管道腐蚀检测中新型脉冲涡流传感器的设计

　　石化行业中管道腐蚀状况的检测一直是困扰企业的一个难题,检测手段不当常会留下各种安全隐患,甚至造成严重损失。近年来,脉冲涡流检测技术由于其出众的检测能力得到了广泛的应用[1-3]。

　　笔者提出了一种用于管道腐蚀缺陷检测的新型脉冲涡流传感器。它将脉冲涡流检测技术与交变磁场测量法结合[4],采用矩形线圈作为激励线圈,将脉冲涡流激励场从空间上转化为匀强涡流场。试验证明该传感器具有广阔的应用前景。

　　1　传统脉冲涡流传感器设计

　　传统脉冲涡流检测中,为了增强缺陷引起的扰动场信息,通常将两片霍尔传感器接成差分形式一片霍尔传感器位于没有缺陷的位置,其测得的信号作为参考信号,另一片位于缺陷的正上方,用于测量缺陷信号。当两片霍尔传感器都位于没有缺陷的位置时,差分输出信号为零,当其中一片霍尔传感器位于缺陷上方时,就会有差分信号输出。因此差分处理必须首先保证两个差分信号的同步,否则容易产生较大的误差。

　　2　新型脉冲涡流传感器设计

　　交变磁场测量法采用矩形激励线圈,将内径很小的检测线圈置于激励线圈底部中央。该结构的激励线圈将脉冲涡流激励场从空间上转化成了和检测线圈轴线垂直的匀强涡流场,因而不会对扰动场的垂直分量产生影响,等效为自差分方式,避免了传统脉冲涡流传感器对差分信号同步的要求,简化了信号处理过程。

　　交变磁场测量法的测量原理[5]如图1。当导体中感应涡流流至缺陷处时,由于缺陷处电阻较大,电流会向缺陷两端和底面偏转,从而使导体表面磁场发生变化,产生指向导体表面或表面下的磁力线,形成扰动磁场Bz,因此可以通过对Bz所感应的瞬态信号实现对缺陷的检测。

　　在设计新型传感器时,可以将传统的脉冲涡流检测技术(PEC)和交变磁场测量法(ACFM)结合在一起。新型传感器采用矩形线圈作为激励线圈(图2),用于产生激励场,在激励线圈底部中央放置内径很小的圆柱形检测线圈,用于检测导体缺陷引起的扰动场。该结构利用了脉冲信号频谱较宽、感应信号信息较为丰富的特性,同时利用交变磁场测量法,避免了传统脉冲涡流传感器对于信号同步的要求,简化了信号处理过程。

3　试验装置

　　试验用脉冲涡流检测系统由脉冲信号发生器、脉冲涡流传感器和数据采集装置组成(图3)。信号发生器用于产生激励方波信号,其电压为12 V,频率为100Hz,占空比为0. 5。传感器探头包括激励线圈和检测线圈,激励线圈采用尼龙材料的矩形骨架,尺寸为50 mm×50 mm×50 mm(长×宽×高),用直径0. 24 mm的漆包线绕了450匝;检测线圈位于激励线圈底部的中心,采用尼龙材料的圆柱形骨架,内径1. 5 mm,高5 mm,用直径0. 08 mm的漆包线绕了800匝。数据采集装置采用12位PCI数据采集卡,采样频率为200 kHz。