基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法，包括以下步骤：采用磁化器将被检管道进行弱磁化，在管道外部或外壁裂纹周围产生最大的局部磁感应强度畸变；检测探头包括一个涡流激励线圈和一个TMR传感器，将一个涡流激励线圈和一个TMR传感器的同轴线布置，沿法向分别布置于管道的内表面，涡流激励线圈在管道表层产生涡流，TMR传感器放置于激励线圈中且本身自动对信号进行差动处理，探测管道表层磁导率在磁化方向上的差动变化等，其优点是：实现了弱磁下对外壁缺陷的检测。具有结构简单、通用性和互换性强的优点，并可实现非接触的快速自动化检测，信噪比和灵敏度高。和灵敏度高。和灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法


[0001]本专利技术属于无损检测领域，具体涉及一种基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法。

技术介绍

[0002]管道在核电领域和石油领域得到了广泛的发展和应用。目前使用的管道基本上为钢制管道，在长期的使用过程中受到温度、介质、应力及环境等影响，管道内外壁极易出现腐蚀、裂纹、穿孔等缺陷，如果不对其进行检测，一旦发生泄露就会造成严重的后果。更重要的是，管道泄漏和爆炸等将对环境造成极大的污染和危害，因此必须定期对管道的运行状况进行无损检测。漏磁检测以其可以快速检测内外壁缺陷，实施方式简单的优势被广泛地应用在管道内检测中。由于传统的漏磁检测需要将管道磁化到近饱和状态，才能对管道外壁的缺陷进行检测。为此，磁化器需要占据一定的尺寸，而对于内径较小的管道而言，空间受限，无法将较大磁化器放置在管道内部，因此管道无法被磁化到近饱和状态，外壁缺陷也无法实现检测。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法，它能够有效的检测内径较小的管道的缺陷。
[0004]本专利技术的技术方案如下：基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法，包括以下步骤：
[0005]步骤S1：采用磁化器将被检管道进行弱磁化，在管道外部或外壁裂纹周围产生最大的局部磁感应强度畸变；
[0006]步骤S2：检测探头包括一个涡流激励线圈和一个TMR传感器，将一个涡流激励线圈和一个TMR传感器的同轴线布置，沿法向分别布置于管道的内表面，涡流激励线圈在管道表层产生涡流，TMR传感器放置于激励线圈中且本身自动对信号进行差动处理，探测管道表层磁导率在磁化方向上的差动变化；
[0007]步骤S3：内表面缺陷在磁化器作用下，产生静态漏磁场，TMR传感器拾取内表面缺陷在磁化器作用下产生静态漏磁场信号；
[0008]步骤S4：磁化器和TMR传感器在管道内运动，输出信号发生变化，通过输出信号分析管道外部有无裂纹；
[0009]步骤S5：将TMR信号分为两路信号，分别经过高通滤波检波电路和低通滤波电路，若只有高通滤波检测电路输出信号，则信号来自于外壁裂纹，若高通滤波检波电路和低通滤波电路同时有信号输出，则信号自于内壁裂纹，实现了内外壁裂纹的区分。
[0010]所述的磁化器采用的是U型磁轭，在管道内部局部区域激发均匀静态磁化场。
[0011]所述管道外壁裂纹产生的磁导率畸变扩散和传播到管道的内层，并引起内层管壁内磁导率的波动。
[0012]所述的裂纹附近磁感线扰动在上方区域形成磁导率畸变区域，TMR传感器位于管道表层磁导率畸变区和非畸变区上方，沿磁化方向差动输出。
[0013]所述的TMR传感器在空间上随着涡流激励线圈的位置变动而变动。
[0014]所述的管道沿磁化器轴线做匀速直线运动。
[0015]所述涡流激励线圈的交变磁场穿过空气间隙直接作用于管道内壁，激励频率为20KHz
‑
100KHz。
[0016]所述涡流激励线圈与管道内表面的提离值为2
‑
5mm。
[0017]本专利技术的有益效果在于：本专利技术不直接测量外壁裂纹导致的扩散到表层空气中的漏磁场，采取测量同样由工件内部畸变磁场引起的工件表层磁导率畸变量，再利用TMR传感器来获取由磁导率畸变引起的交流感应场畸变，弥补现有漏磁检测方法对管道外壁检测的不足。TMR传感器具有精度高、频率响应快、线性范围宽、功耗小、易于阵列化和模块化等优点，相对于霍尔、AMR、GMR等元件具有更好的温度稳定性、更高的灵敏度、更低的功耗、更好的线性度，用TMR检测感应涡流与磁导率畸变相互作用产生的局部磁场畸变，由于直接测量工件表层的磁导率畸变，产生磁导率畸变对磁化的要求相比于在空气中产生漏磁场对磁化的要求要小很多，因此实现了弱磁下对外壁缺陷的检测。具有结构简单、通用性和互换性强的优点，并可实现非接触的快速自动化检测，信噪比和灵敏度高。
附图说明
[0018]图1为管道被弱磁化时外壁裂纹检测示意图；
[0019]图2为外壁裂纹弱磁化时上方磁导率分布仿真云图；
[0020]图3为信号分离原理图；
[0021]图4为涡流激励线圈和TMR传感器；
[0022]图5为内壁信号分别经过高通检波电路和低通滤波电路信号；
[0023]图6为外壁信号分别经过高通检波电路和低通滤波电路信号；
[0024]图7为本专利技术所引用的检测装置的示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0026]本专利技术方法通过直流磁化器将管道磁化，虽然管道处于弱磁化状态下，管道外壁缺陷产生的漏磁场不能传播到内壁处，但是由于外壁缺陷对磁化场的阻碍作用，磁场会绕过缺陷，聚集在缺陷上方，磁通量密度增加，根据材料的B
‑
H曲线可知，磁通量密度的增加会造成材料磁导率的减小，因此外壁缺陷上方相较于无缺陷位置会产生磁导率畸变，由于磁导率畸变对外加磁场的阻碍作用，该磁导率畸变会在铁磁性材料中扩展到管道内壁的近表面位置。此时在管道内壁施加法向涡流激励线圈，管道近表面会感应出涡流，根据涡流检测原理，涡流检测线圈的阻抗与材料的电导率和磁导率相关，通过调节涡流的激励频率，改变其趋肤深度。使管道中感应出的涡流与磁导率畸变区域发生作用，影响涡流线圈的阻抗。此时虽然漏磁场没有传播到内壁处，但是由于其造成的磁导率畸变与感应涡流的相互作用，仍然能够实现外壁缺陷的检测。而对于内表面缺陷，虽然磁化较弱，但也能产生较弱的漏磁场，辅以高精度的TMR传感器，可以通过漏磁检测原理实现对内表面缺陷的检测。
[0027]由于内外壁裂纹检测机理不同，外壁裂纹检测机理为感应涡流与磁导率扰动之间的相互作用，该相互作用会产生磁场畸变，因此该磁信号特征为与涡流激励同频的信号，为高频信号。而内壁裂纹检测机理为传统漏磁检测与常规涡流检测复合检测结果，静态漏磁信号频率与检测速度有关，一般在200Hz
‑
500Hz之间，为低频信号。同时叠加常规涡流检测的高频信号，将TMR的输出电压信号分别给两块信号处理电路，一个信号处理电路为高通检波电路，一个为低通滤波电路，若只有高通滤波检测电路输出信号，则信号来自于外壁裂纹，因为根据其检测机理，只存在高频信号，若高通滤波检波电路和低通滤波电路同时有信号输出，则信号自于内壁裂纹，因为内壁裂纹检测信号为低频信号与高频信号的复合信号，实现了内外壁裂纹的区分。所以，根据缺陷信号来自的信号处理电路可以判断该缺陷为外壁还是内壁裂纹。
[0028]检测时，所述的U型磁轭激发均匀静态磁化场，裂纹附近磁感线扰动在上方区域形成磁导率畸变区域，正弦信号源对涡流激励线圈施加激励，激励线圈轴线沿管道径向，与管道表面的提离值一般在0
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5mm之间，在管道表层磁导率畸变区域产生涡流场。检测探头的交变磁场穿过空气间隙直接作用于管内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：采用磁化器将被检管道进行弱磁化，在管道外部或外壁裂纹周围产生最大的局部磁感应强度畸变；步骤S2：检测探头包括一个涡流激励线圈和一个TMR传感器，将一个涡流激励线圈和一个TMR传感器的同轴线布置，沿法向分别布置于管道的内表面，涡流激励线圈在管道表层产生涡流，TMR传感器放置于激励线圈中且本身自动对信号进行差动处理，探测管道表层磁导率在磁化方向上的差动变化；步骤S3：内表面缺陷在磁化器作用下，产生静态漏磁场，TMR传感器拾取内表面缺陷在磁化器作用下产生静态漏磁场信号；步骤S4：磁化器和TMR传感器在管道内运动，输出信号发生变化，通过输出信号分析管道外部有无裂纹；步骤S5：将TMR信号分为两路信号，分别经过高通滤波检波电路和低通滤波电路，若只有高通滤波检测电路输出信号，则信号来自于外壁裂纹，若高通滤波检波电路和低通滤波电路同时有信号输出，则信号自于内壁裂纹，实现了内外壁裂纹的区分。2.如权利要求1所述的基于偏置磁化下涡流检测差动磁导率的管道内检测方法，其特征在于：所述的磁化器采用的是U型磁轭，在管道内部局部区域激发均匀静态磁化场。3.如权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁攀，宫淼，龚剑，张耀，韩孝坤，殷宇，胡沁宇，
申请(专利权)人：核动力运行研究所，
类型：发明
国别省市：