非接触式磁致伸缩导波管道无损检测系统的研制

超声导波检测技术作为近几年新兴的无损检测技术，由于具有单点激励即可实现长距离检测的特点，可在拆除少量包覆层的条件下，实现带包覆层管道的长距离快速检测，所以受到学术界和工业界的广泛关注[1-4]。目前实用化的导波检测仪器仅有国外少数厂家出售，其中应用比较广泛有:基于压电效应的英国焊接研究所开发的Teletest检测系统及英国超声导波公司的Wavemake:检测系统，以及基于磁致伸缩效应的美国西南研究院开发的MsSR3030检测系统[5-7]。上述检测系统在检测带包覆层管道时均需完全拆除传感器安装位置的包覆层。Teletest系统存在安装复杂，检测探头易损坏等缺点。MsSR3030系统利用铁钻带实现能量转换，尽管灵敏度很高，但是一次性耗材(铁钻带)的售价昂贵。国内何存富研制了基于压电效应的导波检测系统[8]。在此，笔者基于磁致伸缩效应研制了一套对传感器安装位置表面要求不高的导波检测系统。该系统可在传感器提离条件下实现带包覆层管道的导波检测。通过将该系统应用于现场带包覆层管道检测试验，验证了系统的有效性和实用性。

1基本原理

由于目前大部分管道是由铁磁性材料构成的，而磁致伸缩效应存在于任何铁磁性材料，从而为基于管道自身的磁致伸缩效应检测提供了基础，由于磁致伸缩效应可以通过非接触实现能量转换，从而可实现管道的非接触检测。基于磁致伸缩效应的非接触磁致伸缩导波检测原理如图1所示。偏置磁场将管道磁化到磁致伸缩效应合适的工作点，将瞬态电流输人到检测线圈中，产生交变磁场;由于磁致伸缩效应，管道中被磁化区域产生交变应变，成为导波的震源，在管道中激励出导波;当管道中存在缺陷时，导波将在缺陷处被反射返回;当反射回来的应力波通过检测线圈时，由于逆磁致伸缩效应会引起通过检测线圈的磁通量发生变化，检测线圈将磁通量变化转换为电信号;通过分析该信号波形，可以获取管道缺陷信息[9]。

    根据磁致伸缩效应的不同类型，可设计出纵向模态、扭转模态等不同类型的传感器，从而可实现纵向、扭转等不同模态的导波检测。

2检测系统构成

根据磁致伸缩导波检测原理设计的检测系统结构框图和实物照片如图2所示。整个检测系统由主机、激励传感器、接收传感器和前置放大器组成。利用该系统实现检测的过程是:先将激励传感器和接收传感器安装在待测管道上，待测管道有包覆层且表面无需处理，再利用便携计算机控制信号发生单元产生特定频率正弦波信号。正弦波信号输人到门控电路，在计算机的控制下产生特定宽度和间隔的门控信号。正弦波信号在门控信号的控制下经功率放大器放大后传输到激励传感器，通过磁致伸缩效应在待测管道中产生弹性波，接收传感器利用逆磁致伸缩效应将弹性波信号转换为电信号，信号经前置放大器后进人放大滤波单元处理后通过信号采集端口进人数据采集单元，经其中的A/D转换器后进人计算机，经计算机处理后得到管道的检测结果。