用于腐蚀映射的电磁声换能器(EMAT)的制作方法

背景技术：

1、金属结构通常容易受到腐蚀和侵蚀。例如，管道通常在管的外表面上形成腐蚀，而在管的内表面上形成侵蚀。管道操作者使用b31g标准来评估管道“服务适合性”。在评估过程中，必须识别管上的腐蚀斑块，并估算这些斑块之间的间距，以确定是否应将紧密地间隔的斑块视为一个连续的斑块。接下来，可以将斑块的轴向范围和最大深度作为用于每个斑块的评估标准。腐蚀斑块的最大深度决定了管的最小可用壁厚。

2、图1是根据现有技术的裂缝检测的示意图。一些常规技术通过压电换能器或电磁声换能器(emat)在固体材料6(例如，金属板)中产生超声波。压电换能器包括振动晶体2和耦合剂4(例如，凝胶或流体)，该耦合剂将振动传递到固体材料6(例如，钢板)上。在另一种常规技术中，emat 15在固体材料6中产生振动。emat 15包括与线圈12磁耦合的永磁体10。当交流电(ac)在线圈12中流动时，线圈12中的ac电流在固体材料6中产生涡电流。永磁体10的磁场与这些涡流相互作用(例如通过洛伦兹力或磁致伸缩)，以产生通过固体材料的晶格传播的超声波。当超声波到达裂纹或分层5(或晶格中的其他不连续部)时，会生成反射超声波。这些反射波可以由也是emat的接收器检测。在接收emat(未显示)处，反射超声波与接收emat的磁场的相互作用在样品材料中感应出涡流，其进而在接收emat线圈电路中感应出电流。可以测量这些感应电流，并进行进一步分析以表征样品的裂纹、分层或壁厚。在某些应用中，emat 15既可以用作超声波发射器，也可以用作超声波接收器。

3、对于emat和压电换能器壁厚的测量，由于超声波能量从腐蚀斑块上的散射，腐蚀可能特别成问题。此外，emat难以在具有相对较薄的壁(例如0.25至0.5英寸)的管上操作，并且由于腐蚀而进一步变薄，因为第一回波(可能是唯一具有可检测到的幅度的回波)可能被掩埋在信号的“主脉冲(main bang)”中。因此，仍然需要有成本效益的测试方法，该方法能够在腐蚀存在的情况下不用耦合剂而精确地测量壁管的厚度。

技术实现思路

技术特征：

1.一种用于检测或测量物体中腐蚀或侵蚀的装置，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个永磁体包括第一磁体、第二磁体、第三磁体和第四磁体，并且其中，每个磁体面对所述铁磁芯的具有相同极的一侧。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个永磁体还包括第五磁体，所述第五磁体面对所述铁磁芯的与所述物体相对的顶侧，并且其中，所述第五磁体以与所述第一磁体、第二磁体、第三磁体和第四块磁铁相同的磁极来面对所述铁磁芯。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述多个永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，其中，所述第一永磁体具有面对所述铁磁芯的第一宽度，并且所述第二永磁体具有面对所述铁磁芯的第二宽度，并且其中，所述第一宽度和所述第二宽度不同。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个永磁体包括围绕所述铁磁芯的楔形磁体。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个永磁体是多个第一永磁体，并且所述铁磁芯是第一铁磁芯，所述装置还包括多个第二永磁体和第二铁磁芯，其中，所述多个第一永磁体中的至少一个永磁体以一个磁极面对所述第一铁磁芯，并且以另一个磁极面对所述第二铁磁芯。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述铁磁芯包括层叠片，并且其中，所述铁磁芯的各个层叠片垂直于所述线圈。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述铁磁芯的横截面的边在从大约1/4英寸×1/4英寸到大约1/2英寸×1/2英寸的范围内。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述铁磁芯的横截面的直径在从大约1/4英寸到大约1/2英寸的范围内。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线圈包括发送器(tx)线圈和接收器(rx)线圈，所述发送器(tx)线圈和所述接收器(rx)线圈堆叠在所述物体与所述铁磁芯之间。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述发送器(tx)线圈比所述接收器(rx)线圈距离所述物体更近。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述发送器(tx)线圈包括第一tx导电迹线(tx1)和第二tx导电迹线(tx2)，并且所述接收器(rx)线圈包括第一rx导电迹线(rx1)和第二rx导电迹线(rx2)，其中，所述第一tx导电迹线(tx1)和第一rx导电迹线(rx1)位于所述铁磁芯下方，并且其中，rx1的绕组与rx2的绕组的走线方向相反。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线圈包括具有锯齿状边缘的导电迹线。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，还包括：电连接到所述线圈的多个开关。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述多个开关中的各个开关为单独地可控的场效应晶体管(fet)。

16.一种用于检测或测量物体中腐蚀或侵蚀的装置，包括：

17.一种用于检测或测量物体中的腐蚀或侵蚀的方法，包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述线圈中的电流由系列电压脉冲产生，并且其中，所述系列电压脉冲的前导电压脉冲或尾随电压脉冲短于所述系列电压脉冲的中部的脉冲。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，在所述尾随电压脉冲的结尾边缘处，所述线圈中的电流约为零。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述前导电压脉冲或所述尾随电压脉冲是能够调节的，以减少用于检测所述反射的超声波的死区时间。

21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述线圈中的电流由一组能够单独地打开和关闭的场效应晶体管(fet)来控制。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：通过打开和关闭所述场效应晶体管(fet)来改变所述线圈中的电流的方向。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，在检测反射的超声波期间，至少两个场效应晶体管(fet)处于关闭位置。

24.根据权利要求17所述的方法，还包括：消除所述线圈中的死区时间，其中，所述线圈包括所述发送器(tx)线圈和所述接收器(rx)线圈，所述发送器(tx)线圈和所述接收器(rx)线圈堆叠在所述物体与所述铁磁芯之间，其中，所述发送器(tx)线圈包括第一tx导电迹线(tx1)和第二tx导电迹线(tx2)，并且所述接收器(rx)线圈包括第一rx导电迹线(rx1)和第二rx导电迹线(rx2)，其中，所述第一tx导电迹线(tx1)和第一rx导电迹线(rx1)位于所述铁磁芯下方，并且其中，rx1的绕组与rx2的绕组的走线方向相反。

25.根据权利要求17所述的方法，其中，所述发送的超声波相对于所述物体的表面沿着非垂直方向行进。

26.一种用于检测或测量物体中腐蚀或侵蚀的装置，包括：

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述多个永磁体包括第一磁体、第二磁体、第三磁体和第四磁体，并且其中，每个磁体面对所述铁磁芯的具有相同极的一侧。

28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述多个永磁体还包括第五磁体，所述第五磁体面对所述铁磁芯的与所述物体相对的顶侧，并且其中，所述第五磁体以与所述第一磁体、第二磁体、第三磁体和第四块磁铁相同的磁极来面对所述铁磁芯。

29.根据权利要求27所述的装置，其中，所述多个永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，其中，所述第一永磁体具有面对所述铁磁芯的第一宽度，并且所述第二永磁体具有面对所述铁磁芯的第二宽度，并且其中，所述第一宽度和所述第二宽度不同。

30.根据权利要求26所述的装置，其中，所述多个永磁体包括围绕所述铁磁芯的楔形磁体。

31.根据权利要求26所述的装置，其中，所述多个永磁体是多个第一永磁体，并且所述铁磁芯是第一铁磁芯，所述装置还包括多个第二永磁体和第二铁磁芯，其中，所述多个第一永磁体中的至少一个永磁体以一个磁极面对所述第一铁磁芯，并且以另一个磁极面对所述第二铁磁芯。

32.根据权利要求26所述的装置，其中，所述铁磁芯包括层叠片，并且其中，所述铁磁芯的各个层叠片垂直于所述线圈。

33.根据权利要求26所述的装置，其中，所述铁磁芯朝向所述线圈突出所述多个永磁体的外表面。

34.根据权利要求33所述的装置，其中，所述铁磁芯相对于所述多个永磁体是能够移动的。

35.根据权利要求26所述的装置，其中，所述铁磁芯的横截面的边在从大约1/4英寸×1/4英寸到大约1/2英寸×1/2英寸的范围内。

36.根据权利要求26所述的装置，其中，所述铁磁芯的横截面的直径在从大约1/4英寸到大约1/2英寸的范围内。

37.根据权利要求26所述的装置，其中，所述线圈包括所述发送器(tx)线圈和所述接收器(rx)线圈，所述发送器(tx)线圈和所述接收器(rx)线圈堆叠在所述物体与所述铁磁芯之间。

38.根据权利要求37所述的装置，其中，所述发送器(tx)线圈比所述接收器(rx)线圈距离所述物体更近。

39.根据权利要求38所述的装置，其中，所述发送器(tx)线圈包括第一tx导电迹线(tx1)和第二tx导电迹线(tx2)，并且所述接收器(rx)线圈包括第一rx导电迹线(rx1)和第二rx导电迹线(rx2)，其中，所述第一tx导电迹线(tx1)和第一rx导电迹线(rx1)位于所述铁磁芯下方，并且其中，rx1的绕组与rx2的绕组的走线方向相反。

40.根据权利要求26所述的装置，其中，所述线圈包括具有锯齿状边缘的导电迹线。

41.根据权利要求26所述的装置，其中，所述线圈包括封装在吸声包层中的导电迹线。

42.根据权利要求26所述的装置，其中，还包括：电连接到所述线圈的多个开关。

43.根据权利要求42所述的装置，其中，所述多个开关中的各个开关为单独地可控的场效应晶体管(fet)。

44.一种用于检测或测量物体中的腐蚀或侵蚀的方法，包括：

45.根据权利要求44所述的装置，其中，所述前导电压脉冲或所述尾随电压脉冲是能够调节的，以减少用于检测所述反射的超声波的死区时间。

46.根据权利要求44所述的方法，其中，所述线圈中的电流由一组能够单独地打开和关闭的场效应晶体管(fet)来控制。

47.根据权利要求46所述的方法，还包括：通过打开和关闭所述场效应晶体管(fet)来改变所述线圈中的电流的方向。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，在检测反射的超声波期间，至少两个场效应晶体管(fet)处于关闭位置。

49.根据权利要求44所述的方法，还包括：消除所述线圈中的死区时间，其中，所述线圈包括所述发送器(tx)线圈和所述接收器(rx)线圈，所述发送器(tx)线圈和所述接收器(rx)线圈堆叠在所述物体与所述铁磁芯之间，其中，所述发送器(tx)线圈包括第一tx导电迹线(tx1)和第二tx导电迹线(tx2)，并且所述接收器(rx)线圈包括第一rx导电迹线(rx1)和第二rx导电迹线(rx2)，其中，所述第一tx导电迹线(tx1)和第一rx导电迹线(rx1)位于所述铁磁芯下方，并且其中，rx1的绕组与rx2的绕组的走线方向相反。

50.根据权利要求44所述的方法，其中，所述铁磁芯朝向所述线圈突出所述多个永磁体的外表面。

51.根据权利要求50所述的方法，其中，还包括：使所述铁磁芯朝向和远离所述物体而移动。

52.根据权利要求44所述的方法，其中，所述发送的超声波相对于所述物体的表面沿着非垂直方向行进。

技术总结
本文公开了用于检测管中的腐蚀的系统和方法。在一个实施例中，一种用于检测物体中的腐蚀的装置包括电磁声换能器(EMAT)，其具有铁磁芯和围绕铁磁芯周围布置的多个永磁体。永磁体布置成产生通过铁磁芯的磁场。该装置还包括在铁磁芯和物体之间的线圈。

技术研发人员：菲利普·D·邦杜兰特,安东尼·麦克图蒂斯,理查德·莱尔·多尔蒂
受保护的技术使用者：奎斯特综合股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15