奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪、检测系统及工作方法
【专利摘要】本发明公开一种奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪、检测系统及工作方法，其中检测仪包括：用于采集传感器输出的电磁检测信号的传感器接口，包括采集固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、及该固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；用于对电磁检测信号进行模数转换的模数转换器；用于对模数转换后的电磁检测信号进行运算处理的系统级芯片，对感应电磁场转换的弱电信号和空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息；用于显示运算处理结果的显示器；用于供电的电源设备。本发明可有效提高奥氏体受热面氧化皮磁性检测的准确性，方便观测奥氏体受热面氧化皮信息。
【专利说明】奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪、检测系统及工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电站设备无损检测【技术领域】，尤其涉及奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪、检测系统及工作方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展，超临界和超超临界火力发电机组在二十世纪末相继投入使用。超临界和超超临界的工况大大提高了机组发电效率，同时也对金属材料的高温性能提出了更高的要求。目前，这些高参数机组在锅炉高温部位如高温过热器和高温再热器等受热面管中大量采用了奥氏体耐热钢。在高温条件下，奥氏体耐热钢管子会在内壁形成氧化皮，且氧化皮很容易脱落，致使管内气流受阻，对管子冷却作用降低，壁温升高，在很短的时间内发生超温爆管。类似现象频繁发生，严重影响机组的安全稳定运行。
[0003]对于铁素体材料，由于其氧化皮的线膨胀系数和母材基体非常接近，氧化皮形成后不易脱落。因此，可以根据氧化皮和管壁基体界面两侧声阻抗的差异，利用超声波对管子内壁的未脱落氧化皮进行厚度测量。该技术目前已经成熟，在电站设备无损检测方面，得到推广应用。而氧化皮跟奥氏体耐热钢基体的线膨胀系数差异较大，当管壁温度发生变化时(尤其是在机组启停过程中)，容易从基体上剥离脱落。另外，水蒸汽在氧化金属过程中释放出氢原子，形成氢气，同时在氧化皮中形成氢缺陷，或者穿过氧化皮直接在金属基底反应，在金属与氧化皮界面处产生很高的氢压，促进氧化皮的生长与脱落。因此在水蒸汽条件下容易发生氧化皮剥落现象。脱落的氧化皮堆积在管子下弯头等流通状况较差的部位，减小了蒸汽流通面积，降低管子换热能力，导致管子超温等一系列问题。
[0004]目前对于脱落堆积的氧化皮状况进行检测的有效方法是射线检测和割管检查。使用射线检测方法可以对管道内氧化皮沉积进行无损检测，通过图像确定氧化皮的分布情况，射线检测的优点是直观准确，其缺点在于使用射线带来辐射危险，影响锅炉中的其他检修工作，更重要的是耗时长，有些部位不具备放置射线机的操作空间。割管检查的优点是能够具体、直接检查和发现氧化皮堆积量大小，缺点是效率低，对管道直接切割，需补焊，工作量很大。对于对工期要求很高的发电企业而言，这两种方法都不是理想的方法。因此，研究出有效、高效的氧化皮堆积无损检测的方法是非常有意义的。随着国内超临界、超超临界大型机组的大量投产，奥氏体耐热钢材质高温过热器和高温再热器内壁氧化问题日益突出，大大增加了对奥氏体管子内部氧化皮脱落量进行测量的无损检测方法的迫切性。
[0005]经过对奥氏体耐热钢管的物理特性和氧化皮脱落机理的理论分析，依据奥氏体耐热钢无铁磁性、氧化皮(铁的氧化物)有铁磁性的物理特征，采用电磁法原理对奥氏体耐热钢管内壁脱落的氧化皮进行检测，在理论上是可行的。国内一些研究机构、高等学校、发电企业，都在这方面进行了一些有益的探索。这些技术方案都是依据奥氏体耐热钢无磁性、氧化皮有磁性的物理特征，采用电磁法对奥氏体耐热钢管内壁脱落的氧化物进行检测。然而事实上，奥氏体耐热钢钢管在冷作加工的过程中(即弯管)，也会由于应力应变的原因，产生磁性，这是由磁致伸缩效应的逆效应造成的。生产企业在加工过程中，未按规定对弯管进行热处理，或者为了节约成本不做热处理，所以出厂的弯管本身带有磁性。另外，现场的焊接操作、焊材质量，管道外壁的氧化等均会造成管道带有一定的铁磁性。这种情况下进行磁性检测，极易导致检测结果不准确，造成检验人员的误判。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供一种奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，用以有效提高奥氏体受热面氧化皮磁性检测的准确性，方便检测人员观测奥氏体受热面氧化皮的信息，该奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪包括:
[0007]用于采集传感器输出的电磁检测信号的传感器接口，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；
[0008]与所述传感器接口连接，用于对所述电磁检测信号进行模数转换的模数转换器；
[0009]与所述模数转换器连接，用于对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理的系统级芯片，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息；
[0010]与所述系统级芯片连接，用于显示所述系统级芯片运算处理结果的显示器；
[0011]与所述系统级芯片连接，用于供电的电源设备。
[0012]一个实施例中，所述模数转换器经信号处理电路与所述传感器接口连接，所述信号处理电路用于对所述传感器接口采集的所述电磁检测信号进行信号调理、缓冲、滤波和放大，输出经处理的所述电磁检测信号至所述模数转换器。
[0013]一个实施例中，所述传感器接口采用8针BNC(Bayonet Nut Connector,刺刀螺母连接器)航空接头。
[0014]一个实施例中，所述模数转换器的采样精度为24位，采样速度高于10次每秒。
[0015]一个实施例中，所述系统级芯片采用EP2C20F484C8型FPGA(FieId-ProgrammableGate Array,现场可编程门阵列)。
[0016]一个实施例中，所述显示器采用600X400分辨率真彩色工业液晶显示器，显示方式为多通道曲线显示、模拟管内分布曲线显示或多通道数值显示。
[0017]一个实施例中，所述电源设备包括2000mAH固态锂离子可充电电池。
[0018]一个实施例中，所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪还包括:
[0019]与所述系统级芯片连接，用于存储所述系统级芯片运算处理结果的内部数据存储器。
[0020]一个实施例中，所述内部数据存储器包括串行EEPROM (Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory,电可擦可编程只读存储器)、64MB SDRAM (SynchronousDynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)、64MB FLASH (闪存)其中之一或任
意组合。
[0021]一个实施例中，所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪还包括:
[0022]与所述系统级芯片连接，用于向外部设备传输所述系统级芯片运算处理结果的通
信接口。
[0023]一个实施例中，所述通信接口包括USB (Universal Serial Bus,通用串行总线)接口、RS232接口、以太网接口其中之一或任意组合。
[0024]一个实施例中，所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪还包括:
[0025]与所述系统级芯片连接，用于提供仪器操作接口的键盘。
[0026]—个实施例中,所述键盘采用PVC (Polyvinylchloride,聚氯乙烯)薄膜按键,并内嵌金属触片。
[0027]—个实施例中，所述奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的外壳米用全金属密封封装处理。
[0028]一个实施例中，所述外壳采用铝材铣制成型，并经表面喷砂处理。
[0029]本发明实施例还提供一种上述奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的工作方法，用以有效提高奥氏体受热面氧化皮磁性检测的准确性，方便检测人员观测奥氏体受热面氧化皮的信息，该工作方法包括:
[0030]采集传感器输出的电磁检测信号，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；
[0031 ] 对所述电磁检测信号进行模数转换；
[0032]对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息；
[0033]将运算处理结果进行显示。
[0034]本发明实施例还提供一种奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统，用以有效提高奥氏体受热面氧化皮磁性检测的准确性，方便检测人员观测奥氏体受热面氧化皮的信息，该奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统包括:
[0035]用于输出电磁检测信号的传感器，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；
[0036]与所述传感器连接的上述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪。
[0037]一个实施例中，所述传感器在一个检测探头中的不同位置上设置多个检测用霍尔元件，所述多个检测用霍尔元件的检测区域完全覆盖受检管道内部。
[0038]一个实施例中，所述传感器的检测探头内侧具有与受检管道外径相同直径的圆弧形状。
[0039]一个实施例中，所述传感器的检测探头中带有用于将奥氏体受热面氧化皮磁化的永磁铁，以及用于将变化的磁场转化为电信号的磁敏元件。
[0040]本发明实施例还提供一种上述奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的工作方法，用以有效提高奥氏体受热面氧化皮磁性检测的准确性，方便检测人员观测奥氏体受热面氧化皮的信息，该工作方法包括:
[0041]所述传感器带有永磁铁的检测探头将奥氏体受热面氧化皮磁化，获得一固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场，以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场；
[0042]所述检测探头内的磁敏元件将变化的磁场转化为电信号，获得电磁检测信号，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号;
[0043]所述奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪采集传感器输出的所述电磁检测信号，对所述电磁检测信号进行模数转换，对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理，将运算处理结果进行显示，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息。
[0044]本发明实施例中，采集传感器输出的电磁检测信号，对模数转换后的电磁检测信号进行运算处理，其中电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号，运算处理包括对感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息，这样即使奥氏体耐热钢钢管本身就带有磁性，也不会在进行奥氏体受热面氧化皮磁性检测时导致检测结果不准确和造成检验人员的误判，有效提高了奥氏体受热面氧化皮磁性检测的准确性。本发明实施例对奥氏体受热面氧化皮的测量与其他无损检验方法如超声、X射线法相比，无辐射、无噪声、无污染；且显示直观，可以方便检测人员观测奥氏体受热面氧化皮的信息，从而准确判断奥氏体耐热钢管内部氧化皮堆积分布情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
[0046]图1为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的结构示意图；
[0047]图2为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图；
[0048]图3为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图；
[0049]图4为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图；
[0050]图5为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图；
[0051]图6为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图；
[0052]图7为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的工作方法的流程图；
[0053]图8为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的示意图；
[0054]图9为本发明实施例中传感器的示意图；
[0055]图10为本发明实施例中传感器检测信号随着管道内氧化皮堆积厚度变化的实验曲线图；
[0056]图11为本发明实施例中传感器检测信号随着管道内氧化皮堆积厚度变化的实验曲线图；
[0057]图12为本发明实施例中传感器检测信号随着管道内氧化皮堆积厚度变化的实验曲线图；
[0058]图13为本发明实施例中传感器的示意图；[0059]图14为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的工作方法的流程图；
[0060]图15为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的工作方法示意图。【具体实施方式】
[0061]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0062]图1为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪可以包括:
[0063]用于采集传感器输出的电磁检测信号的传感器接口 101，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；
[0064]与传感器接口 101连接，用于对所述电磁检测信号进行模数转换的模数转换器102 ；
[0065]与模数转换器102连接，用于对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理的系统级芯片103，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息；
[0066]与系统级芯片103连接，用于显示系统级芯片103运算处理结果的显示器104 ；
[0067]与系统级芯片103连接，用于供电的电源设备105。
[0068]具体实施时，传感器接口可以采用8针BNC航空接头，采集传感器输出的电磁检测信号，其中传感器输出的电磁检测信号包括:固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号。传感器可以从受检管道外部施加一个固定激励磁场，由于受检管道内部氧化皮或其它铁磁性异物具有铁磁性，会感应出一个跟上述固定激励磁场相关的感应电磁场，米用磁敏兀件将此感应电磁场转换为与之对应的弱电信号；同时，另一路磁敏兀件获得施加固定激励磁场后没有氧化皮的空间电磁场对应的弱电信号。
[0069]实施时，传感器接口还可以实现为传感器供电，以及采集传感器标识及配置信息，用于后续处理。在传感器通过多通道输出电磁检测信号时，传感器接口也可以应用多通道采集电磁检测信号，例如应用5通道采集电磁检测信号，其中4通道采集固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的、4处不同位置的感应电磁场转换的弱电信号；1通道采集固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号。传感器接口线缆及奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪内部传输电路可以采用屏蔽处理，以防止空间噪声干扰。
[0070]具体实施时,模数(Analog/Digital, A/D)转换器对传感器接口采集的电磁检测信号进行模数转换，模数转换器的采样精度可以设为24位或更高，采样速度可以高于10次每秒，从而满足传感器检测探头连续滑动的测量要求。在传感器接口应用多通道采集电磁检测信号时，模数转换器也可以同时采样多通道的电磁检测信号。实施时，模数转换器还可以同时监测电源电压、仪器内部温度等参数，为仪器正常使用提供可靠的参考数据。
[0071]具体实施时,系统级芯片(System On Chip, S0C)对模数转换后的电磁检测信号进行运算处理，该运算处理包括对感应电磁场转换的弱电信号和空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息。例如，系统级芯片可以对固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号，经相同的前置处理后进行相关比较，去除可能的电磁干扰，提取有用的信号，该信号所表达的就是受检管道内部氧化物的信息。系统级芯片可以采用EP2C20F484C8型FPGA，既有很完备的接口功能又能对数据进行实时处理，可以进行复杂的控制和计算。
[0072]具体实施时，显示器显示系统级芯片的运算处理结果，例如可以实时、或周期性地显示出系统级芯片运算处理结果，方便检测人员观测奥氏体受热面氧化皮的信息，从而准确判断奥氏体耐热钢管内部氧化皮堆积分布情况。显示器还可以连接一些外围芯片，这些外围芯片可以完成一些辅助功能，比如对系统级芯片的运算处理结果按需求进行处理。显示器可以采用600X400分辨率(实施中可以根据需求采用其它分辨率)真彩色工业液晶显示器。显示器的显示方式可以有多种，例如可以是多通道曲线显示、模拟管内分布曲线显示或多通道数值显示等，可以按分列波形、整合波形、数字等形式实时显示受检管道内氧化皮的分布情况；可以同时显示多通道测量曲线数据，也可以显示处理合成后的管内分布曲线，还可以同时显示实时多通道测量数值。
[0073]具体实施时，电源设备可以是交流电插头，也可以是电池。电池可以采用2000mAH或以上容量的固态锂离子可充电电池，为仪器提供清洁可靠、耐用的电源，可实现仪器连续测量10小时以上。
[0074]图2为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图。如图2所示，本例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪还可以包括:信号处理电路201。所述模数转换器102经信号处理电路201与所述传感器接口 101连接，所述信号处理电路201是对所述传感器接口 101采集的所述电磁检测信号进行模拟处理的专用信号调理电路，可用于对所述传感器接口 101采集的所述电磁检测信号进行信号调理、缓冲、滤波和放大，输出经处理的所述电磁检测信号至所述模数转换器102。
[0075]图3为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图。如图3所示，本例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪还可以包括:与所述系统级芯片103连接，用于存储所述系统级芯片103运算处理结果的内部数据存储器301。具体实施时，内部数据存储器可以有多种，例如可以包括串行EEPR0M、64MB SDRAM,64MB FLASH其中之一或任意组合。又如在一个实例中，内部数据存储器采用32GB大容量FLASH芯片，快速、可靠的存储测量数据，可实现存储测量数据10万条以上，用于后续分析。此外，内部数据存储器还可以实现对操作信息(包括测量人员信息，被测管道位号、材质、管径、形状、壁厚，测量时间等)的存储功能。
[0076]图4为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图。如图4所示，本例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪还可以包括:与所述系统级芯片103连接，用于向外部设备传输所述系统级芯片103运算处理结果的通信接口 401。具体实施时，通信接口可以有多种类型，例如可以包括USB接口、RS232接口、以太网接口其中之一或任意组合，为用户使用提供方便性。
[0077]图5为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图。如图5所示，本例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪还可以包括:与所述系统级芯片103连接，用于提供仪器操作接口的键盘501。具体实施时，键盘可以采用PVC薄膜按键，并内嵌金属触片，既保证防尘指标，又可靠耐用。实施时可以依据键盘要求设置测量、显示和存储相关信息的方式。
[0078]图6为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的具体实例的示意图。如图6所示，前述信号处理电路201、内部数据存储器301、通信接口 401和键盘501均可包括于本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪中。在图6中，电源设备105包括交流电插头和电池，内部数据存储器301包括串行EEPR0M、64MB SDRAM和64MB FLASH，通信接口401包括USB接口、RS232接口和以太网接口。
[0079]具体实施时，考虑到锅炉炉膛内炉灰很多，而且炉灰极细如面粉，粉尘污染很严重，若检测仪器本身密封性能不好，灰尘进入仪器内部会影响仪器正常使用，甚至导致仪器电路板短路，造成仪器损坏，因此，为了实现良好的密封性能，用以满足现场检测要求，本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的外壳可以采用密封封装处理，例如采用全金属密封封装处理。在一个实例中，外壳可以采用铝材铣制成型，并经表面喷砂处理。本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪采用密封封装处理后，便携性良好，可以实现快速检测，在现场检测一般为锅炉大、小修期间，检修计划安排检测时间有限，需要对每根钢管的检测速度很快的情况下，检测人员能够很快、很频繁地移动并变换检测位置，不会增加检测工作量。
[0080]图7为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的工作方法的流程图。如图7所示，本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的工作方法可以包括:
[0081]步骤701、采集传感器输出的电磁检测信号，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；
[0082]步骤702、对所述电磁检测信号进行模数转换；
[0083]步骤703、对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息；
[0084]步骤704、将运算处理结果进行显示。
[0085]本发明实施例中还提供一种奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统。图8为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的示意图。如图8所示，本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统可以包括:
[0086]用于输出电磁检测信号的传感器801，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；
[0087]与所述传感器连接的上述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪802。
[0088]具体实施时，传感器可以在一个检测探头中的不同位置上设置多个检测用霍尔元件，形成多通道的检测探头，所述多个检测用霍尔元件的检测区域完全覆盖受检管道内部。实施时，传感器的检测探头中可以带有用于将奥氏体受热面氧化皮磁化的永磁铁，以及用于将变化的磁场转化为电信号的磁敏元件。分布在受检管道的不同高度位置上的检测点，能够分别监测某个高度范围内的氧化皮堆积情况。只要合理布置检测探头中检测用霍尔元件的高度位置分布，使得它们各自的检测区域互相连接起来、对受检管道内氧化皮的检测高度区域没有空白，就可以实现对于受检管道内氧化皮的全程检测。这样，可以采用较小尺寸的永磁体作为磁化场源。传感器可实现对奥氏体受热面氧化皮的多通道共同测量，动态测量范围大，可有效测量内径20?50mm的锅炉奥氏体耐热钢管道内部氧化皮数据。
[0089]图9中给出了这种多通道检测探头的示意图，其中示出了多通道检测探头形状和检测位置。工作时检测探头从受检管道的侧面贴靠于受检管道上，与受检管道外壁紧密接触，以便减小检测信号的波动、提高重复性。为此，检测探头内侧可以具有与受检管道外径相同直径的圆弧形状，以便于更好的测量。
[0090]图10中给出了一个三通道检测探头的检测信号随着管道内氧化皮堆积厚度变化的实验曲线。从中可以看到:如预期那样，三个不同高度位置上的检测元件的检测信号S1、S2和S3,分别在不同高度范围内对氧化皮的堆积高度显示出较高的敏感性，而对于其他的高度范围内氧化皮堆积厚度不敏感。协同考虑各个检测元件的检测信号，合理地设置各个检测元件的高度位置，使相邻的检测元件的有效监测区域之间不出现空白，就可以准确地判断出管道内氧化皮的堆积厚度。
[0091]根据图10所示的三点检测探头的特性曲线，采用5X5X20mm的N45性能级别的NdFeB条形永磁体，每个检测元件对管内氧化皮堆积厚度的有效监测范围大约在10?15mm之间。大型火电锅炉中常见的过热器管道的内径通常在20?50mm之间，故此，一个多点检测探头中可以安置2至4个检测元件。
[0092]对于多通道检测探头的检测信号与管内氧化皮堆积厚度之间的关系进行比较详细的分析表明:氧化皮的堆积厚度与各检测元件的检测信号强度之间有可能存在比较简单的函数关系。比如:在用一个两点探头对于外径为32mm、内径为20mm的小规格尺寸的管道进行模拟检测实验，得到了如图11所示的检测数据。依据该曲线，可以分别采用两个检测点的霍尔元件的信号S31和S32对不同范围的氧化皮堆积厚度进行判断。但是，将两个检测点的数据分别除以各自的最大信号值后进行加和，得到的综合检测信号强度与管内氧化皮堆积厚度之间呈现良好的线性，如图12所示。由此，获得了管内氧化皮堆积厚度的“线性”传感器。
[0093]从被测钢管外部施加一个固定激励磁场，由于管内氧化皮或其它铁磁性异物具有铁磁性，会感应出一个跟上述固定激励磁场相关的电磁场，采用磁电转换元件将此磁场转换为与之对应的弱电信号；同时，另一路磁电转换兀件获得没有氧化皮的空间磁场对应的弱电信号。将两个信号经过相同的前置处理后进行相关比较，去除可能的电磁干扰，提取有用的信号，该信号所表达的就是内部氧化物的信息。
[0094]举一例，依据奥氏体耐热钢及其氧化物的磁性差异，设计出一种磁性无损检测的传感器结构，如图13所示。其中使用永磁体的稳恒磁场作为磁场源。多通道探头中由不同位置上的霍尔元件检测管道内不同厚度范围内的氧化皮堆积厚度，消除了检测盲区，实现了管内氧化皮堆积的全范围量化检测。
[0095]在传感器设计上，对国内目前运行的600MW、1000MW以及部分300MW等级机组进行了统计，确定了 Φ38，Φ44.5，Φ51，Φ54，Φ57，Φ60, Φ63.5mm等7种火电厂常用高温受热面管道直径及各种壁厚，经过针对性测试后，考虑到仪器性能及传感器测量稳定性及体积空间布置，最终采用场强为3500G的柱状永磁体作为磁电检测的磁场激励源；磁场测量元件采用了工艺成熟、体积小、稳定性、温度特性等均较好的UGN3501T型(灵敏度为7V/T，温飘0.lmV/°C)集成霍尔元件。在磁场测量中，集成霍尔元件的温飘小，从而提高了测量精度、稳定性。经试验论证及现场测试后传感器采用四路或四路以上测量通道。其中一路作为参考信号，用于去除空间本底噪声，即前述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；其它三路如图13所示呈扇形布置，使得在氧化皮极少、较多、甚至基本全满时保证测量信号能够灵敏反应，为方便现场测量传感器外形设计为110度扇形，根据不同管径设计各种规格传感器，提高了传感器系统测量精度、使用方便性。[0096]图14为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的工作方法的流程图。如图14所示，本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的工作方法可以包括:
[0097]步骤1401、所述传感器带有永磁铁的检测探头将奥氏体受热面氧化皮磁化，获得一固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场，以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场；
[0098]步骤1402、所述检测探头内的磁敏元件将变化的磁场转化为电信号，获得电磁检测信号，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号；
[0099]步骤1403、所述奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪采集传感器输出的所述电磁检测信号，对所述电磁检测信号进行模数转换，对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理，将运算处理结果进行显示，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息。
[0100]图15为本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的工作方法示意图。图15中示出了，在受检管道外部施加一个固定激励磁场，由于管内氧化皮或其它铁磁性异物具有铁磁性，会感应出一个跟固定激励磁场相关的电磁场，采用磁电转换元件将此磁场转换为与之对应的弱电信号；同时，另一路磁电转换兀件获得没有氧化皮的空间磁场对应的弱电信号。将两个信号经过模数转换、运算处理，提取有用的信号，该信号所表达的就是内部氧化物的信息，再将该信号进行存储、显示。
[0101]综上所述，本发明实施例采集传感器输出的电磁检测信号，对模数转换后的电磁检测信号进行运算处理，其中电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号，运算处理包括对感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息，这样即使奥氏体耐热钢钢管本身就带有磁性，也不会在进行奥氏体受热面氧化皮磁性检测时导致检测结果不准确和造成检验人员的误判，有效提高了奥氏体受热面氧化皮磁性检测的准确性。
[0102]本发明实施例对奥氏体受热面氧化皮的测量与其他无损检验方法如超声、X射线法相比，无辐射、无噪声、无污染；且显示直观，可以方便检测人员观测奥氏体受热面氧化皮的信息，从而准确判断奥氏体耐热钢管内部氧化皮堆积分布情况。本发明实施例中奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪可采用独立内部里电池供电，外壳可以采用密封封装处理，实现良好的密封性能，仪器抗干扰能力强，不受炉内其它设备工作噪声影响，满足现场检测要求；且便携性良好，可以实现快速检测，在现场检测一般为锅炉大、小修期间，检修计划安排检测时间有限，需要对每根钢管的检测速度很快的情况下，检测人员能够很快、很频繁地移动并变换检测位置，不会增加检测工作量。传感器可实现对奥氏体受热面氧化皮的多通道共同测量，动态测量范围大，可有效测量内径20?50mm的锅炉奥氏体耐热钢管道内部氧化皮数据。
[0103]由于超临界、超超临界机组的高温过热器、再热器大量采用TP347HFG、Super304等耐高温奥氏体钢材料，在机组运行过程中，容易受到高温蒸汽腐蚀，形成蒸汽侧氧化，蒸汽侧氧化可能导致的主要安全问题:导致管子导热性降低、承载壁厚减薄、管子堵塞、对汽轮机造成冲蚀等。因此，利用本发明实施例探测氧化皮的脱落堆积，提前采取适当措施，预防机组爆管，对提高机组效率和电厂经济效益具有十分重要的意义。
[0104]本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0105]本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0106]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0107]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0108]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，包括: 用于采集传感器输出的电磁检测信号的传感器接口，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号； 与所述传感器接口连接，用于对所述电磁检测信号进行模数转换的模数转换器； 与所述模数转换器连接，用于对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理的系统级芯片，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息； 与所述系统级芯片连接，用于显示所述系统级芯片运算处理结果的显示器； 与所述系统级芯片连接，用于供电的电源设备。
2.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述模数转换器经信号处理电路与所述传感器接口连接，所述信号处理电路用于对所述传感器接口采集的所述电磁检测信号进行信号调理、缓冲、滤波和放大，输出经处理的所述电磁检测信号至所述模数转换器。
3.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述传感器接口采用8针刺刀螺母连接器BNC航空接头。
4.如权利要求1所述的奥 氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述模数转换器的采样精度为24位，采样速度高于10次每秒。
5.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述系统级芯片采用EP2C20F484C8型现场可编程门阵列FPGA。
6.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述显示器采用600X400分辨率真彩色工业液晶显示器，显示方式为多通道曲线显示、模拟管内分布曲线显示或多通道数值显示。
7.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述电源设备包括2000mAH固态裡尚子可充电电池。
8.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，还包括: 与所述系统级芯片连接，用于存储所述系统级芯片运算处理结果的内部数据存储器。
9.如权利要求8所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述内部数据存储器包括串行电可擦可编程只读存储器EEPR0M、64MB同步动态随机存储器SDRAM、64MB闪存FLASH其中之一或任意组合。
10.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，还包括: 与所述系统级芯片连接，用于向外部设备传输所述系统级芯片运算处理结果的通信接□。
11.如权利要求10所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述通信接口包括通用串行总线USB接口、RS232接口、以太网接口其中之一或任意组合。
12.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，还包括: 与所述系统级芯片连接，用于提供仪器操作接口的键盘。
13.如权利要求12所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述键盘采用聚氯乙烯PVC薄膜按键，并内嵌金属触片。
14.如权利要求1所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的外壳采用全金属密封封装处理。
15.如权利要求14所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪，其特征在于，所述外壳采用铝材铣制成型，并经表面喷砂处理。
16.—种权利要求1至15任一项所述奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪的工作方法,其特征在于，包括: 采集传感器输出的电磁检测信号，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号； 对所述电磁检测信号进行模数转换； 对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息； 将运算处理结果进行显示。
17.—种奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统,其特征在于,包括: 用于输出电磁检测信号的传感器，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号； 与所述传感器连接的权利要求1至15任一项所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪。
18.如权利要求17所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统，其特征在于，所述传感器在一个检测探头中的不同位置上设置多个检测用霍尔元件，所述多个检测用霍尔元件的检测区域完全覆盖受检管道内部。
19.如权利要求17所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统，其特征在于，所述传感器的检测探头内侧具有与受检管道外径相同直径的圆弧形状。
20.如权利要求17所述的奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统，其特征在于，所述传感器的检测探头中带有用于将奥氏体受热面氧化皮磁化的永磁铁，以及用于将变化的磁场转化为电信号的磁敏元件。
21.一种权利要求17至20任一项所述奥氏体受热面氧化皮电磁检测系统的工作方法，其特征在于，包括: 所述传感器带有永磁铁的检测探头将奥氏体受热面氧化皮磁化，获得一固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场，以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场； 所述检测探头内的磁敏元件将变化的磁场转化为电信号，获得电磁检测信号，所述电磁检测信号包括固定激励磁场经奥氏体受热面氧化皮感应的感应电磁场转换的弱电信号、以及所述固定激励磁场未经奥氏体受热面氧化皮感应的空间电磁场转换的弱电信号； 所述奥氏体受热面氧化皮电磁检测仪采集传感器输出的所述电磁检测信号，对所述电磁检测信号进行模数转换，对模数转换后的所述电磁检测信号进行运算处理，将运算处理结果进行显示，所述运算处理包括对所述感应电磁场转换的弱电信号和所述空间电磁场转换的弱电信号进行相关比较，提取奥氏体受热面氧化皮的信息。
【文档编号】G01V3/08GK103543473SQ201310507237
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】刘建屏, 季诚, 毛良彦, 季昌国, 吴勇, 杨平 申请人:国家电网公司, 华北电力科学研究院有限责任公司