一种管道漏磁无损检测传感器的设计与实现.docx

电子下载站权归合法所有者所有严禁用于商业用途
一种管道漏磁无损检测传感器的设计与实现
金涛,阙沛文
(上海交通大学自动检测研究所,上海 200030)
摘要:针对管道陷检测的现状,研制了一种适用于输油、输气管道的漏磁无损检测传感器,该传感
器由磁敏器件、励磁模块、导轮等部分组成,具有灵敏度高、可用性强的特点,能满足不同管径和工况的
管道缺陷检测,内容涉及漏磁检测、磁敏器件的选择、永磁体的优化以及导轮的设计等。
关键词:漏磁检测;磁敏器件;励磁模块;导轮
引言
输油、输气管道在长期使用中,由于表层地基不稳定、介质腐蚀、意外事故等原因,管道易发生位貌
变化,并产生腐蚀与裂纹等缺陷和损伤,发生油气泄漏现象,将对环境造成极大的污染和危害,并带来经
济和人身安全上的巨大损失,所以必须对工业管道进行定期无损检测。
目前的管道检测技术主要有漏磁检测、超声检测、远场涡流检测、射线检测等。超声法测量壁厚精度
较高,是一种接触式单点检测方法,但是检测效率低。涡流法主要用于检测管道表层缺陷,如要检测管道
内部缺陷,需从管道内部穿过,结构复杂。射线检测对于复杂的工况环境具有不易操作性。相比较而言,
漏磁检测法有很高的检测速度,对于金属材料,它不仅能提供金属材料表面缺陷的信息,还能提供材料裂
纹深度的信息,且不需要耦合剂,因此该方法已被广泛用于油气管道、储罐罐底的腐蚀检测和钢丝绳、钢
板、钢块等铁磁材料的无损检测中
[1,2]
磁检测法设计了管道检测系统,文中将对其中的漏磁检测传感器的设计及其相关问题进行研究。
1

漏磁检测传感器的原理及设计


磁敏器件的选择
漏磁检测的原理是通过永磁体、导磁体及管道形成磁回路,将管道磁化到接近磁饱和状态,再检测管
道缺陷引起的漏磁通,所以磁敏元件的选择是漏磁测量精确与否的关键。目前常用的磁敏器件有磁敏管、
[3]
相比较而言,磁敏管的灵敏度虽然高,但线性度太差;磁敏电阻温度性很差且有局部非线性;检测线
圈的灵敏度、温度特性和线性度都可以,但线圈测量磁感应时只能测量变化的磁场,当磁场变化缓慢时,
线圈很难测到,而且线圈和磁场之间运动的相对速度变化也会影响测量值的大小。
霍尔元件是根据霍尔效应制成的,将一通电导体或半导体薄片置于磁场中,则产生一个和电流及磁场
方向垂直的电场,亦即产生一电动势,这种现象叫霍尔效应。霍尔电动势可以表示为:
欢迎光临中国最大的电子工程师应用网站
网址:“十五”863 项目“海底管道内爬行器及检测技术”中,以漏
磁敏电阻、检测线圈、霍尔元件等。
电子下载站权归合法所有者所有

严禁用于商业用途
式中Vh表示霍尔电动势,I表示施加电流,b为霍尔元件厚度,n、e与霍尔元件本身材料有关,B为磁感
-1
当施加恒定电流且霍尔元件已经确定时,由式(2)可以看出,磁感应强度B和霍尔电动势Vh成线性关系。
由以上介绍可以看出,霍尔元件具有良好的线性度。同时它也具有温度特性好和高灵敏度的特点,在
研究中采用砷化镓(GaAs)霍尔元件作为磁敏元件,其参数特性如表 1。


漏磁检测传感器电路构成
漏磁检测传感器电路由霍尔元件、恒流源差动放大和稳压电路组成,其中恒流源为霍尔元件提供控制
电流,差动电路用于将霍尔电动势