無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)研制

沈功田，武新軍，郭 鍇，萬(wàn) 強(qiáng)，李 建

(1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100029；2.華中科技大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074；3.中特檢科技發(fā)展(北京)有限公司，北京 100029)

無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀的開(kāi)發(fā)研制

沈功田1,3，武新軍2，郭 鍇3，萬(wàn) 強(qiáng)3，李 建1

(1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100029；2.華中科技大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074；3.中特檢科技發(fā)展(北京)有限公司，北京 100029)

根據(jù)壓力容器、壓力管道和大型常壓儲(chǔ)罐長(zhǎng)周期運(yùn)行不停機(jī)檢測(cè)的迫切需求，基于漏磁檢測(cè)原理，并采用無(wú)線遙控電機(jī)驅(qū)動(dòng)、可調(diào)節(jié)可浮動(dòng)傳感器、基于無(wú)線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與通訊等先進(jìn)技術(shù)，研制了無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀。該檢測(cè)儀可對(duì)鐵磁性管狀或板狀構(gòu)件的腐蝕等缺陷進(jìn)行有效的檢測(cè)與評(píng)估。儀器主要由驅(qū)動(dòng)模塊、傳感模塊、信號(hào)處理模塊、位置記錄裝置及信號(hào)采集與分析軟件組成。經(jīng)測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，該儀器可檢測(cè)出8 mm厚板或管試件上φ1.6 mm的通孔和φ10 mm×20%壁厚的球形孔缺陷，具有較高的檢測(cè)靈敏度。

漏磁；無(wú)線遙控；無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸；鐵磁構(gòu)件；檢測(cè)儀

壓力容器、壓力管道和大型常壓儲(chǔ)罐在石油化工、冶金、制藥、食品等領(lǐng)域得到了廣泛的使用。然而這些設(shè)備及裝置的安全事故卻時(shí)有發(fā)生，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染、經(jīng)濟(jì)損失,甚至危及人身安全，而腐蝕是其主要失效模式之一[1]。為了滿足我國(guó)對(duì)能源的需求和降低生產(chǎn)成本，我國(guó)大型石化裝置常處于長(zhǎng)周期運(yùn)行狀態(tài)。為了確保這些設(shè)備的安全運(yùn)行，業(yè)內(nèi)對(duì)不停機(jī)檢測(cè)設(shè)備的需求變得較為迫切。

漏磁(MFL)檢測(cè)方法是一種電磁無(wú)損檢測(cè)方法，適合檢測(cè)腐蝕等體積型缺陷，其具有磁吸附特性以及無(wú)需耦合劑的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化，在壓力容器、壓力管道和大型常壓儲(chǔ)罐的不停機(jī)檢測(cè)中逐步得到了推廣與應(yīng)用。然而，現(xiàn)有漏磁檢測(cè)儀器多為手動(dòng)式[2]，檢測(cè)費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且易受操作人員影響，高空作業(yè)時(shí)還需搭建腳手架，不僅增加了檢測(cè)成本，還增加了安全風(fēng)險(xiǎn)，有時(shí)不可能進(jìn)行不停機(jī)檢測(cè)。

根據(jù)壓力容器、壓力管道和大型常壓儲(chǔ)罐長(zhǎng)周期運(yùn)行不停機(jī)檢測(cè)的需求，同時(shí)為了提高檢測(cè)可靠性及檢測(cè)效率，降低檢測(cè)成本和規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，筆者所在課題組在國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的支持下，開(kāi)發(fā)了能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)工況需求的無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀。筆者將對(duì)這臺(tái)先進(jìn)儀器的整機(jī)設(shè)計(jì)、硬件開(kāi)發(fā)、軟件開(kāi)發(fā)、整機(jī)和性能測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

1 漏磁檢測(cè)方法概述

漏磁檢測(cè)方法的原理示意如圖1所示。當(dāng)鐵磁性構(gòu)件被外加磁化器磁化后，構(gòu)件內(nèi)可產(chǎn)生磁場(chǎng)，若構(gòu)件上存在腐蝕或機(jī)械損傷等缺陷，其磁導(dǎo)率將會(huì)變小、磁阻變大，從而使磁力線泄漏到構(gòu)件外部，構(gòu)件表面形成漏磁場(chǎng)；此時(shí)，如在磁化器中部放置—個(gè)磁場(chǎng)傳感器(通常采用霍爾元件或線圈等磁場(chǎng)傳感器)，則可探測(cè)到該漏磁場(chǎng)，由于漏磁場(chǎng)強(qiáng)度與缺陷深度和大小有關(guān)，因此可通過(guò)對(duì)漏磁場(chǎng)信號(hào)的分析來(lái)獲得構(gòu)件上缺陷的情況。圖2為測(cè)量不同漏磁場(chǎng)分量時(shí)的典型信號(hào)示意[3]。

圖1 漏磁檢測(cè)原理示意

圖2 典型漏磁信號(hào)示意

從圖1可知，漏磁檢測(cè)方法可對(duì)鐵磁性構(gòu)件進(jìn)行非接觸掃查檢測(cè)，但不能用于非鐵磁性構(gòu)件的檢測(cè)。在檢測(cè)鐵磁性構(gòu)件時(shí)，雖然會(huì)受到掃查速度與方向、提離值、被檢工件的幾何尺寸和電磁特性及檢測(cè)儀器的磁化能力等因素的影響[3]，但該方法具有的非接觸特性，使得通常情況下無(wú)需對(duì)被檢件表面進(jìn)行特殊處理，具有檢測(cè)速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn)，既可用于制造過(guò)程中的檢測(cè)，還可用于在役和在線檢測(cè)，故研制相應(yīng)檢測(cè)儀器具有重要意義。

2 整機(jī)設(shè)計(jì)

為提高研制效率和便于調(diào)試改進(jìn)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想對(duì)自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。該儀器應(yīng)具有掃查運(yùn)動(dòng)、傳感、信號(hào)采集與處理、指令與信號(hào)無(wú)線傳輸、信號(hào)存儲(chǔ)與分析的功能，這些功能由驅(qū)動(dòng)、傳感和信號(hào)處理模塊實(shí)現(xiàn)。

圖3 漏磁檢測(cè)儀總體結(jié)構(gòu)框圖

圖3為漏磁檢測(cè)儀總體結(jié)構(gòu)框圖。其中，驅(qū)動(dòng)模塊用于實(shí)現(xiàn)和控制檢測(cè)儀的掃查運(yùn)動(dòng)。出于安全因素的考慮，需確保運(yùn)動(dòng)控制指令無(wú)線傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性，為此將該類(lèi)指令的傳輸功能列入驅(qū)動(dòng)模塊中實(shí)現(xiàn)。傳感模塊用于拾取鐵磁性構(gòu)件表面的漏磁場(chǎng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便后續(xù)處理。信號(hào)處理模塊用于對(duì)傳感模塊獲取的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示、分析等處理，以及對(duì)檢測(cè)控制指令和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行無(wú)線傳輸。此外，還需電源模塊對(duì)上述3個(gè)模塊供電。

3 硬件開(kāi)發(fā)

硬件開(kāi)發(fā)主要包括驅(qū)動(dòng)模塊、傳感模塊、信號(hào)處理模塊和電源模塊的硬件開(kāi)發(fā)。

3.1 驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊需實(shí)現(xiàn)和控制檢測(cè)儀的掃查運(yùn)動(dòng)，且應(yīng)確保運(yùn)動(dòng)控制指令無(wú)線傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性，因而其主要由圖4所示的無(wú)線遙控器、控制電路和電機(jī)等組成。其中，無(wú)線遙控器用于發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，選用頻率為2.4 GHz的工業(yè)遙控器即可滿足現(xiàn)場(chǎng)遙控操作的要求[2]?？刂齐娐酚糜诮邮者\(yùn)動(dòng)指令，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)指令控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，從而控制檢測(cè)儀的前進(jìn)、后退和停止。為保障爬行器運(yùn)動(dòng)的可靠性及檢測(cè)的安全性，爬行器每個(gè)輪子都配有1個(gè)24 V供電的電機(jī)。

圖4 驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)框圖

3.2 傳感模塊

傳感模塊應(yīng)具有拾取鐵磁性構(gòu)件表面的漏磁場(chǎng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能，因而其主要由圖5所示的磁化器和磁感裝置組成，前者用于磁化被檢測(cè)對(duì)象，后者用于拾取漏磁場(chǎng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

圖5 漏磁檢測(cè)儀傳感模塊結(jié)構(gòu)示意

為磁化被檢測(cè)對(duì)象，同時(shí)便于漏磁場(chǎng)的拾取，磁化器主要由磁鐵和銜鐵組成。其中，磁鐵選用高磁能積、高矯頑力的N52磁鐵作為磁源；銜鐵選用磁導(dǎo)率高且易加工的低碳鋼制成，以便形成磁路對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行磁化。

圖6 磁感裝置結(jié)構(gòu)示意

為拾取漏磁場(chǎng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，磁感裝置內(nèi)安裝有體積小、靈敏度高且性能穩(wěn)定的霍爾元件。在霍爾元件兩側(cè)，布置有高磁導(dǎo)率材料制成的聚磁片，以提高霍爾元件的有效檢測(cè)范圍并均化漏磁信號(hào)[5]。為使傳感模塊具有一定的越障能力，將霍爾元件與聚磁片安裝于傳感支架上，在彈簧和外力的作用下隨著傳感支架在磁感裝置罩內(nèi)移動(dòng)，移動(dòng)的最大行程由安裝在磁感裝置罩上的限位螺釘限定。為獲得較高信噪比的漏磁檢測(cè)信號(hào)，需使傳感模塊工作在提離最優(yōu)的情況下，而最優(yōu)提離與被檢對(duì)象和工況有關(guān)，因而傳感模塊的提離設(shè)計(jì)成可通過(guò)磁感裝置連接板上的螺釘位置來(lái)調(diào)節(jié)。

3.3 信號(hào)處理模塊

信號(hào)處理模塊需具有對(duì)傳感模塊獲取的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示、分析等處理的功能，以及具有對(duì)檢測(cè)控制指令和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)墓δ埽瑩?jù)此開(kāi)發(fā)的漏磁信號(hào)處理模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。信號(hào)處理硬件模塊包括預(yù)處理單元(放大、濾波)、A/D轉(zhuǎn)換單元、FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)以及WIFI通訊單元等。其中信號(hào)預(yù)處理單元負(fù)責(zé)漏磁模擬數(shù)據(jù)的放大、濾波與多通道選擇。對(duì)于局部急劇變化的信號(hào)，采用交流放大，消除信號(hào)中的低頻或直流分量；對(duì)于緩慢變化的信號(hào)采用直流放大[6]。A/D轉(zhuǎn)換單元負(fù)責(zé)將漏磁模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)FPGA控制A/D芯片進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將采集到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)WIFI通訊單元傳輸至計(jì)算機(jī)[7-8]。WIFI通訊單元具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊功能，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，傳遞數(shù)據(jù)、指令及信息等。

圖7 漏磁信號(hào)處理模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖

此外，當(dāng)漏磁檢測(cè)傳感器在掃查時(shí)，還需根據(jù)檢測(cè)信號(hào)對(duì)缺陷進(jìn)行定位分析，因而選用旋轉(zhuǎn)編碼器記錄位置信息，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的位置記錄裝置如圖8所示。該位置記錄裝置由編碼器、編碼器罩、輪軸、行走輪和輪架組成，其中，編碼器罩與輪架相連，編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與行走輪的輪軸相連；當(dāng)行走輪滾動(dòng)時(shí)帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)儀在掃查的同時(shí)，漏磁信號(hào)的位置信息也被記錄。

圖8 位置記錄裝置結(jié)構(gòu)示意

3.4 電源模塊 電源模塊用于對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感模塊及信號(hào)處理模塊供電。為減小驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)傳感模塊及信號(hào)處理模塊的影響，以及滿足連續(xù)供電6 h以上的要求，同時(shí)考慮到整機(jī)的便攜性，選用容量為5 200 mA·h，輸出電壓為24 V，尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為144 mm×43 mm×60 mm的鋰電池為驅(qū)動(dòng)模塊的電機(jī)供電；選用容量為10 000 mA·h，輸出電壓為5 V，尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為91 mm×60.4 mm×22 mm的鋰電池為傳感模塊中的霍爾元件及信號(hào)處理模塊中的放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集器和位置記錄裝置供電。

4 信號(hào)采集與分析軟件開(kāi)發(fā)

為便于無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀的使用，在VC平臺(tái)下開(kāi)發(fā)了配套的信號(hào)采集與分析軟件，其主界面如圖9所示。

圖9 信號(hào)采集與分析軟件主界面

信號(hào)采集與分析軟件的主界面包括信號(hào)采集功能按鈕區(qū)、信號(hào)分析功能按鈕區(qū)、信號(hào)顯示窗口、狀態(tài)信息窗口、屏幕翻頁(yè)按鈕區(qū)和通道翻頁(yè)按鈕區(qū)。信號(hào)采集功能按鈕區(qū)與信號(hào)分析功能按鈕區(qū)用于對(duì)漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集顯示、存儲(chǔ)、分析等操作，其主要包括檢測(cè)、顯示設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)、匯總報(bào)告等功能按鈕。點(diǎn)擊檢測(cè)按鈕時(shí)，彈出文件存儲(chǔ)對(duì)話框，操作者可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為自定義文件格式，與此同時(shí)多通道漏磁數(shù)據(jù)以曲線形式顯示于信號(hào)顯示窗口區(qū)；點(diǎn)擊顯示設(shè)置按鈕可以調(diào)整顯示方式包括對(duì)數(shù)據(jù)波形的整體放大或縮小、顯示范圍及通道選擇顯示等；點(diǎn)擊歷史數(shù)據(jù)按鈕可對(duì)已儲(chǔ)存的漏磁數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示分析；點(diǎn)擊匯總報(bào)告按鈕，可生成檢測(cè)記錄及漏磁檢測(cè)報(bào)告[3,9]。信號(hào)顯示窗口用于將漏磁數(shù)據(jù)以波形方式顯示出來(lái)，其上面設(shè)有信號(hào)閾值線，不同閾值范圍的信號(hào)以不同的顏色顯示，便于觀察分析漏磁檢測(cè)結(jié)果。狀態(tài)信息窗口用于顯示漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)的文件名、時(shí)間、操作員等信息。屏幕翻頁(yè)按鈕區(qū)及通道翻頁(yè)按鈕區(qū)用于對(duì)漏磁數(shù)據(jù)進(jìn)行翻頁(yè)顯示，方便查找漏磁異常信號(hào)的位置。信號(hào)采集與分析軟件界面簡(jiǎn)潔、操作方便、功能完善、易于升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)漏磁數(shù)據(jù)的采集顯示、存儲(chǔ)、顯示、分析等多種功能。

操作軟件進(jìn)行信號(hào)采集及分析的主要流程如下：點(diǎn)擊檢測(cè)按鈕，數(shù)據(jù)采集器將獲取的漏磁信號(hào)通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)，并以波形的形式動(dòng)態(tài)顯示于軟件的“信號(hào)顯示窗口區(qū)”，儀器操作者可以實(shí)時(shí)觀察檢測(cè)信號(hào)；點(diǎn)擊停止按鈕，漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)將以文件的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。點(diǎn)擊歷史數(shù)據(jù)按鈕可查看已經(jīng)保存的漏磁檢測(cè)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊屏幕翻頁(yè)按鈕可對(duì)檢測(cè)的所有漏磁數(shù)據(jù)進(jìn)行查看并查找疑似的缺陷信號(hào)。缺陷信號(hào)的波形峰值較大，且波形顏色以紅色或黃色顯示；且典型的漏磁缺陷波形信號(hào)類(lèi)似為正弦波、余弦形、單峰形或單谷形等，這些特征可用于漏磁缺陷的識(shí)別。

5 整機(jī)與性能測(cè)試

5.1 整機(jī)

圖10 漏磁檢測(cè)儀整機(jī)實(shí)物圖片

研制的無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀整機(jī)實(shí)物圖片如圖10所示。在用該儀器對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)遙控器控制檢測(cè)儀掃查行進(jìn)，儀器在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃查，同時(shí)位置記錄裝置記錄采集的漏磁數(shù)據(jù)的位置信息，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至計(jì)算機(jī)，當(dāng)探頭完成對(duì)整個(gè)對(duì)象掃查后，用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、讀取、顯示、分析等處理，最終完成對(duì)被測(cè)對(duì)象腐蝕等缺陷的檢測(cè)評(píng)估。

為測(cè)試漏磁檢測(cè)儀的性能，制作了如圖11所示的鋼管及鋼板試件，試件材料為Q235和Q345鋼。其中現(xiàn)場(chǎng)常用的試件有尺寸(外徑×壁厚，下同)為φ219 mm×8 mm，φ219 mm×10 mm，φ273 mm×10 mm的管道及尺寸(長(zhǎng)×寬×厚，下同)為1 400 mm×600 mm×8 mm的試板。

圖11 漏磁檢測(cè)試件實(shí)物圖

5.2 性能測(cè)試

利用研制的漏磁檢測(cè)儀對(duì)上述常用試件進(jìn)行信號(hào)測(cè)試試驗(yàn)，操作遙控器控制檢測(cè)儀分別在鋼管與鋼板上往復(fù)多次掃查，漏磁數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線路由器傳輸至計(jì)算機(jī)，在軟件上實(shí)時(shí)顯示并分析數(shù)據(jù)，得到測(cè)試結(jié)果如下。

5.2.1φ1.6 mm通孔缺陷檢測(cè)

圖12 漏磁檢測(cè)儀對(duì)φ1.6 mm通孔缺陷的測(cè)試信號(hào)

在φ219 mm×8 mm鋼管與1 400 mm×600 mm×8 mm鋼板上分別對(duì)研制的漏磁檢測(cè)儀進(jìn)行缺陷信號(hào)測(cè)試試驗(yàn)，其中鋼管與鋼板上設(shè)有φ1.6 mm通孔[10]缺陷，得到的檢測(cè)結(jié)果如圖12所示。由圖12可見(jiàn)，對(duì)于鋼管與鋼板均可檢測(cè)出φ1.6 mm通孔缺陷，且缺陷定位準(zhǔn)確，檢出率在95%以上。

5.2.2 刻槽缺陷檢測(cè)

在φ219 mm×10 mm鋼管與1 400 mm×600 mm×8 mm鋼板上分別對(duì)研制的漏磁檢測(cè)儀進(jìn)行缺陷信號(hào)測(cè)試試驗(yàn)，其中鋼管與鋼板上分別刻有占壁厚20%,40%,60%,80%的矩形刻槽缺陷，得到的檢測(cè)結(jié)果如圖13所示。由圖13可見(jiàn)，對(duì)于管道與試板，該儀器均可檢測(cè)出20%,40%,60%,80%壁厚損失的矩形刻槽缺陷，且缺陷定位準(zhǔn)確。其中由于儀器運(yùn)動(dòng)空間受限，在管道上檢測(cè)到20%,40%，60%壁厚損失的矩形刻槽缺陷。

圖13 漏磁檢測(cè)儀對(duì)刻槽缺陷的測(cè)試信號(hào)

5.2.3 球孔缺陷檢測(cè)

在φ273 mm×10 mm鋼管與1 400 mm×600 mm×8 mm鋼板上分別對(duì)研制的漏磁檢測(cè)儀進(jìn)行缺陷信號(hào)測(cè)試試驗(yàn)，其中鋼管與試板上設(shè)有20%,40%,60%,80%壁厚損失的球形盲孔缺陷，得到檢測(cè)結(jié)果如圖14所示。由圖14可見(jiàn)，對(duì)于鋼管與鋼板,40%,60%,80%壁厚損失的球形盲孔缺陷信號(hào)明顯清晰，且缺陷定位準(zhǔn)確;而20%壁厚損失缺陷顯示不太清晰。

圖14 漏磁檢測(cè)儀對(duì)球形盲孔缺陷的測(cè)試信號(hào)

6 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用

為驗(yàn)證該漏磁檢測(cè)儀的可靠性及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力，對(duì)廣州某天然氣站的天然氣輸送管道和消防水管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)消防水管道中存在嚴(yán)重腐蝕缺陷。

利用漏磁檢測(cè)儀對(duì)消防水管道進(jìn)行遙控掃查，得到檢測(cè)信號(hào)如圖15所示，可見(jiàn)某部位出現(xiàn)了大量疑似缺陷信號(hào)，該部位信號(hào)雜亂且檢測(cè)波形變化明顯，出現(xiàn)了大量峰值較大的信號(hào)。對(duì)缺陷信號(hào)最強(qiáng)的部位進(jìn)行超聲波復(fù)驗(yàn)，出現(xiàn)壁厚明顯減小的結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)該位置有穿孔缺陷出現(xiàn)，實(shí)際缺陷位置與信號(hào)缺陷位置對(duì)應(yīng)。圖16所示為缺陷管段實(shí)物圖。同時(shí)，對(duì)缺陷信號(hào)其他峰值較大的部位也進(jìn)行了超聲波復(fù)檢，同樣發(fā)現(xiàn)管道壁厚明顯減小，證實(shí)該消防水管道在該管段存在一段腐蝕區(qū)域，腐蝕最嚴(yán)重的部位出現(xiàn)了穿孔。由于消防水使用的是河水，管道確實(shí)容易受到腐蝕。

圖15 廣州某天然氣站現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)漏磁信號(hào)

圖16 缺陷管段實(shí)物圖

7 結(jié)論

根據(jù)漏磁檢測(cè)原理，以局部磁化技術(shù)為基礎(chǔ)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，利用無(wú)線遙控和無(wú)線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，研制了一套無(wú)線自動(dòng)爬行漏磁檢測(cè)儀。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

(1) 儀器的傳感模塊提離值靈活可調(diào)節(jié)且具有越障能力；具有無(wú)線遙控電機(jī)驅(qū)動(dòng)，避免了腳手架搭建等輔助工作；具有自動(dòng)化程度高及檢測(cè)效率高等特點(diǎn)。

(2) 儀器具有無(wú)線數(shù)據(jù)采集及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，避免了現(xiàn)場(chǎng)工況線纜纏繞等干擾；其軟件兼容性較高，操作便捷，易于升級(jí)。

(3) 儀器可檢測(cè)出8 mm厚試件上φ1.6 mm通孔缺陷、20%壁厚損失刻槽缺陷、40%壁厚損失球形孔缺陷，具有較高的檢測(cè)靈敏度。

(4) 儀器適用于外徑大于200 mm，壁厚4～22 mm的管狀或板狀鐵磁性構(gòu)件腐蝕等缺陷的檢測(cè)與評(píng)估；在儲(chǔ)罐外壁板、管道、起重機(jī)橫梁等構(gòu)件上進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，效果良好，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Development of Wireless and Automatic Crawling Instrument Based on Magnetic Flux Leakage Technique

SHEN Gongtian1,3, WU Xinjun2, GUO Kai3, WAN Qiang3, LI Jian1

(1.China Special Equipment Inspection and Research Institute, Beijing 100029, China；2.School of Mechanical Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;3.Zhongtejian Technology & Development (Beijing) Co., Ltd., Beijing 100029, China)

Due to the urgent need of long-periodic safe running and in-service testing for pressure vessel, pressure piping and large-scale atmospheric tank, the wireless and automatic crawling instrument has been developed based on the principle of magnetic flux leakage testing technique. Some advanced technology such as wireless remote control, adjustable and floating sensor, and wireless local area network (WLAN) data transmission and communication have been utilized in this instrument. The equipment is mainly composed of drive module, sensor module, signal processing module, device of recording signal positions and signal acquisition and analysis software. It can make effective detection and assessment about corrosion defects for ferromagnetic specimens. The instrument has a high detection sensitivity through testing and field application. It can detect man-made defects ofφ1.6 mm hole andφ10 mm×20% thickness spherical pit for pipes and plate specimens with 8mm thickness.

magnetic flux leakage; wireless remote control; WLAN data transmission; ferromagnetic specimens; testing instrument

2017-06-14

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2012YQ090175)

沈功田(1963-)，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槁暟l(fā)射、紅外和電磁等無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)

沈功田， shengongtian@csei.org.cn

10.11973/wsjc201708001

TG115.28

A

1000-6656(2017)08-0001-06