一种交流电磁场水下裂纹检测装置和方法

文档序号:10652122阅读:445来源:国知局
一种交流电磁场水下裂纹检测装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种交流电磁场水下裂纹检测装置和方法,其中,该装置包括:壳体;传感器罩;检测模块,包括激励电路和数据采集电路,激励电路用于产生交流电磁场,数据采集电路用于获取待测金属在交流电磁场中所产生的磁场信号,并将磁场信号转换为电压信号;数据处理模块,用于对电压信号进行模数转换及信号放大处理;防水连接器,用于输出放大处理后的电压信号。在本发明实施例中,通过获取待测金属在交流电磁场中转换得到的电压信号,再对该信号进行处理后,通过防水连接器输出处理后的信号,从而可以完成裂纹信息的检测,实现了在深水环境中对表面有涂层的金属结构进行交流电磁场裂纹检测的目的。
【专利说明】
_种交流电磁场水下裂纹检测装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及检测设备技术领域,特别涉及一种交流电磁场水下裂纹检测装置和方法。【背景技术】
[0002]交流电磁场检测(Alternating Current Field Measurement,简称为ACFM),是一种新兴的无损检测技术,这种技术最先由英国伦敦大学无损检测中心开发,从交流电势能落差法(Alternating Current Potential Drop,简称为ACPD)技术发展而来,主要可以用于检测导电金属结构件表面的开口裂纹,特别适用于被检工件表面有保护涂层的情况,无须去除工件的表面保护涂层,即可进行裂纹检测。其检测原理不同于其他电磁无损检测方法,如磁粉检测、磁记忆检测、远程涡流检测等,具有检测速度快、定性定量一次完成等诸多优点。目前,国内对于ACFM技术进行过相关研究,但是一般都是关于在陆地上应用ACFM检测技术,对于ACFM技术在水下结构的应用方面尚无相关资料。
[0003]ACFM进行水下检测面临的主要困难是:1、水导电,会导致电路短路,所以必须将水与传感器罩中的电路元器件彻底隔离。2、畸变磁场信号的产生是由检测模块中的激励电路通过电磁感应激发的,而金属外壳的存在会产生电磁屏蔽效果,因此检测模块与工件之间只能采用非金属材料制作。3、由于电磁感应过程中提离效应的影响,隔离水和检测模块的探头罩厚度受到很大的限制。如果探头罩较厚,将会严重影响到金属裂纹的检测效果,而薄壳非金属材料的强度难以单独抵抗深水水压。
[0004]针对上述问题,目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】

[0005]本发明实施例提供了一种交流电磁场水下裂纹检测装置和方法,以解决现有技术中无法在深水环境中对表面有涂层的金属结构进行交流电磁场裂纹检测的问题。
[0006]本发明实施例提供了一种交流电磁场水下裂纹检测装置,包括:壳体;传感器罩, 与所述壳体相连,用于放置检测模块;检测模块,位于所述传感器罩内,包括激励电路和数据采集电路,所述激励电路用于产生交流电磁场,所述数据采集电路用于获取位于第一液体中的待测金属在所述交流电磁场中所产生的磁场信号,并将所述磁场信号转换为电压信号;数据处理模块,位于所述壳体中,与所述检测模块通信,用于对所述电压信号进行模数转换及信号放大处理;防水连接器,位于所述壳体中,与所述数据处理模块通信,用于输出放大处理后的电压信号;其中,所述壳体中填充有第二液体,所述第二液体是与所述第一液体不相溶的绝缘液体。
[0007]在一个实施例中,所述传感器罩是由非铁磁性的电气绝缘材料制成。
[0008]在一个实施例中,所述检测模块可拆卸地设置在所述壳体内。
[0009]在一个实施例中,所述检测模块通过盘头螺钉可拆卸地连接在所述数据处理模块上。
[0010]在一个实施例中,所述壳体上设置有密封口,用于向所述壳体内注入所述第二液体。
[0011]在一个实施例中,所述第一液体为海水,所述第二液体为绝缘油。
[0012]在一个实施例中,所述壳体内的电路通过所述防水连接器与外部设备连接。
[0013]本发明实施例还提供了一种交流电磁场水下裂纹检测的方法,包括:通过检测模块在待测金属表面激发产生交变感应电流;通过所述检测模块在激发的同时进行信号检测,获取位于第一液体中所述待测金属表面由于交变感应电流扰动产生的磁场信号,并将所述磁场信号转换为电压信号;对所述电压信号进行处理;将处理后的电压信号传输出至外部处理器。
[0014]在一个实施例中,所述检测模块的规格以及类型是根据所述待测金属的电磁属性以及所述待测金属上防腐涂层的厚度选取的。
[0015]在一个实施例中,在传输前对所述电压信号进行处理,包括:对所述电压信号进行模数转换及信号放大处理。
[0016]在本发明实施例中,在交流电磁场水下裂纹检测装置中设置了壳体、检测模块、数据处理模块以及防水连接器。首先,通过位于壳体内部的检测模块产生交流电磁场,获取待测金属在交流电磁场中所产生的磁场信号,并将磁场信号转换为电压信号;再利用数据处理模块对电压信号进行模数转换及信号放大处理;最后,可以通过防水连接器输出放大处理后的电压信号;从而可以完成裂纹信息的检测。利用该交流电磁场水下裂纹检测装置进行裂纹检测,根据液体可压缩性低的特点来平衡深水水压,保障传感器罩在深水工作时的结构安全;将检测模块中的激励模块和数据处理模块分别独立设计,可以达到方便更换的目的,最终可以实现在深水环境中对表面有涂层的金属结构进行交流电磁场裂纹检测的目的。【附图说明】
[0017]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0018]图1是本发明实施例的交流电磁场水下裂纹检测装置的一种结构框图;
[0019]图2是本发明实施例的交流电磁场水下裂纹检测方法的一种流程图;
[0020]图3是发明实施例的交流电磁场水下裂纹检测装置的上视图;[〇〇21]图4是发明实施例的交流电磁场水下裂纹检测装置的剖视图。【具体实施方式】[〇〇22]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
[0023]交流电磁场检测主要用于检测导电金属结构件表面是否存在裂纹,特别适用于被检工件表面有保护涂层的情况。具体地,交流电磁场检测技术指的是通过检测金属结构件表面感应磁场的变化,判断金属结构件表面裂纹的存在情况。因此,在判断金属结构件表面裂纹存在情况时,如何高效获取金属结构件表面感应磁场的变化即检测模块如何高效地进行裂纹信息的采集及传输十分重要。
[0024]具体地,在使用交流电磁场进行裂纹检测的时候,需要注意以下问题:检测模块不可过大、不可过沉;由于检测元件的激励以及裂纹数据的采集均是针对电磁信号,因此,传感器罩只能用电气绝缘的非铁磁性材料制造;由于电磁提离效应的影响,传感器罩的厚度一般不超过1mm;在检测不同磁属性、不同厚度涂层金属材料的时候,通常需要更换不同参数的检测模块,以得到最佳检测效果。因此,在对水下的导电金属结构件表面进行裂纹信息采集的时候,如何使得检测模块薄壳耐高压且易拆解是解决水下交流电磁场检测问题的关键。
[0025]本发明实施例提供一种交流电磁场水下裂纹检测装置,如图1所示,该交流电磁场水下裂纹检测装置包括:壳体101、传感器罩102、检测模块103、数据处理模块104以及防水连接器105。下面结合图1对该系统中的各个组成部分进行具体描述:
[0026]1)壳体 101;
[0027]2)传感器罩102,与所述壳体101相连,用于放置检测模块;
[0028]2)检测模块103,位于所述传感器罩102内,包括激励电路和数据采集电路,所述激励电路用于产生交流电磁场,所述数据采集电路用于获取位于第一液体中的待测金属在所述交流电磁场中所产生的磁场信号,并将所述磁场信号转换为电压信号;[〇〇29]3)数据处理模块104,位于所述壳体101中,与所述检测模块103通信,用于对所述电压信号进行模数转换及信号放大处理;
[0030]4)防水连接器105,位于所述壳体101中,与所述数据处理模块104通信,用于输出放大处理后的电压信号;
[0031]其中,所述壳体中填充有第二液体,所述第二液体是与所述第一液体不相溶的绝缘液体。
[0032]在上述实施例中,在交流电磁场水下裂纹检测的装置中设置了壳体、传感器罩、检测模块、数据处理模块以及防水连接器。通过位于传感器罩内的检测模块产生交流电磁场, 获取位于第一液体中的待测金属在交流电磁场中所产生的磁场信号,并将磁场信号转换为电压信号;然后,利用数据处理模块对电压信号进行放大处理;最后,通过防水连接器输出放大处理后的电压信号。其中,壳体中填充有第二液体,其粘度大于第一液体、并且二者不相溶。
[0033]通过在壳体内加注第二液体的方式,利用液体可压缩性小的特点来平衡深水压力,从而可以保护交流电磁场水下裂纹检测装置;通过在壳体内加注绝缘性良好的第二液体的方式,从而可以保证壳体内各电路元件之间良好的绝缘性。利用该交流电磁场水下裂纹检测装置检测金属结构件的表面裂纹,可以实现在被检工件表面不进行任何处理的情况下,在深水环境中对表面有涂层的金属结构进行交流电磁场裂纹检测的目的。
[0034]进一步地,利用交流电磁场进行水下裂纹检测指的是在交流电磁场的激励作用下,待测金属结构件表面产生感应电流,感应电流激发产生感应磁场。金属结构件表面感应电流的扰动,如聚集和疏散等,可以直接引起金属结构件表面附近空间中感应磁场变化,通过测量空间中的磁场变化可以得到金属结构件表面的裂纹长度、裂纹深度等信息。具体地, 当待测金属结构件表面没有裂纹缺陷的时候,感应电流在金属结构件表面平行且均匀分布;当待测金属结构件表面存在裂纹缺陷的时候,由于缺陷处是不导电的,因此感应电流会沿着缺陷边缘流过,因而可以产生电流扰动。电流扰动可以表现在两个方面:一是电流绕过缺陷产生一定的旋转效果;二是原本均匀分布的表面电流在缺陷附近会产生不均匀分布, 即在临近待测金属结构件表面裂纹缺陷边缘的地方分布密集,在缺陷中间分布稀疏。然而值得注意的是,该交流电磁场水下裂纹检测装置同样也可以用于对陆地上的待测金属结构件进行裂纹检测,该具体实施例只是为了更好地说明本发明,并不构成对本发明的不当限定。
[0035]上述壳体是由电气绝缘的非金属材料制成,其内部设置有数据处理模块以及防水连接器等部件;同时,壳体上设置有密封口。在进行裂纹检测试验之前,可以通过密封口向壳体中注入第二液体,注满后利用密封螺钉对壳体进行密封,同时,在密封螺钉和壳体的连接处可以利用〇型密封圈进行防水处理。在本实施例中,裂纹检测试验是在第一液体中进行的,并且壳体中注满第二液体,因此,可以利用液体受压时变形小的特点来抵抗深水压力。 检测模块体积小并且耐高压,并且薄壳非金属材料在深水环境工作时也不至于被水压损坏,从而可以解决当利用交流电磁场水下裂纹检测装置进行裂纹检测时检测模块过重的缺陷。由于壳体中第二液体的粘度大于第一液体,并且第二液体是与第一液体不相溶的可压缩性较小的绝缘液体,因而,即使壳体密封处轻微失效,也不易导致第一液体进入壳体内部电路导致电器损坏,从而进一步提高了该交流电磁场水下裂纹检测装置进行水下裂纹检测工作的可靠性。
[0036]上述第一液体可以是海水,第二液体可以是绝缘油。具体地,液体能否导电的判断依据主要是检测液体中有没有可以自由移动的离子,即液体中是否存在带正电或者负电的微粒。例如,各种天然矿物油、硅油、三氯联苯、植物油等都是电的绝缘体即绝缘液体;各种液态金属(如水银)、水、大多数的水溶液都是电的导体,即导电液体。采用在壳体内部填充绝缘油后再密封的方式进行防水处理。根据绝缘油受压时变形小的特点来抵抗壳体所受到的深水压力,从而可以设计出体积小且耐高压的检测模块;同时,由于加注的绝缘油的粘度大于海水并且两者互不相溶,因而可以有效地防止海水侵入壳体内部对硬件电路造成破坏,从而可以解决现有技术中检测模块过于沉重的缺陷。通过在壳体内加注第二液体的方式,利用液体可压缩性小的特点来平衡深水压力,从而可以保护交流电磁场水下裂纹检测装置;通过在壳体内加注绝缘性良好的第二液体的方式,从而可以保证壳体内各电路元件之间良好的绝缘性。然而值得注意的是,上述第一液体可以是其他类型的水溶液、液态金属等液体,上述第二液体可以是硅油、植物油等绝缘液体,只要满足第二液体的粘度大于第一液体,并且第二液体是与第一液体不相溶的可压缩性较小的绝缘液体的要求即可,本实施例只是为了更好地说明本发明,并不构成对本发明的不当限定。
[0037]上述检测模块位于传感器罩内部,可以包括激励电路以及数据采集电路。其中,激励电路可以用于产生交流电磁场,数据采集电路可以用于获取位于第一液体中的待测金属在交流电磁场中所产生的感应磁场信号,并通过数据采集电路中的测量电桥将磁场信号转换为电压信号。然而值得注意的是,在进行裂纹检测试验的过程中,也可以采用由机械手臂夹持的探头,或者多个检测线圈并排组成的探头等来进行交流电磁场检测,该具体实施例只是为了更好地说明本发明,并不构成对本发明的不当限定。
[0038]在进行交流电磁场检测的过程中,上述检测模块可以用于获取位于第一液体中的待测金属在交流电磁场中所产生的磁场信号,通过测量空间中磁场的变化可以得到金属结构件表面裂纹长度、深度等信息。在本实施例中,可以利用测量电桥测量空间中磁场的变化情况,将磁场信号转换为电压信号,从而可以实现对空间中磁场变化情况的监控。
[0039]检测模块的外部设置有传感器罩,其中,传感器罩的材质和壳体的材质相同,均是由非铁磁性的电气绝缘材料制成。但是,由于交流电磁场检测可以受到电磁提离效应以及电磁感应的影响,为保证检测效果,传感器罩上和待测金属结构件表面直接接触部分的厚度一般不超过1mm。
[0040]上述数据处理模块可以用于对上述检测模块所得到的电压信号进行模数转换以及信号放大处理,即对电压信号按照各种预期的目的及要求进行加工的过程,也就是要把电压信号进行处理,以便抽取出有用信息的过程,它是对信号进行提取、变换、分析、综合等处理过程的统称。[0041 ]在检测模块和数据处理模块之间可以设置盘头螺钉,用于紧固检测模块和数据处理模块,即上述检测模块是可拆卸地设置在传感器罩中的。采用模块化设计,数据处理模块与检测模块采用盘头螺钉进行过渡配合连接,便于随时取出检测模块进行维修以及便于随时更换不同检测参数的检测模块,从而可以解决当利用交流电磁场水下裂纹检测装置进行裂纹检测时,检测模块不易拆解的问题。[〇〇42] 上述防水连接器可以用于向外部处理器输出经过数据处理模块处理后的电压信号。当外部处理器接收到电压信号后,可以对其进行进一步的分析处理,从而最终实现对水下金属结构件表面的裂纹进行检测的目的。
[0043]在应用交流电磁场进行水下裂纹检测试验的时候,可以先根据待测金属的电磁属性以及待测金属上防腐涂层的厚度选择检测模块;安装完毕后,再通过密封口向壳体内注入绝缘油,并利用盘头螺钉对检测模块以及数据处理模块进行密封;最后,利用该交流电磁场水下裂纹检测装置进行具体的裂纹信息采集传输以及裂纹检测。
[0044]在本发明实施例中,还提出了一种交流电磁场水下裂纹检测的方法,其核心思路是利用液体可压缩性低的特点来平衡深水水压,保障传感器罩在深水工作时的结构安全; 将检测模块中的激励模块和数据处理模块分别独立设计,可以达到方便更换的目的。具体地,如图2所示,可以包括以下步骤:
[0045]步骤201:通过检测模块在待测金属表面激发产生交变感应电流;
[0046]步骤202:通过所述检测模块在激发的同时进行信号检测,获取位于第一液体中所述待测金属表面由于交变感应电流扰动产生的磁场信号,并将所述磁场信号转换为电压信号;[〇〇47]步骤203:对所述电压信号进行处理;[〇〇48] 步骤204:将处理后的电压信号传输出至外部处理器。
[0049]具体地,在进行交流电磁场水下裂纹检测的时候,在通过检测模块获取位于第一液体中的待测金属在交流电磁场中所产生的磁场信号,并将所述磁场信号转换为电压信号之前,可以先根据待测金属的电磁属性以及待测金属上防腐涂层的厚度来选取检测模块的规格以及类型;再通过密封口向壳体内注入液体,其中,该液体可以为粘度大于海水粘度的绝缘油,并对其进行密封处理,从而可以达到防水的目的;进一步的,检测模块包括激励电路和数据采集电路,可以通过检测模块中的激励电路产生作用于待测金属上的交流电磁场,再通过检测模块中的数据采集电路获取待测金属在交流电磁场中所产生的磁场信号;再利用数据处理模块对电压信号进行模数转换以及信号放大处理;最后,可以通过防水连接器将放大进行了处理后的电压信号输出至外部处理器。
[0050]如图3所示是本发明实施例的交流电磁场水下裂纹检测装置的上视图,如图4所示是本发明实施例的交流电磁场水下裂纹检测装置的剖视图。其中,2表示盘头螺钉,4表示防水连接器(相当于图1中的105),5表示连接器座,6表示0型密封圈,7表示连接器螺母,8表示壳体(相当于图1中的101),9表示数据处理电路板,10表示0型密封圈,11表示传感器罩(相当于图1中的102),12表示芯片座,13表示0型密封圈,14表示密封螺钉,其中,连接器座5、连接器螺母7、壳体8、隔离模块11、芯片座12的材质相同,均是由电磁绝缘的非金属材料制造。
[0051]在进行交流电磁场水下裂纹检测实验时,可以根据待测金属的电磁属性选择检测模块,由盘头螺钉2对检测模块以及数据处理模块进行紧固,再通过密封螺钉14处的密封口向壳体8内注入绝缘油,注满后通过密封螺钉14进行密封,连接处用0型密封圈13进行防水处理。将上述装置放入水中进行交流电磁场水下裂纹检测,最后通过防水连接器4将裂纹信息传输至外部处理器,然后再进行进一步的裂纹检测处理。如果需要再次观察,重复上述操作即可。该结构具有结构合理、操作简单、测量精度高、可拆卸,并且实验信息丰富的特点。 [〇〇52]从以上的描述中,可以看出,本发明实施例实现了如下技术效果:在交流电磁场水下裂纹检测装置中设置了壳体、检测模块、数据处理模块以及防水连接器。首先,通过位于壳体内部的检测模块产生交流电磁场,获取待测金属在交流电磁场中所产生的磁场信号, 并将磁场信号转换为电压信号;再利用数据处理模块对电压信号进行模数转换及信号放大处理;最后,可以通过防水连接器输出放大处理后的电压信号;从而可以完成裂纹信息的检测。利用该交流电磁场水下裂纹检测装置进行裂纹检测,根据液体可压缩性低的特点来平衡深水水压,保障传感器罩在深水工作时的结构安全;将检测模块中的激励模块和数据处理模块分别独立设计,可以达到方便更换的目的,最终可以实现在深水环境中对表面有涂层的金属结构进行交流电磁场裂纹检测的目的。[〇〇53]以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种交流电磁场水下裂纹检测装置,其特征在于,包括:壳体;传感器罩,与所述壳体相连,用于放置检测模块;检测模块,位于所述传感器罩内,包括激励电路和数据采集电路,所述激励电路用于产 生交流电磁场,所述数据采集电路用于获取位于第一液体中的待测金属在所述交流电磁场 中所产生的磁场信号,并将所述磁场信号转换为电压信号;数据处理模块,位于所述壳体中,与所述检测模块通信,用于对所述电压信号进行模数 转换及信号放大处理;防水连接器,位于所述壳体中,与所述数据处理模块通信,用于输出放大处理后的电压信号;其中,所述壳体中填充有第二液体,所述第二液体是与所述第一液体不相溶的绝缘液 体。2.如权利要求1所述的交流电磁场水下裂纹检测装置,其特征在于,所述传感器罩是由 非铁磁性的电气绝缘材料制成。3.如权利要求1所述的交流电磁场水下裂纹检测装置,其特征在于,所述检测模块可拆 卸地设置在所述传感器罩内。4.如权利要求1所述的交流电磁场水下裂纹检测装置,其特征在于,所述检测模块通过 盘头螺钉可拆卸地连接在所述数据处理模块上。5.如权利要求1所述的交流电磁场水下裂纹检测装置,其特征在于,所述壳体上设置有 密封口,用于向所述壳体内注入所述第二液体。6.如权利要求1至5中任一项所述的交流电磁场水下裂纹检测装置,其特征在于,所述 第一液体为海水,所述第二液体为绝缘油。7.如权利要求1至5中任一项所述的交流电磁场水下裂纹检测装置,其特征在于,所述 壳体内的电路通过所述防水连接器与外部设备连接。8.—种利用权利要求1至7中任一项所述的交流电磁场水下裂纹检测装置进行交流电 磁场水下裂纹检测的方法,其特征在于,包括:通过检测模块在待测金属表面激发产生交变感应电流;通过所述检测模块在激发的同时进行信号检测,获取位于第一液体中所述待测金属表 面由于交变感应电流扰动产生的磁场信号,并将所述磁场信号转换为电压信号;对所述电压信号进行处理;将处理后的电压信号传输出至外部处理器。9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述检测模块的规格以及类型是根据所述待 测金属的电磁属性以及所述待测金属上防腐涂层的厚度选取的。10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,对所述电压信号进行处理,包括:对所述电压信号进行模数转换及信号放大处理。
【文档编号】G01N27/82GK106018542SQ201610320482
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】吴江, 金艺, 熊建国, 方太安, 周志雄, 骆学理
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院, 北京康布尔石油技术发展有限公司
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