一种基于远场涡流的管道内外壁缺陷检测装置

摘要

本发明公开了一种基于远场涡流的管道内外壁缺陷检测装置，在机械结构部分，控制弹簧片的张合，使得弓形弹簧片顶端的水平部分能够贴紧管道的内壁，在每个弹簧片顶端的水平部分都安装有一磁阻器件，在远场区接收反映管道内外壁缺陷的远场涡流信号，数据处理模块针对磁阻器件输出的电信号，以激励模块提供激励信号作为参考信号求相位差，得到反映管道内外壁缺陷的多组数据，完成管道内外壁缺陷检测。由于弓形弹簧片沿主轴周向均匀分布，每一磁阻器件又紧贴管道内壁能够完全覆盖管道周向，因此，可检测缺陷管道的周向位置和微小缺陷，实现对管道内外壁全周覆盖的缺陷检测，获得缺陷形状尺寸参数。

主权项

1.一种基于远场涡流的管道内外壁缺陷检测装置，包括： 激励模块和激励线圈，激励模块输出激励信号，施加到激励线圈上，产生用于缺陷检测的低频电磁场； 其特征在于，还包括： 一传感器骨架，由主轴、套在主轴上的滑动块和多个弓形弹簧片组成；每个弓形弹簧片的一端固定于主轴的一端，另一端固定于滑动块上，弓形弹簧片沿主轴周向均匀分布，滑动块可在主轴上滑动，带动弓形弹簧片张合，使弓形弹簧片顶端的水平部分紧贴管道内壁； 多个磁阻器件，作为传感器安装在每个弓形弹簧片顶端的水平部分，用于在远场区接收反映所处管道内外壁缺陷的远场涡流信号，并将其转换为电信号； 数据处理模块，对每个磁阻器件输出电信号，以激励模块提供激励信号作为参考信号求相位差，得到反映管道周向内外壁缺陷的多组数据，完成管道内外壁缺陷检测； 所述的激励模块包括主控电路、PIC单片机、全桥驱动功率放大电路、DC-DC变换器电路、低通滤波器、电压检测电路、电压均值检波电路、电流检测电路、电路均值检波电路； 主控电路通过通用串行异步接口UART控制PIC单片机产生PWM信号，PWM信号通过全桥功率放大电路进行功率放大、低通滤波器低通滤波后产生为正弦波的激励信号，并将其加到激励线圈上； 产生的正弦波的激励信号通过电压检测电路、电压均值检波电路以及电流检测电路、电路均值检波电路进行电压、电流检测检波后反馈回PIC单片机，以验证产生的正弦波的激励信号的峰值； 同时，产生的正弦波的激励信号输出给数据处理电路作为参考信号，而DC-DC变换器电路则为全桥驱动功率放大电路供电； 所述的全桥驱动功率放大电路包括驱动芯片IR2233、自举二极管D3、D4、自举电容C3、C4、电阻R5~R11、MOSFET Q3~Q7； PIC单片机输出的PWM信号一方面直接输入到驱动芯片IR2233的另一方面，经过电阻R6输入到三级管Q7的基极，三级管Q7的发射极 接地，发射极和基极之间接偏置电阻R7，三级管Q7集电极通过电阻R5接到电源V+，三级管Q7集电极接到驱动芯片IR2233的这样转换为两路信号送到驱动芯片IR2233进行放大；电源V+分别经过正向的自举二极管D3、D4接到驱动芯片IR2233的VB1、VB2端、自举电容C3、C4正负端分别接到驱动芯片IR2233的VB1、VS1和VB2、VS2端，这样构成自举电路对全桥驱动功率放大电路高压侧的MOSFET栅极供电； 驱动芯片IR2233的输出端HO1、LO1通过电阻R8、R10接到MOSFET Q3、Q4的栅极，而MOSFET Q3、的漏极D接到高压驱动电源V+F，源极S接到MOSFET Q4的漏极D和驱动芯片IR2233的VS1端，MOSFET Q4的源极S接地，电阻R8、R10是限流电阻，MOSFET Q3源极S、MOSFET Q4漏极D的连接点作为PWM信号的一端输出PWM_OUT1；同时，驱动芯片IR2233的输出端HO2、LO2通过电阻R9、R11接到MOSFET Q5、Q6的栅极，而MOSFET Q5的漏极D接到高压驱动电源V+F，源极S接到MOSFET Q的漏极D和驱动芯片IR2233的VS2端，MOSFET Q6的源极S接地，电阻R9、R11是限流电阻，MOSFET Q5源极S、MOSFET Q6漏极D的连接点作为PWM信号的一端输出PWM_OUT2； 经功率放大后两个PWM信号输出PWM_OUT1、PWM_OUT2分别通过一个低通滤波器后转化为正弦波的激励信号并加到激励线圈的两端上产生测试用的低频电磁场； 所述的DC-DC变换电路包括两组变压器T1、T2、开关管Q1和Q2、电流型PWM控制器UCC3806、快速恢复二极管D1和D2、电阻R1~R3；变压器T1、T2的初级一端分别接18V电源，另一端分别开关管Q1和Q2的漏极，开关管Q1和Q2的源极都接到电阻R3然后到地GND； 两组变压器T1、T2的次级分别通过快速恢复二极管D1和D2进行整流，整流后的电压叠加在一起，然后经过电容进行滤波，然后输出电压V+F；电阻R1、R2对输出电压进行分压，分压输出作为反馈电压输出给电流型PWM控制器UCC3806，同时，电阻R3对流过开关管Q1和Q2的电流进行采样，并输出电流型PWM控制器UCC3806； 电流型PWM控制器UCC3806采用交错反激拓扑结构，根据反馈电压和电流输出控制信号OUT1、OUT2控制开关管Q1和Q2的交替导通与关断，开关 管Q1和Q2在UCC3806地控制下交替导通控制变压器T1、T2的充放电，它们的次级电流通过恢复二极管D1和D2进行整流和互相叠加。