基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统及方法与流程

本发明涉及大型容器不锈钢钢衬厚度无损评价技术领域，具体涉及一种基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统及方法。

背景技术：

大型容器基体多为钢材材料，由于服役环境复杂多变，在正常服役过程中，常会受到材料腐蚀(常见于盛有化学物质的容器)等的影响，以盛装有毒气体或液体的大型容器为例，容器体的破坏会导致容器内部危险物质泄露，对生命财产安全构成极大的威胁，为避免此类事故的发生，容器内部采用不锈钢衬将容器基体与环境相隔离开，从而减缓或者避免容器体发生腐蚀等破坏。尽管相比于钢材容器体，不锈钢钢衬比较难以在恶劣的服役环境中发生腐蚀，但服役时间过久，难免会发生破坏，导致无法安全隔离环境对容器体的影响，因此，定期对容器不锈钢衬进行厚度检测至关重要。

针对容器的厚度评价，最常用的方法是超声波检测，但是大型容器不锈钢钢衬和容器体接触面一般采用焊接固定，界面实际情况较为复杂，而超声波检测技术主要应用超声波对界面的反射波信息进行厚度评价，因此极大地制约了超声波检测技术的使用范围。此外，超声波检测技术必须使用耦合剂，而钢衬表面直接暴露于恶劣环境中，不便于使用耦合剂。涡流检测技术则能很好地避免以上两个问题，故为了更加高效地对大型容器不锈钢衬进行厚度评价，研究合适的涡流检测技术十分必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统及方法，从而对大型容器不锈钢钢衬进行定点的定量评估，能够从原理上消除提离对检测结果的影响，并具有非接触，检测系统结构简单，操作方便快捷，检测结果稳定、涉及数据量小等优点。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统，包括盘式线圈和探头辅助装置，所述盘式线圈包括线圈骨架1和绕在线圈骨架1上的盘式线圈导线，盘式线圈导线从线圈骨架导线槽2引出；所述探头辅助装置包括线圈保护外壳3，销钉5，弹簧7以及探头保护外壳8，所述线圈保护外壳3包覆在线圈骨架1外部，底端与线圈骨架1底端固定；线圈保护外壳3顶端有导线定位槽6，侧面有销钉孔4；所述弹簧7置于线圈保护外壳3顶部，所述探头保护外壳8包覆在弹簧7和线圈保护外壳3外部，探头保护外壳8顶端有导线出孔10，侧面与线圈保护外壳3侧面的销钉孔4对应位置处开有销钉槽9；所述线圈骨架导线槽2引出的盘式线圈导线通过导线定位槽6从线圈保护外壳3上表面中心处导出，并从弹簧7轴线穿过，通过导线出孔10引出；所述销钉5一端固定在销钉孔4内，另一端置于销钉槽9内，以便线圈保护外壳3在探头保护外壳8内沿轴线方向移动，销钉槽9的长度可控制线圈保护外壳3每次移动相同距离，从而保证线圈保护外壳3和线圈骨架1每次都受到相同压力，以达到每次检测中提离距离相同的目的。

所述盘式线圈导线缠绕在线圈骨架1上。

所述的基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统进行大型容器不锈钢衬厚度检测的方法，

1)建立钢衬厚度-信号特征量标定曲线：制作一系列用于建立钢衬厚度-信号特征量标定曲线的标定件，相比于所述的厚度检测系统，大型容器尺寸非常大，以至于检测点附近区域可视为平板，因此可基于双层板结构的标定件建立标定曲线；这些标定件由两部分组成：上层的不锈钢层和下层的碳素钢层，不锈钢层为钢衬，碳素钢层为大型容器基体，每个标定件的碳素钢层厚度相同，不锈钢层厚度t不同，所述1mm≤t≤4mm，将基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统依次垂直放置于各标定件钢衬一侧上表面，从上到下按压探头保护外壳8，使盘式线圈下表面与钢衬上表面完全接触，对每个基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统的盘式线圈依次施加完全相同的正弦激励信号，不锈钢层和碳素钢层中会感生出涡流，涡流会激发二次磁场，影响盘式线圈阻抗信号，由于不锈钢与碳素钢的材料参数尤其是相对磁导率相差较大，不锈钢衬的厚度将影响二次磁场的强弱和分布，进而影响盘式线圈的阻抗信号，因此通过表征该阻抗信号的特征量来检测钢衬厚度，采集检出阻抗信号，并计算电感与电阻比值，即为相应的特征量，建立钢衬厚度-信号特征量之间的拟合曲线，即为钢衬厚度-信号特征量标定曲线；

2)通过实验获取待测点检测特征量：将基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统垂直放置于待测点钢衬一侧上表面，从上到下按压探头保护外壳8，使盘式线圈下表面与钢衬上表面完全接触，施加与步骤1)中完全相同的正弦激励信号，得到检出阻抗信号，并计算相应的特征量；

3)计算待测点钢衬厚度值：在步骤1)所得的标定曲线中，获取与步骤2)所得特征量相对应的钢衬厚度值，即为待测点钢衬厚度。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1)本发明能够针对大型容器不锈钢衬厚度进行定点的定量检测，检测系统简单，操作方便快捷，同时，能够弥补超声波检测技术受界面影响大和需要耦合剂的不足，可极大地提高检测效率。

2)本发明中采用探头辅助装置，通过内部弹簧与其他零部件的辅助作用，能够使盘式线圈在每次检测中受到相同的压力，进而可从原理上消除提离距离对检测结果的影响，具有检测结果稳定、涉及数据量小等优点。

附图说明

图1为本发明探头辅助装置结构示意图。

图2为本发明线圈骨架与线圈探头保护外壳间相对位置示意图。

图3为本发明线圈保护外壳与探头保护外壳连接方式示意图。

图4为本发明实施例所建立的钢衬厚度-信号特征量标定曲线。

具体实施方式

本发明方法的检测原理为：依据涡流检测原理，当向盘式线圈施加一定频率的正弦激励信号时，钢衬层、容器基体层中会感生出涡流，涡流会激发二次磁场，影响盘式线圈阻抗信号，由于不锈钢与碳素钢的材料参数(尤其是相对磁导率)相差较大，钢衬的厚度将影响二次磁场的强弱和分布，进而影响盘式线圈的阻抗信号，因此可以通过表征该阻抗信号的特征量来检测钢衬厚度。通过数值模拟和实验发现：同一钢衬厚度下，盘式线圈检出阻抗信号的虚部与实部之比与钢衬厚度存在二次函数关系，故可将该比值作为表征钢衬厚度的特征量，建立钢衬厚度-信号信号特征量曲线，因此，可以通过实验得到待测点所对应的特征量，并在钢衬厚度-信号特征量标定曲线中提取相应的厚度值，即为检测点处钢衬厚度。此外，探头辅助装置可保证在每次检测中，弹簧7均产生相同的形变，根据胡克定律，盘式线圈每次受到的压力均相同，从而可控制每次检测中探头的提离距离相同，即从原理上消除提离距离对检测结果产生的不利影响。

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本实施例为一种基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统，包括盘式线圈和探头辅助装置，盘式线圈中，绕在线圈骨架1上的导线从线圈骨架导线槽2引出；探头辅助装置包括线圈保护外壳3，销钉5，弹簧7以及探头保护外壳8；线圈保护外壳3顶端有导线定位槽6，侧面有销钉孔4；探头保护外壳8顶端有导线出孔10，侧面有销钉槽9。

如图2所示，线圈保护外壳3底端与线圈骨架1固定，保证线圈外壳3和线圈骨架1能够同步运动，且线圈保护外壳3在受到压力时，线圈骨架1受到相同的压力。盘式线圈导线可从线圈骨架导线槽2引出，经过导线定位槽6，再从线圈保护外壳3上表面中心处导出。

如图3所示，线圈保护外壳3与探头保护外壳8侧面通过销钉5连接。销钉5一端固定在销钉孔4内，另一端置于销钉槽9内，所以线圈保护外壳3和销钉5便可同时沿探头保护外壳8轴线方向相对移动；弹簧7置于线圈保护外壳3顶部；弹簧7和线圈保护外壳3置于探头保护外壳8内部；由导线定位槽6引出的导线可穿过弹簧7轴线，再从导线出孔10引出探头外部。

上述所述基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统进行厚度检测的方法，通过以下步骤进行：

1)建立钢衬厚度-信号特征量标定曲线。制作4个用于建立钢衬厚度-信号特征量标定曲线的标定件，相比于所述的厚度检测系统，大型容器尺寸非常大，以至于检测点附近区域可视为平板，因此可基于双层板结构的标定件建立标定曲线；这些标定件由两部分组成：上层的不锈钢层和下层的碳素钢层，不锈钢层为钢衬，碳素钢层为大型容器基体，将基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统依次垂直放置于各标定件钢衬一侧上表面，从上到下按压探头保护外壳8，使盘式线圈下表面与钢衬上表面完全接触，对每个基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统的盘式线圈依次施加频率为30khz，大小为20ma的恒流激励信号，采集检出阻抗信号，并计算电感与电阻比值，即为相应的特征量，标定件具体尺寸及特征量如表1所示，建立钢衬厚度-信号特征量标定曲线，如图4所示，其表达式为：

表1标定件结构参数

2)通过实验获取待测点检测特征量。将基于涡流检测的大型容器不锈钢衬厚度检测系统垂直放置于待测点钢衬一侧上表面，从上到下按压探头保护外壳8，使盘式线圈下表面与钢衬上表面完全接触，施加与步骤1)中完全相同的正弦激励信号，得到检出阻抗信号，并计算相应的特征量；

3)计算待测点钢衬厚度值。在步骤1)所得的标定曲线中，获取与步骤2)所得特征量相对应的钢衬厚度值，即为待测点钢衬厚度，三个待测点不锈钢衬厚度的真实值、检测值及相对误差如表2所示。

表2待测点钢衬厚度检测结果

由表2检测结果可知，检测误差在允许的范围内，从而证明该检测系统的可行性。