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CN115014624B - 一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头 - Google Patents

一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头 Download PDF

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CN115014624B CN202210597715.4A CN202210597715A CN115014624B CN 115014624 B CN115014624 B CN 115014624B CN 202210597715 A CN202210597715 A CN 202210597715A CN 115014624 B CN115014624 B CN 115014624B
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Abstract

本发明一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头，属于管道内检测领域。其特征在于：该探头由若干组单元构成，每组单元由探头外壳、探头支撑结构、磁信号检测电路板组成；其中的每一组单元中，探头外壳固定在探头支撑结构上，磁信号检测电路板内嵌在探头外壳中；所有单元围成一个圆圈，以管道弱磁应力内检测器的中心线为旋转轴，均匀遍布磁应力内检测器的360度外周，形成三轴阵列式弱磁应力内检测探头。本发明的目的在于提供实现三轴信号同时检测、多通道实时采集，提升检测探头的集成度，提升应力内检测精度，降低应力内检测的误检、漏检率，并避免探头磨损。

Description

一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头
技术领域
本发明属于管道内检测领域，特别涉及一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头。
背景技术
管道发生损坏的根源在于应力集中引起的各种微观及宏观机械损伤，如管体局部应力腐蚀、局部塑性变形、疲劳裂纹等。弱磁检测法拥有对应力集中敏感，无须耦合剂，检测速度快、支持非接触动态在线检测等优点，在长输油气管道应力内检测领域具有很好的应用前景。弱磁内检测通过磁信号传感器，通过检测地磁场下管道磁信号的变化，判断管道应力集中情况，能有效做到对管道损伤的早期预警。
但是目前常规的弱磁检测探头由于传感器尺寸的限制，集成程度低，难以实现三轴信号同时检测；探头不能实现多通道同时检测，难以对管道全面进行应力检测；传感器灵敏度低，难以实现高精度检测；探头支架为固定式，容易对探头造成磨损。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头，其目的在于提供实现三轴信号同时检测、多通道实时采集，提升检测探头的集成度，提升应力内检测精度，降低应力内检测的误检、漏检率，并避免探头磨损。
技术方案：
本发明的目的是这样实现的：一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头，其特征在于：该探头由若干组单元构成，每组单元由探头外壳、探头支撑结构、磁信号检测电路板组成；其中的每一组单元中，探头外壳固定在探头支撑结构上，磁信号检测电路板内嵌在探头外壳中；所有单元围成一个圆圈，以管道弱磁应力内检测器的中心线为旋转轴，均匀遍布磁应力内检测器的360度外周，形成三轴阵列式弱磁应力内检测探头。
优选的，所述的若干组单元为200~300组。
优选的，所述的探头外壳由陶瓷材料制成，由上壳体和下壳体组成，上壳体和下壳体的厚度均为1mm，且下壳体尺寸比上壳体大1mm，以使下壳体能完全包裹上壳体，在连接处涂有防水密封胶。
优选的，所述探头支撑结构由高强度SUS304不锈钢制成，由上梁、左梁、弹簧结构和右梁组成；探头外壳固定在上梁上，上梁的左端和右端分别与左梁和右梁铰连接，左梁和右梁成弯折形状，因此左梁和右梁与弹簧结构的两端成一定角度的铰连接。
优选的，所述磁信号检测电路板设有用于检测双轴磁信号的HMC1022磁阻传感器、用于检测单轴磁信号的HMC1021磁阻传感器、用于放大信号的LM324N运算放大器和一个10pin接口；其中HMC1022磁阻传感器的SET-(A)端口与HMC1022磁阻传感器的OFF-(B)端口、HMC1021磁阻传感器的OFFSET-端口相连；HMC1022磁阻传感器的SET+(A)端口与HMC1022磁阻传感器的OFF+(B)端口、HMC1021磁阻传感器的OFFSET+端口相连；HMC1022磁阻传感器的S/R-(A)端口与HMC1022磁阻传感器的S/R-(B)端口、HMC1021磁阻传感器的S/R-端口、10pin接口的S/R-端口相连；HMC1022磁阻传感器的S/R+(A)端口与HMC1022磁阻传感器的S/R+(B)端口、HMC1021磁阻传感器的S/R+端口、10pin接口的S/R+端口相连；HMC1022磁阻传感器的GND端口与HMC1021磁阻传感器的GND端口、10pin接口的GND端口相连；HMC1022磁阻传感器的VCC端口与HMC1021磁阻传感器的Vbridge端口、10pin接口的VCC端口相连；HMC1022磁阻传感器的OUT-(A)和OUT+(A)采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的1IN-和1IN+相连，LM324N的1OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT1端口相连；HMC1022磁阻传感器的OUT-(B)和OUT+(B)采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的2IN-和2IN+相连，LM324N的2OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT2端口相连；HMC1021磁阻传感器的OUT-和OUT+采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的4IN-和4IN+相连，LM324N的4OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT3端口相连。
优点与效果：
本发明提供的高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头，由于以弱磁应力内检测器中心线为旋转轴，均匀遍布检测器的360度，形成阵列式的高集成度、高精度三轴弱磁应力内检测探头，实现了对弱磁信号高精度、三轴、多通道实时采集，提升了应力内检测精度，降低应力内检测的误检、漏检率，并设计了探头支撑结构，避免了探头的磨损和消耗。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明探头外壳和其内部的三轴磁信号检测电路板示意图；
图3是本发明的探头支撑结构示意图；
图4是本发明的三轴磁信号检测电路图；
图5是本发明安装在管道弱磁内检测器上的示意图；
图6为本发明的内检测器在管道中的使用状态图。
附图标记说明：1.探头外壳、2.探头支撑结构、3.磁信号检测电路板、4.上壳体、5.下壳体、6.上梁、7.左梁、8.弹簧结构、9.右梁、10.三轴阵列式弱磁应力内检测探头、11. 磁应力内检测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以具体描述。
如图1、图2所示，一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头，该检测探头由若干组单元构成，每组单元由探头外壳1、探头支撑结构2、磁信号检测电路板3组成。探头外壳1固定在探头支撑结构2上，磁信号检测电路板3内嵌在探头外壳1中。由一组单元探头外壳1、探头支撑结构2、磁信号检测电路板3组成单个高精度三轴弱磁应力内检测探头，单个高精度三轴弱磁应力内检测探头以弱磁应力内检测器中心线为旋转轴，均匀遍布检测器的360度，形成三轴阵列式弱磁应力内检测探头10，用以检测管道全表面的弱磁信号，探头检测到的弱磁信号出现异常则表示管道该处存在应力集中情况。
所述的若干组单元为200~300组。以往的探头是不能实现多通道同时检测的；本发明是通过多通道同时检测，探头是通过传感器阵列实现的，本发明阵列式传感器就是为了实现多通道采集数据。它是根据磁应力内检测器11的周长设置的，一圈有200组就是200通道，一圈有300组就是300通道。
如图2所示，所述探头外壳1由陶瓷材料制成，由上壳体4和下壳体5组成。陶瓷由于具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，热膨胀系数接近于钢的优点，是比较广泛应用的耐磨材料，本发明采用陶瓷材料制成的壳体能有效防止检测器长时间工作后探头外壳的磨损。上壳体4、下壳体5的厚度均为1mm，以减小提离值对信号的影响；下壳体5尺寸比上壳体大1mm，以使下壳体5能完全包裹上壳体，起到密封作用。三轴磁信号检测电路板放在上壳体4内后，将上壳体4与三轴磁信号检测电路板3一起放入下壳体5，并在连接处涂上防水密封胶，以起到在管道内检测过程中防油防水的作用。
如图3所示，所述探头支撑结构2由高强度SUS304不锈钢制成，由上梁6、左梁7、弹簧结构8、右梁9组成。探头外壳1固定在上梁6上，上梁6的左端和右端分别与左梁7和右梁9采用螺栓配合，左梁7和右梁9是一种弯折形状，因此，左梁7和右梁9与弹簧结构8的两端成一定角度的螺栓配合。当管道壁存在凸起时，探头外壳1将向下压缩，带动弹簧结构8拉伸，从而达到适应管道壁凹凸不平的目的。本发明设计的探头支撑结构2具有高弹性和很强的恢复性能，能有效解决探头在管道壁凹凸不平时引起的探头承受载荷变化的问题，降低探头的磨损程度。
如图4所示，所述三轴磁信号检测电路板3中，设有由用于检测双轴磁信号的HMC1022磁阻传感器、用于检测单轴磁信号的HMC1021磁阻传感器、用于放大信号的LM324N运算放大器、和一个10pin接口。HMC1022磁阻传感器的SET-(A)端口与HMC1022磁阻传感器的OFF-(B)端口、HMC1021磁阻传感器的OFFSET-端口相连；HMC1022磁阻传感器的SET+(A)端口与HMC1022磁阻传感器的OFF+(B)端口、HMC1021磁阻传感器的OFFSET+端口相连；HMC1022磁阻传感器的S/R-(A)端口与HMC1022磁阻传感器的S/R-(B)端口、HMC1021磁阻传感器的S/R-端口、10pin接口的S/R-端口相连；HMC1022磁阻传感器的S/R+(A)端口与HMC1022磁阻传感器的S/R+(B)端口、HMC1021磁阻传感器的S/R+端口、10pin接口的S/R+端口相连；HMC1022磁阻传感器的GND端口与HMC1021磁阻传感器的GND端口、10pin接口的GND端口相连；HMC1022磁阻传感器的VCC端口与HMC1021磁阻传感器的Vbridge端口、10pin接口的VCC端口相连；HMC1022磁阻传感器的OUT-(A)和OUT+(A)采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的1IN-和1IN+相连，LM324N的1OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT1端口相连；HMC1022磁阻传感器的OUT-(B)和OUT+(B)采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的2IN-和2IN+相连，LM324N的2OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT2端口相连；HMC1021磁阻传感器的OUT-和OUT+采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的4IN-和4IN+相连，LM324N的4OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT3端口相连。HMC1022磁阻传感器与HMC1021磁阻传感器的灵敏度能达到0.1nT，实现对弱磁信号的高精度检测。单轴磁信号容易出现漏检及误检现象，因此本发明将用于检测双轴磁信号的HMC1022磁阻传感器、用于检测单轴磁信号的HMC1021磁阻传感器集成到一块电路板上，可形成三轴磁阻传感器，能同时实现对三个方向上弱磁信号的检测，集成度高，为管道应力提供更全面的判断依据，降低应力的漏检率。
如图5所示，将本发明提出的高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头10，嵌套在磁应力内检测器11外圈轭铁上，实现高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头10的安装。
如图6所示，检测过程中，将安装有高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头10的磁应力内检测器11放入管道中，使磁应力内检测器11以管道内油气产生的压力行进。磁应力内检测器11行进的过程中，高精度的三轴阵列式弱磁应力内检测探头10采集管道内壁全方位的三轴磁信号，极大程度上提高了磁信号精度，降低管道应力的误检、漏检率。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头，其特征在于：该探头由若干组单元构成，每组单元由探头外壳（1）、探头支撑结构（2）、磁信号检测电路板（3）组成；其中的每一组单元中，探头外壳（1）固定在探头支撑结构（2）上，磁信号检测电路板（3）内嵌在探头外壳（1）中；所有单元围成一个圆圈，以管道弱磁应力内检测器（11）的中心线为旋转轴，均匀遍布磁应力内检测器（11）的360度外周，形成三轴阵列式弱磁应力内检测探头（10）；
所述的若干组单元为200~300组；
所述探头支撑结构（2）由高强度SUS304不锈钢制成，由上梁（6）、左梁（7）、弹簧结构（8）和右梁（9）组成；探头外壳（1）固定在上梁（6）上，上梁（6）的左端和右端分别与左梁（7）和右梁（9）铰连接，左梁（7）和右梁（9）成弯折形状，因此左梁（7）和右梁（9）与弹簧结构（8）的两端成一定角度的铰连接；
所述磁信号检测电路板（3）设有用于检测双轴磁信号的HMC1022磁阻传感器、用于检测单轴磁信号的HMC1021磁阻传感器、用于放大信号的LM324N运算放大器和一个10pin接口；其中HMC1022磁阻传感器的SET-(A)端口与HMC1022磁阻传感器的OFF-(B)端口、HMC1021磁阻传感器的OFFSET-端口相连；HMC1022磁阻传感器的SET+(A)端口与HMC1022磁阻传感器的OFF+(B)端口、HMC1021磁阻传感器的OFFSET+端口相连；HMC1022磁阻传感器的S/R-(A)端口与HMC1022磁阻传感器的S/R-(B)端口、HMC1021磁阻传感器的S/R-端口、10pin接口的S/R-端口相连；HMC1022磁阻传感器的S/R+(A)端口与HMC1022磁阻传感器的S/R+(B)端口、HMC1021磁阻传感器的S/R+端口、10pin接口的S/R+端口相连；HMC1022磁阻传感器的GND端口与HMC1021磁阻传感器的GND端口、10pin接口的GND端口相连；HMC1022磁阻传感器的VCC端口与HMC1021磁阻传感器的Vbridge端口、10pin接口的VCC端口相连；HMC1022磁阻传感器的OUT-(A)和OUT+(A)采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的1IN-和1IN+相连，LM324N的1OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT1端口相连；HMC1022磁阻传感器的OUT-(B)和OUT+(B)采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的2IN-和2IN+相连，LM324N的2OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT2端口相连；HMC1021磁阻传感器的OUT-和OUT+采用差分放大的形式与LM324N运算放大器的4IN-和4IN+相连，LM324N的4OUT端口输出放大50倍，与10pin接口的OUT3端口相连。
2.根据权利要求1所述的一种高精度三轴阵列式弱磁应力内检测探头，其特征在于：所述的探头外壳（1）由陶瓷材料制成，由上壳体（4）和下壳体（5）组成，上壳体（4）和下壳体（5）的厚度均为1mm，且下壳体尺寸比上壳体大1mm，以使下壳体（5）能完全包裹上壳体（4），在连接处涂有防水密封胶。
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