专利名称：具有双螺旋电磁声换能器传感器阵列的管线检查工具的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及经设计以检测管道、管路和管线中的异常的检查工具，且具体涉 及采用漏磁通量检测技术的在线检查工具。
背景技术：
许多安装好的管线可使用漏磁通量(MFL)技术来检查，主要用于识别金属损失异 常的目的。漏磁通量已显现出当金属损失异常的主轴和场角变化时以可预测的方式响应于 管线的壁中的异常。实验和建模结果两者已用于确认此作用，其也在文献中广泛描述。部分由于数据采集、数据存储和磁路设计强加的限制，大多数在线检查工具已采 用轴向定向磁化器(参见例如史监夫(Schempf)等人的第6，820，653号美国专利)。然而， 当前的轴向场磁化器设计使得极端窄的轴向特征的识别和量化较困难，或在某些情况下不 可能实现。对于这些特征类别，在圆周或横向方向上使用磁场的解决方案在过去的十年中 已由管线检查提供者在市场上销售且投入使用。然而，由于物理学的约束，这些横向磁通量 检查(TFI)工具的性能和准确性大体上小于用于一般金属损失异常的轴向场工具的性能 和准确性。另外，这些TFI工具通常需要至少两个磁化器组合件以便实现充足的覆盖，从而 使得将这些并入现存的轴向MFL工具中不切实际或较困难。对于可能具有极端窄的金属损失特征或某些类别的缝焊异常的那些管线，标准轴 向场工具并不提供充足的检测和量化能力。在这些情况下，对于基于MFL的工具，使用TFI 工具执行初始或补充的调查。虽然TFI工具可能能够检测极端窄的异常和某些缝焊异常， 但其也检测管线中通常发现的所有其余的体积金属损失特征，从而使识别目标性异常类别 的过程复杂化。最早的TFI布置中的一者在克劳奇(Crouch)等人的第3，483，466号美国专利中 描述。Crouch揭示了一对彼此垂直布置的电磁体，其中例如磁力计或探查线圈等检测器定 位于磁体的每一侧上。除了使用永久磁体和霍尔装置(hall device)型传感器以外，Crouch 的布置仍然是大多数现代实施方案的基础。另外，一些设计涉及分段或个别的离散磁体，其 在大多数情况下保持横向或圆周场方向。举例来说，维尔斯(Wiers)等人的第3，786，684 号美国专利揭示了以相对于管轴倾斜的阵列的形式布置的个别磁体，其中每一阵列的场与 其它阵列的场垂直。然而，此布置将场限于每一个别磁体的磁极之间的区段和区域。此外， Wiers型实施方案所需的短磁极间距减少了磁路的长度，进而促使工具经受速率效应，且还 遮蔽焊缝、凹口或其它异常处的数据质量、使其失真或降级。
其它设计涉及精密复杂的几何形状、多个磁化器区段以及精密机械布置，例如经 设计以引起磁化器区段的盘旋或螺旋运动的螺旋驱动器、齿轮和轮。举例来说，韦尼克 (Wernicke)的第5，565，633号美国专利揭示一种机械上复杂的装置，其用于与具有两个或 两个以上磁路的磁化器区段和大量感测单元一起使用。在一个实施例中，磁块以螺旋定位 的平行磁极来布置。在另一实施例中，磁块为轴向移位的扭绞磁极对。两个实施例均需要 机械上引起的旋转，以便实现内部管面的完全覆盖。类似于Wernicke，拉马特(Ramuat)的 第6，100, 684号美国专利揭示大体上横向场磁化布置，其涉及多个磁化器区段和一复杂轮 布置以引起区段的螺旋运动且实现管壁的重叠或完全覆盖。汤普森(Thompson)等人的第 7 ，548，059号美国专利包含两个滑块(磁极)，其并入有固定磁体，所述磁体以紧密间隔成 对布置以产生围绕管呈螺旋形的标称横向场。此工具(其包含多种移动部件，例如支撑钢 筋束、滑轮和弹簧)需要许多增加的复杂性，以便足够灵活以适应管线中的弯曲。此外，此 布置中的磁体在两个平行磁极之间引起场，从而在个别离散磁块的磁极之间形成单个闭合 回路。类似于Thompson等人，现有技术中使用的磁体描述为块，其中不参考用于磁块的 易适应或顺应的上部表面。针对磁路使用刚性接触布置因为在凹口处或沿着焊缝和管线内 可能存在的其它故障(upset)在磁场路径中引入气隙或可变磁阻区域而使数据质量降级。 对于某些类别的特征，在周围场中产生的干扰遮蔽由于所关注特征而存在的通量泄漏信号 或另外使其失真。凹口和焊缝区域内存在的任何磁异常由于其在这些区域内的存在而具有 较大的重要性，且因此表示其中数据质量较关键的区域。另外，现有技术需要使用与管壁表面呈紧密接触布置的大量磁极或表面。此布置 可导致磁化器组合件经历对运动的极端高的摩擦力或阻力，进而抑制或防止其在需要较低 摩擦的应用中的使用。如已经论述，管线操作者当前能够使用漏磁通量(MFL)技术检查许多安装好的管 线，主要用于识别金属损失异常的目的。然而，对于某些类别的异常，在MFL技术中使用的 当前轴向场磁化器设计使得极端窄的裂缝或类似裂缝的轴向特征的检测和量化较困难，或 在一些情况下不可能。为了实现这些特征的检测和量化，已经研究或采用了利用声(超声) 波的替代技术。这些声波通常由外部压电换能器或电磁声换能器(EMAT)产生。EMAT实施方案通常是两种基本类型中的一者洛伦兹(Lorentz)和磁致伸缩 (magnetostrictive) 0两种类型均需要存在外部磁偏置场。在洛伦兹型EMAT中，磁偏置场 垂直于管壁且与管壁中的涡电流感应路径或应变交互。磁致伸缩型EMAT使用在管壁平面 中、轴向或圆周的且与磁感应应变交互的磁偏置场。在非破坏性测试工业中，众所周知，钢中的磁致伸缩当磁偏置场相对于EMAT的传 感器线圈导体成一角度时更有效地产生剪切水平(SH)声波。此结果已由发明人在根据本 文揭示的本发明的EMAT传感器阵列的初始开发期间验证。在研究期间发现，加工为测试板 的缺口中的若干者不可使用轴向定向磁偏置场来检测。使磁偏置场角相对于行进轴和EMAT 传感器旋转提供了所测得信号的近似20分贝的增加。此布置产生与电子噪声相比大得多 的信号响应，从而导致高于相对均勻的基线的不同裂缝指示。因此，使用与磁场成角度设定的EMAT传感器线圈的SH波应用通常优于其中场平 面线平行于传感器线圈导体的应用(例如参见转让给瑞士罗森公司(Rosen Swiss AG)的第10/2007/0058043号德国专利申请公开案)。应力腐蚀开裂(SCC)的检测和量化是此技 术所针对的主要类型的异常之一。除了通常轴向定向的SCC以外，圆周定向的周围焊缝已 经知道展现出裂缝状特征。因此，为了使EMAT系统全局有效，需要一种容易适于检测轴向 和圆周定向特征两者的方法。现有技术在线检查工具使用永久磁体的环形阵列在平行于管的轴的方向上将管 磁化。为了获得磁偏置场与传感器线圈之间的有益角度，朝向管轴旋转传感器线圈(例如 参见艾勒斯(Alers)等人的第CA 2，592，094号加拿大专利申请案)。SH波以此相同角度 撞击在轴向定向的SCC的平面上。因此，来自SCC的SH波反射仅由相对于发射器线圈横向 定位且朝向发射器线圈旋转的接收器传感器线圈有效检测。而且，用于检测涂层脱离的衰 减测量使用与发射器线圈对角定位且朝向发射器线圈旋转的接收器线圈。这些衰减接收器 线圈圆周移位以使得其与所发射的波成一直线。所接收的信号振幅的明显增加是涂层脱离 的指示。因此，需要一种EMAT工具，其提供内部管壁表面的完全覆盖而无需机械上复杂的 结构，且产生可与EMAT传感器一起使用以检测轴向或圆周定向的体积特征和涂层脱离的 场。

发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于检查管状部件的内壁的传感器阵列，其能够提 供内部管壁表面的完全覆盖而无需机械上复杂的结构，且产生可与EMAT传感器一起使用 以检测轴向或圆周定向的体积特征和涂层脱离的场。根据本发明的用于检查管状部件的内壁的传感器阵列包括第一和第二组传感器 线圈，所述第一和第二组传感器线圈各自包含第一和第二对接收器线圈和发射器线圈；所 述发射器线圈以及所述第一和第二对接收器线圈各自彼此平行布置且共享共同的中心线， 所述发射器线圈位于所述第一与第二对接收器线圈之间；其中所述共同中心线相对于上面 安装每一所述组传感器线圈的检查工具的中心纵轴以角Y定向；所述检查工具具有相对 于所述检查工具的所述中心纵轴倾斜布置的至少两个磁极；且所述第一和第二组传感器线 圈各自位于所述检查工具的外部表面上，且位于所述至少两个磁极的相对边缘之间并距所 述相对边缘大体上等距。其中，所述角、经选择以使得所述共同中心线相对于所述至少两个磁极中的每 一磁极的中心纵轴倾斜。其中，所述角Y经选择以使得所述共同中心线大体上平行于所述管线工具的所 述中心纵轴。其中，所述角Y为约90°。此外，所述第一和第二线圈传感器组彼此间隔开约180°。此外，所述第一传感器线圈组的一部分和所述第二传感器线圈组的一部分位于所 述检查工具的共同圆周带内。另外，所述第一传感器线圈组中的所述发射器线圈的一部分在垂直于所述检查工 具的所述中心纵轴的方向上从所述发射器线圈的一部分偏移。所述第一和第二传感器线圈组中的至少一者中的所述发射器线圈发射信号，所述信号由正由所述检查工具检查的管状部件的壁表面反射。并且，所述信号在所述发射器线圈发射第二信号之前围绕所述管状部件的圆周行 进预定次数。进一步地，所述第一和第二对接收器线圈中的至少一者对所述信号进行取样。此外，所述第一和第二对接收器线圈中的至少一者对所述所反射信号进行取样。其中，所述所反射信号是经规格化信号。 并且，所述取样以预定取样时间间隔发生。进一步地，所述信号在所述第一和所述第二接收器线圈中的至少一者对所述所反 射信号进行取样之前围绕所述管状部件的圆周行进预定次数。此外，所述取样在目标性取样区域内发生，所述目标性取样区域在第一接收器线 圈与越过第二接收器线圈的预定距离“D”之间延伸。此外，发射器线圈发射的所述信号不遮蔽所述第一和第二对接收器线圈对所述所 反射信号的检测。另外，该传感器阵列进一步包括所述第一和第二对接收器线圈各自包含RD接收 器线圈和RA接收器线圈。此外，该传感器阵列进一步包括所述第一和第二对接收器线圈中的至少一个接收 器线圈是选通接收器线圈。另外，该传感器阵列进一步包括每一所述第一和第二对接收器线圈中的至少一个 接收器线圈是校准线圈。另外，该传感器阵列进一步包括所述第一和第二传感器线圈组中的至少一者能够 检测轴向定向的壁异常和圆周定向的壁异常中的至少一者。通过本发明，能够使得用于检查管状部件的内壁的传感器阵列提供内部管壁表面 的完全覆盖而无需机械上复杂的结构，并且可以产生可与EMAT传感器一起使用以检测轴 向或圆周定向的体积特征和涂层脱离的场。并且，本发明还能够达到以下有益效果对小缺 陷的改进的敏感性，即信号振幅的高达20db的增加；RF脉冲发生器功率要求的实质降低； 完全的圆周检查覆盖，从而降低错过裂缝的概率；使用最靠近发射器线圈的接收器线圈对 所发射信号的自校准；以及由周围的声环引起的发射器线圈之间的较少干扰。


图1是轴向定向磁化器设计的等距视图。磁场的方向相对于管的纵轴为圆周或横 向的。图2是根据本发明的利用螺旋磁极设计的倾斜磁化器组合件的实施例的等距视 图。磁极旋转或呈螺旋形约30°，且包含柔性或顺应的上部表面。图3是倾斜磁化器组合件的另一实施例的视图，其中磁极旋转约60°。图4是倾斜磁化器组合件的又一实施例的视图，其中磁极旋转约90°。图5是倾斜磁化器组合件的再一实施例的视图，其中磁极旋转约120°。图6是倾斜磁化器组合件的又一实施例的视图，其中磁极旋转约150°。图7是倾斜磁化器组合件的另一实施例的端视图，其说明呈螺旋形或旋转的磁极 的两个末端之间的关系。在此实例中，磁极旋转约135°。每一磁极的顺应的上部表面包含硬毛或刷子型表面。图8说明来自倾斜磁化器布置的场结果。场方向相对于管的纵轴为对角或倾斜 的。图9是倾斜磁化器组合 件的实施例的视图，其包含从磁化器的一端到另一端安装 的螺旋传感器阵列，从而提供内部管壁表面的完全覆盖且并入有一定程度的重叠以适应可 能发生的任何工具旋转。图10是封闭于管区段中的图8的倾斜磁化器组合件的视图。图11是包含倾斜磁化器组合件、轴向磁化器和变形感测区段的在线检查工具的 视图。图12示意说明包含位于两个倾斜定向磁极之间的两排或两组EMAT传感器线圈的 传感器阵列的一侧。每一传感器线圈组包含两对接收器线圈和位于所述对接收器线圈之间 的发射器线圈。所述组垂直于所述在线检查工具的中心纵轴(且因此垂直于正在检查的管 状部件的中心纵轴)对准，且组中的每一线圈与组中的其它线圈共享共同的中心线。图13是如应用于24英寸直径管状部件的具有图12的EMAT传感器线圈布置的传 感器阵列的一侧的视图。
具体实施例方式根据本发明制作的管线检查工具包含围绕工具主体的外部表面布置且相对于工 具主体的中心纵轴倾斜定向的至少两个磁极。传感器阵列提供于两个磁极的相对边缘之 间。传感器阵列包含相对于工具主体的纵轴以不同于磁极的角度定向的一排或一组传感器 线圈。因此，传感器阵列相对于由磁极产生的磁偏置场成一角度。磁极和传感器阵列可各 自延伸工具主体的长度且具有大体的螺旋形状。优选地，传感器线圈组垂直于工具主体的 纵轴，但依据待检测的异常的类型而可平行于工具主体的纵轴布置。每一传感器线圈组可位于与对应的传感器线圈组相对180°处，其中相对传感器 线圈组的一部分包含于工具的共同圆周带内。位于工具主体的同一侧上的传感器线圈组彼 此偏移，大体上均勻间隔开且距倾斜定向的磁极的相对边缘等距。每一组传感器线圈包含 至少一个发射器线圈和至少两对相对的接收器线圈。每一对中的一个接收器线圈可为RD 接收器线圈且另一接收器线圈可为RA接收器线圈。因为传感器线圈组相对于磁偏置场旋 转，所以接收器线圈与发射器线圈成一直线且具有与发射器线圈相同的角定向。换句话说， 接收器线圈平行于发射器线圈定向，且不需要相对于发射器线圈对角移位或旋转。发射器线圈发射音调突发或信号，其撞击在正在检测的管状部件的壁上且行进返 回到接收器。接收器线圈相对于发射器线圈间隔，使得发射器线圈发射的信号不遮蔽接收 器线圈对所反射信号的检测。每一接收器线圈经选通以在目标性取样区域内接收可经规格 化的这些所反射信号，且检测管状部件中的异常。发射器可随后在第一信号已围绕管状部 件的圆周行进预定次数之后发射第二信号。依据传感器线圈组相对于倾斜定向磁体的定 向，传感器阵列能够检测轴向和圆周方向两者上的壁异常。本发明的一目的是提供一种漏磁通量(MFL)工具，其响应于能够产生漏磁通量信 号的广范围的异常。本发明的另一目的是提供一种MFL工具，其能够使用单个磁化器对 内部管壁进行360°覆盖而无需多个磁化器区段、磁化器或者传感器或区段之间的相对运动以实现标称轴向定向特征的检测。本发明的另一目的是提供一种具有EMAT阵列的MFL 工具，其降低了错过管壁中的裂缝的概率且具有对小缺陷的改进的敏感性，即信号振幅达 20db的增加。本发明的又一目的是提供一种EMAT阵列，其需要RF脉冲发生器功率要求的 实质降低。本发明的再一目的是提供一种EMAT阵列，其包含使用最靠近发射器线圈的接收 器线圈对所发射信号的自校准。本发明的另一目的是提供一种EMAT阵列，其经历由周围的 声环引起的发射器之间的较少干扰。 现在将通过参考图式和图式中说明的以下元件来描述根据本发明制作的漏磁通 量(MFL)工具的优选实施例10在线检查工具65 61的第二端20 MFL工具/倾斜磁化器67 61的纵向中心线21圆柱形工具主体69顺应的上部表面23 21的第一端71 刷子25 21的第二端80 磁场27 21的纵轴81 场80的磁通量路径31 径向圆盘90传感器阵列40磁路91 90的第一端41 磁极93 90的第二端43 41的第一端94 95、97和98的传感器线圈排或组45 41的第二端95发射器线圈47 41的纵向中心线96 95产生的剪切水平波49顺应的上部表面97 RD接收器线圈51刷子98 RA接收器线圈61磁极99传感器线圈组94的中心轴63 61的第一端100轴向磁化器110变形感测区段首先参看图1，北磁极41和南磁极61在圆柱形工具主体21上彼此相对约180° 布置，使得每一磁极41、61的相应纵向中心线47、67平行于圆柱形工具主体21的纵向中心 线27 (且因此平行于正在检查的管的中心纵轴)。虽然磁极41、61与现有技术实施方案不 同之处在于例如每一磁极41、61沿着圆柱形主体21的整个长度延伸，但其如此处说明的轴 向定向是现有技术实施方案的典型。以此方式布置，磁极41、61产生相对于管壁的圆周或 横向磁场，如磁通量路径81所说明，且需要多个磁化器区段来提供管的内壁表面的完全覆
至
ΓΤΠ ο现在参看图2到图6，根据本发明的倾斜磁化器组合件20包含磁路40，磁路40具 有在圆柱形工具主体21上彼此相对约180°布置的两个螺旋磁极41、61。每一磁极41、61 在圆柱形工具主体21的第一端23与第二端25之间延伸。也可采用额外对的螺旋磁极41、 61，其中每一螺旋磁极41或61在圆柱形工具主体21的末端23、25之间延伸，且与其邻近 且相对的磁极61、41间隔360° /η( “η”等于所采用的磁极41、61的数目)。磁极41、61 优选分别具有柔性或顺应的上部表面49、69，其帮助减少摩擦力且最小化在倾斜磁化器组合件20行进穿过管内部时的速率效应。顺应的上部表面49、69还允许磁化器组合件20压 缩足够的量以便通过管中的可能原本使磁化器组合件20损坏或使其通过减慢或阻碍其通 过的内部障碍、弯曲和缩减。磁极41、61的旋转量取决于实现内部管壁表面的完全覆盖所需的旋转量。经过从 图2到图6的序列，磁极41、61各自以递增量旋转或呈螺旋形，以实现约150度的标称旋转 (如图6说明)。在旋转时，磁极41、61的第二端45、65相对于其相应的第一端43、63偏移 预定角度或量α (见图7)。由于此旋转量α的缘故，每一螺旋磁极41、61的相应纵向中心 线47、67不平行于圆柱形工具主体21的中心纵轴27。磁极41、61的旋转还帮助引起在磁 化器组合件20行进通过管内部时其充足量的旋转。图8说明从倾斜磁化器组合件20的原型产生的磁场80，所述倾斜磁化器组合件 20类似于图2到图6的旋转序列中所示的磁化器组合件20而配置。不同于现有技术在线 检查工具，磁场80的方向相对于管轴成对角或倾斜而不是圆周或横向的，其中磁通量路径 81从磁极41、61发射且在相反方向上行进而到达对应的磁极61、41。每一磁极41、61产生 的磁通量线81经导引到最少阻力的路径进入管壁且朝向邻近的磁极61、41。磁场80的 角大体上垂直于由磁极41、61形成的通量线81且大体上平行于形成磁极41、61之间的最 短距离的线。 磁极41、61的范围内的磁场80的方向可相对于管轴从30度到60度变动。现在参看图9和图10，倾斜磁化器组合件20可包含螺旋传感器阵列90，其大体上 等距位于旋转磁极41、61之间且经布置以提供管P的内壁表面W的完全覆盖且适应可能发 生的磁化器组合件20的任何旋转。传感器阵列90中的个别传感器可为用于检测漏磁通信 号的技术中众所周知的种类。传感器阵列90优选在圆柱形主体21的第一端23与第二端 25之间(且因此在磁极41、61的相应末端43、45与63、65之间)延伸，且并入有传感器阵 列90的第一端91与第二端93之间的某一程度的重叠Δ。磁极41、61的顺应的上部表面 49、69(见例如图6)可呈刷子51、71的形式。径向圆盘31Α和31Β帮助在磁化器组合件20 在不同压力下在管P中向前移动时推进磁化器组合件20且使其居中。倾斜磁化器组合件20的最终配置可包含数据集的任何当前组合，包含(但不限 于)变形、高级轴向MFL、内部/外部区分、用于测绘的惯性数据和低级或残余MFL。在并入 有倾斜磁化器组合件20的在线检查工具10的一个优选实施例中，工具10包含轴向磁化器 100和变形感测区段110 (见图11)。现在参看图12和图13，传感器阵列90包含电磁声换能器(EMAT)传感器线圈95、 97和98，其位于倾斜定向的永久磁极41、61的相对边缘42、62之间。传感器线圈95、97和 98优选以传感器线圈线或组94a-94e布置，如相应的传感器线圈组中心轴99a_99e界定。 每一中心轴99a_99e大体上平行于其它轴99a_99e且以相对于圆柱形工具主体21的中心 纵轴27的预定角γ定向。与传感器线圈组94a-94e大体上相同组的传感器线圈组(未图 示)布置于圆柱形工具主体21的相对外部表面上，与传感器线圈组94a-94e相对约180°。倾斜定向的磁极41、61相对于中心纵轴27大体上成角β，其中角β不同于角Y。 因为由磁极41、61产生的通量线81大体上垂直于磁极41、61的边缘42、62，所以磁场80相 对于中心纵轴21以角ε旋转，且因此相对于传感器线圈组94a_94e成一角度。在优选实 施例中，角Y为约90°，角β为约45°，且角ε为约45°。垂直于圆柱形工具主体21的中心纵轴27 (且因此垂直于管轴)布置传感器线圈组94a-94e允许传感器阵列90检测轴向和圆周两个方向上的特征。发射器线圈95产生SH 波96，其围绕管圆周地行进且与轴向定向的裂缝成法向角(垂直)撞击。平行于圆柱形工 具主体21的中心纵轴27 (且因此平行于管轴)布置传感器线圈组94a-94e允许传感器阵 列90检测圆周方向上的特征。剪切水平波96沿着管壁在轴向方向上发射，使得检测到来 自例如周围焊缝中的裂缝等横向裂缝的反射。不同于现有技术EMAT工具中的接收器的定 向，接收器线圈97、98不必相对于发射器线圈95对角移位或朝向发射器线圈95旋转以便 获得使磁场80相对于EMAT传感器线圈95、97和98旋转的益处。 传感器线圈95、97和98可安装在例如弹簧加载垫(未图示)等合适的机构上，所 述机构保持线圈95、97和98紧密接近管的内径。发射器线圈95在围绕管的两个圆周方向 上引起SH导引波96。接收器线圈97检测来自应力腐蚀裂缝(SCC)的反射，且用作校准接 收器。接收器线圈98检测在圆周方向上从发射器线圈95传播的SH导引波96。这些检测 到的信号的特性特征(例如振幅和到达时间)可用以检测例如涂层脱离、腐蚀和SCC等特 征。接收器线圈97、98以距发射器线圈95预定距离放置，使得信号响应由接收器线圈 97、98检测而不受初始电子激发脉冲的不利影响。组94a-94e中的每一发射器线圈95在每 一侧上以两个接收器线圈97、98分组。传感器阵列90优选包含必要数目的发射器线圈95 和接收器线圈97、98以便提供SCC的重叠覆盖和涂层脱离检测。在一个优选实施例中，彼 此相对布置且供在24英寸直径管中使用的两个传感器阵列90中的每一者包含五个发射器 线圈95和总共20个接收器线圈97、98。每一发射器线圈95在起动时引起SH导向波96传播到线圈95的左边和右边且围 绕管的圆周。最靠近活动的发射器线圈95的接收器线圈97、98首先在时间上取样(选通) 以接收传出的波96，且随后以较长的预定时间延迟(针对24英寸直径管，优选大约50和90 微秒)选通以检测来自SCC的反射。这些反射来自位于RD接收器线圈97与越过RA接收 器线圈98的预定距离“D”之间的目标性取样区域“Z”以便最大化覆盖且最小化干扰。反 射信号经规格化，即除以RD接收器97中检测到的传出信号以提供信号反射的连续校准。借助于实例，考虑24英寸管和6mm(0. 24英寸)的目标轴向样本间距，390Hz的脉 冲率将产生5. lmm(0.20英寸)的轴向分辨率。此脉冲率允许SH波96在第二脉冲或音调 突发起动之前围绕管圆周行进近似4. 25次。因此，第一脉冲的残余在接收器线圈97、98之 间且因此在取样时间间隔(选通)下所述圆周环内对位于工具主体21的相对侧上的接收 器线圈97、98无影响。SH波96在波96已围绕管行进约8. 5次之后在第三音调突发期间仍在接收器选通 内。使用在2英尺行程中0. 8的衰减因数(根据实验室实验确定的因数)，以百分之100全 标度发射的音调突发在其到达位于圆柱形工具主体21的相对侧上的接收器线圈97、98时 具有小于百分之0. 3的振幅。此噪声量与可多达全标度的百分之3的其它噪声源(例如， 热电子噪声)相比通常可忽略。涂层脱离是在与发射器线圈95成一直线定位的RD接收器线圈97与RA接收器线 圈98之间的目标性取样区域Z中检测的。涂层脱离检测可通过计算经选通接收器信号的 比率来完成。高于设定阈值的比率指示在管上在特定区域99中没有涂层或脱离。在发明人进行的研究中，根据本发明制作的传感器阵列90已显示优于现有技术的以下益处·对小缺陷的改进的敏感性，即信号振幅的高达20db的增加；· RF脉冲发生器功率要求的实质降低；·完全的圆周 检查覆盖，从而降低错过裂缝的概率；·使用最靠近发射器线圈的接收器线圈对所发射信号的自校准；以及·由周围的声环引起的发射器线圈之间的较少干扰。另外的配置是可能的，这取决于管直径，以及不同数目的磁极41、61、传感器线圈 95,97和98以及传感器阵列90。对于例如圆周检测，传感器阵列90将以相对于管轴的倾 斜角、旋转，其仍位于角磁偏置场80内。除了 SCC和类似裂缝的特征外，这些配置还可响 应于例如涂层脱离和金属损失等特征。所得系统还可用作仅EMAT系统或与在线检查工具 中可用的各种其它技术中的任一者组合，所述其它技术包含(但不限于)MFL、变形、卡规测 量(Caliper)和测绘。虽然已用某一程度的特定性描述了包含倾斜磁化器和螺旋传感器阵列的EMAT工 具，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可在组件的构造和布置的细节方面做出许多 改变。根据本发明的EMAT工具因此仅由所附权利要求书的范围限制，所述范围包含其每一 元素有资格具有的均等物的完全范围。以上所述为本发明的具体实施例的说明与图式，而本发明的所有权利范围应以下 述的申请专利范围为准，任何在本发明的领域中熟悉该项技艺者，可轻易思及的变化或修 饰皆可涵盖在本案所界定的专利范围之内。
权利要求
一种用于检查管状部件的内壁的传感器阵列，其特征在于，所述传感器阵列包括第一和第二组传感器线圈，所述第一和第二组传感器线圈各自包含第一和第二对接收器线圈和发射器线圈；所述发射器线圈以及所述第一和第二对接收器线圈各自彼此平行布置且共享共同的中心线，所述发射器线圈位于所述第一与第二对接收器线圈之间；其中所述共同中心线相对于上面安装每一所述组传感器线圈的检查工具的中心纵轴以角γ定向；所述检查工具具有相对于所述检查工具的所述中心纵轴倾斜布置的至少两个磁极；且所述第一和第二组传感器线圈各自位于所述检查工具的外部表面上，且位于所述至少两个磁极的相对边缘之间并距所述相对边缘大体上等距。
2.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述角Y经选择以使得所述共同 中心线相对于所述至少两个磁极中的每一磁极的中心纵轴倾斜。
3.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述角Y经选择以使得所述共同 中心线大体上平行于所述管线工具的所述中心纵轴。
4.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述角Y为约90°。
5.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述第一和第二线圈传感器组彼 此间隔开约180°。
6.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述第一传感器线圈组的一部分 和所述第二传感器线圈组的一部分位于所述检查工具的共同圆周带内。
7.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述第一传感器线圈组中的所述 发射器线圈的一部分在垂直于所述检查工具的所述中心纵轴的方向上从所述发射器线圈 的一部分偏移。
8.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述第一和第二传感器线圈组中 的至少一者中的所述发射器线圈发射信号，所述信号由正由所述检查工具检查的管状部件 的壁表面反射。
9.根据权利要求8所述的传感器阵列，其特征在于，所述信号在所述发射器线圈发射 第二信号之前围绕所述管状部件的圆周行进预定次数。
10.根据权利要求8所述的传感器阵列，其特征在于，所述第一和第二对接收器线圈中 的至少一者对所述信号进行取样。
11.根据权利要求8所述的传感器阵列，其特征在于，所述第一和第二对接收器线圈中 的至少一者对所述所反射信号进行取样。
12.根据权利要求11所述的传感器阵列，其特征在于，所述所反射信号是经规格化信号。
13.根据权利要求11所述的传感器阵列，其特征在于，所述取样以预定取样时间间隔发生。
14.根据权利要求11所述的传感器阵列，其特征在于，所述信号在所述第一和所述第 二接收器线圈中的至少一者对所述所反射信号进行取样之前围绕所述管状部件的圆周行 进预定次数。
15.根据权利要求11所述的传感器阵列，其特征在于，所述取样在目标性取样区域内发生，所述目标性取样区域在第一接收器线圈与越过第二接收器线圈的预定距离“D”之间 延伸。
16.根据权利要求11所述的传感器阵列，其特征在于，每一所述第一和第二对接收器 线圈相对于所述发射器线圈间隔，使得由所述发射器线圈发射的所述信号不遮蔽所述第一 和第二对接收器线圈对所述所反射信号的检测。
17.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，其进一步包括所述第一和第二对 接收器线圈各自包含RD接收器线圈和RA接收器线圈。
18.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，其进一步包括所述第一和第二对 接收器线圈中的至少一个接收器线圈是选通接收器线圈。
19.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，其进一步包括每一所述第一和第 二对接收器线圈中的至少一个接收器线圈是校准线圈。
20.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，其进一步包括所述第一和第二传 感器线圈组中的至少一者能够检测轴向定向的壁异常和圆周定向的壁异常中的至少一者。
全文摘要
一种具有双螺旋电磁声换能器传感器阵列的管线检查工具，包含相对于工具主体的中心纵轴以倾斜角定向的两个磁极。传感器线圈组的阵列位于所述两个磁极的相对边缘之间，且垂直于所述中心纵轴而定向。每一传感器线圈组包含发射器线圈和两对相对的接收器线圈，所述接收器线圈经选通以接收来自管状部件的壁的反射。因为传感器线圈的排相对于磁偏置场旋转，所以所述接收器线圈与所述发射器线圈成一直线且具有与所述发射器线圈相同的角定向。所述工具提供对小缺陷的改进的敏感性、RF脉冲发生器功率要求的实质降低、完全圆周覆盖、所发射信号的自校准以及由周围的声环引起的发射器线圈之间的较少干扰。
文档编号G01N27/83GK101936949SQ20101021479
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年6月26日
发明者杰德·路德罗, 约翰·H.·费罗拉, 詹姆士·辛梅克, 赛伊德·M.·阿里, 高辉党 申请人:Tdw达拉威公司