[发明专利]用于涡流检验探头的驱动线圈

说明书

一种驱动线圈组件，用于在导电管或管道壁内产生涡流的特定空间分布，其可以与单独的磁性传感器阵列结合使用以检测所述管壁中的缺陷。所述驱动线圈组件包括多个线圈，其通常缠绕在圆柱形探头主体的圆周周围，但是其进一步在轴向上成形为蛇形波浪。所述波浪的特征在于空间振幅、空间相位和空间频率；通常，所述空间频率在所述驱动线圈的圆周周围产生整数个波浪，并且选择相位以使叶片均匀地分布在所述圆周周围。选择每个线圈中电流的时间相位以清除所述组件在所述周长周围的净电流。

相关申请案

依据美国法典第35篇第119条(e)款，本PCT申请主张享有于2015年7月28日提交的，标题为《用于涡流检验探头的驱动线圈》的临时申请(序列号62/197,963)的权益。整个临时申请通过引用并入本文。

发明背景

线轴式探头(Bobbin probe)

数十年来，线轴式涡流探头已经被用于由导电材料制成的管道和管材的无损检验；图1显示了线轴式探头几何形状的示意图。线轴110由一个线圈组成，线圈与被检验管120同轴。为进行检验，向线圈施加振荡电压并且使线轴沿管轴130平移通过该管。该电压产生电流，产生磁场，磁场转而在管内引发涡流。与管的这种电磁耦合在线圈上形成负荷并且因此可以通过监测电阻抗来对系统进行表征。管壁的孔洞、裂缝、夹杂物或其它缺陷改变了耦合并因此而改变阻抗。

与示意图相邻显示的由线轴式探头产生的磁场分布是简单磁偶极子的磁场分布。线轴式探头构建和驱动简单，但受到若干显著限制，包括：(1)涡流流动方向仅为圆周并且因此系统对平行于管轴的缺陷比对平行于管圆周定向的缺陷更加灵敏；(2)磁场分布相当多地延伸到管外，所以所述装置对管外的导电结构灵敏，包括支承梁、歧管等；及(3)所述装置无法检验缺陷的圆周位置。

几十年来，已经做出了一些改良以解决这些限制：

切向阵列探头

图2示意性显示的切向阵列探头由排列在探头圆周周围的环形阵列中的微型环形线圈210阵列组成，每个线圈的轴线沿径向定向并且每个线圈的平面与探头的圆周相切。Zetec X-探头是此类探头的实例。所述阵列可具有多达几十个线圈，并且可由一束或几束线圈组成。

通常使用经优化以平衡探头灵敏度、分辨率和检验速度的多路复用方案，单独地或成对或三个一组地按顺序驱动线圈。单独驱动每个线圈时，每个线圈的磁场分布为简单磁偶极子，其轴线与线圈轴线重合，线圈轴线又与探头直径重合。这在与图2示意图相邻的图中示出，其描绘了基于箭头体积的通量密度。

这种类型的探头可设计为对轴向和圆周缺陷同样灵敏，并且因为每个线圈较小，所以磁场分布的几何范围有限并且探头对管外的结构具有相对豁免性。然而，这种类型的设计需要高性能多路复用器，因为线圈是电感负荷并且开关必须既快速以保持检验速度又完全以最小化串扰(cross-talk)。线圈必须多路复用，因为如果在相同方向上同时将其全部驱动，则由相邻线圈产生的涡流在线圈之间的区域可消除，从而降低了该装置的效率。此外，卷绕、匹配、安装和对齐大量线圈是一个精密且昂贵的制造过程。这类装置的一种限制是当探头平移通过管或管道时，管道壁的一些部分经受主要为圆周的电流，而其他部分将经受主要为轴向的电流。因此对不同定向的缺陷的灵敏度可取决于其相对于探头中的线圈的确切位置。涡流沿主要为圆周的方向流动时，例如，在每个线圈中心所横穿的通路附近的区域中，探头对平行于管轴(并因此平行于探头轴线)定向的缺陷特别灵敏。相反，如果潜在缺陷遇到的涡流主要沿平行于管轴的方向流动，例如在相邻线圈之间的切点附近的部分中会发生，则探头将会对沿探头圆周定向的缺陷最灵敏。

旋转场探头