基于涡流探伤的油(气)管裂纹检测研究与实现
    

引言

长期以来,石油和天然气油气管道的外部环境恶劣多变,内部介质的压力、腐蚀性等使管道容易产生疲劳而被腐蚀引起裂纹。大裂纹直接引起油气泄漏,危险极大;小裂纹也是极大的安全隐患。当前,裂纹检测方法研究较多,如:磁传感器测量、光电传感器测量,但测量数据和效果都不够精细和完整。采用涡流传感器原理的检测方法得到广泛应用,但如何实时精确掌握管道壁面的缺陷所引起磁、电的变化数据,研究实现一种具备对裂纹实时检测、定位存储、报警显示等多种功能的检测系统,以满足裂纹检测和预防的实际需求,是亟待解决的一大难题。

1涡流测裂基本原理

涡流检测是建立在电磁感应原理的基础上的,将被测量转化为电感变化的检测技术[1]。如图1所示。当线圈中通以交变电流i1时,线圈的周围就会产生正弦交变磁场H1。当金属导体(如金属板)靠近线圈时,在其表面就会产生像水旋涡式的闭环电流———涡流。而涡流又会产生交变的磁场H2,H2又会反作用于H1,使得线圈的电流i1发生变化。

当上述涡流磁场在被测管道试件表面移动时,遇到裂纹处或裂纹的表面特征(如深度、宽度)有变化时,涡流磁场对线圈的反射作用就不同,就会引起线圈等效阻抗、电感量的变化,进而影响回路的谐振频率和幅频特性,我们将可将这种变化记录下来,进行相关的处理后就能得到管道表面有无裂纹或裂纹深浅、宽窄的情况。

2系统组成

2.1总体设计

根据电涡流探测原理[2],设计的裂纹探测系统如图2所示。系统包括:MSP430F149微处理器系统、振荡器、探头、放大和滤波电路、信号检出电路、GG24定位模块、蜂鸣器、RS232接口、RF数传模块、显示器等。系统工作过程是:由MSP430单片机产生周期性的触发脉冲,通过LC振荡电路,在激励线圈中产生正弦激励信号。当探头探测到管道裂纹时,电路中出现突变信号(敏感信号),首先将该敏感段电路信号放大,然后进行滤波处理并送入单片机进行处理输出,驱动蜂鸣器报警和显示器输出,也可通过RS232或RF数传模块实时传输。

系统主要功能:1)能产生频率和幅值稳定的正弦波,经过功率放大后驱动探头。使之在检测试件时能激励出涡流。2)能将检测的电路信号进行放大后滤波。采用先放大后滤波的方法将有效避免微弱信号的损失,放大信号的细节,使后期信号的处理更可靠。3)具有裂纹定位功能。采用GG24定位模块,能够实现GPS/GLONASS组合定位功功能,使GPS、GLONASS优势互补,有效避免捕捉不到定位卫星。4)能够存储裂纹信息。采用AT24C256(256 KB容量)存储片,用于存储定位数据及相关的定位动态信息。5)实时显示和报警功能。通过液晶屏实现实时显示;信号报警单元则由蜂鸣器完成。6)能够实现互联互通。通过RS232或RF数传模块,实现与计算机或另一部系统的传输和共享,实现图像和电信号信息的保存。

2.2MSP430核心电路

系统单片机核心电路的构成有:电源电路、电源控制信号电路、晶振电路、复位电路、指示灯电路等。

2.3Astech GG24接收模块电路

按NMEA0183标准格式要求,将GG24的数据/电源插件连线式接头与计算机的9针串口相连,采用的是三线制(RX、TXD、GND)接法;与MSP430相连,将TXD2接于其P3.7口,将RXD2接于其P3.6口。设计的定位系统采用的Astech GG24接收机与RS232串行接口的通信参数为:默认数据传输率为4 800 bit/s(或9 600 bit/s);数据位为8 bit;停止位为1 bit;奇偶校验位为无(GPS),0、1(GLONASS)。

3软件设计

硬件系统CPU软件基于Embedded Workbench平台采用C语言编写。

控制器软件主要模块:主程序模块、探头数据处理模块、存储器模块、时钟模块、串口通信模块、显示控制模块、蜂鸣模块等。

通常被检测信号中含有以下信号:测量噪声、探头晃动造成的干扰、管道表面污物造成的干扰等。为了将裂纹信号单独提取出来,需要严谨分析各种信号的性质[3]。对于测量噪声主要是高频成分,可以近似看成是白噪声。而对于管道表面污物及探头晃动造成的干扰主要是低频成分[4]。因此,放大、滤波尤其重要。

计算机控制和数据处理软件采用C++ Builder 6.0、Matlab7.0等高级语言平台编写,界面美观、友好、易操作。在软件具体设计时,采用了多线程技术和动态链接库等技术。软件功能模块包括参数设置、文本输出、裂纹信号图等,直观明了,能实时精确地显示裂纹信息和变化情况,易于二次开发[5-9]。软件总体设计流程如图3所示。

4系统试验

测量时,接通仪器电源,将探头置于自由空间,对CPU清零,然后将探头贴近管道表面,随机采集数据,并在管道表面慢慢移动探头,信号检出电路将输出不同幅值的电压,将该电压进行放大并送给显示终端。当移动到管道有裂纹处时,输出电压将产生明显突变,报警器发出声响,并记录该时刻的相关参数,并把参数转换成描述裂纹宽窄和深浅的参数实时显示和存储[8-13]。

试验时,给系统施加10 V频率分别为300~600 kHz的正弦激励电压。图4~图7分别为无裂纹、一处裂纹、多处裂纹、油污影响等情况下系统的输出电压放大波形。

5结论

从各种试验测试看出,当管道表明存在裂纹缺陷时检测信号的幅度将发生明显变化,表明设计的涡流传感器灵敏实用、可靠稳定能满足实际需求。

摘自:中国计量测控网


相关阅读
  • ECS-338型涡流探伤仪
  • 涡流检测
  • 涡流探伤仪介绍
  • 铜及铜合金无缝管涡流探伤方法 GB
  • 轧辊的表面检测如何进行
  • 无损检测涡流探伤 海纤WTS-C全自动
  • 涡流无损检测工艺在钢铁工业中的应
  • 涡流无损检测工艺在钢铁工业中的新
  • ECS-338型涡流探伤仪
  • 钢铁工业中涡流无损检测工艺的新应
  • 涡流无损检测技术在钢铁工业中的应
  • 涡流无损检测技术在钢铁工业中的新
  • 钢轨涡流探伤技术
  • 小口径薄壁管分层缺陷的超声探伤研
  • 无损探伤之涡流探伤仪的概述
  • 涡流探伤仪工作原理
  • 涡流无损检测技术在钢铁工业中的新
  • 涡流无损检测探伤仪灵敏度的直径范
  • 涡流探伤仪的?概述
  • 涡流探伤仪 应用领域
  •  

     
     
         

    收录时间:2016年12月29日 13:59:49 来 源:国家标准物质网作者:匿名
    上一篇:生物制药上市公司未来十年市值涨十倍  (电脑版  手机版)
     
    创建分享人
    太尉在泾州
    最新发布
     
     
    Copyright by www.chinabaike.com;All rights reserved.