专利名称：一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电磁超声测厚技术领域，更具体地，涉及一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置。
背景技术：
钢管壁厚是各钢管厂在生产过程中必须检测的重要参数之一。传统的手工测量方法采用卡规或者便携式超声波测厚仪来完成，其存在效率低、人工成本高、误差大等缺陷。为此，国内外一些研究机构开始采用水浸式自动化超声测厚方式，然而耦合剂的使用、测量精度不高以及难于运用于自动测厚和高温实时测厚这些因素，制约了该方法在钢管壁厚测量过程的广泛使用。
近年发展起来的电磁超声测厚方式不需要耦合剂，能够方便实现快速测量。影响电磁超声测厚探头性能的一个主要环节是探头检测线圈正下方待测工件趋肤层内的法向磁场强度，该磁场越强回波信号越稳定、测量的可靠性和精度越高。国内外一直采用永久磁铁提供这一磁场，因不容易断磁，吸力大，探头磨损快，且工作一段时间后吸附大量的铁屑难以清理，因此会影响测量精度；另一方面，由于永久磁铁的磁力有限，强力磁化场的提供受到制约。针对以上技术问题，CN101706266A中公开了一种用于电磁超声换能器的脉冲电磁铁，其中采用脉冲电磁铁建立强磁场，然而，其在自动化连续测量中仍然难以获得稳定的信号，相应直接影响到测量精度，尤其在高速测量环境下。因此，对于钢管在线快速自动测厚过程如何提供稳恒的强磁场，对电磁超声测厚原理的实施尤为重要。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷和技术需求，本发明的目的在于提供一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置，其通过建立磁桥回路的方式在待检测钢管的局部位置形成径向稳恒强磁场，并采用对称布置以消除对钢管的吸力，由此可在全圆周方向建立多个独立磁场，从而实现阵列式自动化电磁超声钢管壁厚测量功能。按照本发明的一种构造形式，提供了一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置，该测量装置包括穿过式磁化线圈、导磁元件、聚磁元件以及电磁超声检测线圈，其中所述穿过式磁化线圈用于将待检测钢管同心设置其中，由此在通以直流电后对钢管产生沿其轴向分布的磁场；所述导磁元件呈板状结构设置在所述穿过式磁化线圈的外侧，用于使该磁化线圈所产生的磁场改变方向沿着待检测钢管的法线方向分布；所述聚磁元件呈臂状结构分别对称设置在各个所述导磁元件上，其下端贴近待检测钢管的外表面并保持间隙，由此连同钢管一起形成封闭的磁桥回路，并在该下端端面与钢管外表面之间形成沿着钢管径向分布的聚集磁场；所述电磁超声检测线圈安装在聚磁元件下端与钢管外表面之间的所述间隙中，用于在通以高频电流时在待检测钢管的趋肤层产生感应涡流并在聚集磁场环境下激发超声波，由此执行对钢管壁厚的测量。通过以上构思，由于采用直流磁化方式快速建立较强的稳恒磁场，并利用高导磁材料制成的导磁元件和聚磁元件来搭建封闭的磁桥回路，这样能够收集分布到空气中的部分磁场并将其进一步聚集到钢管表层形成以垂直钢管表面为主的稳恒强磁场，由此保证高速测量环境下的测量精度；此外，通过对称布置磁桥回路，可消除对待检测钢管的吸力，从而有助于进一步提高测量的准确性。按照本发明的另一构造形式，提供了一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置，该测量装置包括穿过式磁化线圈、导磁元件、聚磁元件以及电磁超声检测线圈，其中
所述穿过式磁化线圈用于将待检测钢管同心设置其中，由此在通以直流电后对钢管产生沿其轴向分布的磁场；所述导磁元件呈筒状结构将所述穿过式磁化线圈套设其中，用于使该磁化线圈所产生的磁场改变方向沿着待检测钢管的法线方向分布；所述聚磁元件呈臂状结构并沿着所述导磁元件的周向分别对称设置在导磁元件上，其下端贴近待检测钢管的外表面并保持间隙，由此连同钢管一起形成封闭的磁桥回路，并在该下端端面与钢管外表面之间形成沿着钢管径向分布的聚集磁场；所述电磁超声检测线圈安装在聚磁元件下端与钢管外表面之间的所述间隙中，用于在通以高频电流时在待检测钢管的趋肤层产生感应涡流并在聚集磁场环境下激发超声波，由此执行对钢管壁厚的测量。通过以上构思，由于采用直流磁化方式快速建立较强的稳恒磁场，并利用高导磁材料制成的导磁元件和聚磁元件来搭建封闭的磁桥回路，这样能够在钢管表层形成以垂直钢管表面为主的稳恒强磁场，由此保证高速测量环境下的测量精度；此外，通过沿着待检测钢管的周向方向对称布置多个磁桥回路，便于实现在钢管全周向建立多个独立强磁场，从而增强钢管壁厚测量的操作便利性，并有助于减少误差，提高测量的准确性。优选地，所述导磁元件的外径为所述穿过式磁化线圈的外径的I. 1-1. 2倍，且其厚度为2(T40mm。通过对导磁元件的直径及厚度等结构参数作出以上限定，较多的对比测试表明，其能够确保在对钢管壁厚的测量过程中不被磁化饱和，相应地，可有效避免断磁现象，并提高钢管在线快速自动测厚的准确性。优选地，所述聚磁元件呈上端截面积相对较大、下端截面积相对较小的臂状结构，且其截面积相对较小的下端贴近待检测钢管的外表面。通过将聚磁元件的结构形状及其设置方式进行以上限定，可以将磁化线圈所产生并由导磁元件改变方向后的磁场分布进一步集中聚集在靠近电磁超声检测线圈的区域，由此便于提高磁场强度，并有助于增强超声检测信号及提高检测的可靠性。优选地，所述聚磁元件相对于待检测钢管可沿其径向方向上调节，由此适用于不同管径的待检测钢管。优选地，所述导磁元件和聚磁元件均由譬如电工用铁的高导磁材料制成。优选地，所述电磁超声检测线圈上设置有耐磨陶瓷片，并通过该耐磨陶瓷片与待检测钢管的表面相接触。通过在电磁超声检测线圈与待检测钢管之间设置作为保护层的耐磨陶瓷片，能够在保证电磁超声检测过程顺利进行的同时，有效减少移动检测过程中，由于钢管与检测线圈之间可能的接触摩擦所造成的对检测线圈的损坏。优选地，所述耐磨陶瓷片的厚度小于O. 3_。
通过对耐磨陶瓷片的厚度进行以上具体限定，较多的试验测试表明，其能够使得检测线圈与待检测钢管之间始终保持相对恒定的间隔，并且该间隔不致于对信号造成衰减，从而影响到测量精度。总体而言，按照本发明的基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置与现有技术相比，主要具备以下的技术优点I、通过建立磁桥回路的方式，能够在待检测钢管局部位置形成主要沿着径向分布的稳恒强磁场，保证对钢管壁厚测量的可靠性和精度；此外，通过采用对称式分布聚磁元件，能够有效消除对待检测钢管的吸力，实现在钢管全周向建立多个独立强磁场，从而进一步提闻测量的稳定性；2、通过对导磁元件、聚磁元件和电磁超声测量线圈的结构、材料和尺寸方面的进一步优化选择，能够使磁场分布进一步集中聚集在靠近电磁超声检测线圈的区域，由此增强超声检测信号及提高检测的可靠性；此外，可以避免测量过程中对测量线圈的损坏，提高装置的使用寿命；3、按照本发明的测量装置整体结构紧凑、便于操作，并具备精度高的特点，因而尤其适用于钢管高速测厚以及在线自动测厚等用途。
图I是按照本发明一种构造形式的钢管壁厚电磁超声测量装置的结构示意图；图2是按照本发明另一构造形式的钢管壁厚电磁超声测量装置的结构示意图；图3是按照本发明具备耐磨陶瓷片的电磁超声检测线圈的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中I-穿过式磁化线圈2-导磁元件3-聚磁元件4-电磁超声检测线圈5-耐磨陶瓷片6-待检测钢管7-磁力线
具体实施例方式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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图I是按照本发明一种构造形式的钢管壁厚电磁超声测量装置的结构示意图。如图I中所示，按照本发明的钢管壁厚电磁超声测量装置主要包括穿过式磁化线圈I、导磁元件2、聚磁元件3以及电磁超声检测线圈4。穿过式磁化线圈I与待检测钢管6同心地布置并将钢管套设其中，当通以直流电时即对钢管产生沿其轴向分布的较强磁场。由于磁场总是聚集在磁阻最小的路径上，因此可以考虑通过设置导磁元件2和聚磁元件3来共同形成封闭的磁桥回路。在本实施方式中，导磁元件2呈板状结构对称设置在穿过式磁化线圈I的两个外侧，用于使该磁化线圈所产生的磁场改变方向以沿着待检测钢管6的法线方向分布；聚磁元件3譬如呈上端截面积大、下端截面积小的臂状结构并分别设置在各个导磁元件2上，其下端贴近待检测钢管6的外表面并保持例如不小于3_的间隙。这样，由高导磁材料制成的导磁元件2和聚磁元件3可以将分散到周围空气中的磁场进行收集，并连同钢管一起形成如图I所示封闭的磁桥回路，并且在聚磁元件下端端面与钢管外表面之间形成沿着钢管径向分布的法向聚集稳恒强磁场。电磁超声检测线圈4安装在聚磁元件3的下端与待检测钢管6外表面之间的间隙中，并在通以高频电流时利用该处的稳恒强磁场，在待检测钢管6的趋肤层产生感应涡流并在聚集磁场环境下激发剪切式横波，由此实现对钢管壁厚的电磁超声测量功能。图2是按照本发明另一构造形式的钢管壁厚电磁超声测量装置的结构示意图。图2中所示结构与图I中的主要区别之处在于导磁元件2呈筒状结构将穿过式磁化线圈I套设其中，相应地，多个臂状结构的聚磁元件3沿着该导磁元件2的周向方向分别对称其上， 并且其下端贴近待检测钢管6的外表面并保持间隙。通过以上构造，能够沿着待检测钢管的圆周方向对称布置多个磁桥回路，便于实现在钢管全周向建立多个独立强磁场同时消除对钢管的吸力，从而有助于进一步提高测量的稳定性，并增强实际测量时的操作便利性。如图2中具体所示，根据待检测钢管6的外径大小以及检测速度等方面的要求，聚磁元件3相对于待检测钢管可沿其径向方向上调节，由此适用于不同管径的待检测钢管。此外，聚磁元件3的剖面结构为一端截面积相对较大、另外一端截面积相对较小的类似梯形结构，并且截面积相对较小的一端靠近于待检测钢管6的外表面，从而可以将磁场更好地聚集在电磁超声检测线圈4的作用范围。在一个优选实施例中，导磁元件2的外径可以设定为穿过式磁化线圈I外径的
I.1-1.2倍，且其厚度为20 40!11111。该结构尺寸能够确保在对钢管壁厚的测量过程中不被磁化饱和，相应地，可有效避免断磁现象，并提高钢管在线快速自动测厚的准确性。在另外一个优选实施例中，电磁超声检测线圈4上还设置有厚度小于O. 3mm的耐磨陶瓷片5，并通过该耐磨陶瓷片5与待检测钢管6的外表面相接触随动。这样在避免信号衰减、保证电磁超声检测过程顺利进行的同时，有效减少由于钢管与检测线圈之间可能的接触摩擦所造成的对检测线圈的损坏。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。
权利要求
1.一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置，该测量装置包括穿过式磁化线圈(I)、导磁元件(2)、聚磁元件(3)以及电磁超声检测线圈(4)，其中 所述穿过式磁化线圈(I)用于将待检测钢管(6)同心设置其中，由此在通以直流电后对钢管产生沿其轴向分布的磁场； 所述导磁元件(2)呈板状结构设置在所述穿过式磁化线圈(I)的外侧，用于使该磁化线圈所产生的磁场改变方向沿着待检测钢管(6)的法线方向分布； 所述聚磁元件(3)呈臂状结构分别对称设置在各个所述导磁元件(2)上，其下端贴近待检测钢管(6)的外表面并保持间隙，由此连同钢管一起形成封闭的磁桥回路，并在该下端端面与钢管外表面之间形成沿着钢管径向分布的聚集磁场； 所述电磁超声检测线圈(4)安装在聚磁元件下端与钢管外表面之间的所述间隙中，用于在通以高频电流时在待检测钢管(6 )的趋肤层产生感应涡流并在聚集磁场环境下激发超声波，由此执行对钢管壁厚的测量。
2.一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置，该测量装置包括穿过式磁化线圈(I)、导磁元件(2)、聚磁元件(3)以及电磁超声检测线圈(4)，其中 所述穿过式磁化线圈(I)用于将待检测钢管(6)同心设置其中，由此在通以直流电后对钢管产生沿其轴向分布的磁场； 所述导磁元件(2)呈筒状结构将所述穿过式磁化线圈(I)套设其中，用于使该磁化线圈所产生的磁场改变方向沿着待检测钢管(6)的法线方向分布； 所述聚磁元件(3)呈臂状结构并沿着所述导磁元件(2)的周向分别对称设置在导磁元件上，其下端贴近待检测钢管(6)的外表面并保持间隙，由此连同钢管一起形成封闭的磁桥回路，并在该下端端面与钢管外表面之间形成沿着钢管径向分布的聚集磁场； 所述电磁超声检测线圈(4)安装在聚磁元件下端与钢管外表面之间的所述间隙中，用于在通以高频电流时在待检测钢管(6)的趋肤层产生感应涡流并在聚集磁场环境下激发超声波，由此执行对钢管壁厚的测量。
3.如权利要求2所述的钢管壁厚电磁超声测量装置，其特征在于，所述导磁元件(2)的外径为所述穿过式磁化线圈(I)的外径的I. 1-1. 2倍，且其厚度为2(T40mm。
4.如权利要求1-3任意一项所述的钢管壁厚电磁超声测量装置，其特征在于，所述聚磁元件(3)呈上端截面积相对较大、下端截面积相对较小的臂状结构，且其截面积相对较小的下端贴近待检测钢管(6)的外表面。
5.如权利要求1-4任意一项所述的钢管壁厚电磁超声测量装置，其特征在于，所述聚磁元件(3)相对于待检测钢管可沿其径向方向上调节，由此适用于不同管径的待检测钢管。
6.如权利要求1-5任意一项所述的钢管壁厚电磁超声测量装置，其特征在于，所述导磁元件(2)和聚磁元件(3)均由譬如电工用铁的高导磁材料制成。
7.如权利要求1-4任意一项所述的钢管壁厚电磁超声测量装置，其特征在于，所述电磁超声检测线圈(4)上设置有耐磨陶瓷片(5)，并通过该耐磨陶瓷片与待检测钢管(6)的表面相接触。
8.如权利要求7所述的钢管壁厚电磁超声测量装置，其特征在于，所述耐磨陶瓷片(5)的厚度小于0. 3mm。
全文摘要
本发明公开了一种基于聚磁桥路的钢管壁厚电磁超声测量装置，包括穿过式磁化线圈、导磁元件、聚磁元件以及电磁超声检测线圈，其中磁化线圈用于将待检测钢管同心设置其中，由此在通电后产生沿其轴向分布的磁场；导磁元件呈板状结构对称设置在磁化线圈的外侧，用于使所产生的磁场沿着钢管法线方向分布；聚磁元件分别设置在各个所述导磁元件上，其下端贴近待检测钢管的外表面并保持间隙；电磁超声检测线圈安装在所述间隙中，用于在通以高频电流时执行对钢管壁厚的测量。本发明还公开了其他的构造形式。通过本发明，能够在待检测钢管的局部位置形成径向稳恒强磁场，并采用对称布置以消除对钢管的吸力，因而尤其适用于钢管在线高速测厚等用途。
文档编号G01B17/02GK102954774SQ20121041691
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者康宜华, 涂君, 刘姚瑶 申请人:华中科技大学