1.一種管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器，它包括有均為管狀的前置器倉、計算機倉和電池倉，其特征是:所述前置器倉、計算機倉和電池倉依次設置，相鄰倉體之間通過聯軸器連接，在前置器倉、計算機倉和電池倉的外側沿圓周方向均勻分布有支撐輪；在前置器倉的軸向前端設置動力皮碗、后端設置電渦流檢測環，該電渦流檢測環內至少設置有三個通道的電渦流傳感器；在計算機倉內設單片機數據處理單元，還附帶一個數據存儲器及USB插口 ；電渦流檢測信號通過電渦流檢測電路獲得，電渦流檢測電路包括有激勵信號源電路、功率放大電路以及檢測輸出信號電路；在電池倉內設置鋰電池和定位器，電池倉的后端設置有里程輪。
2.根據權利要求1所述的管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器，其特征是:所述電渦流檢測環內設置有六個通道的電渦流傳感器。
3.根據權利要求1所述的管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器，其特征是:所述里程輪有三個且周向布置。
4.根據權利要求1所述的管道內電渦流非接觸多通道通徑檢測器，其特征是:在計算機倉的軸向兩端設置有支撐皮碗。
【文檔編號】G01B7/13GK203587042SQ201320708715
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】宋華東, 楊路, 蔣興橋, 郭曉婷 申請人:沈陽儀表科學研究院有限公司