一种钢质管道高速缺陷磁检测实验装置及方法与流程

1.本发明涉及高速缺陷检测技术领域，尤其涉及一种钢质管道高速缺陷磁检测实验装置以及一种钢质管道高速缺陷磁检测实验方法。


背景技术：

2.伴随油气需求逐年的增长，埋地钢质管道作为油气的重要运输方式，铺设的范围也越来越广。自2004年西气东输管道建成运行以来，中国油气管道经历了16年大规模建设，从油气管道里程数建设角度看，在2013-2019年间，我国油气管道里程数逐年增长，截至2020年底，中国境内建成油气长输管道累计达到14.4万公里，原油管道约2.9万公里，成品油管道约2.9万公里，天然气管道约8.6万公里，天然气管道占据了极大的部分。金属管道作为油气输送工具，是工业生产与民用设施的重要组成部分，在民用设施中，主要用于城市供热管网，分布在人口密度大的城区，因此“地下环境”较为复杂。工业生产中，用于输送原油等能源，主要分布在空旷的平原，外部环境较为简单，干扰少。城市管道所处环境与石油、天然气等长输能源管道不同，其主要铺设在由沥青、混凝土所铺设的路面下，这给管道漏点检测及管道壁厚分析带来很大的困难，城市热力管道一旦出现严重腐蚀，管道失效等问题，不仅会带来设备的损坏，还可能伴有人员伤亡，且抢修条件也相当苛刻。
3.管道安全关乎着经济的发展和社会的稳定。因此，应将早期的管道缺陷扼制在萌芽状态，及时检测和修复，避免缺陷的进一步扩大。而在现有技术中，只能在固定速度下进行监测，无法适用不同速度、不同类型缺陷、不同提离距离、和不同检测精度和范围的高速缺陷检测，无法满足大多数高速缺陷检测的实验需要。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供了一种钢质管道高速缺陷磁检测实验装置及方法，通过交流电机的控制实现实验试样的不同转速，通过伺服电机的控制实现提离距离的调整，通过实验精度调节装置实现基于动生涡流的缺陷检测精度，从而灵活调整实现各种检测工况，对提离距离、精度和检测速度都可进行精细的调节，通过外界计算机，实现同步控制电机和采集，以满足实验同步要求。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种钢质管道高速缺陷磁检测实验装置，包括：交流电机、实验传感器、实验精度调节装置、滑动导轨、伺服电机和计算机；
6.待检测的实验试样固定于所述交流电机的转子端部，所述实验传感器固定于所述实验精度调节装置上，且所述实验传感器的检测位置对应所述实验试样，所述实验精度调节装置固定于所述滑动导轨的滑块上，所述滑动导轨的滚珠丝杠螺杆与所述伺服电机的转子端部相连接；
7.所述交流电机、所述实验传感器和所述伺服电机分别通过控制采集器与所述计算机相连接；
8.所述交流电机带动所述实验试样实现转动，所述伺服电机通过所述滑动导轨带动
所述实验精度调节装置移动以调整所述实验传感器的检测提离距离，所述实验精度调节装置用于调整所述实验传感器的检测精度。
9.在上述技术方案中，优选地，钢质管道高速缺陷磁检测实验装置还包括实验柜，所述实验柜作为所述实验装置的支撑结构，所述交流电机通过电机支架固定于所述实验柜上，所述滑动导轨固定于所述实验柜上。
10.在上述技术方案中，优选地，所述交流电机通过电机接线盒与所述控制采集器相连接，所述实验试样通过螺栓和垫片固定于所述交流电机的转子端部，所述计算机通过所述控制采集器将控制指令转换并传输至所述电机接线盒，以调整所述交流电机的转速。
11.在上述技术方案中，优选地，所述实验传感器包括阵列线圈、矩形磁铁、传感器外壳和多边形固定端，所述阵列线圈为检测线圈并排形成的阵列组合，所述阵列线圈固定于所述矩形磁铁一侧的中部，所述矩形磁铁和所述阵列线圈固定于所述传感器外壳内；
12.所述传感器外壳与所述多边形固定端相固定，所述多边形固定端的端面为多边形结构；
13.所述实验精度调节装置上设置有传感器紧固螺栓孔，所述多边形固定端固定于所述传感器紧固螺栓孔中，通过调整所述多边形固定端相对于所述传感器紧固螺栓孔的相对角度来调整所述阵列线圈相对于所述实验试样运动方向的检测线圈个数，实现所述实验传感器对所述实验试样的检测精度的调整。
14.在上述技术方案中，优选地，所述实验精度调节装置的传感器紧固螺栓孔边缘刻画有检测精度指示刻度，所述多边形固定端的端面上设置有检测精度指示箭头，通过调整所述检测精度指示箭头所对应的检测精度指示刻度，来调整所述实验传感器对所述实验试样的检测精度。
15.在上述技术方案中，优选地，所述实验传感器还包括提离距离标尺，所述提离距离标尺设置于所述矩形磁铁靠近所述实验试样的一侧边缘，所述提离距离标尺用于测量所述实验传感器的阵列线圈与所述实验试样之间的提离距离。
16.在上述技术方案中，优选地，所述提离距离标尺包括滑移标尺和刻度卡槽，所述滑移标尺嵌设于所述刻度卡槽中，所述滑移标尺上设置有指示箭头，所述滑移标尺前端与所述实验传感器边缘对齐时所述指示箭头对应所述刻度卡槽的零刻度；
17.滑动所述滑移标尺至所述滑移标尺前端与所述实验试样相接触时，所述指示箭头对应的所述刻度卡槽的刻度为所述实验传感器与所述实验试样之间的提离距离。
18.本发明还提出一种钢质管道高速缺陷磁检测实验方法，应用于如上述技术方案中任一项公开的钢质管道高速缺陷磁检测实验装置，包括：
19.调节交流电机的转速以模拟针对实验试样的不同检测速度；
20.调节伺服电机的转动量以驱动滑动导轨带动实验传感器移动，实现所述实验传感器与所述实验试样之间提离距离的调整；
21.调节所述实验传感器相对于实验精度调节装置的角度，以调整所述实验传感器针对所述实验试样的检测精度。
22.在上述技术方案中，优选地，根据提离距离标尺的滑移标尺前端与所述实验试样相接触时所述指示箭头对应的刻度卡槽的刻度对应的提离距离，调节所述伺服电机的转动方向和转动量以调整所述提离距离。
23.在上述技术方案中，优选地，根据所述实验传感器的多边形固定端的端面上的检测精度指示箭头所对应的检测精度指示刻度，旋转所述实验传感器至所述检测精度指示箭头达到所要求的检测精度。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过交流电机的控制实现实验试样的不同转速，通过伺服电机的控制实现提离距离的调整，通过实验精度调节装置实现基于动生涡流的缺陷检测精度，从而灵活调整实现各种检测工况，对提离距离、精度和检测速度都可进行精细的调节，通过外界计算机，实现同步控制电机和采集，以满足实验同步要求。
附图说明
25.图1为本发明一种实施例公开的钢质管道高速缺陷磁检测实验装置的结构示意图；
26.图2为本发明一种实施例公开的实验传感器的结构示意图；
27.图3为本发明一种实施例公开的实验精度调节装置的结构示意图。
28.图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：
29.1、电机接线盒；2、交流电机；3、电机支架；4、伺服电机；5、梅花型联轴器；6、滑动导轨；7、滚珠丝杠螺杆；8、实验精度调节装置；9、检测精度指示刻度；10、实验传感器；11、螺栓和垫片；12、实验试样；13、实验柜；14、计算机；15、控制采集器；16、传感器紧固螺栓孔；17、阵列线圈；18、矩形磁铁；19、检测精度指示箭头；20、提离距离标尺；21、多边形固定端；22、传感器外壳。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
31.下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
32.如图1所示，根据本发明提供的一种钢质管道高速缺陷磁检测实验装置，包括：交流电机2、实验传感器10、实验精度调节装置8、滑动导轨6、伺服电机4和计算机14；
33.待检测的实验试样12固定于交流电机2的转子端部，实验传感器10固定于实验精度调节装置8上，且实验传感器10的检测位置对应实验试样12，实验精度调节装置8固定于滑动导轨6的滑块上，滑动导轨6的滚珠丝杠螺杆7与伺服电机4的转子端部通过梅花型联轴器5相连接；
34.交流电机2、实验传感器10和伺服电机4分别通过控制采集器15与计算机14相连接；
35.交流电机2带动实验试样12实现高速转动，伺服电机4通过滑动导轨6带动实验精度调节装置8移动以调整实验传感器10的检测提离距离，实验精度调节装置8用于调整实验传感器10的检测精度。
36.在该实施方式中，通过交流电机2的控制实现实验试样12的不同转速，通过伺服电机4的控制实现提离距离的调整，通过实验精度调节装置8实现基于动生涡流的缺陷检测精
度，从而灵活调整实现各种检测工况，对提离距离、精度和检测速度都可进行精细的调节，通过外界计算机14，实现同步控制电机和采集，以满足实验同步要求。
37.具体地，交流电机2带动实验试样12实现高速转动，计算机14能够通过控制交流电机2的转速来调整实验试样12在检测过程中的检测速度。实验传感器10通过实验精度调节装置8间接固定于滑动导轨6上，用于基于动生涡流来检测交流电机2上固定的实验试样12。涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料。当把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流。由于导体自身各种因素(如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等)的变化，会导致涡流的变化，利用这种现象判定导体性质、状态的检测方法，称为涡流检测。在涡流检测过程中，电涡流的大小随着变化电磁场与导体的距离改变而变化，这就是提离效应。
38.基于涡流检测中的提离效应原理，本发明采用伺服电机4驱动滑动导轨6，实现实验传感器10在直线导轨方向的直线位移，计算机14能够通过控制伺服电机4的转动量来调整实验传感器10的直线位移大小，从而调整实验传感器10相对于实验试样12的提离距离。简单来说，就是通过控制伺服电机4可以达到不同提离距离的检测要求。
39.在上述实施方式中，优选地，钢质管道高速缺陷磁检测实验装置还包括实验柜13，实验柜13作为实验装置的支撑结构，承载所有的其他装置，交流电机2通过电机支架3固定于实验柜13上，滑动导轨6固定于实验柜13上。
40.在上述实施方式中，优选地，交流电机2通过电机接线盒1与控制采集器15相连接，实验试样12通过螺栓和垫片11固定于交流电机2的转子端部，计算机14通过控制采集器15将控制指令转换并传输至电机接线盒1，以调整交流电机2的转速，满足实验装置对于不同检测速度的检测需要。
41.如图2所示，在上述实施方式中，优选地，实验传感器10包括阵列线圈17、矩形磁铁18、传感器外壳22和多边形固定端21，阵列线圈17为检测线圈并排形成的阵列组合，阵列线圈17固定于矩形磁铁18一侧的中部，矩形磁铁18和阵列线圈17通过胶水或其他固定方式固定于传感器外壳22内；
42.传感器外壳22与多边形固定端21相固定，多边形固定端21的端面设计为多边形结构，增大夹持时的接触面积，增大夹紧力，也方便调节固定的角度，比如，将多边形固定端21设计为18边形，每旋转一个边可以调节20度。
43.实验精度调节装置8上设置有传感器紧固螺栓孔16，多边形固定端21固定于传感器紧固螺栓孔16中，通过调整多边形固定端21相对于传感器紧固螺栓孔16的相对角度来调整阵列线圈17相对于实验试样12运动方向的检测线圈个数，实现实验传感器10对实验试样12的检测精度的调整。
44.其中，具体地，实验传感器10通过多边形固定端21插入传感器紧固螺栓孔16中，实现实验传感器10的固定，同时通过调整多边形固定端21相对于传感器紧固螺栓孔16的角度，来调整实验传感器10的阵列线圈17相对于实验试样12的角度。
45.在不同角度下，一定检测范围下，沿实验试样12运动方向的检测线圈个数不同，能够达到不同检测精度的效果，检测精度a＝l/n*cos(θ)，其中，a为检测精度，单位为毫米，l为最大检测范围，单位为毫米，n为阵列线圈17中检测线圈的个数，θ为检测线圈相对于实验试样12的偏转角度。
46.如图3所示，在该实施方式中，优选地，通过预先计算，在实验精度调节装置8的传感器紧固螺栓孔16边缘，根据计算得出的角度刻画有检测精度指示刻度9。根据上述计算公式可知，检测精度指示刻度9为非均匀分布。进一步地，多边形固定端21的端面上设置有检测精度指示箭头19，检测精度指示箭头19与所刻画的检测精度指示刻度9是相适配的，检测精度指示箭头19指向哪一个检测精度指示刻度9，当前实验传感器10针对实验试样12的检测精度即为刻度对应的检测精度。通过调整检测精度指示箭头19所对应的检测精度指示刻度9，来调整实验传感器10对实验试样12的检测精度。例如，刻画的精度有1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm，最低检测精度为3mm，最高检测精度为1mm，实验传感器10调整好检测精度对应的角度后，通过传感器紧固螺栓孔16来固定实验传感器10和实验精度调节装置8。
47.在上述实施方式中，优选地，实验传感器10还包括提离距离标尺20，提离距离标尺20设置于矩形磁铁18靠近实验试样12的一侧边缘，提离距离标尺20用于测量实验传感器10的阵列线圈17与实验试样12之间的提离距离。
48.在上述实施方式中，优选地，提离距离标尺20包括滑移标尺和刻度卡槽，滑移标尺嵌设于刻度卡槽中，滑移标尺上设置有指示箭头，滑移标尺前端与实验传感器10边缘对齐时指示箭头对应刻度卡槽的零刻度；
49.滑动滑移标尺至滑移标尺前端与实验试样12相接触时，指示箭头对应的刻度卡槽的刻度为实验传感器10与实验试样12之间的提离距离。
50.本发明还提出一种钢质管道高速缺陷磁检测实验方法，应用于如上述实施方式中任一项公开的钢质管道高速缺陷磁检测实验装置，包括：
51.调节交流电机2的转速以模拟针对实验试样12的不同检测速度；
52.调节伺服电机4的转动量以驱动滑动导轨6带动实验传感器10移动，实现实验传感器10与实验试样12之间提离距离的调整；
53.调节实验传感器10相对于实验精度调节装置8的角度，以调整实验传感器10针对实验试样12的检测精度。
54.在该实施方式中，通过交流电机2的控制实现实验试样12的不同转速，通过伺服电机4的控制实现提离距离的调整，通过实验精度调节装置8实现基于动生涡流的缺陷检测精度，从而灵活调整实现各种检测工况，对提离距离、精度和检测速度都可进行精细的调节，通过外界计算机14，实现同步控制电机和采集，以满足实验同步要求。
55.在上述实施方式中，优选地，根据提离距离标尺20的滑移标尺前端与实验试样12相接触时指示箭头对应的刻度卡槽的刻度对应的提离距离，调节伺服电机4的转动方向和转动量以调整提离距离。
56.在上述实施方式中，优选地，根据实验传感器10的多边形固定端21的端面上的检测精度指示箭头19所对应的检测精度指示刻度9，旋转实验传感器10至检测精度指示箭头19达到所要求的检测精度。
57.以上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。