基于量磁技术的钢质输油管道缺陷检测室内模拟实验系统的制作方法

本发明属于管道缺陷检测领域，具体涉及一种基于量磁技术的用于钢质输油管道缺陷检测的室内模拟实验系统。

背景技术：

铁磁性材料因其具有良好的机械性能和相对低廉的价格已成为制造管道的常用材料。钢质管道长时间工作在恶劣环境下，不可避免的存在各种微观缺陷。而微观缺陷在长时间的服役后可能会引发钢质管道失效，最终造成巨大的经济损失和严重的环境污染。由此，管道缺陷检测应运而生。传统的管道检测技术有渗透检测、磁粉检测、射线成像检测、超声波检测、涡流检测等，但这些技术均存在各自不足，如：渗透检测不能检测内部缺陷；磁粉检测对被检测表面的光滑度要求较高；射线成像检测成本高且射线对人体有害；超声波检测难以识别缺陷的种类；涡流检测只适用于检测金属材料或构件的表面或近表面缺陷。而量磁检测技术是通过检测铁磁性材料在工作载荷和地磁场共同作用下在缺陷处的应力集中区域产生漏磁场的一种检测技术。其优点在于可以检测铁磁性材料的宏观缺陷、微观缺陷、表面缺陷、内部缺陷，从而实现缺陷的早期诊断；检测时无需对被检测金属表面进行清理或其他预处理，操作简单对人体无伤害。目前，国内量磁检测技术还不成熟，已有的室内实验装置主要是针对板状试样进行检测研究，尚无可用于模拟钢质输油管道缺陷检测的室内量磁实验检测系统。因此，为研究钢质输油管道缺陷处漏磁场规律，建立管道缺陷力磁耦合模型，急需研发应力与磁场耦合作用下基于量磁技术的钢质输油管道缺陷检测室内模拟实验系统。

技术实现要素：

为研究钢质输油管道在缺陷处的漏磁场分布规律，本发明提供一种基于量磁技术的用于钢质输油管道缺陷检测的室内模拟实验系统，可以模拟在不同压力下输油管道在缺陷处漏磁场规律实验。

为现实上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于量磁技术的钢质输油管道缺陷检测室内模拟实验系统包括：应力加载实验系统、数据采集系统；应力加载实验系统产生实验所需的管道内压力，数据采集系统用于采集缺陷处的信号，并对采集的信号进行处理分析；其中，

所述的应力加载实验系统包括管道(1)、注油口(2)、注油口盖(3)、油液(4)、出油口(5)、出油口盖(6)、盲板(30)、螺栓(31)、密封圈(32)；管道(1)外表面呈“工”字形，在管道两端加工出沟槽，密封圈(32)嵌入沟槽中形成密封，两端用盲板(30)通过螺栓(31)封闭管道(1)，在管外壁靠近两端位置各开一个旁管孔，其中一个为注油口(2)，另一个为出油口(5)，旁管外圈有螺纹，出油口盖(6)与压力表相接为一体；注油口(2)与注油口盖(3)螺纹连接，出油口(5)与出油口盖(6)螺纹连接；

所述的数据采集系统包括三维导轨台(29)、电压转换器(23)、控制面板(24)、探头(7)、电线(28)、电源(27)、采集卡(26)、pc机(25)；

向管道(1)内注入油液(4)，搭建应力加载实验系统；拧开注油口盖(3)和出油口盖(6)，用手动液压泵经注油口(2)向管道(1)内注入油液(4)，待出油口(5)有油液(4)溢出时，即油液(4)已注满整个管道(1)，将带有压力表的出油口盖(6)旋紧在出油口(5)上，然后继续用手动液压泵给管道(1)内注油液(4)，直至压力表示数达到所需模拟的管道(1)内压力时，操作手动液压泵使其处于保压状态，完成应力加载实验系统的搭建；通过将数据采集系统与应力加载实验系统连通，进行不同管道内压力下管道缺陷检测实验。

作为优选，三维导轨台(29)的电机(10)与电压转换器(23)相接，电压转换器(23)与控制面板(24)相接，探头(7)通过螺栓固定在三维导轨台(29)的探头固定架(8)上，顶端与电线(28)一端的接头相接，电线(28)另一端有7根线组成，其为：x-out电线、y-out电线、z-out电线、信号接地线、电源接地线、+12v电源线、-12v电源线，所述电源接地线、+12v电源线、-12v电源线与电源(27)相接，所述x-out电线、y-out电线、z–out电线、信号接地线与采集卡(26)相接，采集卡(26)与pc机(25)相接；

作为优选，所述三维导轨台(29)是由三个导轨台按空间坐标系x、y、z方向装配而成，支撑架(9)固定在z方向导轨台的垫板(15)上，探头固定架(8)由螺栓固定在支撑架(9)左端，支撑架(9)右端固定在z方向导轨台的垫板(15)上；三个导轨台的组成相同，其中每个导轨台均包括电机(10)、左挡板(22)、联轴器(11)、丝杠(14)、丝杠支撑座(13)、轴承ⅰ、丝杠螺母(21)、滚珠丝杆螺母座(17)、轴承ⅱ、右挡板(18)、直线导轨(12)、法兰滑块(20)、支撑板(16)、垫板(15)、底板(19)；左挡板(22)与右挡板(18)分别通过螺栓固定在底板(19)左右两端，底板(19)上固定两直线导轨(12)，法兰滑块(20)套在直线导轨(12)上，电机(10)通过螺栓固定在左挡板(22)外侧，联轴器(11)左端套在电机(10)的轴上，右端套在丝杠(14)的轴上，丝杠支撑座(13)位于联轴器(11)右侧，通过螺栓固定在底板(19)上，轴承ⅰ固定在丝杠支撑座(13)上，轴承ⅰ内圈与丝杠轴配合，丝杠螺母(21)套在丝杠(14)上，滚珠丝杠螺母座(17)套在丝杠螺母(21)上，丝杠(14)另一端套一个轴承ⅱ，轴承ⅱ位于右挡板(18)轴孔，支撑板(16)通过螺栓固定在法兰滑块(20)上，在支撑板(16)上侧通过螺栓固定垫板(15)；轴承ⅰ与丝杠支撑座(13)、轴承ⅱ与右挡板(18)均是间隙配合。

电压转换器(23)将电机(10)的电压转换为24v提供给控制面板(24)，控制面板(24)控制三维导轨台(29)在x、y、z三个方向的运动；

电源(27)用于给探头(7)提供±12v电压，探头(7)探测三个方向的磁场，采集卡(26)将探头(7)采集到的模拟信号转换为数字信号并上传至pc机(25)，pc机(25)通过多通道数据采集处理软件对信号进行处理分析。

作为优选，进行不同管道内压力下管道缺陷检测实验过程包括以下步骤；

1)、接通电源，打开电源开关、采集卡开关、pc机开关，通过操作控制面板设置三维导轨台的自动模式；

2)通过操作控制面板将x方向返回初始点，y方向保证探头位于检测线正上方，z方向保证探头的提离值，其中规定南北方向为x方向，东西方向为y方向，竖直方向为z方向；

3)、设定pc机中多通道数据采集处理软件的相关参数；

4)、去掉被测管道，点击pc机中多通道数据采集处理软件的开始按钮，并选择控制面板中的自动模式和x方向，使探头沿着x方向由南向北移动，测量实验所在地的地磁场强度；

5)、对pc机中多通道数据采集处理软件设置实验所在地的地磁场强度；

6)、操作控制面板中的自动模式和-x方向使探头返回初始点；

7)、沿南北方向放入要检测的管道，点击pc机中多通道数据采集处理软件开始按钮，同时选择控制面板的自动模式和x方向，使探头沿着x方向移动采集数据；

8)、重复步骤2)—7)测量多组数据；

9)、重新调整步骤2)中y方向位置，使其对准另一条检测线，然后重复步骤2)—8)；

10)、用手动液压泵调整管道内压力达到需求的压力值，然后处于保压状态；

11)、重复步骤2)—9)测量该压力下的多组实验数据；

12)、重复步骤2)—11)测量不同压力值下的多组实验数据；

13)、实验结束，关闭开关，断开电源，然后打开手动液压泵的回油路开关，将管道内油液回流到油箱，将注油口盖旋紧在注油口上，最后分析实验数据。

本发明通过手动液压泵向管道内注入油液，使管道内达到所需的压力；利用三维导轨台调整探头与管道之间距离，并带动探头沿管道外表面的检测线移动，探测管道三个方向的磁场；利用采集卡将模拟信号转换为数字信号并上传至pc机；利用pc机中多通道数据采集处理软件对实验数据进行处理。该实验系统可以模拟充满不同压力的油液下钢质管道缺陷处漏磁场规律实验。可适用于充满不同压力下油液的管道在缺陷处漏磁场规律实验研究以及管道生产企业的前期研究中。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的三维导轨台俯视图；

图3为本发明的注油口正视图；

图4为本发明的注油口盖剖面图；

图中，管道1、注油口2、注油口盖3、油液4、出油口5、出油口盖6、探头7、探头固定架8、支撑架9、电机10、联轴器11、直线导轨12、丝杠支撑座13、丝杠14、垫板15、支撑板16、滚珠丝杆螺母座17、右挡板18、底板19、法兰滑块20、丝杠螺母21、左挡板22、电压转换器23、控制面板24、pc机25、采集卡26、电源27、线28、三维导轨台29、盲板30、螺栓31、密封圈32。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，本发明实施例提供一种基于量磁技术的钢质输油管道缺陷检测室内模拟实验系统包括：应力加载实验系统、数据采集系统；应力加载实验系统产生实验所需的管道内压力，数据采集系统用于采集缺陷处的信号，并对采集的信号进行处理分析；其中，

所述的应力加载实验系统包括管道(1)、注油口(2)、注油口盖(3)、油液(4)、出油口(5)、出油口盖(6)、盲板(30)、螺栓(31)、密封圈(32)；管道(1)外表面呈“工”字形，在管道两端加工出沟槽，密封圈(32)嵌入沟槽中形成密封，两端用盲板(30)通过螺栓(31)封闭管道(1)，在管外壁靠近两端位置各开一个旁管孔，其中一个为注油口(2)，另一个为出油口(5)，旁管外圈有螺纹，出油口盖(6)与压力表相接为一体；注油口(2)与注油口盖(3)螺纹连接，出油口(5)与出油口盖(6)螺纹连接；

所述的数据采集系统包括三维导轨台(29)、电压转换器(23)、控制面板(24)、探头(7)、电线(28)、电源(27)、采集卡(26)、pc机(25)；

三维导轨台(29)的电机(10)与电压转换器(23)相接，电压转换器(23)与控制面板(24)相接，探头(7)通过螺栓固定在三维导轨台(29)的探头固定架(8)上，顶端与电线(28)一端的接头相接，电线(28)另一端有7根线组成，其为：x-out电线、y-out电线、z-out电线、信号接地线、电源接地线、+12v电源线、-12v电源线，所述电源接地线、+12v电源线、-12v电源线与电源(27)相接，所述x-out电线、y-out电线、z–out电线、信号接地线与采集卡(26)相接，采集卡(26)与pc机(25)相接；

所述三维导轨台(29)是由三个导轨台按空间坐标系x、y、z方向装配而成，支撑架(9)固定在z方向导轨台的垫板(15)上，探头固定架(8)由螺栓固定在支撑架(9)左端，支撑架(9)右端固定在z方向导轨台的垫板(15)上；三个导轨台的组成相同，其中每个导轨台均包括电机(10)、左挡板(22)、联轴器(11)、丝杠(14)、丝杠支撑座(13)、轴承ⅰ、丝杠螺母(21)、滚珠丝杆螺母座(17)、轴承ⅱ、右挡板(18)、直线导轨(12)、法兰滑块(20)、支撑板(16)、垫板(15)、底板(19)；左挡板(22)与右挡板(18)分别通过螺栓固定在底板(19)左右两端，底板(19)上固定两直线导轨(12)，法兰滑块(20)套在直线导轨(12)上，电机(10)通过螺栓固定在左挡板(22)外侧，联轴器(11)左端套在电机(10)的轴上，右端套在丝杠(14)的轴上，丝杠支撑座(13)位于联轴器(11)右侧，通过螺栓固定在底板(19)上，轴承ⅰ固定在丝杠支撑座(13)上，轴承ⅰ内圈与丝杠轴配合，丝杠螺母(21)套在丝杠(14)上，滚珠丝杠螺母座(17)套在丝杠螺母(21)上，丝杠(14)另一端套一个轴承ⅱ，轴承ⅱ位于右挡板(18)轴孔，支撑板(16)通过螺栓固定在法兰滑块(20)上，在支撑板(16)上侧通过螺栓固定垫板(15)；轴承ⅰ与丝杠支撑座(13)、轴承ⅱ与右挡板(18)均是间隙配合。

电压转换器(23)将电机(10)的电压转换为24v提供给控制面板(24)，控制面板(24)控制三维导轨台(29)在x、y、z三个方向的运动。

电源(27)用于给探头(7)提供±12v电压，探头(7)探测三个方向的磁场，采集卡(26)将探头(7)采集到的模拟信号转换为数字信号并上传至pc机(25)，pc机(25)通过多通道数据采集处理软件对信号进行处理分析。

实验时先向管道(1)内注入油液(4)，搭建应力加载实验系统；拧开注油口盖(3)和出油口盖(6)，用手动液压泵经注油口(2)向管道(1)内注入油液(4)，待出油口(5)有油液(4)溢出时，即油液(4)已注满整个管道(1)，将带有压力表的出油口盖(6)旋紧在出油口(5)上，然后继续用手动液压泵向管道(1)内注入油液(4)，直至压力表示数达到所需模拟的管道(1)内压力时，操作手动液压泵使其处于保压状态，完成应力加载实验系统的搭建；通过将数据采集系统与应力加载实验系统连通，按以下步骤进行不同管道内压力下管道缺陷检测实验：

1)、接通电源，打开电源开关、采集卡开关、pc机开关，通过操作控制面板设置三维导轨台的自动模式；

2)通过操作控制面板将x方向返回初始点，y方向保证探头位于检测线正上方，z方向保证探头的提离值，其中规定南北方向为x方向，东西方向为y方向，竖直方向为z方向；

3)、设定pc机中多通道数据采集处理软件的相关参数；

4)、去掉被测管道，点击pc机中多通道数据采集处理软件的开始按钮，并选择控制面板中的自动模式和x方向，使探头沿着x方向由南向北移动，测量实验所在地的地磁场强度；

5)、对pc机中多通道数据采集处理软件设置实验所在地的地磁场强度；

6)、操作控制面板中的自动模式和-x方向使探头返回初始点；

7)、沿南北方向放入要检测的管道，点击pc机中多通道数据采集处理软件开始按钮，同时选择控制面板的自动模式和x方向，使探头沿着x方向移动采集数据；

8)、重复步骤2)—7)测量多组数据；

9)、重新调整步骤2)中y方向位置，使其对准另一条检测线，然后重复步骤2)—8)；

10)、用手动液压泵调整管道内压力达到需求的压力值，然后处于保压状态；

11)、重复步骤2)—9)测量该压力下的多组实验数据；

12)、重复步骤2)—11)测量不同压力值下的多组实验数据；

13)、实验结束，关闭开关，断开电源，然后打开手动液压泵的回油路开关，将管道内油液回流到油箱，将注油口盖旋紧在注油口，最后分析实验数据。

本发明的基于量磁技术的钢质输油管道缺陷检测室内模拟实验系统，包括应力加载实验系统和数据采集系统；应力加载实验系统用于产生实验所需管道内的压力，数据采集系统用于采集缺陷处的磁场信号，并对采集的信号进行处理分析。该实验系统可以模拟充满不同压力油液的情况下钢质输油管道在缺陷处漏磁场规律实验，可适用于不同压力下输油管道在缺陷处漏磁场规律实验研究以及管道生产企业的前期研究中。