油气管道壁厚及缺陷检测系统技术方案

一种油气管道壁厚及缺陷检测系统，其特征在于包括一个传感器固定装置和３２组可实现径向粗调和弹簧自适应调整的周向阵列式测量头部件，以及用于实现测量过程控制、信号采集和数据处理以及环境温度补偿的电控系统，传感器固定装置中，两个盘体（１）和盘体连接件（３）通过螺栓（２）构成一个整体，球铰（３３）通过球铰连接件（３２）和连接螺栓（３１）与盘体（１）的外侧相连；３２组测量头部件分两种不同跨距均布于传感器固定装置上，滑杆（４）顶端通过连接销（２７）与测量头底板（１０）连接，另一端穿过调整弹簧（９）和带通孔的粗调螺杆（６），并可在调整弹簧（９）和粗调螺杆（６）内自由伸缩；粗调螺杆（６）通过螺纹与盘体（１）相连，粗调锁紧螺母（５）安装在粗调螺杆（６）上，并与盘体（１）外圆周紧贴实现锁紧功能，调节弹簧粗调螺母（８）和调节弹簧锁紧螺母（７）一起安装在粗调螺杆（６）上，粗调螺母（８）可在粗调螺杆（６）上移动以改变调节弹簧（９）的初始状态，粗调锁紧螺母（７）与粗调螺母（８）紧贴实现锁紧功能；调节弹簧（９）一端通过弹簧座（２８）与测量头底板（１０）紧贴，另一端置于粗调螺母（８）上，测量头中，仿形轮（１２）通过仿形轮固定螺母（１３）安装在仿形轮支架（１４）上，仿形轮支架（１４）与底板通过仿形轮支架固定螺栓（２９）和仿形轮支架固定螺母（３０）相连，带螺纹的回复导杆（１７）上安装预紧调节螺母（１８），回复导杆（１７）的顶端和连接件（１６）通过螺纹连接，底端置于导座（２０）中，预紧调节螺母（１８）和导座（２０）之间装有回复弹簧（１９），回复机构的连接件（１６）通过连接螺栓（１５）与底板（１０）固定，回复机构的导座（２０）通过导座固定螺钉（２６）固定在Ｕ型软磁材料（２５）上，Ｕ型软磁材料（２５）上绕有励磁线圈（２４），支撑架（２１）粘接在Ｕ型软磁材料（２５）中间，霍尔器件（２２）粘接在两个聚磁件（２３）中间，并一起粘接在支撑架（２１）的顶端。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Oil and gas pipeline wall thickness and defect detection system

An oil and gas pipeline wall thickness and defect detection system, which comprises a sensor fixing device and the 32 group can realize the adaptive adjustment of the coarse radial spring circumferential array measuring head parts, as well as for the implementation of measurement process control, signal acquisition and data processing and the environmental temperature compensation control system, sensor fixed in the device, two disc body (1) and disc connector (3) through a bolt (2) to form a whole, ball joint (33) through the spherical hinge connecting piece (32) and the connecting bolt (31) and (1) the lateral plate connected; 32 sets of measuring head is divided into two parts different span uniformly on the sensor fixing device, the slide bar (4) end of the connecting pin (27) and a measuring head plate (10) connected to the other end through the adjustment of the spring (9) and with a through hole. The coarse adjustment screw (6), and the adjustment of the spring (9) and coarse screw (6) in the free expansion; the coarse adjustment screw (6) through the screw thread and the disc body (1) is connected to the coarse lock nut (5) installed in the coarse screw (6), and the plate body (1) the outer circumference to realize locking function, adjusting spring coarse nut (8) and adjust the spring lock nut (7) installed in the coarse screw (6), coarse nut (8) in the coarse screw (6) on the move to change the regulating spring (9) the initial state, the coarse lock nut nut (7) and coarse (8) to realize locking function; adjusting spring (9) through the end of the spring seat (28) and (10) close to the measuring head base plate, the other end is arranged in a coarse adjustment nut (8), a measuring head, a copying wheel (12 through) The profiling wheel fixing nut (13) mounted on the profiling wheel bracket (14), (14) the profiling wheel bracket and the bottom plate through the profiling wheel bracket mounting bolt (29) and a contour wheel bracket nut (30) is connected with the back thread guide rod (17) installed on the preload adjustment nut (18). Reply to the guide rod (17) and the top connector (16) connected by a screw thread, the bottom end is arranged in the guiding seat (20), the preload adjustment nut (18) and a guide seat (20) is arranged between the return spring (19), connecting piece return mechanism (16) through a connecting bolt (15) and bottom plate (10) fixed seat guide return mechanism (20) through the guide screw (26) is fixed on the U type soft magnetic material (25), U type soft magnetic material (25) are wound on the excitation line Ring (24), support (21) bonded to the U type soft magnetic material (25), Holzer (22) device stuck on the two magnetic element (23), and with the adhesive on the support frame (21) of the top.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油气管道壁厚及缺陷检测系统，用于对天然气、煤气或石油管道壁厚和缺陷的检测，属于无损检测技术、传感器技术、机器人技术。
技术介绍
石油天然气管道输送在国民经济中占有极为重要的地位。油气管道输送的基本要求是安全、高效。管道一旦发生事故，不仅会造成巨大经济损失，而且对社会和环境也会产生严重的后果，其直接、间接经济损失巨大，修理费用也非常高，因此，对在役长距离油气输送管道，尤其是对新建和老龄管道的检测更显重要。目前对于管道壁厚及缺陷的检测主要有漏滋法、超声法、涡流法、电磁超声法等。对于漏磁法专利G01N 28/82公告了一种检测铁质杆件、管件周向缺陷的探伤机，专利CN2546518Y采用励磁线圈整体磁化的方式对被测管道进行缺陷检测，专利CN2286158Y的钢管漏磁探伤机公布了一种采用直流励磁的方式检测钢管周向或轴向分布缺陷的装置，以上3种装置只能在被测管道外侧对缺陷进行定性检测，无法识别其厚度大小。超声检测原理是根据超声回波的时间延迟和方向的改变，来探测管道腐蚀坑的大小、裂纹和应力的存在，该种方法用计算机解读时较为方便和准确，但因在检测过程中必须使用耦合剂，很难适应煤气、天然气管道在线检测的要求。对于涡流检测，多用于导电材料表面缺陷、薄板厚度以及涂层厚度的检测，由于趋肤效应的影响，其涡流无法渗透大于5mm的厚度。专利号为CN 1051086A的电磁超声自动探伤技术，由于接收信号励磁线圈与被测表面的距离大小直接影响测量精度，故不能应用于在线检测；专利G01N28/82虽然解决了CN 1051086A的问题，但未涉及厚度测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种油气管道壁厚及缺陷检测系统，能够精确测量管道的壁厚及可能存在的管壁局部缺陷，适应油气管道在线检测的要求。为实现这样的目的，本专利技术的技术方案中，系统由传感器固定装置、32组可实现径向粗调和弹簧自适应调整的周向阵列式测量头部件以及实现过程控制、信号采集、数据处理和环境温度补偿的电控系统组成。对称的固定装置上按2种不同跨距均布有径向调整机构，该机构对应铰接于带仿形轮的测量头底板。系统采用传感器阵列方式同时采集被测管壁的周向信息，传感器阵列径向可调，以适应被测管径的变化；装置还可沿被测管道轴向运动，以实现长距离在线检测。本专利技术基于电磁式无气隙漏磁测量原理，采用程控恒流励磁检测与装置轴向运动交替进行的微型计算机控制方案，在导磁管道内同时对管壁周向，分时对管壁轴向进行长距离在线检测。方案中程控恒流励磁产生的电磁力使U型铁芯吸附在管壁上，形成检测所需的恒闭合磁路；相对于永磁励磁，检测过程与装置轴向运动交替进行的实施方案减小了装置在管道内轴向运动阻力和测量头部件的磨损。本专利技术由传感器固定装置、32组可实现径向粗调和弹簧自适应调整的周向阵列式测量头部件、以及实现测量过程控制、信号采集、数据处理和环境温度补偿的电控系统组成。传感器固定装置由两个盘体和盘体连接件组成；各测量头部件的径向调整机构分别由各自的螺纹螺杆粗调装置、弹簧滑杆自适应调整装置组成；传感器测量头由产生恒定磁场的电磁铁、用于测量和调理磁场变化的霍尔集成器件和聚磁件、用于调整电磁铁初始状态的弹簧回复机构以及测量头保持架等组成；电控部分由用于提供励磁的恒流源、用于霍尔器件输出信号的放大与采集装置以及实现测量过程控制及数据处理的微型计算机系统组成。各部分的连接方式为固定盘体为左右对称结构，通过左右螺孔螺杆结构对应调节各测量头部件的径向伸缩。盘体上的螺孔与通孔螺杆相连，螺杆通过锁紧螺母使螺杆相对于盘体固定，通过调整螺杆伸出量实现测量头的径向粗调，以适应被测管径的大范围变化；在螺杆顶端均装有螺母用以支撑调节弹簧的初始状态，调节弹簧和滑杆构成测量头的自适应调节装置，调节弹簧的顶端紧贴在测量头的保持架上，而滑杆的顶端通过连接销与测量头的保持架相连，滑杆穿过弹簧和通孔螺杆可在螺杆内自由伸缩以适应调节弹簧的变形。对于测量头，由于调节弹簧的作用保持架上的两个仿形轮始终与被测管道内壁相贴，从而使测量头可沿被测管道轴向运动并防止其周向转动；测量头上的电磁铁、霍尔集成器件以及聚磁件组成一个部件通过导杆弹簧回复机构与保持架连在一起，初始状态时由于回复弹簧的预压作用使其紧贴在保持架上，同时保证了电磁铁端面距被测管道内壁的恒定间隙，当励磁线圈通电后，该部件可沿回复机构的导杆运动至电磁铁端面紧贴在管道内壁。对于电控部分，恒流源提供励磁电流，各测量头的霍尔信号输出通过放大后送入微型计算机，同时微型计算机用来控制电源的通断、测量过程的控制、信号采集与处理以及环境温度补偿等。本专利技术的工作原理为对已标定好的检测装置，适当调整调节弹簧的调节螺母，使弹簧自适应调节装置有较大的工作范围；适当调整每个测量头上回复机构的回复弹簧初始状态，使电磁铁紧贴在测量头底板上；根据被测管径大小调节每个测量头对应的螺母螺杆粗调机构，使检测装置适应该管径变化；至此，可将检测装置放入被测管道内进行检测。由于粗调弹簧的预压作用，每个测量头的仿形轮均紧贴在管道内壁，测量开始后，通过微型计算机控制励磁电源的开启，每个测量头的励磁线圈工作，由于电磁吸合力作用使U型软磁材料的端面紧贴在管道内壁，此时U型软磁材料和被测管道内壁的局部构成闭合磁回路，由于检测装置采用阵列式传感器结构，因此被测管壁在测量头范围的整个圆周均被磁化以至饱和，根据磁回路原理，在放置霍尔器件位置的漏磁大小与被测管道壁厚和缺陷成一定的函数关系，为了调理通过霍尔器件的漏磁信号，装置采用了聚磁件结构；检测中同时读取每个霍尔器件的信号并通过调整放大送入微型计算机，经处理即可获知该圆周上被测管壁的信息。待采集完后，通过微型计算机控制励磁电源使其断开，此时，电磁铁、霍尔器件以及聚磁件在弹簧回复机构的作用下回到初始状态。启动微型计算机控制系统使检测装置沿被测管道轴向运动固定距离以便检测下一段管道。至此，完成一个检测周期。重复以上各步可完成长距离管道检测。本专利技术的技术优点如下1、本专利技术基于电磁式无气隙漏磁检测原理，实现了励磁检测与装置轴向运动交替进行的微型计算机控制方式，大大减轻了牵引负担；2、励磁采用无气隙闭合回路方式，增强了磁化效果；3、采用大范围粗调和弹簧自适应调整的径向调节装置，结构简单，性价比高；4、测量头的仿形轮结构实现了轴向运动和周向防转功能；5、测量头与调节滑杆之间的销连接使检测装置具有一定的越障功能。附图说明图1是本专利技术系统总体结构图。图2是本专利技术图1的A向视图。图1图2中，盘体1、螺栓2、盘体连接件3、滑杆4、粗调锁紧螺母5、粗调螺杆6、调节弹簧锁紧螺母7、调节弹簧粗调螺母8、调节弹簧9、测量头底板10、被测管道11、仿形轮12、仿形轮固定螺母13、仿形轮支架14、连接螺栓15、连接件16、回复导杆17、预紧调节螺母18、回复弹簧19、导座20、支撑架21、霍尔器件22、聚磁件23、励磁线圈24、U型软磁材料25、导座固定螺钉26、连接销27、弹簧座28、仿形轮支架固定螺栓29、仿形轮支架固定螺母30、连接螺栓31、球铰连接件32、球铰33。图3是本专利技术基于电磁回路的漏磁法厚度测量原理图。图4是本专利技术基于电磁回路的漏磁法缺陷检测原理图。图3图4中，支撑架21、霍尔器件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：颜国正，左建勇，丁国清，张云伟，付西光，颜德田，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：