海底管道检测设备测量节的系列设计.pdf

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1、东方企业文化·文化教育产业2013年4月海底管道检测设备测量节的系列设计刘喆（东北大学信息科学与工程学院，沈阳，110004）摘要：本文介绍了海底管道漏磁检设备测量节的结构及原理，并按照实际要求，重点对三轴向多阵列传感器排布以及内部电路进行了分析设计。最后利用实验平台，对本设计进行了验证分析。分析表明，设计切实有效的提高了测量节对缺陷的探测能力，增强了测量精度和可靠性。关键字：漏磁检测霍尔传感器数据采集探头阵列中图分类号：P641.4文献标识码：A文章编号：1672—7355（2013）04—0241—0

2、11.研究意义到漏磁场，并产生相应的感应信号，其经过滤波，放大，目前，我国在役长输管道总长约两万公里，在建和拟模数转换等处理后被记录到SD卡中。通过专用分析软件对建管道也达数千公里。由于管龄的增长及管线的增多，致数据进行回放，识别和判断，获得缺陷的类型，位置，形使石油天然气泄漏事故不断增加，对经济和环境造成巨大状和尺寸等信息。负担。因此，海底管道漏磁检测设备对于反馈管道实时状3.三轴向多传感器阵列排布设计态具有重要意义。通过当前研究，发现缺陷漏磁场检测技3.1传感器阵列排布需要注意的问题术仍没形成系统的理

3、论和方法，缺少对漏磁信号及对不同设计传感器阵列的排布，不仅要考虑检测器直径类型缺陷外形的定量分析，检测精度和可靠性还很低。本219.1mm，管道允许最大缩颈20%，最小测腐蚀斑检测精文从最初的高精度稳定性传感器，稳压芯片，主芯片等相度为7mm等参数，更要考虑设备在管道中检测会遇到的三关器件的选择，到三轴向多阵列传感器排布的计算设计，个实际问题：首先保证霍尔传感器能够更紧贴管道，进而再到内部电路的构建，保证了在不损坏管道的前提下，既精确的测量漏磁信号。其次保证检测器不被管径挤压，进能提高测量节的探测能力，增

4、强检测设备的精度和可靠性，而导致损坏。最后保证霍尔传感器阵列之间的间隙不会跨也能为设备其它环节的设计提供了改良的余地。过管道缺陷，进而毫无遗漏的测出管道缺陷。2.管道漏磁检测设备结构及原理3.2传感器阵列排布设计及相关计算漏磁检测设备包括动力节、测量节、记录节、电池节管道缺陷产生的漏磁场以三维呈现，具有以下特征：四部分。其应用漏磁检测原理，以管道输送介质为行进动轴向能反馈缺陷宽度，长度和深度，但精度都不高；周向力，对管道进行在线直接无损检测。节间采用万向节软连仅能较精确反馈缺陷的宽度和长度；径向仅能准确测

5、量缺接，每节前后有橡皮碗支撑于管道内。设备中最重要的是陷的长度。故需利用三轴同时检测，即在探头中安装三个测量节，它包括磁化装置和霍尔探头。磁化装置包括永磁正交的霍尔传感器，分别测量轴向、径向和周向的漏磁数铁、轭铁和钢刷。探头内装有霍尔元件，霍尔元件与管壁据，达到清晰还原漏磁场的目的。相连处采用高导磁耐磨材料，整个探头完全密闭。在测量节中，为了采集并还原完整的缺陷信号，不仅测量节依靠永磁铁产生磁通量，通过钢刷耦合进入管采用三轴向传感器，并使用多阵列设计方案，将探头中各壁，在管壁圆周上产生纵向磁场回路，使管壁

6、达到磁饱和。方向的传感器数目定为4。霍尔传感器SS495传感器为若管壁无缺陷，则磁力线均匀分布于管壁内。若管壁有缺a×b×c的立方体，布置12个传感器在探头中均匀排布，每陷，管壁横截面减小，且由于缺陷的磁导率远比铁磁小，4个SS495为一组，三组两两互相垂直分布，来探测三维空因此磁阻增大，磁通路变窄，磁力线变形且部分穿出管壁，间中的磁感线。经过仔细计算，三轴向多传感器阵列排布在两侧产生漏磁场。位于两磁极之间紧贴管壁的探头检测设计过程如下：1.传感器俯视图2.传感器侧视图4.内部电路的设计片采用高速、内嵌1

7、2位AD、驱动力强的ATEML系列单片内部电路的设计分成三部分，第一部分是采集转换电机，满足漏磁数据高速采集和转换。三部分原理图如下所路，第二部分是片选电路，第三部分是总控制电路。主芯示3.采集电路4.片选电路5.总控制电路241东方企业文化·文化教育产业2013年4月5.实验平台的数据检测与分析置可以沿周向移动，便于检测周向位置的漏磁信号。检测实验平台所使用管道是有缺陷的普通钢管。其中测量时，首先在衬铁上确定磁铁相对位置L，然后将磁铁与衬铁节放置在可移动车体中，便于检测轴向位置的漏磁信号。固定，再将衬铁

8、固定在车体中，最后通过电机牵引设备将此外在车体机架部分设有能够周向移动的滑轨，使测量节其牵引沿实验管道中进行检测。绘制曲线如下图所示：10025025200205015015010010114274053667992105118131144157170183196209系列150系列15系列1-500系列20系列2系列2-50115294357718599113127141155169183197211225239253系列3