隔热层下钢管壁厚脉冲涡流检测系统

　　长期以来,对隔热层下钢管腐蚀状况的检测是电力石油、化工和天然气行业中悬而未决的难题。目前,检测这类腐蚀要先去掉隔热层,再用常规无损检测 技术进行检测,然后重敷隔热层,有时还需要停止设备的运行。不仅费用高而且耗时长。为了经济而有效地检测和监控这些钢管在役运行情况,就需要不去掉隔热层 或中断设备运行的NDT技术,为此研制了用于隔热层下钢管壁厚脉冲涡流检测仪。

　　1　检测原理

　　将一线圈放在被测件的上方,当线圈通以一定频率的交变激励信号时,在探头周围会产生交变磁场。当线圈靠近隔热层时,交变磁场穿过隔热层在被测金 属导体中产生感应涡流,此涡流产生次级交变磁场,这个次级磁场阻碍检测线圈的磁通变化,导致线圈的复阻抗发生变化。这样便可以通过检测线圈的阻抗变化,提 取所需的壁厚信息。涡流密度随频率、电导率和磁导率的增加而减小,标准渗透深度δ与三者之间的关系为:

　　式中　δ—标准渗透深度,cm

　　f—测试频率,Hz

　　μ—相对磁导率

　　σ—电导率,(μΩ)-1

　　从式中可知,要使磁场能穿过隔热层,并在管道中产生涡流,应选用低频信号。

　　此外,在本系统中,提离效应对信号幅度的影响(即隔热层厚度对电磁检测信号强度的影响)满足:

　　Y=L/H2(2)

　　式中　Y—信号强度

　　L—线圈参数

　　H—提离高度

　　当采用脉冲涡流激励时,根据离散傅立叶变换原理,本系统满足傅立叶变换公式:G

　　式中　N—抽样样本数T—采样周期,满足奈奎斯特(Nyquist)抽样定理

　　n= 0,1,2…N- 1

　　脉冲涡流检测效果相当于非等幅多频激励的涡流检测效果,主要使主频获取更大的激励功率(电路设计中采用开关管,以降低功率驱动时的功耗),使传 感器激发出尽可能大的能量以穿透保温层,进而渗透入钢管内壁,并利用反射电磁场的幅相变化(采用频谱分析方法)间接获取管壁厚减薄变化的信息。

　　2　仪器结构

　　2.1　系统的硬件框图

　　该涡流检测系统的硬件部分是由信号发生器、探头适配器、探头检测、信号处理电路、A/D采集电路和PC机组成(见图1)。将一线圈放在被测件的 上方,由计算机控制,当线圈通以任意波形激励信号时,探头周围产生交变磁场并通过隔热层在工件中产生涡流,涡流受到工件性能的影响反过来使线圈阻抗发生变 化,并返回一个信号。用信号放大器和滤波器进行信号放大、过滤,再由A/D采集电路进行信号处理,最后在PC机上显示检测结果。脉冲涡流检测仪外形见图 2。