本发明属于无损检测领域，尤其涉及一种储罐底板焊缝检测仪及系统。
背景技术
储罐广泛见之于工业生产和日常生活。储罐通常被用来存储生产原料或者工业产品等，其工作环境复杂恶劣，容易出现腐蚀等损伤。在储罐的部件中，其底板是比较容易出现问题的地方。而在底板上，最薄弱的又是底板之间的焊缝。焊缝上的缺陷，一般以纵向裂纹的形式出现。对于这种焊缝上的裂纹的检测，就是储罐底板定期检测的重点。
实际中，上述储罐焊缝的检测还存在一些难题。首先是目前的储罐底板上一般敷有涂层，用于防锈等目的，这个涂层对于超声波检测、磁粉检测和涡流检测，都会造成非常大的障碍，严重影响检测结果以及检测效率。其次是实践中发现，储罐中介质的残留会影响和干扰检测。例如用于原油存储的储罐，其底板难以清洗干净，一般都存在油污，这些油污也会影响超声波等常规检测技术和手段的实施。再次，对于一些稍微老旧的储罐，其焊接一般采用搭焊的方式，焊缝本身存在一个坡度，这个坡度也会造成检测的困难，不利于常规无损检测技术的采用。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种储罐底板焊缝检测仪及系统，以克服目前储罐底板焊缝检测中的涂层、油污、铁锈等难题，提高检测的效率和准确性。
本发明采用如下技术方案：
一方面，所述储罐底板焊缝检测仪包括检测小车，所述检测小车底部向下设置有多个并排排列的探头单元形成探头阵列，每个探头单元包括外壳，所述外壳前后两端设置有定高轮，所述外壳内还设置有磁芯、绕在磁芯上的线圈以及位于磁芯附近的磁传感器，所述磁芯和磁传感器均朝下设置，所述检测小车左右两侧设置有车轮，所述检测小车内置有供电电源、数据传输单元、采集卡、信号发生器和位移编码器，其中至少一个车轮与所述位移编码器复用，所述信号发生器、采集卡以及各磁传感器电连接至所述数据传输单元，所述信号发生器用于产生激励信号，并且激励信号连接到各探头单元线圈上，各探头单元的线圈之间采用串联或并联连接，且各探头单元产生的激励电磁场同相位、同方向，以使得在储罐底板上激励出来的各电流是同相位、同方向。
进一步的，所述检测小车前端还设置有向下的摄像头和探照灯，所述摄像头用于进行检测路径的记录并辅助检测路径偏离校正，所述摄像头连接至所述数据传输单元。
进一步的，所述检测小车后端斜向上安装有支架，所述支架末端安装有把手，所述支架上还设有主机安装位。
进一步的，所述检测小车、支架、把手和主机安装位之间均采用可拆卸安装。
进一步的，在检测过程中，各探头单元的磁传感器收集到交流电磁场磁信号，并将所述磁信号发送至采集卡，由采集卡发送至数据传输单元。
另一方面，所述储罐底板焊缝检测系统包括上述储罐底板焊缝检测仪，还包括主机，所述主机和检测小车的数据传输单元连接，所述主机用于对信号发生器的波形、频率、功率的控制，以及记录检测小车回传的检测路径数据和交流电磁场磁信号并进行储罐底板焊缝缺陷判断，判断依据是：当焊缝没有出现缺陷的时候，磁信号的x轴和z轴的幅度值比较稳定，且x轴和z轴的相位差也比较小，接近零，当焊缝出现裂纹缺陷的时候，x轴和z轴的幅度值开始变化，同时x轴和z轴的相位差也开始变大，所述x轴为小车前进方向，所述z轴为探头单元的磁传感器所在平面垂直向上方向。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种高效的储罐底板焊缝检测方案，提高了检测效率；而且本发明方案的适应性强，能检测带有涂层的储罐底板焊缝，还能检测带有油污或者铁锈的储罐底板焊缝；另外本发明方案操作简单，降低了检测员的技术要求，减少了检测员的个人因素对检测结果的影响，有利于标准化检测。
附图说明
图1是本发明的实施例提供的储罐底板焊缝检测仪的结构图；
图2是本发明的实施例提供的检测小车的结构图；
图3是本发明的实施例提供的探头单元的结构图；
图4是本发明的实施例提供的储罐底板焊缝检测仪的原理图；
图5是本发明的实施例提供的储罐底板焊缝检测系统的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，本发明实施例提供的储罐底板焊缝检测仪，包括检测小车1，所述检测小车1底部向下设置有多个并排排列的探头单元2形成探头阵列，每个探头单元2包括外壳21，所述外壳21前后两端设置有定高轮22，所述外壳21内还设置有磁芯23、绕在磁芯上的线圈25以及位于磁芯附近的磁传感器24，所述磁芯和磁传感器均朝下设置，所述检测小车左右两侧设置有车轮11，所述检测小车1内置有供电电源41、数据传输单元42、采集卡43、信号发生器44和位移编码器45，其中至少一个车轮11与所述位移编码器45复用，所述信号发生器44、采集卡43以及各磁传感器24电连接至所述数据传输单元42，所述信号发生器44用于产生激励信号，并且激励信号连接到各探头单元线圈上，各探头单元的线圈之间采用串联或并联连接，且各探头单元产生的激励电磁场同相位、同方向，以使得在储罐底板上激励出来的各电流是同相位、同方向。
这里，探头单元采用完全封装的形式，采用耐磨耐油耐腐蚀的塑料制作外壳，再把线圈、磁芯、以及磁传感器等安装到设计位置，连接好各种电缆之后，检测没有问题再进行封装。比如封装材料采用环氧树脂。采用完全封装的形式，可以避免铁锈、粉尘、油污和水等的侵害，同时也可以保持探头单元内部的机械和电气稳定性。
本发明采用交流电磁场技术(acfm，alternatingcurrentfieldmeasurement)原理。交流电磁场技术于上世纪90年代起源于英国，由交流电压降技术(acpd，alternatingcurrentpotentialdrop)发展而来。这是一种新的电磁无损检测技术，相比于传统的电磁无损检测技术，例如涡流和磁粉检测技术，交流电磁场技术在检测时容许非导电涂层的存在，同时对于检测对象的表面要求比较宽松。另外，交流电磁场技术能对裂纹进行定量，非常适合于焊缝的评估。但是到目前为止，并没有适合储罐底板焊缝检测的此类仪器出现。
本实施中，检测小车有四个车轮，其中至少一个和位移编码器复用，以精简结构。位移编码器的和采集卡电气相连，检测小车行走时，车轮转动，位移编码器可以记录小车位移距离，为检测仪提供距离记录。信号发生器同时可以通过数据传输单元来控制和读取。在主机(即上位机)的控制下，信号发生器可以产生多种波形的激励信号，并且频率和功率可调。其激励信号连接到磁芯上的线圈上。本发明中，采用三个或者多个探头单元，图示有5个探头单元，每个探头单元都有磁芯、线圈和磁传感器。线圈之间可以串联连接，也可以并联连接。无论采取哪种方式，都应该使线圈激励电磁场同相位、同方向，以保证在储罐底板上激励出来的电流是同相位、同方向的。
每个探头单元在储罐底板焊缝上激励出电流后产生磁场，各探头单元的磁传感器对应收集到交流电磁场磁信号，通过电缆连接到采集卡。采集卡同步采集并进行ad转换多个磁传感器的多个通道的信号，并经过简单的处理，通过数据传输单元上传至主机进行进一步处理。本实施例中，所述数据传输单元主要是进行主机和采集卡、信号发生器之间的数据通信。位移编码器输出的距离数据也通过采集卡一并发送至数据传输单元，主机对于采集卡以及信号发生器的控制以及反馈信号，也通过数据传输单元进行。数据传输单元，可以是一种有线的模式，也可以是一种无线的模式。
交流电磁场检测技术容许一定的探头提离值。但是探头提离值的出现，还是会影响缺陷信号大小，造成灵敏度的降低和缺陷定量的偏离。另外，因为储罐底板焊缝中，经常出现搭焊的情况。这种搭焊，造成了焊缝局部区域的不平整。一般的探头，不能适应这种不平整。如果采用固定提离值的方式，就可能降低部分区域的检测灵敏度。所以本实施例在设计探头单元的时候，在探头单元外壳前后安装两个定高轮，这两个轮子的作用，是保证探头单元和储罐底板焊缝的固定提离值，实现了对于储罐底板焊缝的表面自适应，同时减小摩擦阻力，防止对探头单元的磨损。
现有的交流电磁场技术检测操作实例，要求对单条的焊缝进行多个位置的多次扫描。例如沿着焊缝焊帽(weldcap)处进行扫描后，还要求对焊帽两边的焊趾(weldtoe)进行扫描。本发明方案采用探头阵列方案，多个并排排列的探头单元形成探头阵列，利用多个探头单元，并列进行扫描，一次性的完成焊缝焊帽和焊趾的检测，提高了检测效率，同时降低了漏检的概率。
进一步作为一种优选方式，所述检测小车1前端还设置有向下的摄像头12和探照灯13，所述摄像头12用于进行检测路径的记录并辅助检测路径偏离校正，所述摄像头12连接至所述数据传输单元42。探照灯对储罐底板焊缝检测环境进行照明，摄像头所得的影像数据，和交流电磁场磁信号数据一起保存，方便后期的复检或者离场数据分析。
本实施例中，通过人工推动检测小车，或者也可以在检测小车上增加驱动机构和定位机构，实现检测自动行走和对储罐底板焊缝的智能化检测。作为一种具体人工推动操作方式，所述检测小车1后端斜向上安装有支架5，所述支架5末端安装有把手6，所述支架5上还设有主机安装位7，主机采用pc笔记本电脑或者平板电脑的形式，主要是进行数据的处理和指令的发生，同时提供人机交互界面。主机安装在检测小车支架的主机安装位上，可以方便拆卸。另外，所述检测小车、支架、把手之间也采用可拆卸安装。具体的，检测小车支架的把手通过螺栓和支架连接固定，并且可以拆卸，支架也通过螺栓可拆卸安装在检测小车后端，检测中在有空间限制的情况下，可以拆卸下小车、支架、把手和主机，采取推动或者牵引小车的方式沿焊缝检测。同时检测小车的主体设计紧凑，给后期智能化检测预留空间。
另外，本实施例还提供了一种储罐底板焊缝检测系统，如图5所示，包括本实施例所述的储罐底板焊缝检测仪，还包括主机，所述主机和检测小车的数据传输单元连接，所述主机用于对信号发生器的波形、频率、功率的控制，以及记录检测小车回传的检测路径数据和交流电磁场磁信号并进行储罐底板焊缝缺陷判断。目前交流电磁场(acfm)对于缺陷的判定，通常是在检测完一个轨迹之后，通过对x轴信号、z轴信号以及x和z信号构成的蝶形图的观察，来判断是否存在缺陷。这种方式的缺点是，不能实时的确定是否存在缺陷，不利于对缺陷的实时判断。同时，在利用信号幅度大小的时候，丢弃了相位信息，没有利用相位信息。本发明采用了一种新的缺陷实时判断方法，结合信号的幅度大小值以及信号的相位差值。判断依据是：当焊缝没有出现缺陷的时候，磁信号的x轴和z轴的幅度值比较稳定，且x轴和z轴的相位差也比较小，接近零。当焊缝出现裂纹缺陷的时候，x轴和z轴的幅度值开始变化，同时x轴和z轴的相位差也开始变大，所述x轴为小车前进方向，所述z轴为探头单元的磁传感器所在平面垂直向上方向。x轴和z轴的幅度值，采用梯度的算法来突出其变化。相位差则可以从多个连续的数据点所得的拟合曲线得出。
综上，本发明储罐底板焊缝检测方案适应性强，能检测带有涂层的储罐底板焊缝，还能检测带有油污或者铁锈的储罐底板焊缝；而且检测仪操作简单，降低了检测员的技术要求，减少了检测员的个人因素对检测结果的影响，有利于标准化检测，提高了检测效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。