[发明专利]基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁-声检测探头及其方法

说明书

基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁‑声检测探头及其方法，该探头包括柔性线圈、铁磁流体装置、永磁体和外壳装置。其中柔性线圈位于探头底部，用于激励和接收信号；铁磁流体装置位于线圈上方，利用其较高磁导率、较难传播剪切波、流体流动性以及不可压缩等特点，起到聚焦表面磁场、减弱永磁体内剪切波噪声以及按压线圈使其贴合管道表面的作用；本发明利用的柔性线圈及铁磁流体，一方面通过增强管道表面的感应涡流密度及偏置磁场强度增强了脉冲涡流检测的灵敏度及电磁超声的检测信号幅值；另一方面，通过降低永磁体内的剪切波噪声提高探头的检测信噪比；同时，通过信号分离方法实现管道内外壁缺陷同步检测的目的及效果。

技术领域

本发明涉及一种电磁无损检测探头及其检测方法，具体涉及一种基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁超声-脉冲涡流检测探头和一种脉冲涡流-电磁超声复合一体化电磁无损检测方法。

背景技术

管道在石油、天然气等众多工业领域有着广泛的应用，但由于管道常服役于恶劣的自然环境中，在长期的油气冲击腐蚀、自然风蚀、雨水化学腐蚀、应力受压等作用下，管道易在外壁表面产生裂纹缺陷、在管道内壁产生腐蚀磨损减薄缺陷、以及在内外壁产生的同时包含裂纹及腐蚀磨损减薄的复杂缺陷。这些缺陷通常会随着时间的历程而扩展，最终影响管道结构的力学性能和整体完整性。而管道结构的失效，将会产生不可估量的安全问题，因此，如何快速、高效、精准、低成本地对上述损伤及缺陷进行检出，是石油、天然气等管道运输行业亟需解决的一个研究需求及热点。

目前针对上述缺陷的检测评估手段包括离线检测和在线监测两种方式。首先，传统的离线检测方法(如电磁超声检测、脉冲涡流检测、磁粉检测等)，通常只能针对管道的一种类型缺陷进行检测，而对于上述的管道内外壁复合缺陷，需要使用两种及两种以上的方法才能检出，检测效率较低。其次，目前的在线监测方法主要是通过将电磁超声传感器安置在工业管道表面某处进行不停机、在线、实时地壁厚监测，而这种监测方式既无法监测因表面受力不均而引起的应力裂纹，也存在由电磁超声固有机理而导致的上盲区问题。

但是，鉴于管道服役工况的恶劣性，尽管上述复合检测/监测方法可有效地检测/监测出管道内外壁的复杂缺陷，但是在实际检测/监测的工况中，由于检测/监测结果存在较大的噪声，导致检测/监测结果的准确性受到很大的影响。同时，作为复合检测/监测传感器内提供偏置磁场作用的传统永磁体，由于其形状固定、不具备柔性等缺点，也会导致检测/监测管道时存在检测/监测结果不稳定，信噪比差等问题。

因此，针对管道的电磁超声或者电磁超声-脉冲涡流复合一体化检测/监测，需要开发一款具备降噪聚磁的柔性探头。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于针对任意曲率管道或具备多种曲率变化的曲面板材，提供一种基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁超声-脉冲涡流检测探头，使得在其曲面表面进行电磁超声检测/监测或电磁超声-脉冲涡流复合一体化方法检测/监测时，不仅可通过柔性线圈及较高磁导率的铁磁流体来提高感应涡流强度及偏置磁场强度，进而提高信号检测幅值及灵敏度；还可利用铁磁流体较难传播剪切波的特点，减弱永磁体内剪切波噪声对检测信号的影响，提高检测信号信噪比。同时，由于该探头中的机械装置设计及材料的选择，使得该探头不仅可检测管道及带曲率的曲面，还可以检测无曲率的板材，起到一种探头适用多种场景的效果。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于铁磁流体的柔性聚磁降噪电磁-声检测探头，包括柔性自激自检线圈1、铁磁流体装置2、永磁体3以及可适应多种曲率管径管道的包覆柔性自激自检线圈1、铁磁流体装置2和永磁体3的外壳装置4；所述柔性自激自检线圈1为柔性电路板线圈，所述铁磁流体装置2位于柔性自激自检线圈1上方，由铁磁流体5及柔性密封保护套6构成，其中铁磁流体5为水基铁磁流体或油基铁磁流体，柔性密封保护套6为透明硅胶材料，具有弹性及延展性；所述永磁体3位于铁磁流体装置2上方；所述外壳装置4包括外壳主体7、可滑动挡板8、弹簧9以及顶盖10，其中弹簧9固定在顶盖10上，顶盖10固定在外壳主体7上，可滑动挡板8设置在外壳主体7的一侧面下方。