專利名稱：一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油儲(chǔ)運(yùn)領(lǐng)域中進(jìn)行管道缺陷檢測(cè)的儀器，具體的說是涉及一種由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可在管道外進(jìn)行缺陷檢測(cè)的儀器。

背景技術(shù)：
管道運(yùn)輸是石油、天然氣運(yùn)輸采用的主要方式。我國近70％的原油、100％的天然氣是通過管道運(yùn)輸?shù)摹Ｓ捎谳斔凸芫€穿越地域廣闊，服役環(huán)境復(fù)雜，位置隱蔽，一旦發(fā)生失效破壞，往往造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)致人身傷亡等災(zāi)難性事故，破壞生態(tài)環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有的長距離油氣輸送管線，其中70％已進(jìn)入事故多發(fā)期，每年因管線老化造成的管道事故頻繁，潛在危險(xiǎn)很大。但是目前遇到的實(shí)際困難卻是一方面，我國目前現(xiàn)有成熟的管道缺陷檢測(cè)技術(shù)多為有損傷檢測(cè)，而管道運(yùn)送介質(zhì)的高危險(xiǎn)性和石油石化工業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)的工藝要求又使得這種有損傷檢測(cè)難以應(yīng)用在長距離油氣輸送管線上；另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中還有一些管道無損傷檢測(cè)技術(shù)，但是這些技術(shù)在應(yīng)用到這種長距離油氣輸送管線上時(shí)又大都存在著檢測(cè)效率低、精度差、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高以及安全性難以保證的缺點(diǎn)。因此，在油田管道運(yùn)輸這個(gè)領(lǐng)域中，目前急需一種安全、高效且對(duì)管線無損傷的在線管道缺陷檢測(cè)儀器可以對(duì)全部或部分管道實(shí)施高效、準(zhǔn)確的檢測(cè)評(píng)價(jià)，從而保證油田上已開采出的油、氣被順利運(yùn)送到各個(gè)目的地。


發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的管道檢測(cè)技術(shù)不能對(duì)長距離油氣輸送管線進(jìn)行安全、高效且對(duì)管線無損傷的在線管道缺陷檢測(cè)的問題，本發(fā)明提供一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，該種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀一方面具有較高的檢測(cè)精度，另一方面能夠?qū)艿纼?nèi)外壁腐蝕缺陷的壁減進(jìn)行連續(xù)掃描檢測(cè)，而不會(huì)對(duì)管道造成任何損傷，滿足了管道運(yùn)送介質(zhì)的高危險(xiǎn)性和石油石化工業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)的工藝要求。此外，這種檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡單、體積小，具有一定范圍內(nèi)的變徑功能，可以適合不同直徑管道的檢測(cè)需要。而且這種檢測(cè)儀采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，在一定程度上減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了安全性；并且當(dāng)電力不足時(shí)還可以由人工驅(qū)動(dòng)，非常適于在不同野外作業(yè)條件下應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，主要由驅(qū)動(dòng)單元、磁化及行走單元、數(shù)據(jù)采集及分析單元以及為前三個(gè)單元提供工作電源的直流電源提供單元構(gòu)成，其中所述驅(qū)動(dòng)單元由無刷電機(jī)、兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪以及電機(jī)控制盤等組成。其中，無刷電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪之間通過驅(qū)動(dòng)軸形成傳動(dòng)聯(lián)接，電機(jī)控制盤通過控制信號(hào)線實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷電機(jī)的起停控制；在所述無刷電機(jī)的前后端分別固定有一個(gè)電機(jī)把手和一個(gè)電機(jī)連接拉環(huán)；所述磁化及行走單元由至少兩個(gè)子單元構(gòu)成，每個(gè)子單元包括四個(gè)部分，分別為①行走輪以及行走輪豎直支架和行走輪水平支架，其中行走輪軸聯(lián)接于行走輪水平支架上，而行走輪水平支架與行走輪豎直支架形成垂直方向的固定聯(lián)接；②銜鐵以及永久磁鐵和極靴，其中，永久磁鐵和極靴分別依次固定聯(lián)接于銜鐵的兩個(gè)下端面上，而行走輪豎直支架則固定于銜鐵的兩個(gè)側(cè)端面上；③用于固定磁感應(yīng)元件的傳感器盒，其中，在銜鐵的中部開有一個(gè)螺栓孔，傳感器高度調(diào)整螺栓穿過此孔將傳感器盒固定于銜鐵的底部；④一個(gè)子單元角度調(diào)整構(gòu)件，此構(gòu)件固定聯(lián)接于銜鐵的頂部。此外，所述磁化及行走單元還包括一個(gè)固持連接構(gòu)件，每個(gè)子單元之間的行走輪豎直支架通過子單元連接銷相聯(lián)接，連接后的各個(gè)子單元在一定范圍內(nèi)可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；而每個(gè)子單元角度調(diào)整構(gòu)件則與固持連接構(gòu)件之間通過子單元角度調(diào)整螺栓形成連接；所述驅(qū)動(dòng)單元與所述磁化及行走單元之間通過電機(jī)連接拉環(huán)和固定于銜鐵上的拉環(huán)固定支架形成聯(lián)接。所述數(shù)據(jù)采集及分析單元由位于傳感器盒內(nèi)的磁感應(yīng)元件以及相應(yīng)的信號(hào)放大電路、光電脈沖編碼器、數(shù)據(jù)采集卡和預(yù)置磁感應(yīng)信號(hào)分析軟件的工業(yè)計(jì)算機(jī)組成；其中，所述光電脈沖編碼器的齒輪與所述磁化及行走單元中的任一行走輪相聯(lián)接，此光電脈沖編碼器通過信號(hào)線將產(chǎn)生的脈沖信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)信號(hào)接收端，由數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的里程數(shù)據(jù)，所述磁感應(yīng)元件將檢測(cè)到的漏磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后經(jīng)過信號(hào)放大電路放大后傳遞給數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)信號(hào)接收端，由數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的漏磁數(shù)據(jù)，此后，由數(shù)據(jù)采集卡將此里程數(shù)據(jù)和漏磁數(shù)據(jù)輸送至預(yù)置漏磁信號(hào)分析軟件的工業(yè)計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明具有如下有益效果應(yīng)用本種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀檢測(cè)管道時(shí)，只需要打開管道的外保溫層，不需要破壞管道的外防腐蝕層。把此檢測(cè)儀放置在所要檢測(cè)管道的外壁，調(diào)整子單元連接銷以及子單元角度調(diào)整螺栓，使檢測(cè)儀與不同直徑的管道相適應(yīng)。本檢測(cè)儀中的磁化及行走單元可以使管道被檢測(cè)區(qū)域被磁化到接近飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)管道壁上有缺陷存在時(shí)，磁力線會(huì)發(fā)生繞轉(zhuǎn)和溢出，漏出的磁信號(hào)由磁感應(yīng)元件轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，被數(shù)據(jù)采集卡采集，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中；同時(shí)在行走的過程中，安裝在任一行走輪上的光電脈沖編碼器在固定時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)出電脈沖，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集一次以及向數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出里程信號(hào)，由計(jì)算機(jī)分析后實(shí)現(xiàn)缺陷的定位。由此可見，利用此種儀器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一方面可以通過增加磁感應(yīng)元件的數(shù)量以及通道數(shù)以及減小掃描間隔等措施來避免漏檢和實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)精度；另一方面此種檢測(cè)儀能夠?qū)艿纼?nèi)外壁腐蝕缺陷的壁減進(jìn)行連續(xù)掃描檢測(cè)，而不會(huì)對(duì)管道造成任何損傷，滿足了管道運(yùn)送介質(zhì)的高危險(xiǎn)性和石油石化工業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)的工藝要求。此外，本種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀由直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，檢測(cè)速度可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同情況而進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大降低了檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度以及提高了作業(yè)工人的安全性保障；并且將該儀器的驅(qū)動(dòng)單元與磁化及行走單元分離后，該檢測(cè)儀可轉(zhuǎn)為人工驅(qū)動(dòng)，具有使用上的靈活性。在本種檢測(cè)儀器中，磁感應(yīng)傳感器采用聚磁結(jié)構(gòu)且高度可以調(diào)節(jié)，從而提高了傳感器的靈敏性，使之可以適應(yīng)不同管徑的變化，而且在傳感器外罩有傳感器盒作為保護(hù)，使得傳感器可承受一定的撞擊。綜合評(píng)價(jià)本種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，不僅結(jié)構(gòu)簡單、檢測(cè)準(zhǔn)確率高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)管道不停產(chǎn)在線檢測(cè)，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，很好地滿足了石油石化行業(yè)管道檢測(cè)的要求。



圖1是本發(fā)明中所述直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)單元電機(jī)部分的結(jié)構(gòu)示意圖(仰視圖)。
圖3是將本發(fā)明中所述直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀應(yīng)用于管道外壁檢測(cè)時(shí)的工作狀態(tài)示意圖。
圖4是本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集及分析單元和直流電源提供單元的電氣原理圖。
圖5是本發(fā)明改為人工驅(qū)動(dòng)后并加入推桿及方向桿后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明中傳感器盒與銜鐵聯(lián)接后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明中所述工業(yè)計(jì)算機(jī)內(nèi)預(yù)置的磁感應(yīng)信號(hào)分析軟件的流程圖。
圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中勵(lì)磁電路的等效電路。
圖中1-無刷電機(jī)，2-電機(jī)把手，3-電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪，4-電機(jī)連接拉環(huán)，5-磁化及行走單元連接拉環(huán)，6-電機(jī)及手柄連接銷，7-行走輪水平支架，8-極靴，9-銜鐵，10-傳感器盒，11-子單元角度調(diào)整構(gòu)件，12-永久磁鐵，13-子單元角度調(diào)整螺栓，14-固持連接構(gòu)件，15-行走輪，16-信號(hào)線，17-蓄電池，18-系統(tǒng)電源開關(guān)，19-工業(yè)計(jì)算機(jī)，20-行走輪豎直支架，21-把手，22-螺栓孔，23-子單元連接銷，24-電機(jī)控制盤，25-電機(jī)控制按鈕，26-控制信號(hào)線，27-定位輪，28-拉環(huán)固定支架，29-驅(qū)動(dòng)軸，30-磁盒，31-傳感器高度調(diào)整螺栓。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明 首先介紹本發(fā)明所依據(jù)的基理本發(fā)明應(yīng)用的是檢測(cè)技術(shù)中的漏磁無損檢測(cè)原理。漏磁法無損檢測(cè)與磁粉檢測(cè)類似，是通過檢測(cè)被磁化的金屬表面溢出的漏磁通，來判斷缺陷是否存在。一塊表面光滑無裂紋、內(nèi)部無缺陷或雜夾物的鐵磁性材料磁化后，其磁力線在理論上應(yīng)該全部通過由鐵磁材料構(gòu)成的磁路。若存在缺陷，由于鐵磁材料與缺陷處材質(zhì)的導(dǎo)磁率不同，缺陷處的磁阻大，在磁路中可以視為障礙物，則磁通會(huì)在缺陷處發(fā)生畸變。通常來說所產(chǎn)生的畸變磁通分為三部分第1部分穿過缺陷，第2部分經(jīng)過裂紋周圍的鐵磁材料繞過裂紋，第3部分則離開鐵磁材料表面，經(jīng)過空氣或其它介質(zhì)繞過裂紋。而這第3部分的畸變磁通就是所謂的漏磁通，也就是磁感應(yīng)探頭能檢測(cè)到的部分。漏磁通信號(hào)與缺陷尺寸是對(duì)應(yīng)的，漏磁信號(hào)的峰-峰與缺陷深度保持近似的線性關(guān)系，漏磁信號(hào)的峰-峰間距與缺陷寬度對(duì)應(yīng)，缺陷長度對(duì)漏磁信號(hào)幾乎沒有影響。同時(shí)，從傳感器得到的漏磁信號(hào)的幅值和波形還受到環(huán)境因素的影響。例如探頭距試件表面的提離值、探頭行進(jìn)速度、罐壁的磁化強(qiáng)度、導(dǎo)磁率及儲(chǔ)罐底板的剩磁等。在實(shí)際檢測(cè)中時(shí)，這些參數(shù)是變化的，它們的改變影響了信號(hào)的幅值和形狀。
本發(fā)明正是基于上述基理的啟發(fā)，試圖通過發(fā)明一種檢測(cè)儀，可以在管道外壁產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，使得該段管壁接近磁飽和狀態(tài)，當(dāng)有缺陷存在時(shí)，磁場(chǎng)線會(huì)發(fā)生繞轉(zhuǎn)和溢出，漏出的磁信號(hào)就會(huì)被儀器內(nèi)的磁感應(yīng)元件所捕獲，從而實(shí)現(xiàn)缺陷的確定。此外，為實(shí)現(xiàn)儀器檢測(cè)的精準(zhǔn)和高效，還需要對(duì)基礎(chǔ)方案作出一系列的優(yōu)化處理，例如實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的變徑，以保證可適用于不同直徑的管道；實(shí)現(xiàn)儀器在管道外壁的自動(dòng)行走，以適應(yīng)長距離野外作業(yè)需要；以及實(shí)現(xiàn)傳感器高度的可調(diào)，以保證參數(shù)可以優(yōu)化配置等。下面具體介紹本發(fā)明的構(gòu)成、一個(gè)具體實(shí)施例以及幾個(gè)優(yōu)化實(shí)施方案。
首先，具體介紹本發(fā)明的構(gòu)成。本種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，主要由驅(qū)動(dòng)單元、磁化及行走單元、數(shù)據(jù)采集及分析單元以及為前三個(gè)單元提供工作電源的直流電源提供單元構(gòu)成，其中 如圖1所示，所述驅(qū)動(dòng)單元由無刷電機(jī)1、兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪3以及電機(jī)控制盤24等組成。其中，無刷電機(jī)1與電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪3之間通過驅(qū)動(dòng)軸29形成傳動(dòng)聯(lián)接，電機(jī)控制盤24通過控制信號(hào)線26實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷電機(jī)1的起?？刂啤Ｔ谒鰺o刷電機(jī)1的前后端分別固定有一個(gè)電機(jī)把手2和一個(gè)電機(jī)連接拉環(huán)4。
所述磁化及行走單元由至少兩個(gè)子單元構(gòu)成，每個(gè)子單元包括大致四個(gè)部分，分別為①行走輪15以及行走輪豎直支架20和行走輪水平支架7。其中行走輪15軸聯(lián)接于行走輪水平支架7上，而行走輪水平支架7與行走輪豎直支架20形成垂直方向的固定聯(lián)接；②銜鐵9以及永久磁鐵12和極靴8。其中，永久磁鐵12和極靴8分別依次固定聯(lián)接于銜鐵9的兩個(gè)下端面上，而行走輪豎直支架20則固定于銜鐵9的兩個(gè)側(cè)端面上；③用于固定磁感應(yīng)元件的傳感器盒10。其中，在銜鐵9的中部開有一個(gè)螺栓孔22，傳感器高度調(diào)整螺栓31穿過此孔將傳感器盒10固定于銜鐵9的底部；④一個(gè)子單元角度調(diào)整構(gòu)件11，此構(gòu)件固定聯(lián)接于銜鐵9的頂部。在這里，由永久磁鐵、銜鐵和極靴構(gòu)成的磁化結(jié)構(gòu)主要完成磁化檢測(cè)管道，使永久磁鐵、銜鐵和極靴以及檢測(cè)管壁形成閉合磁回路，當(dāng)有缺陷存在時(shí)會(huì)形成漏磁信號(hào)，以便于儀器中的磁感應(yīng)元件捕獲。其中，銜鐵主要起到支撐和導(dǎo)磁的作用，具體聯(lián)接時(shí)，較好的方式是將永久磁鐵通過高強(qiáng)膠粘接到銜鐵的兩個(gè)下端面上。極靴的作用主要是用于導(dǎo)磁和磁鐵保護(hù)，它也可以通過高強(qiáng)膠和磁鐵吸力作用固定到永久磁鐵的下方。
此外，如圖1所示，所述磁化及行走單元還包括一個(gè)固持連接構(gòu)件14，每個(gè)子單元之間的行走輪豎直支架20通過子單元連接銷23相聯(lián)接，連接后的各個(gè)子單元在一定范圍內(nèi)可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；而每個(gè)子單元角度調(diào)整構(gòu)件11則與固持連接構(gòu)件14之間通過子單元角度調(diào)整螺栓13形成連接，通過調(diào)整子單元角度調(diào)整螺栓13可以使幾個(gè)磁化子單元形成一定的角度，并限制其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，來達(dá)到適應(yīng)一定范圍內(nèi)管徑變化的要求。此外，由于各子單元兩端均裝有行走輪15，一方面可以減小摩擦阻力，另一方面可以使傳感器盒與壁面保持固定高度。
所述驅(qū)動(dòng)單元與所述磁化及行走單元之間通過電機(jī)連接拉環(huán)4、固定于拉環(huán)固定支架28上的磁化及行走單元連接拉環(huán)5和固定于銜鐵9上的拉環(huán)固定支架28形成聯(lián)接，電機(jī)連接拉環(huán)4與磁化及行走單元連接拉環(huán)5之間采用一個(gè)帶有緊固彈簧的電機(jī)及手柄連接銷6相聯(lián)接，易于插拔，可以很方便的實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元與磁化及行走單元之間的連接或分離，由此使得本種檢測(cè)儀可以在作業(yè)需要的時(shí)候選擇電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式還是人工驅(qū)動(dòng)方式。圖5是改為人工驅(qū)動(dòng)后并加入推桿及方向桿后的本種檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
所述數(shù)據(jù)采集及分析單元由位于傳感器盒10內(nèi)的磁感應(yīng)元件以及相應(yīng)的信號(hào)放大電路、光電脈沖編碼器、數(shù)據(jù)采集卡和預(yù)置磁感應(yīng)信號(hào)分析軟件的工業(yè)計(jì)算機(jī)19組成，其一個(gè)實(shí)施例的電氣原理圖如圖4所示。其中，所述光電脈沖編碼器的齒輪與所述磁化及行走單元中的任一行走輪15相聯(lián)接，可以把這個(gè)安裝有光電脈沖編碼器的行走輪稱為定位輪。此光電脈沖編碼器記錄下輪子的轉(zhuǎn)數(shù)后，通過信號(hào)線16將產(chǎn)生的脈沖信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)信號(hào)接收端，由數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的里程數(shù)據(jù)，所述磁感應(yīng)元件將檢測(cè)到的漏磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后經(jīng)過信號(hào)放大電路放大后傳遞給數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)信號(hào)接收端，由數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的漏磁數(shù)據(jù)，此后，由數(shù)據(jù)采集卡將此里程數(shù)據(jù)和漏磁數(shù)據(jù)輸送至預(yù)置磁感應(yīng)信號(hào)分析軟件的工業(yè)計(jì)算機(jī)19。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)采集單元主要實(shí)現(xiàn)漏磁信號(hào)數(shù)據(jù)的采集、記錄、返放分析工作，同時(shí)采集、存儲(chǔ)光電脈沖編碼器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的里程數(shù)據(jù)，與漏磁數(shù)據(jù)相融合，用于缺陷的定位。蓄電池17為工業(yè)計(jì)算機(jī)19和無刷電機(jī)1提供工作電源，系統(tǒng)電路通斷由系統(tǒng)電源開關(guān)18控制，工業(yè)計(jì)算機(jī)中安裝有數(shù)據(jù)采集卡和預(yù)置有配套的磁感應(yīng)信號(hào)分析軟件，可以通過信號(hào)線16讀取傳感器盒10內(nèi)的磁感應(yīng)元件和定位輪27上的脈沖編碼器產(chǎn)生的信號(hào)，并完成系列轉(zhuǎn)換，顯示在控制屏上，通過數(shù)據(jù)返放分析可以評(píng)價(jià)被測(cè)管道的表面狀況，并可確定缺陷的嚴(yán)重程度及其位置。所述磁感應(yīng)信號(hào)分析軟件的流程圖如圖7所示，在檢測(cè)時(shí)，要根據(jù)不同的管壁厚度等實(shí)際情況選擇不同的門檻值，當(dāng)檢測(cè)到的漏磁信號(hào)達(dá)到此門檻值時(shí)，證明有缺陷存在。圖進(jìn)行檢測(cè)操作時(shí)，首先要在系統(tǒng)設(shè)置中調(diào)用相應(yīng)壁厚的標(biāo)定文件。在開始檢測(cè)前可以在系統(tǒng)設(shè)置中選擇檢測(cè)數(shù)據(jù)是否存盤，并進(jìn)行數(shù)據(jù)文件名、路徑等設(shè)置。在自動(dòng)停車設(shè)置中，設(shè)置是否自動(dòng)停車。在檢測(cè)前要先在門檻設(shè)置中設(shè)置門檻值，然后按回車鍵，進(jìn)行硬件初始化。初始化后，開始采集鍵會(huì)被擊活，按下回車鍵，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。整個(gè)數(shù)據(jù)采集/暫停/停止都只須用回車鍵設(shè)置，非常方便操作。
圖3是檢測(cè)儀應(yīng)用于管道外壁檢測(cè)時(shí)的工作狀態(tài)示意圖，在檢測(cè)的過程中，如果選擇了自動(dòng)停車，遇到超過門檻值的缺陷，相應(yīng)通道的綠燈會(huì)變紅，并且在軟件界面上缺陷詳細(xì)信息的信息里顯示該缺陷的位置和嚴(yán)重程度。這時(shí)候檢測(cè)儀會(huì)自動(dòng)停止前進(jìn)，并且驅(qū)動(dòng)馬達(dá)控制開關(guān)失效，以便操作人員對(duì)缺陷進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。缺陷復(fù)驗(yàn)后，用手按住面板上重新設(shè)置開關(guān)，同時(shí)按下驅(qū)動(dòng)馬達(dá)開關(guān)，檢測(cè)儀向前行進(jìn)后松開重新設(shè)置開關(guān)，保證遇到下一缺陷能自動(dòng)停車。
下面是本發(fā)明專利的一個(gè)具體實(shí)施例 首先確定磁鐵、銜鐵和極靴的尺寸參數(shù)。設(shè)永久磁鐵的寬度Wm，；極靴下表面和管道表面之間的距離δ；兩個(gè)極靴之間的距離為Lm，磁鐵的長度lm；極靴的高度為ht；磁鐵的高度hm；銜鐵的厚度hl。
1、具體參數(shù) ①所選永磁材料為銣鐵硼永久磁鐵，其具體參數(shù)如表1所示
表一 ②銜鐵材料為10鋼，其參數(shù)為磁導(dǎo)率μ＝5.65×10-3H/m；Hc＝39.788～79.577A/m。
③氣隙δ取5mm，介質(zhì)為空氣，有關(guān)參數(shù)為磁導(dǎo)率μ0＝4π×10-3H/m。
④磁阻系數(shù)根據(jù)漏磁檢測(cè)規(guī)范，取Kr＝1.2。
2、磁鐵厚度計(jì)算公式 3、磁導(dǎo)的計(jì)算在磁導(dǎo)法設(shè)計(jì)中，磁路各部分的磁導(dǎo)計(jì)算是關(guān)鍵。所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁磁路可等效為圖8所示的等效磁路。
①極靴間氣隙磁導(dǎo)Gpp Gpp＝Gpp1+2Gpp2 ②極靴與銜鐵間的氣隙磁導(dǎo)GPL 上兩式中的 GPL3＝0.52μ0Wm GPL5＝0.077μ0hm GPL6＝0.25μ0(lm+hi)/2 GPL7＝0.5μ0hi GPL＝GPL1+GPL2+GPL3+GPL4+GPl5+GPL6+GPL7 ③銜鐵磁導(dǎo)GL GL＝μrlBlWmlm/Lm ④檢測(cè)管道磁導(dǎo)Gw Gw＝μrw(Bw)Wm×8/Lm ⑤極靴磁導(dǎo)Gp GP＝μrP(BP)Wmlm/hm ⑥極靴與管道間的氣隙磁導(dǎo)GPW 4.由磁路計(jì)算的第一、第二定律建立方程組如下 即 也即[R][φ]＝[F] 于是，可以解得[φ]＝[φPL φw φP]T＝[R]-1[F] 上式中[R]——磁路中的磁阻，它們分別為對(duì)應(yīng)通路上磁導(dǎo)之倒數(shù)； Hm——磁鋼的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
由于磁路中存在鐵磁性材料，其磁導(dǎo)率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度非線形變化，所以，上述方程組為非線性方程組，需采用迭代的方法逐步確定磁鋼的工作點(diǎn)和鐵磁性材料的磁導(dǎo)率后，采用逼近的方法來進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。當(dāng)選擇不同的磁鐵尺寸時(shí)，代如上式，可以得到表2所示結(jié)果。

表二 在滿足管道磁化強(qiáng)度的前提下，盡量使磁化結(jié)構(gòu)體積小、重量輕。儲(chǔ)罐底板的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大約為1.5T，根據(jù)漏磁檢測(cè)磁化規(guī)范，其達(dá)到磁化要求的磁感應(yīng)強(qiáng)度為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的80％以上，即底板中的磁感應(yīng)強(qiáng)度≥1.2T。在表1計(jì)算結(jié)果中進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定磁鐵、銜鐵和極靴的尺寸參數(shù)。
其次，確定數(shù)據(jù)采集及分析單元。如圖4所示，直流電源提供單元提供3路輸出，一路輸出為24V、1A，為工業(yè)電腦供電；一路輸出為5V、1A，為磁感應(yīng)元件和光電脈沖編碼器供電；一路為12V，15A為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。如圖所示，12v蓄電池經(jīng)過12v轉(zhuǎn)5v模塊，給編碼器和傳感器供電；經(jīng)過12v轉(zhuǎn)24v模塊給工業(yè)電腦供電。12v蓄電池直接給電機(jī)供電，通過電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀的前進(jìn)和倒退。
為適應(yīng)漏磁檢測(cè)大數(shù)據(jù)量采集的需要，采用PCI總線數(shù)據(jù)采集器。它可以很輕松的與筆記本或臺(tái)式機(jī)組成高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本例中采用美國新型12位A/D轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)計(jì)講究，測(cè)量精度高，速度快，編程簡便，且具有設(shè)備體積小巧，連接方便，無需外接電源，即插即用等特有優(yōu)點(diǎn)?？梢詽M足檢測(cè)需要的大數(shù)據(jù)量高速數(shù)據(jù)采集的需要。缺陷定位電路是檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，它直接控制著系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本發(fā)明中所設(shè)計(jì)的定位裝置由定位輪、光電脈沖編碼器e6a2和反向器74LS00組成。其工作原理為在管道的檢測(cè)過程中，定位輪在管壁上轉(zhuǎn)動(dòng)，由于其與光電脈沖編碼器的齒輪聯(lián)接，因此帶動(dòng)光電脈沖編碼器做同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)磁感應(yīng)傳感器相對(duì)于管壁每移動(dòng)一個(gè)空間采樣間隔時(shí)，脈沖編碼器發(fā)出一個(gè)TTL電脈沖，觸發(fā)數(shù)據(jù)采集卡2036，所有磁感應(yīng)傳感器通道采集一次。在本例中，儀器共有15個(gè)通道，每個(gè)通道有兩個(gè)UGN3503型霍爾效應(yīng)傳感器，即兩個(gè)霍爾元件探頭。每個(gè)霍爾元件信號(hào)經(jīng)放大器741放大后，用加法放大器741把兩個(gè)霍爾元件的信號(hào)疊加放大后，進(jìn)入2306數(shù)據(jù)采集卡中，在2306數(shù)據(jù)采集卡中，各個(gè)通道信號(hào)經(jīng)過多路模擬選擇開關(guān)、放大器后進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換，把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)暫存在卡上的緩存中，通過PCI總線傳輸?shù)?260T觸模屏式工業(yè)電腦，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。如果軟件發(fā)現(xiàn)有高過門檻值的缺陷，通過數(shù)據(jù)采集卡2306進(jìn)行D/A輸出，輸出一個(gè)+5v的高電平。該高電平經(jīng)過兩次三極管放大后，使12v常閉繼電器斷開，使電機(jī)電路斷開，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)缺陷后自動(dòng)停車。實(shí)際上，采用15路通道，以及每個(gè)通道中2個(gè)霍爾探頭，是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在實(shí)施中，需要在傳感器盒10內(nèi)將此種多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器沿垂直檢測(cè)方向和平行檢測(cè)方向上均勻布置。將其稱為優(yōu)選實(shí)施例的理由如下 由于單片霍爾元件沿檢測(cè)方向具有一定的檢測(cè)覆蓋范圍，在保證兩個(gè)相鄰霍爾元件有一定重疊檢測(cè)范圍的前提下，采用多個(gè)霍爾元件沿垂直檢測(cè)方向和平行方向上均勻布置?？梢詫?shí)現(xiàn)無漏檢的掃描檢測(cè)，這樣，在掃描范圍內(nèi)不同位置處的缺陷將由靠近它的霍爾元件檢測(cè)。
當(dāng)單個(gè)檢測(cè)元件的覆蓋范圍SS≈1.2cm由實(shí)驗(yàn)確定后，覆蓋整個(gè)掃描寬度所需要的霍爾元件數(shù)N為 式中SP——掃描寬度； CINT[·]——舍入取整。
把特定的系統(tǒng)掃描寬度150cm代入上式，可得N＝15，即3個(gè)傳感器盒，每個(gè)傳感器盒5個(gè)通道，共15個(gè)通道，30個(gè)霍爾元件，每個(gè)通道兩個(gè)霍爾元件，一個(gè)測(cè)量磁場(chǎng)法向分量，一個(gè)測(cè)量磁場(chǎng)平行分量。此外，為了減小霍爾元件距管道的距離，可以采用如圖6所示的結(jié)構(gòu)，即在所述傳感器高度調(diào)整螺栓31上，位于銜鐵9底部和傳感器盒10的頂部之間，有一彈性元件。這種結(jié)構(gòu)的目的在于使用強(qiáng)力彈簧使霍爾元件盡量接近管道，又可以防止管壁不平時(shí)對(duì)霍爾元件造成損傷。
下面介紹本發(fā)明另外的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例 首先，如圖2所示，可以在所述無刷電機(jī)1的底部固定有一個(gè)內(nèi)裝磁鐵的磁盒30，由于磁盒內(nèi)部裝有磁鐵，在檢測(cè)過程中，磁鐵透過磁盒與管壁產(chǎn)生吸引力，從而使電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪3壓緊在管道外壁上，可防止電機(jī)因重力脫離管壁。
此外，還可以在電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪3的內(nèi)側(cè)依據(jù)檢測(cè)管道的直徑，設(shè)計(jì)周向的弧形坡口，其目的是在檢測(cè)過程中保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪3與管壁面接觸，增加摩擦力，從而產(chǎn)生更大的牽引力。
另外，可以在所述磁化及行走單元中的銜鐵兩側(cè)固定有把手21，以便用于檢測(cè)儀的取放。
在本發(fā)明的基礎(chǔ)方案中，述及所述磁化及行走單元中子單元的數(shù)量至少為二個(gè)，而在圖1中給出的子單元的數(shù)量為三個(gè)，這是由于三個(gè)子單元實(shí)際上是最優(yōu)選的實(shí)施例。三個(gè)子單元之間通過磁化子單元連接銷23和磁化子單元角度調(diào)整螺栓13來固定連接，通過調(diào)整磁化子單元角度調(diào)整螺栓13可以使三個(gè)磁化子單元相對(duì)于兩個(gè)磁化子單元而言，易于形成一定的弧形角度，并限制其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而更加易于適應(yīng)一定范圍內(nèi)管徑變化的要求。此外，如此選擇對(duì)于降低儀器生產(chǎn)成本，提高儀器的性價(jià)比是很有益處的。
權(quán)利要求
1、一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，主要由驅(qū)動(dòng)單元、磁化及行走單元、數(shù)據(jù)采集及分析單元以及為前三個(gè)單元提供工作電源的直流電源提供單元構(gòu)成，其特征在于
所述驅(qū)動(dòng)單元由無刷電機(jī)(1)、兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪(3)以及電機(jī)控制盤(24)等組成，其中，無刷電機(jī)(1)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪(3)之間通過驅(qū)動(dòng)軸(29)形成傳動(dòng)聯(lián)接，電機(jī)控制盤(24)通過控制信號(hào)線(26)實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷電機(jī)(1)的起?？刂?；在所述無刷電機(jī)(1)的前后端分別固定有一個(gè)電機(jī)把手(2)和一個(gè)電機(jī)連接拉環(huán)(4)；
所述磁化及行走單元由至少兩個(gè)子單元構(gòu)成，每個(gè)子單元包括①行走輪(15)以及行走輪豎直支架(20)和行走輪水平支架(7)，其中行走輪(15)軸聯(lián)接于行走輪水平支架(7)上，而行走輪水平支架(7)與行走輪豎直支架(20)形成垂直方向的固定聯(lián)接；②銜鐵(9)以及永久磁鐵(12)和極靴(8)，其中，永久磁鐵(12)和極靴(8)分別依次固定聯(lián)接于銜鐵(9)的兩個(gè)下端面上，而行走輪豎直支架(20)則固定于銜鐵(9)的兩個(gè)側(cè)端面上；③用于固定磁感應(yīng)元件的傳感器盒(10)，其中，在銜鐵(9)的中部開有一個(gè)螺栓孔(22)，傳感器高度調(diào)整螺栓(31)穿過此孔將傳感器盒(10)固定于銜鐵(9)的底部；④一個(gè)子單元角度調(diào)整構(gòu)件(11)，此構(gòu)件固定聯(lián)接于銜鐵(9)的頂部；
此外，所述磁化及行走單元還包括一個(gè)固持連接構(gòu)件(14)，每個(gè)子單元之間的行走輪豎直支架(20)通過子單元連接銷(23)相聯(lián)接，連接后的各個(gè)子單元在一定范圍內(nèi)可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；而每個(gè)子單元角度調(diào)整構(gòu)件(11)則與固持連接構(gòu)件(14)之間通過子單元角度調(diào)整螺栓(13)形成連接；
所述驅(qū)動(dòng)單元與所述磁化及行走單元之間通過電機(jī)連接拉環(huán)(4)和固定于銜鐵(9)上的拉環(huán)固定支架(28)形成聯(lián)接；
所述數(shù)據(jù)采集及分析單元由位于傳感器盒(10)內(nèi)的磁感應(yīng)元件以及相應(yīng)的信號(hào)放大電路、光電脈沖編碼器、數(shù)據(jù)采集卡和預(yù)置漏磁信號(hào)分析軟件的工業(yè)計(jì)算機(jī)(19)組成；其中，所述光電脈沖編碼器的齒輪與所述磁化及行走單元中的任一行走輪(15)相聯(lián)接，此光電脈沖編碼器通過信號(hào)線(16)將產(chǎn)生的脈沖信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)信號(hào)接收端，由數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的里程數(shù)據(jù)，所述磁感應(yīng)元件將檢測(cè)到的漏磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后經(jīng)過信號(hào)放大電路放大后傳遞給數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)信號(hào)接收端，由數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的漏磁數(shù)據(jù)，此后，由數(shù)據(jù)采集卡將此里程數(shù)據(jù)和漏磁數(shù)據(jù)輸送至預(yù)置漏磁信號(hào)分析軟件的工業(yè)計(jì)算機(jī)(19)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，其特征在于在所述無刷電機(jī)(1)底部固定有一個(gè)內(nèi)裝磁鐵的磁盒(30)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，其特征在于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪(3)內(nèi)側(cè)有周向的弧形坡口。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，其特征在于在所述傳感器高度調(diào)整螺栓(31)上，位于銜鐵(9)底部和傳感器盒(10)的頂部之間，有一彈性元件。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，其特征在于所述磁化及行走單元的兩側(cè)固定有把手(21)
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，其特征在于所述磁化及行走單元中子單元的數(shù)量為三個(gè)。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，其特征在于所述永久磁鐵(12)的材料為銣鐵硼，所述銜鐵(9)和極靴(8)的材料均為10號(hào)鋼。
8、根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集卡為PCI2036數(shù)據(jù)采集卡，所述工業(yè)計(jì)算機(jī)(19)為1260T觸摸屏式工業(yè)電腦，所述光電脈沖編碼器為e6a2型光電脈沖編碼器，所述磁感應(yīng)元件采用UGN3503型霍爾效應(yīng)傳感器，在傳感器盒(10)內(nèi)將此種多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器沿垂直檢測(cè)方向和平行檢測(cè)方向上均勻布置。
全文摘要
一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變徑管道外漏磁檢測(cè)儀。主要解決現(xiàn)有的管道檢測(cè)技術(shù)不能對(duì)長距離油氣輸送管線進(jìn)行安全、高效且對(duì)管線無損傷的在線管道缺陷檢測(cè)的問題。其特征在于所述儀器包括驅(qū)動(dòng)單元、磁化及行走單元、數(shù)據(jù)采集及分析單元，其中，磁化及行走單元中各個(gè)子單元的銜鐵、永久磁鐵和極靴與待檢測(cè)的管道壁形成閉合磁回路，由數(shù)據(jù)采集及分析單元對(duì)此磁回路中產(chǎn)生的漏磁信號(hào)進(jìn)行采集和分析，從而確定管道壁上存在的缺陷。這種可以由電機(jī)驅(qū)動(dòng)或人工驅(qū)動(dòng)的檢測(cè)儀具有檢測(cè)精度高、可以對(duì)缺陷的壁減進(jìn)行連續(xù)掃描的特點(diǎn)，且不會(huì)對(duì)管道造成損傷。此外，這種檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡單、體積小，具有一定范圍內(nèi)的變徑功能，可以適合不同直徑管道的檢測(cè)需要。
文檔編號(hào)F17D5/00GK101358688SQ20081013710
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者光 戴, 楊志軍, 偉 李, 穎 張, 龍飛飛, 趙俊茹 申請(qǐng)人:大慶石油學(xué)院