本發(fā)明涉及用于管道外壁腐蝕缺陷檢測裝置，具體涉及一種手持式管道焊縫漏磁檢測裝置及其檢測方法。

背景技術：

油氣管道作為是石油和天然氣輸送工具，在其長周期運行的情況下，可能發(fā)生腐蝕穿孔、開裂、密封失效等導致油品泄漏而引發(fā)的重大火災或爆炸等重大事故，對人民生命財產安全和生態(tài)環(huán)境構成嚴重威脅。據統(tǒng)計，在管道泄漏爆炸的事故中，影響其安全的最主要風險之一是焊縫缺陷。因而，準確、迅速探測管道焊縫對保障國家公共安全具有十分重大的安全意義與經濟價值。興起于上世紀60年代的漏磁檢測技術具有較高的檢測可靠性、易于自動化、檢測效率高等優(yōu)點，被廣泛應用到罐區(qū)儲罐底板、儲罐罐壁以及管道的檢測中，而目前尚無專門用于管道焊縫的漏磁檢測裝置，傳統(tǒng)的管道漏磁檢測裝置的磁化方向與行進方向平行的檢測系統(tǒng)模式不再適用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種手持式管道焊縫漏磁檢測裝置，這種手持式管道焊縫漏磁檢測裝置用于解決目前石油化工領域工業(yè)管道焊縫缺陷檢測難題。本發(fā)明的另一個目的是提供這種手持式管道焊縫漏磁檢測裝置的檢測方法

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種手持式管道焊縫漏磁檢測裝置包括磁化機構、數據采集機構、機架，機架的前端、后端均設置有行進輪，驅動把手設置于機架的前端，機架后端的一個行進輪為定距輪，該定距輪的一側固定有主動輪，主動輪與從動輪嚙合，主動輪與從動輪的傳動比1:1，從動輪的側面同軸設置編碼器；磁化機構包括銜鐵、永磁體、極靴，銜鐵固定于機架頂部的護板下面，兩個永磁體并排設置于銜鐵下，每個永磁體通過其下面的極靴保護，磁化方向垂直于行進方向；數據采集機構包括霍爾傳感器、傳感器盒、所述編碼器、所述從動輪，傳感器盒固定到銜鐵下方且位于兩永磁體磁極之間，傳感器盒與銜鐵之間設置有彈簧；霍爾傳感器平行于極靴底面排列于傳感器盒內部，霍爾傳感器陣列方向與磁化方向平行、與行進方向垂直。

上述方案中銜鐵、永磁體、極靴、磁化氣隙、被測管道焊縫形成閉合的磁回路，永磁體采用高性能銣鐵硼，永磁體是磁化機構的勵磁源，為磁路提供磁通勢；銜鐵在磁路中起到導磁作用，它把磁路各部分串聯在一起，形成閉合的磁回路，銜鐵采用軟磁材料制成，銜鐵上開有多個螺紋孔。

上述方案中傳感器盒通過兩個高度調節(jié)螺釘與銜鐵螺紋固定連接，傳感器盒設置一個擋板，擋板將調節(jié)螺釘和霍爾傳感器隔開，擋板中心開孔，傳感器信號線穿過擋板上的孔，從傳感器盒出來并進入到導線引出盒，導線引出盒通過螺釘固定到機架上，導線引出盒將各信號線集成一束，連接到電源和數據采集卡，數據采集卡連接工控計算機。由于在拆裝調節(jié)螺釘或調節(jié)高度時，調節(jié)螺釘下端很有可能與下方的霍爾傳感器發(fā)生接觸，所以在將調節(jié)螺釘和傳感器隔開。

上述方案中編碼器為e6a2型旋轉光電脈沖編碼器，采用的采樣間距為2mm。其將位移轉換成周期性的電信號，再把電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。

上述方案中傳感器盒內設置聚磁結構，聚磁結構采用高導磁材料工業(yè)純鐵制成，聚磁結構為梯形導向聚磁結構，聚磁結構起著收集、均化、導向被測漏磁場的作用，通過聚磁后檢測到的漏磁場數據幅值將會得到提高，從而增強檢測的靈敏度。

上述方案中傳感器盒內霍爾傳感器與聚磁結構的布置方式為：傳感器盒內部平行排列3片霍爾元件，每片霍爾元件匹配一對梯形導向聚磁結構，便可實現管道焊縫的全方位無檢測盲區(qū)的掃描檢測，不僅使檢測結果更加準確，而且由于傳感器數目的減少，大大簡化后續(xù)信息處理設備的復雜度與開發(fā)成本。

上述手持式管道焊縫漏磁檢測裝置的檢測方法：

將本發(fā)明放置在待檢管道焊縫的外壁上，調節(jié)傳感器高度調節(jié)螺釘，使傳感器盒底面與管道焊縫緊密貼合；打開系統(tǒng)電源和工控計算機，進入檢測系統(tǒng)界面；推動驅動手桿，使本發(fā)明沿管道焊縫直線前進，磁化機構通過磁化兩極靴之間的管道焊縫區(qū)域，使該段管道焊縫接近磁飽和狀態(tài)，當有缺陷存在，磁場線會發(fā)生繞轉和溢出，泄漏的磁信號由位于傳感器盒內的霍爾傳感器捕獲；編碼器每旋轉一定角度就會產生一個電脈沖信號，傳遞給數據采集卡的相應信號接收端，由數據采集卡將其轉換為相應的里程數據，同時霍爾傳感器將檢測到的漏磁信號轉換成電信號后經過信號放大電路放大后傳遞給數據采集卡的相應信號接收端，由數據采集卡將其轉換為相應的漏磁數據，此后，由數據采集卡將此里程數據和漏磁數據輸送至預置漏磁信號分析軟件的工控計算機，這一過程完成了缺陷的掃查工作；在定距輪的驅動下，編碼器對從動輪的轉數進行計數，并換算成相應的里程數據，傳送到工控計算機，這一過程完成了缺陷的定位工作；最后由工控計算機上預制軟件完成缺陷的定性識別與量化分析等工作，并生成檢測報告。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、傳統(tǒng)的管道漏磁檢測裝置為磁化方向與行進方向平行的檢測系統(tǒng)模式，而由于焊縫結構特點，焊縫漏磁檢測裝置需沿焊縫方向行進，因而本發(fā)明沿焊縫行進方向將磁化裝置旋轉90度，使得磁化方向垂直于行進方向，突破傳統(tǒng)漏磁檢測裝置不適用于焊縫檢測的技術壁壘。相應的傳感器排布方式也發(fā)生改變，傳感器平行于極靴底面排列于傳感器盒內部，傳感器陣列方向與磁化方向平行、與行進方向垂直。通過上述技術革新，實現基于漏磁法的管道焊縫檢測，拓寬現有被檢對象范圍。

2、本發(fā)明的數據采集機構引入聚磁結構，聚磁結構起著收集、均化、導向被測漏磁場的作用。聚磁結構收集空間分布的漏磁場，并將其引導到霍爾傳感器的檢測通路中。通過聚磁后檢測到的漏磁場數據幅值將會得到提高，從而增強檢測的靈敏度。用較少的霍爾元件完成高可靠性檢測，傳感器盒內部平行排列3片霍爾元件，每片霍爾元件匹配一對梯形導向聚磁結構，便可實現管道焊縫的全方位無檢測盲區(qū)的掃描檢測，不僅使檢測結果更加準確，而且由于傳感器數目的減少，大大簡化后續(xù)信息處理設備的復雜度與開發(fā)成本。

3、本發(fā)明為與焊縫外形輪廓相匹配，設計與焊縫余高相匹配的傳感器盒，一方面降低傳感器距離管道焊縫的距離即提離值的波動的影響，另一方面保證傳感器距離管道和焊縫的提離值相等，從而提高檢測信號的靈敏度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的檢測裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明中管道焊縫檢測模式圖；

圖3是本發(fā)明中傳感器盒位置示意圖；

圖4是本發(fā)明傳感器及其支架位置示意圖；

圖5是本發(fā)明中傳感器盒內霍爾傳感器陣列以及聚磁結構布置示意圖；

圖6是本發(fā)明中傳感器盒外形與焊縫相匹配示意圖；

圖7是本發(fā)明中檢測裝置工作示意圖；

圖8是本發(fā)明中檢測裝置工作流程示意圖。

圖中：1編碼器，2從動輪，3定距輪，4主動輪，5輪軸，6輪支架，7護板，8編碼器固定殼，9編碼器支架，10行進輪，11驅動把手，12橡膠套，13傳感器信號線，14編碼器信號線，15導線引出盒，16傳感器盒，17銜鐵，18永磁體，19極靴，20傳感器盒彈簧，21霍爾傳感器，22聚磁結構，23工控計算機。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明：

結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，這種手持式管道焊縫漏磁檢測裝置包括磁化機構、數據采集機構、機架，機架的前端、后端均設置有行進輪10，行進輪10可在人工驅動方式下沿管道焊縫勻速直線前進。機架通過四周與上方安裝的護板7構成，護板7起到保護磁化裝置的作用，避免外界碰撞對磁化裝置造成損壞。驅動把手設置于機架的前端，即沿磁化機構行進方向安裝，驅動把手11一方面用于取放和搬運本發(fā)明，另一方面通過驅動把手11給本發(fā)明推或拉作用力，驅動本發(fā)明沿焊縫方向前進；機架后端的一個行進輪為定距輪3，該定距輪3的一側固定有主動輪4，主動輪4與從動輪2嚙合，主動輪4與從動輪2的傳動比1:1，從動輪2的側面同軸設置編碼器1，編碼器1通過編碼器固定殼8設置，編碼器固定殼8通過編碼器支架9固定在機架頂部的護板7上，編碼器支架9與護板7通過螺栓固定連接，編碼器1的編碼器信號線14匯集到導線引出盒15內。由于定距輪3與編碼器配套起定距作用，故稱此行進輪為定距輪3。行進輪10選擇聚氨酯材料制成，可防油防腐蝕，抗沖擊性能良好。行進輪10與輪軸5過盈配合，通過輪軸5固定到輪支架6上。

手持式驅動方式可以檢測外圍空間受限的管道，在對輸送易燃、易爆介質的油氣管道進行檢測時，不會產生靜電或火花，具有安全保證。同時驅動把手11用來取放和搬運檢測裝置，把手可以設置為兩個，分別固定到兩側磁化單元的護板7上。護板7采用不銹鋼制成的薄板，安裝在磁化機構四周外側與上側，通過螺釘與銜鐵17螺紋連接，用以保護磁化結構免受外界碰撞的損壞。把驅動把手11設計成通軸結構，便于拆卸和安裝把手橡膠套12。

磁化機構包括銜鐵17、永磁體18、極靴19，兩個永磁體分別設置于銜鐵下，每個永磁體通過其下面的極靴保護，磁化方向垂直于行進方向。勵磁回路由銜鐵17、永磁體18、極靴19、磁化氣隙、被測管道焊縫組成。永磁體18采用高性能銣鐵硼，永磁體18是磁化機構的勵磁源，為磁路提供磁通勢；極靴19的作用是保護永磁鐵，防止因碰撞、摩擦導致磁鐵損壞，同時能夠增加磁場的均勻性；銜鐵17在磁路中起到導磁作用，它把磁路各部分串聯在一起，形成閉合的磁回路，銜鐵17一般采用軟磁材料制成，這樣可以減小磁阻。此外，銜鐵17還起到結構支撐的作用，銜鐵17上開了多個螺紋孔用來固定安裝其他附屬結構，如護板7等。

數據采集機構主要完成磁信號到電信號的轉換、電壓信號的傳送、數據的采集存儲等任務。數據采集機構包括霍爾傳感器21、傳感器盒16、聚磁結構22、導線引出盒15、編碼器1、編碼器固定殼8、編碼器傳動齒輪（從動輪2、主動輪4）和工控計算機23等構成，可以實現數據的高速采集和返放分析。結合圖3所示，傳感器盒16通過螺栓連接固定到銜鐵17下方、兩永磁體18磁極之間，用以放置和保護霍爾傳感器21。

由于焊縫結構特點，焊縫漏磁檢測裝置需沿焊縫方向行進，傳統(tǒng)的管道漏磁檢測裝置磁化方向與行進方向平行的檢測系統(tǒng)模式不再適用，因而本發(fā)明沿焊縫行進方向將磁化裝置旋轉90度，使得磁化方向垂直于行進方向，突破傳統(tǒng)漏磁檢測裝置不適用于焊縫檢測的技術壁壘。相應的傳感器排布方式也發(fā)生改變，傳感器平行于極靴19底面排列于傳感器盒16內部，傳感器陣列方向與磁化方向平行、與行進方向垂直。

傳感器用于拾取缺陷產生的漏磁場，并將磁信號轉換為電信號，綜合考慮成本和靈敏度要求兩方面，本發(fā)明選用霍爾傳感器21，它能夠檢測出10^-3t數量級的磁通變化，且價格較低廉。將霍爾傳感器21封裝在不銹鋼材質的傳感器盒16中。傳感器盒16通過兩個高度調節(jié)螺釘與銜鐵17螺紋連接，固定到銜鐵17下方，兩磁極之間，彈簧受銜鐵17下端面和傳感器盒16上端面的擠壓，產生一定彈力，能夠使傳感器盒16在一定提離值要求下與管道焊縫相貼近。傳感器盒16可通過彈簧使撞擊得到緩沖，避免造成傳感器盒16的變形或破壞。由于在拆裝調節(jié)螺釘或調節(jié)高度時，調節(jié)螺釘下端很有可能與下方的傳感器21發(fā)生接觸，所以在傳感器盒16內部增加了一個擋板，將調節(jié)螺釘和霍爾傳感器21隔開。擋板中心開孔，便于傳感器信號線13的引出。

結合圖5所示，為提高檢測靈敏度，引入聚磁結構22。聚磁結構22采用高導磁材料工業(yè)純鐵制成。采用聚磁結構收集空間分布的漏磁場，并將其引導到霍爾元件的檢測通路中，由霍爾傳感器21測量空間漏磁場的一個平均量。在這里，聚磁結構22起著收集、均化、導向被測漏磁場的作用。聚磁結構22收集空間分布的漏磁場，并將其引導到霍爾傳感器21的檢測通路中。通過聚磁后檢測到的漏磁場數據幅值將會得到提高，從而增強檢測的靈敏度。本發(fā)明中的聚磁結構為梯形導向聚磁結構22，此種導向聚磁結構22的聚磁效果優(yōu)于形狀規(guī)則的方形聚磁結構、其檢測靈敏度更高。

編碼器在檢測過程中起到測距和觸發(fā)的作用，編碼器可以把角位移或直線位移轉換成電信號并輸出。本發(fā)明采用的編碼器1為e6a2型旋轉光電脈沖編碼器，采用的采樣間距為2mm。其將位移轉換成周期性的電信號，再把電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。

定距輪3和編碼器1的角位移傳遞由兩個傳動齒輪來完成，兩齒輪模數和齒數均相同，即傳動比1:1。主動輪4與定距輪3螺釘連接，并隨定距輪3以相同角速度轉動，從動輪2與編碼器1通過中間軸連接。編碼器1由編碼器固定殼8固定到編碼器支架9上。通過傳動關系可知，編碼器1與定距輪3的角位移相同，編碼器1觸發(fā)次數與定距輪3的線位移存在一定對應關系。定距輪3每旋轉一周，編碼器1也將旋轉一周，并均勻發(fā)出100個光脈沖，每發(fā)出一個光脈沖，各通道霍爾傳感器21會掃描一次漏磁信號。由定距輪3的半徑可推算出每兩次脈沖間隔時間定距輪3前進的距離，從而對缺陷進行定位。

本發(fā)明中的導線主要包括電源線和信號線等，為了將導線整齊有序的放置，同時有利于線路的拆裝，本發(fā)明選用可拆卸的航空插頭為導線引出盒15，將導線引出盒15通過螺釘固定到驅動把手11上。導線引出盒15將各導線集成一束，連接到電源和采集卡。

結合圖6所示，由于焊縫余高的存在，設計傳感器盒16為與焊縫外形輪廓相匹配，一方面降低霍爾傳感器21距離管道焊縫的距離，另一方面保證霍爾傳感器21距離管道和焊縫的提離值相等。

結合圖7，這種手持式管道焊縫漏磁檢測裝置的使用方法：

1、工作原理

將檢測裝置放置在待檢管道焊縫的外壁上，調節(jié)傳感器高度調節(jié)螺釘，使傳感器盒16底面與管道焊縫緊密貼合。打開系統(tǒng)電源和工控計算機23，進入檢測系統(tǒng)界面。推動驅動手桿，使檢測裝置沿管道焊縫直線前進。檢測裝置的磁化機構通過磁化兩極靴19之間的管道焊縫區(qū)域，使該段管道焊縫接近磁飽和狀態(tài)，當有缺陷存在，磁場線會發(fā)生繞轉和溢出，泄漏的磁信號由位于傳感器盒16內的霍爾傳感器21捕獲。數據采集機構由霍爾傳感器21以及相應的信號放大電路、旋轉光電脈沖編碼器、數據采集卡組成。其中光電脈沖編碼器的齒輪與裝置中的任一行進輪相連，光電脈沖編碼器每旋轉一定角度就會產生一個電脈沖信號，傳遞給數據采集卡的相應信號接收端，由數據采集卡將其轉換為相應的里程數據，同時磁感應元件（霍爾傳感器21）將檢測到的漏磁信號轉換成電信號后經過信號放大電路放大后傳遞給數據采集卡的相應信號接收端，由數據采集卡將其轉換為相應的漏磁數據，此后，由數據采集卡將此里程數據和漏磁數據輸送至預置漏磁信號分析軟件的工控計算機23，這一過程完成了缺陷的掃查工作。在定距輪3的驅動下，光電脈沖編碼器對輪子的轉數進行計數，并換算成相應的里程數據，傳送到工控計算機23，這一過程完成了缺陷的定位工作。最后由工控計算機23上預制軟件完成缺陷的定性識別與量化分析等工作，并生成檢測報告。

檢測儀采用直流電源供電，采集的信號波形可實時顯示在觸摸屏式工控計算機23上，并可將數據進行存盤。管道焊縫檢測完畢，需要存儲數據，關閉系統(tǒng)電源，通過驅動把手11將檢測裝置從管道焊縫上取下，放置在潔凈、無鐵磁性物質的平臺上，之后便可裝箱或搬運。

2、適用范圍

油氣管道多以螺旋焊縫與管口對接環(huán)焊縫為主，場站內部亦有縱向焊縫（直焊縫）管道，工藝管道多以縱向焊接為主。本發(fā)明的管道焊縫漏磁檢測系統(tǒng)設計隨動的傳感器陣列結構，只需調整行進方向，均可用于管道螺旋焊縫、縱焊縫以及管口對接環(huán)焊縫。