专利名称：用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器及其检测方法
技术领域：
本发明涉及超声波无损检测技术领域，特别涉及一种用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器及其检测方法。
背景技术：
随着石化行业的快速发展，换热器使用数量急剧增加，换热管数量呈几何倍数增长。由于换热管长期工作在腐蚀和应力交互作用下，很容易产生失效，影响设备的安全运营以及产品质量，因此有必要对换热管进行检测。目前，对于在役换热管的检测方法主要有远场涡流检测、局部磁饱和涡流检测、内旋转超声相控阵检测以及漏磁检测方法。上述检测方法检测过程中，均要求传感器必须穿过换热管被检测区域，这样一方面探头的移动过程会导致检测效率低，另一方面要求换热管被检测区域内壁均要进行清洗，从而影响了上述检测方法的应用。超声导波检测具有单点激励即可检测一段距离的优势，因此可用于换热管检测，且在检测过程中只需对传感器放置区域进行清洗而传感器无需移动。专利申请号 CN200480038549. 4的发明申请公开了一种用于换热管的扭转波检测方法和系统，通过导波锥与换热管内壁的耦合，利用在换热管外部的磁致伸缩传感器激励和接收扭转波脉冲来完成对换热管的检测，其耦合情况直接影响检测结果。故该方法要求内表面接触状况良好，清洗要求高；而且对于内表面凹凸不平的状况，则需要打磨等特别处理，从而造成实际操作中的不便。

发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提供了一种用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器及其检测方法，其在检测时只需将传感器放置于被检换热管一端内部，处于传感器前端的导电钢刷与换热管产生电接触，检测过程中传感器无需移动即可实现对换热管的高效检测。按照本发明的一个方面，提供了一种用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器， 该磁致伸缩导波传感器包括外壳；与外壳一端相固定的端盖；与外壳的另外一侧相连的导电钢刷；设置在外壳内部并与其相连的内壳；安装在端盖上，通过穿过内壳的直流导线与导电钢刷实现电连接的航空插座；分别设置在内壳的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流线圈和第二交流线圈，该第一交流线圈和第二交流线圈分别缠绕在所述第一聚磁器与第二聚磁器上，并分别与航空插座电连接。作为进一步优选地，所述第一聚磁器和第二聚磁器可以由高磁导率材料，例如工业纯铁、硅钢、低碳钢等制成。作为进一步优选地，所述第一聚磁器和第二聚磁器可以通过螺钉固定于内壳。作为进一步优选地，所述外壳和内壳均由绝缘材料制成。按照本发明的另一方面，提供一种相应地对换热管进行内检测的方法，该方法包括下列步骤将磁致伸缩导波传感器放置于待检测换热管内部并处于其一端附近；在待检测换热管的所述一端处设置与其电接触的磁性碳刷，同时将直流电源与航空插座和磁性碳刷相连通以构成回路，由此在检测换热管的内部产生周向磁场；产生电磁脉冲信号，并将其功率放大后输入到缠绕在所述第一聚磁器上的第一交流线圈，由此形成作用于待检测换热管的交变磁场，在上述周向磁场和交变磁场的共同作用下，待检测换热管中形成扭转模态的弹性波；所述弹性波经过缠绕在所述第二聚磁器上的第二交流线圈时，由于逆磁致伸缩效应而转换成电信号，此时将该电信号经过信号预处理和A/D转换，以获得检测结果信号完成对换热管的检测过程。作为进一步优选地，在使用所述磁致伸缩导波传感器对换热管进行检测之前，对换热管内部放置传感器的区域进行清洗。作为进一步优选地，在获得检测结果信号之后，可以将相关信号贮存在计算机以便后续处理。按照本发明的磁致伸缩导波传感器及其检测方法，由于整个检测过程是通过磁场实现的，属于非接触式检测，因此对被检测换热管内表面状况要求低，无需打磨等特别处理，从而提高了检测效率以及适用性；此外，按照本发明的磁致伸缩导波传感器及其检测方法，利用了高导磁材料的聚磁效应，在直流导线和交流线圈之间布置的高导磁材料对交变磁场有聚集作用，从而提高了检测信号信噪比。


图1是图1为按照本发明的用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器的剖视图；图2为按照本发明的磁致伸缩导波传感器用于对换热管进行内检测的系统示意图；图3为按照本发明的磁致伸缩导波传感器内增加聚磁器后的剖视图；图4为具体实施例中所用的外径25mm、内径20m的换热管标样示意图；图5为使用图3所示的磁致伸缩导波传感器在标样管上检测所得信号的波形图；图6为使用图1所示的磁致伸缩导波传感器在标样管上所得检测信号的波形图。
具体实施例方式下面将结合附图来详细说明本发明的优选实施例。参见图1，图1是按照本发明的用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器的剖视图。如图1中所示，按照本发明的用于对换热管内检测的磁致伸缩导波传感器2包括航空插座4、端盖5、内壳6、第一交流线圈7、第二交流线圈9、直流导线11、外壳12和导电钢刷13。 端盖5与外壳12的一端相固定，外壳12的另外一端与导电钢刷13相连。在外壳12中，设置有内壳6并与其通过适当的连接方式，例如通过螺钉相连接。在端盖5上，安装有航空插座4，航空插座4通过穿过内壳6的直流导线11与导电钢刷13实现电连接。直流导线11 与导电钢刷13之间通过焊接方式相连接。在内壳6上，分别缠绕有第一交流线圈7和第二交流线圈9，该第一交流线圈7、第二交流线圈9与航空插座4之间可分别实现电连接。下面将参照附图2来具体描述使用按照本发明的磁致伸缩导波传感器来对换热管进行检测的过程。如图2中所示，在对待检测换热管3的检测过程中，直流电源14出线连接于航空插座4，进线与磁性碳刷1相连，磁性碳刷1吸附在待检测换热管3的管端部，由此，直流电源14、导电钢刷13、待检测换热管3、磁性碳刷1之间形成直流回路，并在待检测热管3中产生周向磁场。此时，计算机19通过软件控制信号发生器16产出脉冲信号，经过功率放大器15 输入到第一交流线圈7，由此产生作用于待检测换热管3的交变磁场。在上述交变磁场与周向磁场的共同作用下，待检测换热管3中产生扭转模态的弹性波，该弹性波经过第二交流线圈时由于逆磁致伸缩效应而转换成电信号，该电信号经信号预处理器17和A/D转换器 18，进入计算机19的采集单元，由此实现对传热管的整个检测过程。图3为按照本发明的磁致伸缩导波传感器内增加聚磁器后的剖视图。如图3中所示，在内壳6上通过螺钉分别固定有第一聚磁器8和第二聚磁器10，第一交流线圈7和第二交流线圈9可分别缠绕在第一聚磁器8与第二聚磁器10上。经过研究表明，由于在直流导线和交流线圈之间布置有上述高磁导率材料，对交变磁场产生有聚集作用，从而可显著提高检测信号信噪比，进而提高对换热管检测的精确度。此外，由于将高磁导率材料限定为工业纯铁、硅钢、低碳钢，与其他材料相比更易于加工处理，而且在提高检测信号强度方面更为明显。图4为一个外径25mm、内径20mm的换热管标样示意图，其管长为2m，在距离左端部位置1. 5m处有一010通孔缺陷。图5为使用图3所示的磁致伸缩导波传感器在标样管上检测所得信号的波形图。 在图5中磁致伸缩导波传感器所检测到的电磁脉冲信号用Ml表示，第一次通过第二交流线圈的信号用Sl表示，缺陷信号用Fl表示，待检测换热管左端部的回波信号用S2表示，待检测换热管右端部的回波信号用S3表示。图6为使用图1所示的磁致伸缩导波传感器在标样管上所得检测信号的波形图。 在图6中磁致伸缩导波传感器所检测到的电磁脉冲信号用M2表示，第一次通过第二交流线圈的信号用S4表示，缺陷信号用F2表示，待检测换热管左端部的回波信号用S5表示，待检测换热管右端部的回波信号用S6表示。通过与图5中信号相比，显然可以发现，该方式所产生信号噪声较大，且缺陷信号幅值有所降低。因此，可以证明在第一和第二交流线圈中设置聚磁器，能够提高对换热管检测的效果及精度。
权利要求
1.一种用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器，该磁致伸缩导波传感器包括 夕卜壳；与外壳一端相固定的端盖； 与外壳的另外一侧相连的导电钢刷； 设置在外壳内部并与其相连的内壳；安装在端盖上，通过穿过内壳的直流导线与导电钢刷实现电连接的航空插座； 分别设置在内壳的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流线圈和第二交流线圈，该第一交流线圈和第二交流线圈分别缠绕在所述第一聚磁器与第二聚磁器上，并分别与航空插座电连接。
2.如权利要求1所述的磁致伸缩导波传感器，其特征在于，所述第一聚磁器和第二聚磁器由高磁导率材料制成。
3.如权利要求2所述的磁致伸缩导波传感器，其特征在于，所述高磁导率材料例如工业纯铁、硅钢或低碳钢等。
4.如权利要求1-3任意一项所述的磁致伸缩导波传感器，其特征在于，所述外壳和内壳均由绝缘材料制成。
5.一种使用如权利要求1-4任意一项所述的磁致伸缩导波传感器对换热管执行内检测的方法，该方法包括下列步骤将磁致伸缩导波传感器放置于待检测换热管内部并处于其一端附近； 在待检测换热管的所述一端处设置与其电接触的磁性碳刷，同时将直流电源与航空插座和磁性碳刷相连通以构成回路，由此在检测换热管的内部产生周向磁场；产生电磁脉冲信号，并将其功率放大后输入到缠绕在所述第一聚磁器上得第一交流线圈，由此形成作用于待检测换热管的交变磁场，在上述周向磁场和交变磁场的共同作用下， 待检测换热管中形成扭转模态的弹性波；所述弹性波经过缠绕在所述第二聚磁器上的第二交流线圈时，由于逆磁致伸缩效应而转换成电信号，此时将该电信号经过信号预处理和A/D转换，以获得检测结果信号完成对换热管的检测过程。
6.如权利要求5所述的对换热管执行内检测的方法，其特征在于，在检测之前，对换热管内部放置传感器的区域进行清洗。
7.如权利要求5或6所述的对换热管执行内检测的方法，其特征在于，在获得检测结果信号之后，将相关信号贮存在计算机以便后续处理。
全文摘要
本发明公开了一种用于换热管内检测的磁致伸缩导波传感器及其检测方法，该传感器包括外壳；与外壳一端相固定的端盖；与外壳的另外一侧相连的导电钢刷；设置在外壳内部并与其相连的内壳；安装在端盖上，通过穿过内壳的直流导线与导电钢刷实现电连接的航空插座；分别设置在内壳的不同位置上的第一聚磁器和第二聚磁器；以及第一交流线圈和第二交流线圈，该第一交流线圈和第二交流线圈分别缠绕在所述第一聚磁器与第二聚磁器上，并分别与航空插座电连接。按照本发明，由于整个检测过程是通过磁场实现的，属于非接触式检测，因此对被检测换热管内表面状况要求低，无需打磨等特别处理，从而提高了检测效率以及适用性。
文档编号G01N27/72GK102520057SQ20111041026
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者孙鹏飞, 徐江, 武新军 申请人:华中科技大学