一种管道表面提离高度自适应漏磁探伤系统的制作方法

本发明属于低频漏磁信号采集系统与设备领域，具体涉及一种管道表面提离高度自适应漏磁探伤系统。

背景技术：

1933年，zuschlug初次指出采用磁敏传感器探测漏磁场的概念；1947年hanstings研制出第一代缺陷漏磁探伤系统，然后社会开始认识到漏磁检测技术的价值。

1980年，yariv教授首次提出利用磁致伸缩效应测量微弱磁场的研究思想，并且通过一定的演算与实验预测最小探可测磁场能够达到1.6×10^-12t。在这之后，光纤微弱磁场传感器进入了高速发展的黄金时期，大量相关研究相继见报。

低频漏磁检测的原理是：外接激励源的激励线圈在空间激发较低频率的电磁场。磁场穿透承压设备中铁磁性材料，从一侧传导到另一侧。在没有壁厚减薄和缺陷的位置，铁磁性试件表面磁场较弱；在存在壁厚减薄和缺陷的位置，磁力线受到缺陷阻碍，磁场发生变异，部分磁力线溢出铁磁性试件，产生漏磁场。此时可以通过对漏磁场信号的强度变化来判断缺陷的存在位置。

低频漏磁信号检测技术应用十分广阔，主要应用方向有锅炉、压力管道等铁磁性承压设备。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于以霍尔元件为漏磁信号检测的基础，以基于stm32单片机的系统低频信号产生、检测并调整霍尔元件的相对位置为核心，对管道表面的低频漏磁信号实现提离高度自适应检测。

本发明通过以下技术方案实现：一种管道表面提离高度自适应漏磁探伤系统，由上位机(1)，航空插头(2)，载具(3)，c型磁芯(4)，线圈(5)，可替换式滚轮(6)，减速电机(7)，齿轮模组(8)，霍尔元件模块(9)，信号调理模块(10)，激光测距模块(11),铜箔屏蔽层(12)，stm32单片机模块(13)，电源模块(14)组成；其特征在于：载具(3)通过可替换式滚轮(6)在被测的铁磁性管道上移动；激光测距模块(11)检测霍尔元件模块(9)所在平面与管道表面的距离，并产生相应的测量电信号；当载具(3)遇到被测管道表面的不平整处时，激光测距模块(11)产生的电信号发生变化，并通过导线传输至stm32单片机模块(13)；stm32单片机模块(13)通过反馈的电信号驱动减速电机(7)，并通过齿轮模组(8)传动，调整霍尔元件模块(9)与被测管道之间的距离；stm32单片机模块(13)由电源模块(14)提供工作电压；霍尔元件模块(9)通过导线与信号调理模块(10)相连接，经过调理的电信号通过导线连接到航空插头(2)，并通过航空插头(2)传输至上位机(1)；激光测距模块(11)的探头与霍尔元件模块(9)保持在同一水平面上；stm32单片机模块(13)为线圈(5)提供20hz交流激励信号；c型磁芯(4)的内开角为270度，内径47.5cm，外径57.5cm，宽60cm；线圈(5)的漆包线直径为0.49mm，匝数为500匝。

所述stm32单片机模块(13)具体型号为stm32rct6。

所述c型磁芯(4)使用锰锌铁氧体材料。

所述线圈(5)使用铜质漆包线。

所述霍尔元件模块(9)包含2行8列(16个)霍尔元件，在载具(3)底面呈规则对称状排列，用于检测漏磁信号。

本发明的工作原理是：stm32单片机产生低频交流激励信号，输入磁芯上的线圈，驱动产生交变电磁场。根据磁场分布遵循磁阻最小原理，当交变电磁场遇到铁磁性材料缺陷时，由于缺陷处空气的磁导率小于铁磁性材料，磁感线首先会绕过缺陷，从缺陷下方通过，直至饱和，而又溢出材料表面，从而形成漏磁场。当漏磁场作用于霍尔元件时，霍尔元件产生输出电信号。产生的这些电信号经过放大、滤波等调理操作后实时发送至上位机。当载具遇到被测管道表面的不平整处时，激光测距模块测量到管道表面到霍尔元件模块的距离发生变化，其输出电信号随之变化，并通过导线传导至stm32单片机模块。stm32单片机模块通过反馈的电信号驱动减速电机转动，并通过齿轮模组传动，使得霍尔元件模块与被测管道表面保持相对恒定的距离，从而实现提离高度的自动适应。

维持霍尔元件模块与被测管道表面距离相对恒定，通过pid算法实现。

pid是一个闭环控制算法，由比例p、积分i、微分d控制算法组成。要实现pid算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。其基本原理是：

比例p，反应系统的基本(当前)偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；

积分i，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差；

微分d，反映系统偏差信号的变化率δ，δ的表达式如下所示：

δ＝e(t)-e(t-1)(1)

微分调节，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。

其数学表达形式如下式：

式中，u(t)：系统输出数值；e(t)：系统的基本偏差；kp：比例放大系数；

ti：积分时间；td：微分时间

在本系统中，控制霍尔元件与被测管道之间的距离d通过激光测距模块实现反馈，其测量结果传输至stm32单片机并通过单片机反馈到控制路线上，距离d即是本闭环控制系统中的反馈量。通过不断测量距离d的值，使得距离大小逼近在stm32单片机中设定的标准距离，实现提离高度的自适应。

本发明的有益效果是：本发明的设计中以霍尔元件为漏磁信号检测的基础，以stm32单片机为系统低频信号产生、检测并调整霍尔元件的相对位置为核心，对铁磁性管道表面的低频漏磁信号实现提离高度自适应快速检测。该系统具有检测效率高，应用范围广，探伤能力好等优点，具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的原理示意图。

图3是本发明的霍尔元件阵列结构示意图。

图4是本发明pid算法的基本原理流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种管道表面提离高度自适应漏磁探伤系统，由上位机(1)，航空插头(2)，载具(3)，c型磁芯(4)，线圈(5)，可替换式滚轮(6)，减速电机(7)，齿轮模组(8)，霍尔元件模块(9)，信号调理模块(10)，激光测距模块(11),铜箔屏蔽层(12)，stm32单片机模块(13)，电源模块(14)组成；其特征在于：载具(3)通过可替换式滚轮(6)在被测的铁磁性管道上移动；激光测距模块(11)检测霍尔元件模块(9)所在平面与管道表面的距离，并产生相应的测量电信号；当载具(3)遇到被测管道表面的不平整处时，激光测距模块(11)产生的电信号发生变化，并通过导线传输至stm32单片机模块(13)；stm32单片机模块(13)通过反馈的电信号驱动减速电机(7)，并通过齿轮模组(8)传动，调整霍尔元件模块(9)与被测管道之间的距离；stm32单片机模块(13)由电源模块(14)提供工作电压；霍尔元件模块(9)通过导线与信号调理模块(10)相连接，经过调理的电信号通过导线连接到航空插头(2)，并通过航空插头(2)传输至上位机(1)；激光测距模块(11)的探头与霍尔元件模块(9)保持在同一水平面上；stm32单片机模块(13)为线圈(5)提供20hz交流激励信号；c型磁芯(4)的内开角为270度，内径47.5cm，外径57.5cm，宽60cm；线圈(5)的漆包线直径为0.49mm，匝数为500匝。