Page 100 - 无损检测2023年第二期

李 睿, 等:

油气管道裂纹涡流检测探头的研制

测材料的电磁特性对涡流检测能力的影响显著。
2 试验系统
油气管道裂纹涡流检测系统构成如图2所示,
其主要包括涡流裂纹检测探头、 信号发生器、 信号调
理模块、 数据采集模块、 上位机软件和 PC机等。

图2 油气管道裂纹涡流检测系统构成

研制的涡流检测探头结构及实物如图3所示, 图3 涡流检测探头结构及实物
作为整个试验系统的核心组件, 其主要包括3个部
程序组成的数据采集模块进行模 / 数转换, 并将采集
分: 线圈骨架及封装外壳、 激励线圈、 高精度 TMR
的数据储存在计算机中。
( 隧道磁阻效应) 磁场传感器。线圈骨架和封装外壳
采集到的电压信号V out 与空间中的和磁场 B
均以尼龙为原材料, 采用3D 打印技术制成, 其中线 满足以下关系
圈骨架作为激励线圈和 TMR 元件的载体, 起到固
V out=KB+ V REF ( 7 )
定和限位的作用; 封装外壳位于整个检测探头最外
式中: V out 为数据采集卡获取的电压信号; K 为调理
部, 对激励线圈和 TMR 元件起到保护和支撑的作
电路的放大倍数与传感器检测灵敏度的乘积; V REF
用。环形激励线圈由漆包线缠绕而成, 其结构参数
为输出信号的基准电压值。
主要包括内径、 外径、 匝数、 高度等, 这些参数会显著 华中科技大学姜贺 [ 17 ] 的研究表明, 当管道曲率
影响磁场的空间分布, 从而影响探头的裂纹检测能
半径大于5倍的线圈外半径时, 可以用平板代替管
力。高精度的 TMR 线性传感器接收空间磁场信 道作为检测试件, 对信号影响很小。加工的含裂纹
号, 并输出对应的电压信号。选用2503型 TMR 传 试件如图4所示, 其材料为45钢, 裂纹采用电火花
感器, 在 5V 供电的条件下, 磁场检测灵敏度可达

5×10 V / Oe , 能够感知与 TMR 元件垂直方向的
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磁场信息, 线性感知磁场的量程为 ±750Oe , 本底

噪声为50nT 。
信号发生模块采用 BP4610 型双极性电源, 可
实现任意象限电流或电压输出以及恒流源输出。同
时具备编程功能, 可实现任意波形的编辑, 激发出正
弦波、 方波和三角波等。工作时, BP4610 电源产生
的交变电流通过导线传至检测探头中的环形激励线
圈, 位于激励线圈圆心位置处的高精度 TMR 传感
器到空间的磁场信号并将其转换成电压信号接收;
然后以 SGM722 芯片为核心的信号调理模块对来
自磁性芯片的电压信号进行放大和滤波处理; 最后,
采用 NI-USB6218型数据采集卡和 LabVIEW 采集 图4 含裂纹样板结构示意
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2023年 第45卷 第2期
无损检测