管道缺陷的检测方法、传感器及传感器的封装方法与流程

本发明涉及检测技术领域，具体而言，涉及管道缺陷的检测方法、传感器及传感器的封装方法。

背景技术：

管道作为一种运输工具，工作环境较为恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或者使得管道内部潜在缺陷扩展成为裂纹，有毒有害气体及燃气输油管道的泄露都将对人类正常的生活及生命财产安全造成巨大的威胁。因此，对管壁减薄、缺陷和裂纹检测是很重要的。

目前，常用的缺陷检测方法有涡流检测、漏磁检测等。常用的检测方法中，例如涡流检测时线圈不需要与被测物直接接触，不适用于形状复杂的零件，检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。

可见，常用的缺陷检测方法不适用于管道的缺陷检测，不能有效的检测管道缺陷。

技术实现要素：

本申请在于提供一种管道缺陷的检测方法、传感器及传感器的封装方法，以解决不能有效的检测管道缺陷的技术问题。

本申请的实施例通过如下方式实现：

第一方面，本发明提供一种管道缺陷的检测方法，所述方法包括：

将第一传感器和第二传感器沿预设方向布置在管道对应的位置上，所述管道的位于所述第一传感器和第二传感器之间的区域为有效检测区域；为所述第一传感器提供激励信号，以使所述第一传感器产生超声波信号，所述超声波信号能够沿所述预设方向传播；检测所述第二传感器是否接收到所述超声波信号，得到检测结果；根据所述检测结果确定所述有效检测区域内是否存在缺陷。

进一步的，所述第一传感器和所述第二传感器均包括壳体和设置在所述壳体内的PCB线圈和多个永磁铁，在将第一传感器和第二传感器沿预设方向布置在管道对应的位置上之前，所述方法还包括：

在所述PCB线圈上方按照所述预设方向排列所述多个永磁铁；测试所述PCB线圈与管道表面之间需要满足的提离距离；根据所述提离距离将所述PCB线圈和所述多个永磁铁封装在所述壳体内得到所述第一传感器和所述第二传感器，以使所述PCB线圈封装在所述壳体内后的预留距离小于所述提离距离，其中，所述预留距离表征所述PCB线圈距离所述壳体的靠近所述管道表面端的距离。

进一步的，测试PCB线圈与管道表面之间需要满足的提离距离包括：

改变所述PCB线圈与管道表面之间的距离；测试所述PCB线圈接收到的信号的信号强度和信噪比；根据所述信号强度和所述信噪比确定所述提离距离。

进一步的，根据所述提离距离将所述PCB线圈和所述多个永磁铁封装在所述壳体内得到所述第一传感器和所述第二传感器包括：

将所述PCB线圈和所述多个永磁铁通过封装介质封装在壳体内；其中，靠近所述管道表面端的封装形状与所述管道表面的形状匹配，以使所述预留距离小于所述提离距离。

进一步的，在将所述PCB线圈和所述多个永磁铁通过封装介质封装在壳体内之前，所述方法还包括：

在所述PCB线圈表面贴一层耐磨材料，以保证所述PCB线圈封装在所述壳体内后所述预留距离小于所述提离距离。

进一步的，将第一传感器和第二传感器沿预设方向布置在管道对应的位置上包括：

将第一传感器和第二传感器沿所述管道的轴向或者周向布置在管道对应的位置上。

进一步的，根据所述检测结果确定所述有效检测区域内是否存在缺陷包括：

若所述检测结果中所述超声波信号出现衰减，确定所述有效检测区域内存在缺陷，所述超声波信号的衰减程度表征缺陷的大小。

第二方面，本发明还提供一种传感器，包括：壳体和设置在所述壳体内的PCB线圈和多个永磁铁；所述多个永磁铁按照预设方向排列在所述PCB线圈上；所述PCB线圈封装在所述壳体内的预留距离小于预测的提离距离，所述预留距离表征所述PCB线圈距离所述壳体的靠近待测管道表面端的距离。

第三方面，本发明还提供一种传感器的封装方法，所述传感器包括壳体和设置在所述壳体内的PCB线圈和多个永磁铁，所述方法包括：

在所述PCB线圈上方按照预设方向排列所述多个永磁铁；测试所述PCB线圈与待测管道表面之间需要满足的提离距离；根据所述提离距离将所述PCB线圈和所述多个永磁铁封装在所述壳体内得到所述传感器，以使所述PCB线圈封装在所述壳体内后的预留距离小于所述提离距离，其中，所述预留距离表征所述PCB线圈距离所述壳体的靠近所述管道表面端的距离。

进一步的，根据所述提离距离将所述PCB线圈和所述多个永磁铁封装在所述壳体内得到所述传感器包括：

将所述PCB线圈和所述多个永磁铁通过封装介质封装在壳体内；其中，靠近所述管道表面端的封装形状与所述管道表面的形状匹配，以使所述预留距离小于所述提离距离。

本发明提供的管道缺陷的检测方法，通过设置所述第一传感器和所述第二传感器，检测所述第二传感器是否接收到超声波信号，根据检测结果确定所述有效检测区域内是否存在缺陷。通过超声波信号确定所述管道的检测区域是否存在缺陷，有效的检测管道缺陷。

本发明提供的传感器，封装在所述壳体内的PCB线圈在所述壳体内的预留距离小于预测的提离距离，满足所述传感器的提离距离要求，从而使所述传感器能够用于管道缺陷检测。

本发明提供的传感器的封装方法，通过对提离距离进行测试，根据所述提离距离对传感器进行有效封装，从而能够满足传感器用于管道缺陷检测的要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的传感器结构示意图；

图2为本发明实施例提供的传感器内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的传感器的封装方法流程图；

图4为本发明实施例提供的提离距离测试实例图；

图5为本发明实施例提供的封装完成的传感器结构示意图；

图6为本发明实施例提供的管道缺陷的检测方法流程图；

图7为本发明实施例提供的轴向的传感器布置方式示例图；

图8为本发明实施例提供的周向的传感器布置方式示例图；

图9为本发明实施例提供的固定架结构示意图；

图10为本发明实施例提供的轴向的检测结果示例图；

图11为本发明实施例提供的周向的检测结果示例图；

图12为本发明实施例提供的存在缺陷检测结果示例图。

图标：100-传感器；101-壳体；102-PCB线圈；103-多个永磁铁；500-固定架；501-固定架本体；502-调节螺母；503-滚轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，是本发明实施例提供的一种传感器100，所述传感器100布置在管道待测表面上时，可以用于管道缺陷的检测。所述传感器100包括壳体101、PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)线圈102、多个永磁铁103。所述PCB线圈202和所述多个永磁铁103设置在所述壳体101内。所述PCB线圈102封装在所述壳体101内的预留距离小于预测的提离距离，所述预留距离表征所述PCB线圈102距离所述壳体101的靠近所述管道表面端的距离。

请参照图2，为所述传感器100的一种内部结构图，可以看到，所述PCB线圈102可以采用跑道形线圈，也可以是其他形状的线圈。对应所述PCB线圈102的制作，可以采用双层软板的形式，线宽可为0.2mm。传感器工作时，需要在线圈中施加高频的交变电流。对于所述多个永磁铁103，可以采用不同的排列形式，如图2中所示的双列周期性排列：相邻磁铁同一面的极性相反。所述PCB线圈102的直线部分宽度可以与所述永磁铁的长度相匹配，在对所述PCB线圈102施加激励信号后，所激励的超声波沿所述多个永磁铁103排列的方向传播。

对于所述壳体101，所述壳体101可以为非铁磁性的不锈钢，将所述PCB线圈102和所述多个永磁铁103封装在所述壳体101内。为了使所述传感器100可以进行超声波信号的激励和接收，从而用于管道缺陷的检测，所述PCB线圈距离待测管道表面的距离是有要求的，因此对所述传感器100进行特定的封装，以实现对不同直径管道内部或者外部缺陷的快速有效的检测。

请参照图3，是本发明提供的一种传感器的封装方法，所述封装方法应用于上述所述的传感器100的封装，所述封装方法包括：

步骤301：在所述PCB线圈上方按照预设方向排列所述多个永磁铁。

步骤302：测试所述PCB线圈与待测管道表面之间需要满足的提离距离。

步骤303：根据所述提离距离将所述PCB线圈和所述多个永磁铁封装在所述壳体内得到所述传感器。以使所述PCB线圈封装在所述壳体内后的预留距离小于所述提离距离，其中，所述预留距离表征所述PCB线圈距离所述壳体的靠近所述管道表面端的距离。

下面对所述封装方法进行详细的介绍。

在步骤301中，需要将所述多个永磁铁103按照预设方向排列在所述PCB线圈102上。对于所述预设方向，表征所述PCB线圈102产生的激励超声波的传播方向。

在步骤102中，需要测试所述PCB线圈102与待测表面管道之间需要满足的提离距离。对于所述提离距离的测试，是为了保证所述传感器100布置在所述管道表面上后，所述传感器100可以接收到经过所述管道传播的超声波信号，才能检测所述管道是否存在缺陷。

而对于具体的测试过程，本发明实施例提供一种可选的实施方式，因此所述步骤102包括：改变所述PCB线圈与管道表面之间的距离；测试所述PCB线圈接收到的信号的信号强度和信噪比；根据所述信号强度和所述信噪比确定所述提离距离。

在具体的实施中，在改变距离之前，可以放置两组所述PCB线圈102和所述多个永磁铁103，一组作为激励组，一组作为接收组。然后为所述激励信号组施加激励信号，改变两组与管道表面之间的距离，同时测试这两组中所述PCB线圈102上的信号的信号强度和信噪比。如图4所示，为得到的测试结果实例图，可以看出，随着距离的提离距离的增大，信号强度和信噪比均减小，在提离距离为1mm的时候，刚好还能够接收到信号，因此可以确定所述提离距离为1mm。也就是说在提离距离大于1mm的时候，所述PCB线圈102上不能接收到信号。

在得到所述提离距离后，可以执行步骤103，根据所述提离距离进行封装，以得到最终能够用于检测缺陷的所述传感器100。在封装的过程中，因为所述PCB线圈102在所述壳体101内会有一段预留距离，也就是所述PCB线圈102距离所述壳体101的靠近所述管道表面端的距离，所有在封装时要使所述预留距离小于所述提离距离，才能使所述传感器100布置在所述管道上后，依旧能接收到信号。

对于保证所述提离距离的实施方式，在执行步骤103之前，所述封装方法还可以包括：在所述PCB线圈102表面贴一层耐磨材料，以保证所述PCB线圈102封装在所述壳体101内后所述预留距离小于所述提离距离。

对于所述耐磨材料，所述耐磨材料的厚度应该尽量小，所述耐磨材料可以在保证提离距离的同时保护所述PCB线圈102。

执行步骤303时，步骤303可以包括：将所述PCB线圈102和所述多个永磁铁103通过封装介质封装在壳体内；其中，靠近所述管道表面端的封装形状与所述管道表面的形状匹配，以使所述预留距离小于所述提离距离。

请参照图5，为封装完成的传感器的示例图。其中，所述封装介质可以是环氧树脂或者其他树脂类封装介质，在具体封装时，将贴有耐磨材料的所述PCB线圈102放入所述壳体101内进行灌封，注意所述耐磨材料最后要在所述壳体101的靠近所述管道表面端。如果封装完成的所述传感器100是用于管道外部的检测，靠近所述管道表面端的封装形状可以直接为平面；如果封装完成的所述传感器100是用于管道内部检测，靠近所述管道表面端的封装形状需要为曲面，且该端的曲面半径与所检测的管道内径相适应。以曲面为例，灌封的具体实施过程可以是：将PCB软板作相应的弯曲固定以形成曲面后放入所述壳体101内，完成所述壳体101靠近所述管道表面端的封堵，然后用环氧树脂进行灌封，待环氧树脂固化后去掉底面封堵即可。

本发明提供的传感器的封装方法，通过对提离距离进行测试，根据所述提离距离对传感器进行有效封装，从而能够满足传感器用于管道缺陷检测的要求。

请参照图6，是本发明提供的一种管道缺陷的检测方法，所述检测方法利用上述封装好的传感器100检测管道缺陷，所述检测方法包括：

步骤401：将第一传感器和第二传感器沿预设方向布置在管道对应的位置上。其中，所述管道的位于所述第一传感器和第二传感器之间的区域为有效检测区域。

步骤402：为所述第一传感器提供激励信号，以使所述第一传感器产生超声波信号，所述超声波信号能够沿所述预设方向传播。

步骤403：检测所述第二传感器是否接收到所述超声波信号，得到检测结果。

步骤404：根据所述检测结果确定所述有效检测区域内是否存在缺陷。

所述检测方法通过所述第一传感器和所述第二传感器，检测所述第二传感器是否接收到超声波信号，根据检测结果确定所述有效检测区域内是否存在缺陷。通过超声波信号确定所述管道的检测区域是否存在缺陷，有效的检测管道缺陷。

下面对步骤401-步骤404的实施流程作详细介绍。

在所述检测方法中，对于所述第一传感器产生的超声波信号，在所述管道上进行传播时，称为电磁超声SH波(水平偏振横波)。所述管道相当于作为一种固体传播介质，为了实现管道中电磁超声SH波的激励和接收，以满足管道的缺陷的相关检测，对于所述第一传感器和所述第二传感器，需要满足用于管道检测的条件。

所述传感器100可以作为所述第一传感器和所述第二传感器，布置在所述管道对应的位置上，可以理解的是，所述第一传感器和所述第二传感器本身是相同的，只是一个用于激励超声波信号，一个用于接收超声波信号。

需要注意的是，所述传感器100的封装方法可以单独实施，也可以包括在所述检测方法中，在执行步骤401之前完成。

所述步骤401可以包括：将第一传感器和第二传感器沿所述管道的轴向或者周向布置在管道对应的位置上。

请参照图7和图8，分别为轴向和周向的布置方式示例图。所述管道的位于所述第一传感器和第二传感器之间的区域为有效检测区域。对于所述有效检测区域，可以分别设置多组第一传感器和第二传感器组成多个有效检测区域，分别检测多个有效检测区域内是否存在缺陷。也可以移动所述第一传感器和所述第二传感器，使所述有效检测区域随着传感器的移动而对应改变。在移动传感器这种实施方式下，在将所述第一传感器和所述第二传感器布置在所述管道上对应的位置时，可以为所述第一传感器和所述第二传感器设置可移动的固定架。

请参照图9，本发明实施例提供一种可选的固定架500，所述固定架500包括固定架本体501、调节螺母502和滚轮503。所述传感器200固定在所述固定架本体501上，所述滚轮503在支撑整个固定架本体501的同时，可以根据检测需求实现所述传感器100沿管道壁的移动；所述调节螺母502用于调节所述传感器100与被测表面之间的距离，根据被检表面粗糙度的不同，尽量保持较小的间隙，同时可以使所述传感器100适用于不同直径的管道。需要注意的是，在将所述传感器100固定在所述固定架500上时，根据封装时耐磨材料层的厚度，应保证所述传感器100与被测管道表面的间隙不超过提离距离减去所述耐磨材料层的厚度值，例如提离距离值为1，所述耐磨材料层为0.2mm，那么应保证所述传感器100与被测管道表面的间隙不超过0.8mm。

执行完步骤401后，可以执行步骤402，为所述第一传感器提供激励信号，以使所述第一传感器产生超声波信号，所述超声波信号能够沿所述预设方向传播。

其中，所述激励信号可以高频交流电，所述高频交流电的频率与所述永磁铁的宽度对应，一般情况下，所述永磁铁的宽度为激励超声波。针对管道的检测，当激励频率为500kHZ时，所选用的永磁铁的宽度为3mm。

在提供了激励信号后，所述第一传感器产生超声波信号，所述超声波信号沿所述预设方向传播，此时可以执行步骤403：检测所述第二传感器是否接收到所述超声波信号，得到检测结果。

然后执行步骤404：根据所述检测结果确定所述有效检测区域内是否存在缺陷。

请参照图10和图11，为本发明实施例提供的两种检测结果，这两种检测结果分别为轴向和周向的检测结果，可以看出，所述第二传感器上接收到的信号比较好，确定所述有效检测区域内无缺陷。

请参照图12，为本发明实施例提供的另一种检测结果，在这种检测结果中，所述第二传感器能够接收到超声波信号，但是所述超声波信号出现衰减，确定所述有效检测区域内存在缺陷，且所述超声波信号的衰减程度表征缺陷的大小。可以理解的是，所述有效检测区域内存在的缺陷越大，所述超声波信号的衰减程度越大。

因此，对于所述检测结果，若在所述第二传感器上检测到有超声波信号，需根据所述超声波信号进行判断，如果超声波信号无衰减，确定所述有效检测区域内无缺陷；如果超声波信号出现衰减，所述有效检测区域内存在缺陷，且所述超声波信号的衰减程度表征缺陷的大小。此外，若在所述第二传感器上未检测到超声波信号，还是确定所述有效检测区域内存在缺陷，因为在缺陷比较严重的情况下，所述超声波信号的衰减程度比较大，甚至消失，所以在未检测到超声波信号时，也判断为存在缺陷，且缺陷比较大。

本发明提供的所述检测方法通过设置所述第一传感器和所述第二传感器，检测所述第二传感器是否接收到超声波信号，根据检测结果确定所述有效检测区域内是否存在缺陷。通过超声波信号确定所述管道的检测区域是否存在缺陷，有效的检测管道缺陷。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的实施例而已，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。