[发明专利]用于腐蚀映射的电磁声换能器(EMAT)

说明书

本文公开了用于检测管中的腐蚀的系统和方法。在一个实施例中，一种用于检测物体中的腐蚀的装置包括电磁声换能器(EMAT)，其具有铁磁芯和围绕铁磁芯周围布置的多个永磁体。永磁体布置成产生通过铁磁芯的磁场。该装置还包括在铁磁芯和物体之间的线圈。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月2日提交的美国临时申请No.62/466264的权益，其内容通过引用合并于此。

背景技术

金属结构通常容易受到腐蚀和侵蚀。例如，管道通常在管的外表面上形成腐蚀，而在管的内表面上形成侵蚀。管道操作者使用B31G标准来评估管道“服务适合性”。在评估过程中，必须识别管上的腐蚀斑块，并估算这些斑块之间的间距，以确定是否应将紧密地间隔的斑块视为一个连续的斑块。接下来，可以将斑块的轴向范围和最大深度作为用于每个斑块的评估标准。腐蚀斑块的最大深度决定了管的最小可用壁厚。

图1是根据现有技术的裂缝检测的示意图。一些常规技术通过压电换能器或电磁声换能器(EMAT)在固体材料6(例如，金属板)中产生超声波。压电换能器包括振动晶体2和耦合剂4(例如，凝胶或流体)，该耦合剂将振动传递到固体材料6(例如，钢板)上。在另一种常规技术中，EMAT 15在固体材料6中产生振动。EMAT 15包括与线圈12磁耦合的永磁体10。当交流电(AC)在线圈12中流动时，线圈12中的AC电流在固体材料6中产生涡电流。永磁体10的磁场与这些涡流相互作用(例如通过洛伦兹力或磁致伸缩)，以产生通过固体材料的晶格传播的超声波。当超声波到达裂纹或分层5(或晶格中的其他不连续部)时，会生成反射超声波。这些反射波可以由也是EMAT的接收器检测。在接收EMAT(未显示)处，反射超声波与接收EMAT的磁场的相互作用在样品材料中感应出涡流，其进而在接收EMAT线圈电路中感应出电流。可以测量这些感应电流，并进行进一步分析以表征样品的裂纹、分层或壁厚。在某些应用中，EMAT 15既可以用作超声波发射器，也可以用作超声波接收器。

对于EMAT和压电换能器壁厚的测量，由于超声波能量从腐蚀斑块上的散射，腐蚀可能特别成问题。此外，EMAT难以在具有相对较薄的壁(例如0.25至0.5英寸)的管上操作，并且由于腐蚀而进一步变薄，因为第一回波(可能是唯一具有可检测到的幅度的回波)可能被掩埋在信号的“主脉冲(main bang)”中。因此，仍然需要有成本效益的测试方法，该方法能够在腐蚀存在的情况下不用耦合剂而精确地测量壁管的厚度。

附图说明

参考以下附图可以更好地理解当前公开的各方面。附图中的组成部分不一定按比例绘制。相反，重点放在清楚地说明当前公开的原理上。

图1是根据现有技术的缺陷检测的示意图；

图2A是根据现有技术的用于具有未腐蚀壁的管的EMAT幅度扫描(ASCAN)响应；

图2B是根据现有技术的用于具有腐蚀壁的管的EMAT ASCAN响应；

图2C和2D是根据当前公开的技术的实施例的传感器尺寸对比腐蚀拓扑的部分示意图；

图3是根据当前公开技术的实施例的具有铁磁芯的EMAT的示意图；

图3A是图3所示的EMAT的剖视图；

图3B是图3所示的EMAT线圈的一条迹线的详细视图；

图4是根据当前公开的技术的实施例的EMAT的布局的示意图；

图5A是根据当前公开的技术的实施例的EMAT的剖视图；

图5B是根据当前公开的技术的实施例的EMAT的剖视图；

图6A是根据当前公开的技术的实施例的EMAT线圈的示意图；

图6B是根据当前公开的技术的实施例的线圈信号的图形；