一种可变径涡流检测传感器设计方法及装置
阅读说明：本技术 一种可变径涡流检测传感器设计方法及装置 (Method and device for designing variable-diameter eddy current detection sensor ) 是由 林俊明 王亚婷 李寒林 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明一种可变径涡流检测传感器设计方法及装置,用于金属管道(6)内部缺陷的无损检测,通过引线(11)连接于检测仪器(1),包括探头骨架(3)和阵列式检测传感器(2),其特征在于所述的探头骨架(3)设置为圆柱体结构,在探头骨架(3)的内部还设置有气囊(4),阵列式检测传感器(2)的检测线圈(21)通过可弯曲可延伸的柔性PCB板(22)围绕设置于探头骨架(3)的外围。实现能在管道的胀管部位,仍可很好地贴合管壁,不存在常规探头的间隙影响,较好地满足工业在役金属管道在役检测的灵敏度要求。(The invention discloses a method and a device for designing a variable-diameter eddy current detection sensor, which are used for nondestructive detection of internal defects of a metal pipeline (6), are connected to a detection instrument (1) through a lead (11), and comprise a probe framework (3) and an array detection sensor (2), and are characterized in that the probe framework (3) is arranged in a cylindrical structure, an air bag (4) is also arranged in the probe framework (3), and a detection coil (21) of the array detection sensor (2) is arranged on the periphery of the probe framework (3) in a surrounding manner through a bendable flexible extensible PCB (22). The pipe wall can be well attached to the pipe expansion part of the pipeline, the clearance influence of a conventional probe does not exist, and the sensitivity requirement of the in-service detection of the industrial in-service metal pipeline is well met.)
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及涡流检测的传感器技术，特别是涉及一种可变径涡流检测传感器设计方法及装置。
背景技术
在工业领域，存在着大量的金属管道。由于金属材料使用过程中可能存在裂纹、腐蚀、减薄等各种各样的缺陷。为防止设备发生故障，常常需要进行在役检测。例如：电力石化系统的冷凝器管道，因工艺设计要求，还存在如附图1和附图2中所示的胀管段61（一般在支撑板及管板处）。
而常规采用的涡流内穿过式探头（传感器），一般以最小内径设计。故在胀管段61的部位，检测线圈与金属管壁之间的间隙必然增加，从涡流检测原理可知，由于趋肤效应，此处检测灵敏度将大幅降低，造成小缺陷的漏检，导致泄漏事故的发生。
针对以上缺点问题，本发明采用如下技术方案进行改善。
发明内容
本发明的目的提供一种可变径涡流检测传感器设计方法及装置，公开的技术方案如下：
一种可变径的涡流检测传感器装置，用于金属管道(6)内部缺陷的无损检测，通过引线(11)连接于检测仪器(1)，包括探头骨架(3)和阵列式检测传感器(2)，其特征在于所述的探头骨架(3)设置为圆柱体结构，在探头骨架(3)的内部还设置有气囊(4)，阵列式检测传感器(2)的检测线圈(21)通过可弯曲可延伸的柔性PCB板(22)围绕设置于探头骨架(3)的外围。
其中一种情况，柔性PCB板(22)为若干长条形结构径向阵列设置于柱形探头骨架(3)外围，最佳的设计情况是圆柱体探头骨架(3)的正中间形成径向围绕一圈排布，然后前后两部分的柔性PCB板(22)设置为对称排布，当检测的金属管道的直径较大时，圆柱体探头骨架(3)撑开较多时，以适合于涡流检测传感器的提离值的情况下，选择圆柱体正中间一圈排列的阵列式涡流检测线圈进行金属管的无损检测。而且相邻的两条柔性PCB板(22)上的阵列涡流线圈可以设置为相互错开排列，成“品”字形结构排布。
另一种情况，柔性PCB板(22)为若干长条形结构轴向阵列设置于柱形探头骨架(3)外围。所述的轴向阵列的若干长条形结构的柔性PCB板(22)的两端部固定于圆柱体结构探头骨架(3)的两个头部支架，圆柱体探头骨架(3)设置为可弯曲结构。柔性PCB板(22)上的阵列涡流检测线圈以圆柱体正中间形成径向围绕一圈排布将圆柱体结构分成前后两部分，前后两部分阵列涡流检测线圈形成对称的排列结构。当检测的金属管道的内径远大于圆柱体结构探头骨架(3)的直径时，圆柱体探头骨架(3)弯曲撑开，以适合于涡流检测传感器的提离值的情况下，选择圆柱体正中间一圈排列的阵列式涡流检测线圈进行金属管的无损检测。
所述的气囊(4)设置为橡胶圆柱体或者球体等任意适合体型的形状结构。
气囊(4)还设置有气压调节装置(5)，通过气管(51) 增加或减少气体调节气囊(4)的膨胀和收缩。
本发明还公开一种可变径的涡流检测方法，使用如上所述的检测传感器装置，具体制作方法步骤如下：
a．线圈提离值检测：开启仪器设备，将校准好的检测仪器的检测传感器装置伸入金属管内部，通过提离激励信号判定涡流检测传感器的提离状态；
b.气囊气压调整：依据步骤a中判定的涡流检测传感器提离状态，对比提离阈值，对气囊的气压进行调整，重复a步骤检测涡流检测传感器的提离值，将提离值调整在设定范围值内为止；
c.金属管无损检测：将气囊的气压调整好的涡流检测传感器装置对金属管道内壁进行移动检测，；
d.数据筛选分析：选择b步骤中气囊气压最终调节好后，由a步骤检测出的提离值相近的若干涡流检测传感器线圈的检测信号数据进行分析，将分析结果显示于涡流检测仪器；
其中，步骤d中的数据筛选分析中，选择相近提离值的涡流检测信号时，当管道为圆锥体结构的情况下，大径开口方向伸入进行检测时，涡流检测信号数据系列的选择为前半部分检测数据进行分析。
步骤d中的数据筛选分析中，选择相近提离值的涡流检测信号时，当管道为圆锥体结构的情况下，小径开口方向伸入进行检测时，涡流检测信号数据系列的选择为后半部分的检测数据进行分析。
金属管道圆锥体结构的情况下，在小径开口方向伸入进行检测时，气囊在涡流检测传感器伸入金属管道内后再进行充气。其中探头骨架（3）设计为具有一定柔性的可弹性变形的结构，但其柔性应弱于柔性PCB板(22)的柔软度。
据以上技术方案，本发明具有以下有益效果：。
一、本发明采用阵列式涡流检测线圈，利用在柔性可延伸电路板上设置双排（或以上）的小线圈组成阵列检测能力，分成二段（二圈）或以上，相互错开，成“品”字形结构，内部由一个柱形气囊支撑，实现该涡流检测装置在正常金属管段工作时，由于气囊的弹压作用，可以比常规的刚体涡流内穿过式探头更好地贴合管道内壁，达到更好地检测灵敏度。特别是能在管道的胀管部位，仍可很好地贴合管壁，不存在常规探头的间隙影响，较好地满足工业在役金属管道在役检测的灵敏度要求；
二、柔性可延伸电路板轴向阵列设置于柱形探头骨架外围设置时，阵列涡流检测线圈以圆柱体正中间形成径向围绕一圈排布将圆柱体结构分成前后两部分，当检测的金属管道为圆锥体结构的情况下，大径开口方向伸入进行检测时，选择中间一圈和前半部分涡流检测传感器线圈进行金属管道的无损检测；而当由小径开口方向伸入进行检测时，选择中间一圈和后半部分涡流检测传感器线圈进行金属管道的无损检测，实现检测传感器线圈更加的适合贴合锥形金属管的管壁；
三、柔性可延伸电路板轴向阵列设置于柱形探头骨架外围设置时，阵列涡流检测线圈以圆柱体正中间形成径向围绕一圈排布将圆柱体结构分成前后两部分，前后两部分阵列涡流检测线圈形成对称的排列结构，当检测的金属管道的直径远大于圆柱体结构探头骨架的直径时，两边的骨架位置相对靠近，圆柱体探头骨架进一步向外弯曲撑开，以适合于涡流检测传感器的提离值的情况下，选择圆柱体正中间一圈排列的阵列式涡流检测线圈进行金属管的无损检测，实现了同一可变径涡流检测传感器装置适用于不同金属管道的内壁检测，极大的增加了传感器装置使用范围。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的使用状态示意图;
图2为本发明最佳实施例的使用状态金属管道内部剖视的示意图;
图3为本发明最佳实施例的可变径涡流检测传感器装置的柔性电路板径向排列的示意图;
图4为本发明最佳实施例的可变径涡流检测传感器装置的柔性电路板轴向排列的示意图；
图5为本发明最佳实施例的气囊为圆柱体结构的示意图;
图6为本发明最佳实施例的气囊为球体结构的示意图；
图7为本发明最佳实施例的柔性电路板轴向排列时气囊膨胀较小时的示意图；
图8为本发明最佳实施例的柔性电路板轴向排列时气囊膨胀较大、柔性电路板弯曲时的示意图；
图9为本发明最佳实施例的柔性电路板轴向排列时气囊膨胀较大、柔性电路板弯曲时的使用状态示意图；
图10为本发明最佳实施例的方法流程示意图；
图11为本发明最佳实施例的锥形金属管大口径伸入检测的示意图；
图12为本发明最佳实施例的锥形金属管小口径伸入检测的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1至图9所示，一种可变径的涡流检测传感器装置，用于金属管道6内部缺陷的无损检测，通过引线11连接于检测仪器1，包括探头骨架3和阵列式检测传感器2，探头骨架3设置为圆柱体结构，在探头骨架3的内部还设置有气囊4，阵列式检测传感器2的检测线圈21通过可弯曲可延伸的柔性PCB板22围绕设置于探头骨架3的外围。
如图3所示，其中一种情况，柔性PCB板22为若干长条形结构径向阵列设置于柱形探头骨架3外围，最佳的设计情况是圆柱体探头骨架3的正中间形成径向围绕一圈排布，然后前后两部分的柔性PCB板22设置为对称排布，当检测的金属管道的直径较大时，圆柱体探头骨架3撑开较多时，以适合于涡流检测传感器的提离值的情况下，选择圆柱体正中间一圈排列的阵列式涡流检测线圈进行金属管的无损检测。而且相邻的两条柔性PCB板22上的阵列涡流线圈可以设置为相互错开排列，成“品”字形结构排布，以避免存在检测盲区。
如图4所示，另一种情况，柔性PCB板22为若干长条形结构轴向阵列设置于柱形探头骨架3 外围。所述的轴向阵列的若干长条形结构的柔性PCB板22的两端部固定于圆柱体结构探头骨架3的两个头部支架，圆柱体探头骨架3设置为可弯曲结构。柔性PCB板22上的阵列涡流检测线圈以圆柱体正中间形成径向围绕一圈排布将圆柱体结构分成前后两部分，前后两部分阵列涡流检测线圈形成对称的排列结构。如图9中所示的使用状态，当检测的金属管道的直径远大于圆柱体结构探头骨架3的直径时，圆柱体探头骨架3弯曲撑开，以适合于涡流检测传感器的提离值的情况下，选择圆柱体正中间一圈排列的阵列式涡流检测线圈进行金属管的无损检测。
如图5和图6所示，气囊4设置为橡胶圆柱体或者球体等任意适合体型的形状结构。
气囊4还设置有气压调节装置5，通过气管51增加或减少气体调节气囊4的膨胀和收缩。
如图10所示，本发明还公开一种可变径的涡流检测方法，使用如上所述的检测传感器装置，具体制作方法步骤如下：
a．线圈提离值检测：开启仪器设备，将校准好的检测仪器的检测传感器装置伸入金属管内部，通过提离激励信号判定涡流检测传感器的提离状态；
b.气囊气压调整：依据步骤a中判定的涡流检测传感器提离状态，对比提离阈值，对气囊的气压进行调整，重复a步骤检测涡流检测传感器的提离值，将提离值调整在设定范围值内为止；
c.金属管无损检测：将气囊的气压调整好的涡流检测传感器装置对金属管道内壁进行移动检测，；
d.数据筛选分析：选择b步骤中气囊气压最终调节好后，由a步骤检测出的提离值相近的若干涡流检测传感器线圈的检测信号数据进行分析，将分析结果显示于涡流检测仪器；
其中，如图11所示，步骤d中的数据筛选分析中，选择相近提离值的涡流检测信号时，当管道为圆锥体结构的情况下，大径开口方向伸入进行检测时，涡流检测信号数据系列的选择为前半部分检测数据进行分析。
如图12所示，步骤d中的数据筛选分析中，选择相近提离值的涡流检测信号时，当管道为圆锥体结构的情况下，小径开口方向伸入进行检测时，涡流检测信号数据系列的选择为后半部分的检测数据进行分析。
金属管道圆锥体结构的情况下，在小径开口方向伸入进行检测时，气囊在涡流检测传感器伸入金属管道内后再进行充气。其中探头骨架3设计为具有一定柔性的可弹性变形的结构，但其柔性应弱于柔性PCB板22的柔软度。
以上为本发明的其中一种实施方式。此外，需要说明的是，凡依本专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本专利的保护范围内。