[发明专利]一种基于周向电场管道表面斜裂纹测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于周向电场管道表面裂纹角度测量装置及方法，包括台架、管道、探头、驱动器、PLC、计算机、采集卡和信号发生器，所述探头包括激励线圈、柔性电路板和设置在柔性电路板上的径向磁场传感器和放大器，所述计算机通过采集卡与探头内的柔性电路板上的放大器连接，放大器与径向磁场传感器连接，所述计算机通过PLC与驱动器连接，驱动器与台架的电机连接，所述信号发生器与激励线圈连接。本发明的有益效果是：基于周向电场检测技术，利用环形的电场绕过裂纹引起空间磁场畸变的特点，采用阵列传感器和检测台架，一次扫查可实现管道表面斜裂纹角度和长度的定量测量。

主权项

1.一种基于周向电场管道表面裂纹角度测量装置的裂纹角度测量方法，该裂纹角度测量装置包括台架、管道、探头、驱动器、PLC、计算机、采集卡和信号发生器，所述探头包括激励线圈、柔性电路板和设置在柔性电路板上的径向磁场传感器和放大器，所述计算机通过采集卡与探头内的柔性电路板上的放大器连接，放大器与径向磁场传感器连接，所述计算机通过PLC与驱动器连接，驱动器与台架的电机连接，所述信号发生器与激励线圈连接；所述台架包括底座、基准面、基准槽、电机、驱动轮、从动轮、支座、轴承座、探头、激励线圈、支架、调节装置、支撑板和压轮，所述支座沿着底座长度方向以基准面为一条线安装在底座的基准槽内，四个驱动轮和若干从动轮通过轴承座安装在支座上，其中探头两侧至少各设一个驱动轮，所述驱动轮和从动轮大小一致且周向设有倾角为r的斜面槽，所述电机通过联轴器与驱动轮连接，连接电机的驱动轮通过同步带与右侧三个驱动轮连接，支架安装在底座的基准槽两侧，底部安装悬架的调节装置安装在支架的横梁上，所述调节装置为丝杠螺母配合，探头通过吊装孔安装在悬架的安装孔上，两个压轮通过压轮轴安装在两个支撑板的直线轴承上，压轮与支撑板之间设有弹簧，起到产生一定的压力作用，保证管道在驱动轮或从动轮上不打滑，压轮轴顶部依靠连接板安装在一起；所述探头两端的凸台设有吊装孔，柔性电路板缠绕在探头的凹槽内，缠绕在探头凹槽内的激励线圈全部覆盖柔性电路板，柔性电路板内侧中心设有均匀排布的若干径向磁场传感器阵列，柔性电路板端部设有与径向磁场传感器对应连接的若干放大器；其特征在于裂纹角度测量方法包括以下步骤：(1)将直径为D的管道放置在台架的驱动轮和从动轮上，管道表面斜裂纹位于探头左侧，将PLC和采集卡的USB数据线连接至计算机，启动PLC和信号发生器，设置信号发生器产生一定频率和幅度的正弦交流信号加载至探头的激励线圈上；(2)由驱动轮和从动轮的斜面槽倾角r和管道的直径D可以求得管道轴线与驱动轮的中心垂直距为H＝D/sin(r)‑Dsin(r)‑P，P为管道竖向中轴线与驱动轮斜面延长线形成的交点距离驱动轮中心水平轴线的垂直长度，驱动轮转动一周管道前进的距离为C＝2×Π×H；(3)电机的最小转角为0.01°/脉冲，需要PLC发射36000个脉冲信号实现驱动轮转动360°，则PLC每个脉冲管道前进的距离为C/36000，根据PLC每秒钟发出的脉冲数N，可以求得管道运行的速度为v＝CN/36000每秒；(4)加载正弦交流信号的激励线圈会在内部产生轴向交变磁场，轴向交变磁场可在管道表面产生周向均匀电场，当电场遇到管道表面的斜裂纹时，电场在斜裂纹的两个端点聚集并偏转且旋转方向相反，根据法拉第电磁感应定律，旋转方向相反的电流可产生两个方向相反的且与管道弧面垂直的径向磁场+Br和‑Br；(5)由于管道匀速缓慢穿过探头内部，缠绕在探头上柔性电路板上的某一径向磁场传感器首先测得与管道弧面垂直的径向磁场‑Br，管道运动时间t后，探头上柔性电路板上间隔一定距离的第二个径向磁场传感器再次测得与管道弧面垂直的径向磁场+Br；(6)两个径向磁场传感器测得磁场信号经过放大器放大后进入采集卡，在采集卡中经过A/D转换后进入计算机，计算机根据阵列径向磁场传感器中测得畸变磁场最大值的两个径向磁场传感器和的位置可以确定两者之间的直线距离为AC，计算机根据PLC发出的脉冲数确定管道运动速度v和两个峰值之间的时间间隔t，可求得两个径向磁场传感器的测得畸变磁场峰值在管道表面的相对位置vt；(7)根据三角形的尺寸关系，可求得斜裂纹与管道轴线之间的夹角为a＝arctan(AC/vt)，斜裂纹的长度为