基于涡流探伤的油(气)管裂纹检测研究与实现

　　0　引　　言

　　长期以来,石油和天然气油气管道的外部环境恶劣多变,内部介质的压力、腐蚀性等使管道容易产生疲劳而被腐蚀引起裂纹。大裂纹直接引起油气泄漏, 危险极大;小裂纹也是极大的安全隐患。当前,裂纹检测方法研究较多,如:磁传感器测量、光电传感器测量,但测量数据和效果都不够精细和完整。采用涡流传感 器原理的检测方法得到广泛应用,但如何实时精确掌握管道壁面的缺陷所引起磁、电的变化数据,研究实现一种具备对裂纹实时检测、定位存储、报警显示等多种功 能的检测系统,以满足裂纹检测和预防的实际需求,是亟待解决的一大难题。

　　1　涡流测裂基本原理

　　涡流检测是建立在电磁感应原理的基础上的,将被测量转化为电感变化的检测技术[1]。如图1所示。当线圈中通以交变电流i1时,线圈的周围就会 产生正弦交变磁场H1。当金属导体(如金属板)靠近线圈时,在其表面就会产生像水旋涡式的闭环电流———涡流。而涡流又会产生交变的磁场H2,H2又会反 作用于H1,使得线圈的电流i1发生变化。

　　当上述涡流磁场在被测管道试件表面移动时,遇到裂纹处或裂纹的表面特征(如深度、宽度)有变化时,涡流磁场对线圈的反射作用就不同,就会引起线 圈等效阻抗、电感量的变化,进而影响回路的谐振频率和幅频特性,我们将可将这种变化记录下来,进行相关的处理后就能得到管道表面有无裂纹或裂纹深浅、宽窄 的情况。

　　2　系统组成

　　2.1　总体设计

　　根据电涡流探测原理[2],设计的裂纹探测系统如图2所示。系统包括:MSP430F149微处理器系统、振荡器、探头、放大和滤波电路、信号 检出电路、GG24定位模块、蜂鸣器、RS232接口、RF数传模块、显示器等。系统工作过程是:由MSP430单片机产生周期性的触发脉冲,通过LC振 荡电路,在激励线圈中产生正弦激励信号。当探头探测到管道裂纹时,电路中出现突变信号(敏感信号),首先将该敏感段电路信号放大,然后进行滤波处理并送入 单片机进行处理输出,驱动蜂鸣器报警和显示器输出,也可通过RS232或RF数传模块实时传输。

　　系统主要功能:1)能产生频率和幅值稳定的正弦波,经过功率放大后驱动探头。使之在检测试件时能激励出涡流。2)能将检测的电路信号进行放大后 滤波。采用先放大后滤波的方法将有效避免微弱信号的损失,放大信号的细节,使后期信号的处理更可靠。3)具有裂纹定位功能。采用GG24定位模块,能够实 现GPS/GLONASS组合定位功功能,使GPS、GLONASS优势互补,有效避免捕捉不到定位卫星。4)能够存储裂纹信息。采用 AT24C256(256 KB容量)存储片,用于存储定位数据及相关的定位动态信息。5)实时显示和报警功能。通过液晶屏实现实时显示;信号报警单元则由蜂鸣器完成。6)能够实现 互联互通。通过RS232或RF数传模块,实现与计算机或另一部系统的传输和共享,实现图像和电信号信息的保存。