用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，包括支撑管以及附着在支撑管外圆周上的柔性电路板，柔性电路板的柔性基底上设有激励线圈以及检测线圈阵列，检测线圈阵列包括均匀分布的多个检测线圈。本实用新型能够同时实现金属管道内壁上各个方向的缺陷检测，具有结构简单紧凑、成本低廉、对检测对象的适应性强、检测效率高同时检测的分辨率高的优点。
【专利说明】用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及金属管道的无损检测【技术领域】，尤其涉及一种用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器。
【背景技术】
[0002]目前管道内壁缺陷检测方法中，磁粉检测、渗透检测及声发射检测方法等常规方法由于在管道内部的操作极不方便，因而可操作性以及实用性并不强，虽然有一些新的检测手段(如金属磁记忆检测、红外检测、激光全息检测及微波检测等新的检测方法应用于管道检测)能够解决管道内部操作问题，但具体在管道检测中的应用技术还尚不成熟，因而目前应用较多的方法主要有射线检测、超声检测、工业内窥镜检测以及涡流检测几类检测方法，但各类检测方法也均具有一定的局限性。
[0003]射线检测方法仅对管道焊缝中的气孔、夹渣和疏松等体积型缺陷的检测灵敏度较高，对平面缺陷的检测灵敏度较低，且存在设备复杂昂贵、辐射性强、检测效率低、检测结果易受人为因素影响等缺点，因而其应用范围非常有限。
[0004]超声检测方法具有穿透能力强、设备简单、安全性好等优点，在管道检测方面得到了广泛的应用，但超声检测技术存在以下缺陷:①由采用接触式换能方法，需要油脂或水等耦合剂，因此易受外部的干扰，且会对管壁会产生影响同时在曲面上易造成耦合等不良现象存在一定的近场盲区，对管道近表面缺陷易造成漏检，不适合对薄壁管道进行检测；③在对管道中的焊缝进行超声检测时，焊缝表面凹凸不平产生的响应信号与基线噪声易混淆，使得检测难度大。
[0005]工业内窥镜检测方法的精度较高且易于实现自动化，在对管道内表面腐蚀和裂纹等进行快速定位及测量过程中具有很大的优越性，目前常用的工业内窥镜有刚性内窥镜、挠性内窥镜及电子视频内窥镜三种，但三种窥镜分别存在以下问题:①刚性内窥镜主体不可弯曲且长度有限，因此只适用于距离较短的直管检测；②挠性内窥镜虽然主体可弯曲且长度较长，可对弯曲角不大的弯管或距离较长的直管进行检测，但受物镜和目镜问连接的光导纤维束数量和光传输效率的影响，从目镜处接CCD传感器进行成像时得到的图像清晰度较差，同时玻璃光纤在弯曲角过大时易折断；③电子视频内窥镜虽然兼具刚性内窥镜成像质量高及挠性内窥镜主体可弯曲的优点，但组成环节较多、不便于携带，例如除内窥镜头、独立光源及传光光纤外，还需专门的视频控制器及显示单元。
[0006]涡流检测方法是建立在电磁感应原理基础上的一种无损检测方法，具有传感器响应速度快、灵敏度高、非接触、无需耦合介质等优点，因而特别适用于对金属管道内壁缺陷的检测。但是，传统的涡流无损检测技术普遍存在传感器的一致性差、检测信号易受提离等因素的影响、检测效率与分辨率存在矛盾以及对检测对象的适应性差等问题。
实用新型内容
[0007]本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够同时实现金属管道内壁各个方向检测的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，具有结构简单紧凑、成本低廉、对检测对象的适应性强、检测效率高同时检测的分辨率高的优点。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为:
[0009]一种用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，包括支撑管以及附着在支撑管外圆周上的柔性电路板，所述柔性电路板的柔性基底上设有激励线圈以及检测线圈阵列，所述检测线圈阵列包括均匀分布的多个检测线圈。
[0010]优选地，所述柔性电路板的柔性基底粘贴在支撑管上。
[0011]优选地，所述柔性电路板的柔性基底通过粘附胶层粘贴在支撑管上。
[0012]优选地，所述柔性电路板的外部包裹有一层保护膜。
[0013]优选地，所述激励线圈周期性布置呈方波状，所述检测线圈分别布置于激励线圈的方波凹入部中，且所述激励线圈和检测线圈之间间隙布置。
[0014]优选地，所述检测线圈的数量与激励线圈中半个周期的方波数量相同。
[0015]优选地，所述激励线圈的线宽大于检测线圈的线宽。
[0016]优选地，所述检测线圈的数目为8?16个。
[0017]优选地，所述阵列式涡流传感器还包括电流源，所述激励线圈与电流源相连。
[0018]优选地，所述阵列式涡流传感器还包括信号采集处理单元，所述信号采集处理单元包括信号采集处理电路和多个放大器，所述放大器与检测线圈一一对应，所述检测线圈的输出端分别通过对应的放大器与信号采集处理电路连接。
[0019]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:本实用新型阵列式涡流传感器，采用采用柔性电路板附着在支撑管上构成圆柱状的检测体，使得检测体能够方便的伸入至金属管道内进行检测，并能够有效抑制提离干扰，提高检测对象的内壁表面、特别是复杂表面的适应性；柔性电路板上设有激励线圈以及多个均匀分布的检测线圈，保证了传感器的一致性，可以同时检测出金属管道内壁各个方向的缺陷，在提高检测效率的同时提高检测的灵敏度及分辨率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型实施例的结构原理示意图。
[0021]图2是本实用新型实施例中支撑管及其外围的横截面结构示意图。
[0022]图例说明:
[0023]1、支撑管；2、柔性电路板；21、激励线圈；211、方波凹入部；22、检测线圈；3、粘附胶层；4、保护膜；5、电流源；6、信号采集处理单元；61、信号采集处理电路；62、放大器。
【具体实施方式】
[0024]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
[0025]如图1、2所示，本实用新型用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，包括:包括支撑管I以及附着在支撑管I外圆周上的柔性电路板2，柔性电路板2的柔性基底上设有激励线圈21以及检测线圈阵列，检测线圈阵列包括均匀分布的多个检测线圈22。将附着有柔性电路板2的支撑管I伸入至金属管道中即可进行检测，检测的操作简便并能够有效抑制提离干扰，提高对检测的管道内壁表面、特别是复杂表面的适应性；激励线圈21在待测金属管道中产生涡流后，通过均匀分布的各检测线圈22检测各个方向由电磁感应得到的感应电压，使得传感器具有良好的一致性，可以同时检测出金属管道内壁各个方向的缺陷，在提高检测效率的同时提高检测的灵敏度及分辨率。
[0026]本实施例中，支撑管I的外径略小于待检测金属管道的内径，其厚度约为l~2mm且内部为中空，通过中间的空心部可以方便安装信号调理电路板以及引出电缆。柔性电路板2采用柔性基底材料聚酰亚胺制作，厚度约为0.2 mm，且柔性电路板2展开的宽度等于支撑管I的外径所对应的周长，使得柔性电路板2能够无重叠、均匀的粘贴在支撑管I的外壁上。
[0027]参见图2，本实施例中，柔性电路板2通过粘附胶层3粘贴在支撑管I上，通过粘附胶层3将柔性电路板2进行固定。由于柔性电路板2的宽度正好等于支撑管I的外径周长，将柔性电路板2弯曲成一个圆环后，柔性电路板2的左边界和右边界将正好重合构成完整、无重叠的圆环，通过粘附胶层3固定粘贴在支撑管I的外臂上。
[0028]参见图2，本实施例中，柔性电路板2的外部包裹有一层保护膜4，用于对柔性电路板2进行隔离保护，防止柔性电路板2被磨损。保护膜4可以通过粘贴或喷涂在柔性电路板2上，保护膜4具体可采用非导电材料，例如聚酰亚胺等。
[0029]本实施例阵列式涡流传感器采用多层圆环形结构，从内至外依次设有支撑管1、粘附胶层3、柔性电路板2以及保护膜4，结构简单、便于进行金属管道内壁的检测且制作方便。各层结构的整体直径必须略小于待测金属管道的内径，通常与待测金属管道之间需要留出Imm左右的间隙，以便伸入到金属管道内壁中进行检测。
[0030]本实施例中，柔性电路板2上采用蚀刻工艺制作一个激励线圈21以及检测线圈阵列，检测线圈阵列包括多个均匀分布的检测线圈22，其中激励线圈21呈周期性结构，检测线圈22根据激励线圈21的周期结构均匀分布，且激励线圈21的线宽大于检测线圈22的线宽，使得激励线圈21能够承受较大的激励电流以及产生涡流。
[0031]参见图1，本实施例中激励线圈21周期性布置呈方波状，检测线圈22分别布置于激励线圈21的方波凹入部211 (方波的半个周期，图中仅示出其中一个)中，且激励线圈21和检测线圈22之间间隙布置，即将检测线圈22紧靠激励线圈21布置，同时与激励线圈21之间留有一定的间隙空间。通过周期的方波状激励线圈21以及均匀分布的检测线圈22，使得传感器在各个方向的检测具有一致性。激励线圈21的结构也可以根据需要设置为其他的周期形状，检测线圈22则根据激励线圈21的周期结构均匀分布。
[0032]参见图1，本实施例中，激励线圈21的每个方波凹入部211内对应设置一个检测线圈22，检测线圈22的数量与激励线圈21中半个周期的方波数量相同。当检测线圈22的数目确定时，可通过柔性电路板2的展开宽度除以检测线圈22的数目得到激励线圈21的半个周期波长的长度。本实施例检测线圈22具体设置8个，则激励线圈21呈4个方波状，激励线圈21的半个周期波长即为柔性电路板2的展开宽度/8，检测线圈22的数目也可根据需要进行设置，最好为8~16个。
[0033]参见图1，本实施例阵列式涡流传感器还包括电流源5，激励线圈21与电流源5相连，通过电流源5向激励线圈21提供电流。
[0034]参见图1，阵列式涡流传感器还包括信号采集处理单元6，信号采集处理单元6包括信号采集处理电路61和多个放大器62，放大器62与检测线圈22 —一对应，检测线圈22的输出端通过对应的放大器62与信号采集处理电路61的输入端连接。本实施例中，信号采集处理单元6具体包括8个放大器62，每个放大器62对应连接一个检测线圈22。
[0035]将上述阵列式涡流传感器伸入金属管道内进行检测，激励线圈21接入电流源5后在待测金属管道中产生涡流，激励线圈21周围的各检测线圈22检测各方向产生的感应电压，感应电压经过放大器62放大后输出至信号采集处理电路61，信号采集处理电路61采集各放大器62输出的感应电压并进行处理，输出处理后的检测结果。
[0036]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:包括支撑管(O以及附着在支撑管(I)外圆周上的柔性电路板(2)，所述柔性电路板(2)的柔性基底上设有激励线圈(21)以及检测线圈阵列，所述检测线圈阵列包括均匀分布的多个检测线圈(22)。
2.根据权利要求1所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述柔性电路板(2)的柔性基底粘贴在支撑管(I)上。
3.根据权利要求2所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述柔性电路板(2)的柔性基底通过粘附胶层(3)粘贴在支撑管(I)上。
4.根据权利要求3所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述柔性电路板(2)的外部包裹有一层保护膜(4)。
5.根据权利要求4所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述激励线圈(21)周期性布置呈方波状，所述检测线圈(22)分别布置于激励线圈(21)的方波凹入部(211)中，且所述激励线圈(21)和检测线圈(22)之间间隙布置。
6.根据权利要求5所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述检测线圈(22)的数量与激励线圈(21)中半个周期的方波数量相同。
7.根据权利要求6所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述激励线圈(21)的线宽大于检测线圈(22)的线宽。
8.根据权利要求7所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述检测线圈(22)的数目为8?16个。
9.根据权利要求1?8中任意一项所述的用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述阵列式涡流传感器还包括电流源(5)，所述激励线圈(21)与电流源(5)相连。
10.根据权利要求9所述用于金属管道内壁缺陷检测的阵列式涡流传感器，其特征在于:所述阵列式涡流传感器还包括信号采集处理单元(6)，所述信号采集处理单元(6)包括信号采集处理电路(61)和多个放大器(62)，所述放大器(62)与检测线圈(22)—一对应，所述检测线圈(22)的输出端分别通过对应的放大器(62)与信号采集处理电路(61)连接。
【文档编号】G01N27/90GK204255905SQ201420780893
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】陈棣湘, 周卫红, 谢瑞芳, 田武刚, 潘孟春 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学