一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置及检测方法

1.本发明涉及一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置及检测方法，属于换热器多频漏磁检测技术领域。


背景技术：

2.在制造和生产过程中，换热器是进行热交换的重要组件之一，承担着将热量从一种介质传递到另一种介质的重要任务，其工作原理即是将具有高热量的热流体的部分热量传递给冷流体以完成热量转换。然而，由于其复杂的结构和在高温高压环境条件下的长期使用，内外部温差较大，且常年受到腐蚀、振动、冲击等因素的影响，换热管很容易出现各种腐蚀缺陷和损伤。这些腐蚀缺陷和损伤会导致换热器的能量效率下降、生产能力减少和产生安全问题及环境污染问题等。因此，准确检测和定位这些腐蚀缺陷和损伤变得至关重要。
3.换热管多为细长小直径管件，并以管束的形式存在于换热腔内，因而只能采用管道内检测形式，传统的超声、涡流检测等仪器结构过大，并不适用；传统漏磁检测方法因待检测换热管尺寸小，难以对管道实现饱和磁化，缺陷产生的漏磁场较小，检测管道外部缺陷难度大。多频漏磁检测方法具有探头结构简单、检测速度快、检测灵敏度高、检测精度高、受被测工件表面状况影响小、缺陷易量化、内外表面缺陷易检测，可实现不同深度检测等优点，故适合用于细长小直径换热管的检测。
4.换热器的漏磁内检测方法在国外研究较早，国内的研究尚处于起步阶段，并不深入。换热器检测均使用国外产品，成本较高。
5.因此，亟需研究磁导率调节的多频漏磁换热器检测方法，并开发一套检测在役铁磁性换热器的多频漏磁检测装置，提高换热器的检测效率，降低检测的时间和成本，保证换热器的长期安全稳定运行。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置及检测方法。
7.本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，包括多频漏磁柔性探头、探头定位驱动机构、探头卷线机构、数据采集与运动控制单元；所述探头定位驱动机构包括机械臂、定位驱动架和安装在定位驱动架上的左浮动式滚轮、右浮动式滚轮、左固定式滚轮、右固定式滚轮、步进电机；所述左浮动式滚轮、左固定式滚轮上下相对设置在定位驱动架左侧，所述右浮动式滚轮、右固定式滚轮上下相对设置在定位驱动架右侧，所述多频漏磁柔性探头安装在左浮动式滚轮、左固定式滚轮之间以及右浮动式滚轮、右固定式滚轮之间；所述步进电机驱动左固定式滚轮转动；所述定位驱动架固定在机械臂上；所述定位驱动架左端端面上设有摄像头模组；所述右固定式滚轮的轴上设有光电编码器，用于记录伸缩运动中多频漏磁柔性探头的相对位置；
所述多频漏磁柔性探头尾部具有柔性多芯屏蔽线；所述探头卷线机构包括带有导电滑环的卷线盘、卷线步进电机；所述卷线步进电机驱动卷线盘转动；所述柔性多芯屏蔽线绕在卷线盘上；所述数据采集与运动控制单元分别与步进电机、光电编码器、卷线步进电机电连接；所述柔性多芯屏蔽线通过导电滑环与数据采集与运动控制单元电连接。
8.进一步的技术方案是，所述左浮动式滚轮、右浮动式滚轮、左固定式滚轮、右固定式滚轮均为聚氨酯v形轮。
9.进一步的技术方案是，所述多频漏磁柔性探头包括磁化装置、圆周阵列磁性传感器、转接电路板、不锈钢外壳、聚四氟乙烯管和绕制在所述磁化装置上的柔性电路板；所述柔性多芯屏蔽线一端、转接电路板均安装在聚四氟乙烯管内，所述圆周阵列磁性传感器焊接在柔性电路板一端，所述柔性电路板另一端设有金手指，所述磁化装置安装在不锈钢外壳内，所述聚四氟乙烯管与不锈钢外壳右端连接，所述柔性多芯屏蔽线与转接电路板电连接。
10.进一步的技术方案是，所述磁化装置包括依次从左到右设置在所述不锈钢外壳内的第一导磁块、第一永磁体、dt4纯铁磁芯、第二永磁体、第二导磁块；所述柔性电路板绕制在所述dt4纯铁磁芯的外壁中部，所述dt4纯铁磁芯的外壁两侧均设有激励线圈，所述激励线圈通过漆包线焊接在转接电路板上。
11.进一步的技术方案是，所述不锈钢外壳内设有耐磨磁性橡胶。
12.进一步的技术方案是，所述不锈钢外壳内部与聚四氟乙烯管用环氧树脂进行粘接密封处理。
13.进一步的技术方案是，所述转接电路板、柔性电路板均采用电子灌封胶灌封进行绝缘防水处理。
14.一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测方法，具体包括以下步骤：s1、将定位驱动机构放置在换热器管板面附近，将对应规格的多频漏磁检测探头通过滚轮固定后；检测前，先利用摄像机模组确定待检测换热管的数量，并自动规划检测路径；s2、启动摄像机模组对换热器管板面进行拍照，并利用摄像机模组返回的图像信息，控制机械臂将多频漏磁柔性探头与第一根换热管对中；s3、控制步进电机和卷线步进电机匀速运动，使得多频漏磁柔性探头相对换热管匀速运动，并采集、记录该换热管的多频漏磁信息和对应的伸出长度信息；其多频漏磁柔性探头中的永磁对单元对换热管的管壁进行局部直流磁化，实现磁导率的调节，利用数据采集与运动控制单元驱动内部激励线圈，对管壁进行多频交流磁化，并利用探头内部的圆周阵列磁场传感器获得交流漏磁信号；通过柔性多芯屏蔽线连接，利用探头卷线机构上的导电滑环将多通道漏磁信号传输至数据采集与运动控制单元，进行数据保存；s4、该换热管检测完后，控制步进电机运动使探头缩回至初始状态，再控制机械臂使探头脱离换热管，进行下一根换热管的对中；s5、以此往复检测，直至完成整个换热器中所有换热管的检测。
15.本发明具有以下有益效果：
1、该探头采用厚度薄、柔软易弯曲的柔性电路板，保证传感器可圆周阵列布置，便于在探头内部走线，节省探头内部空间，同时增加磁化装置的尺寸，保证磁化效果，增强缺陷的检出能力。各部件连接处填充有质量比为7：3的1000目铁粉和环氧树脂混合的导磁胶，增强结构强度的同时，进一步增强整体的磁化效果。不锈钢外壳外部有耐磨导磁橡胶，能够实现检测探头与换热管管道内壁对中，增强磁化效果。该探头结构能够在小管径换热管中实现很好的磁化效果。
16.2、采用永磁体对换热管壁进行磁化，降低管壁的交流磁导率，提高换热管外壁缺陷引起的交流漏磁信号；同时采用多频激励方法，实现管壁上不同深度缺陷的检测。与现有的技术相比，该检测方法具有灵敏度高、效率高，缺陷易量化等优点，有助于换热器检测装置及检测方法的应用，具有较大的工程应用价值。
17.3、该装置中探头定位驱动机构利用机器视觉的方法和机械臂控制的技术，实现了换热器中换热管的自动化检查，降低了人力成本。
附图说明
18.图1是本发明装置的总体示意图；图2是本发明中的检测探头示意图；图3是本发明中的探头分解图；图4是本发明中柔性电路板；图5是本发明中磁导率调节原理图；图6是本发明中交流漏磁信号图及其解调后的信号。
19.其中附图标记为：1、换热器管板面；2、多频漏磁柔性探头；3、探头定位驱动结构；4、探头卷线机构；5、数据采集与运动控制单元；21、不锈钢外壳；22、耐磨导磁橡胶；23、第一导磁块；24、第一永磁体；25、dt4纯铁磁芯；26、激励线圈；27、圆周阵列磁性传感器；28、转接电路板；29、聚四氟乙烯管；210、柔性多芯屏蔽线；31、左浮动式滚轮；32、步进电机；33、光电编码器；34、机械臂；35、摄像机模组；36、右浮动式滚轮；37、左固定式滚轮；38、右固定式滚轮；41、卷线步进电机；42、卷线盘；43、导电滑环。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，本发明的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，包括多频漏磁柔性探头2、探头定位驱动机构3、探头卷线机构4、数据采集与运动控制单元5；所述探头定位驱动机构3包括机械臂34、定位驱动架和安装在定位驱动架上的左浮动式滚轮31、右浮动式滚轮36、左固定式滚轮37、右固定式滚轮38、步进电机32；所述左浮动式滚轮31、左固定式滚轮37上下相对设置在定位驱动架左侧，所述右浮动式滚轮36、右固定式滚轮38上下相对设置在定位驱动架右侧，所述多频漏磁柔性探头安装在左浮动式滚轮31、左固定式滚轮37之间以及右浮动式滚轮36、右固定式滚轮38之间；通过两对滚轮实现检测探头相对位置的固定，左浮动式滚轮31、右浮动式滚轮37将探头压紧，防止探头在检测中
滑动与转动；所述步进电机32驱动左固定式滚轮转动，使多频漏磁柔性探头2在检测中实现匀速伸缩运动；所述定位驱动架固定在机械臂34上；所述定位驱动架左端端面上设有摄像头模组35，摄像头模组35对换热管孔位进行识别，并反馈给多自由度的机械臂34的运动控制，使35在整个换热器平面运动，实现换热管的换位检测；所述右固定式滚轮的轴上设有光电编码器33，用于记录伸缩运动中多频漏磁柔性探头2的相对位置；所述多频漏磁柔性探头2尾部具有柔性多芯屏蔽线210；所述探头卷线机构包括带有导电滑环43的卷线盘42、卷线步进电机41；所述卷线步进电机41驱动卷线盘42转动；所述柔性多芯屏蔽线210绕在卷线盘42上；所述数据采集与运动控制单元5分别与步进电机32、光电编码器33、卷线步进电机41电连接；所述柔性多芯屏蔽线210通过导电滑环43与数据采集与运动控制单元5电连接；其中数据采集与运动控制单元5内部集成了多频激励模块、多通道数据采集模块、步进电机驱动模块、编码器驱动模块等，实现探头检测伸缩运动的控制与激励采集的控制、数据保存、分析处理。
22.在本实施例中，所述左浮动式滚轮31、右浮动式滚轮36、左固定式滚轮37、右固定式滚轮38均为聚氨酯v形轮。
23.在本实施例中如图1和2所示，所述多频漏磁柔性探头包括磁化装置、圆周阵列磁性传感器27、转接电路板28、不锈钢外壳21、聚四氟乙烯管29和绕制在所述磁化装置上的柔性电路板；所述柔性多芯屏蔽线210一端、转接电路板28均安装在聚四氟乙烯管29内，所述圆周阵列磁性传感器27焊接在柔性电路板一端，所述柔性电路板另一端设有金手指，所述磁化装置安装在不锈钢外壳21内，所述聚四氟乙烯管29与不锈钢外壳21右端连接，所述柔性多芯屏蔽线210与转接电路板28电连接；不锈钢外壳21直径小于待检测换热管内径，避免因换热管内部异物引起的检测伸缩运动异常；所述磁化装置包括依次从左到右设置在所述不锈钢外壳21内的第一导磁块23、第一永磁体24、dt4纯铁磁芯25、第二永磁体、第二导磁块；所述柔性电路板绕制在所述dt4纯铁磁芯25的外壁中部，所述dt4纯铁磁芯25的外壁两侧均设有激励线圈26，所述激励线圈26通过漆包线焊接在转接电路板28上，所述不锈钢外壳21内设有位于第一导磁块23左侧的耐磨磁性橡胶22。不锈钢外壳21前端有导向结构，便于探头进入换热管时的对中与导向。
24.其中第一导磁块23、第二导磁块均为dt4纯铁导磁柱；第一永磁体24、第二永磁体均为n52圆柱永磁体；同时第一导磁块23、第二导磁块、第一永磁体24、第二永磁体形成对称结构，使得换热管局部磁化强度更均匀；所述不锈钢外壳21内部与聚四氟乙烯管29用环氧树脂进行粘接密封处理，聚四氟乙烯管29具有一定的硬度和强度，能够在检测中不发生折断，保护内部柔性多芯屏蔽线210；所述转接电路板28、柔性电路板均采用电子灌封胶灌封进行绝缘防水处理。
25.同时各部件连接处填充有质量比为7：3的1000目铁粉和环氧树脂混合的导磁胶，增强结构强度的同时，进一步增强整体的磁化效果。耐磨磁性橡胶粘接在不锈钢外壳21的外壁，整体直径等于待检测换热管内径，使得检测过程中使检测探头与换热管内壁的相对提离固定，同时进一步增强探头的磁化效果。
26.图2、图3、图4中进一步展示了本发明说设计的磁导率调节的多频漏磁检测探头。图2为探头外观，探头外径与待检测换热管内径相同，图3为探头内部各组件安装结构，能够进一步增强磁化效果，图4为柔性电路板结构，用于焊接固定多个阵列磁性传感器，实现无漏检的交流漏磁信号接收。
27.本发明通过探头定位驱动机构3实现检测探头与换热管孔位对中，并配合探头卷线机构4将检测探头送入待检测换热管中；探头中的永磁对单元对换热管的管壁进行局部直流磁化，实现磁导率的调节，利用数据采集与运动控制单元5驱动内部激励线圈26，对管壁进行多频交流磁化，并利用探头内部圆周阵列磁性传感器27获得交流漏磁信号；通过多芯屏蔽线210连接，利用探头卷线机构4上的导电滑环43将多通道漏磁信号传输至数据采集与运动控制单元5，进行数据保存与分析。
28.其中，若管道存在缺陷，在缺陷处产生交流漏磁场就会被表面圆周阵列的磁场传感器采集，从而检出内部和外部缺陷，通过对激励频率的调节实现不同深度缺陷的检测。
29.本发明装置简单，检测灵敏度高，缺陷容易实现量化，漏检率低，能够降低人工识别的难度，实现检测过程全自动化，节省检测的人力和成本，具有较大的工程应用价值。
30.一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测方法，具体包括以下步骤：s1、将定位驱动机构3放置在换热器管板面1附近，将对应规格的多频漏磁检测探头2通过滚轮固定后；检测前，先利用摄像机模组35确定待检测换热管的数量，并自动规划检测路径；s2、启动摄像机模组35对换热器管板面1进行拍照，并利用摄像机模组35返回的图像信息，控制机械臂34将检测探头与第一根换热管对中；s3、控制步进电机32和卷线步进电机41匀速运动，使得检测探头相对换热管匀速运动，并采集、记录该换热管的多频漏磁信息和对应的伸出长度信息；其探头中的永磁对单元对换热管的管壁进行局部直流磁化，实现磁导率的调节，利用数据采集与运动控制单元5驱动内部激励线圈26，对管壁进行多频交流磁化，并利用探头内部的圆周阵列磁性传感器27获得交流漏磁信号；通过柔性多芯屏蔽线210连接，利用探头卷线机构4上的导电滑环43将多通道漏磁信号传输至数据采集与运动控制单元5，进行数据保存；s4、该换热管检测完后，控制步进电机32运动使探头缩回至初始状态，再控制机械臂34使探头脱离换热管，进行下一根换热管的对中；s5、以此往复检测，直至完成整个换热器中所有换热管的检测。
31.图5为探头中磁导率调节的原理，通过探头内置磁化装置实现换热器局部磁化，进一步将检测换热管管壁的磁导率降低，更利于交流漏磁检测方法检测出换热管内部的缺陷。
32.图6为有缺陷时获得的交流漏磁信号，经过解调后，可获得对应的漏磁信号。可以通过对交流激励磁场频率的调节检测到不同深度的缺陷，实现换热管管壁不同深度的缺陷检测。
33.以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱
离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，其特征在于，包括多频漏磁柔性探头、探头定位驱动机构、探头卷线机构、数据采集与运动控制单元；所述探头定位驱动机构包括机械臂、定位驱动架和安装在定位驱动架上的左浮动式滚轮、右浮动式滚轮、左固定式滚轮、右固定式滚轮、步进电机；所述左浮动式滚轮、左固定式滚轮上下相对设置在定位驱动架左侧，所述右浮动式滚轮、右固定式滚轮上下相对设置在定位驱动架右侧，所述多频漏磁柔性探头安装在左浮动式滚轮、左固定式滚轮之间以及右浮动式滚轮、右固定式滚轮之间；所述步进电机驱动左固定式滚轮转动；所述定位驱动架固定在机械臂上；所述定位驱动架左端端面上设有摄像头模组；所述右固定式滚轮的轴上设有光电编码器，用于记录伸缩运动中多频漏磁柔性探头的相对位置；所述多频漏磁柔性探头尾部具有柔性多芯屏蔽线；所述探头卷线机构包括带有导电滑环的卷线盘、卷线步进电机；所述卷线步进电机驱动卷线盘转动；所述柔性多芯屏蔽线绕在卷线盘上；所述数据采集与运动控制单元分别与步进电机、光电编码器、卷线步进电机电连接；所述柔性多芯屏蔽线通过导电滑环与数据采集与运动控制单元电连接。2.根据权利要求1所述的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，其特征在于，所述左浮动式滚轮、右浮动式滚轮、左固定式滚轮、右固定式滚轮均为聚氨酯v形轮。3.根据权利要求1所述的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，其特征在于，所述多频漏磁柔性探头包括磁化装置、圆周阵列磁性传感器、转接电路板、不锈钢外壳、聚四氟乙烯管和绕制在所述磁化装置上的柔性电路板；所述柔性多芯屏蔽线一端、转接电路板均安装在聚四氟乙烯管内，所述圆周阵列磁性传感器焊接在柔性电路板一端，所述柔性电路板另一端设有金手指，所述磁化装置安装在不锈钢外壳内，所述聚四氟乙烯管与不锈钢外壳右端连接，所述柔性多芯屏蔽线与转接电路板电连接。4.根据权利要求3所述的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，其特征在于，所述磁化装置包括依次从左到右设置在所述不锈钢外壳内的第一导磁块、第一永磁体、dt4纯铁磁芯、第二永磁体、第二导磁块；所述柔性电路板绕制在所述dt4纯铁磁芯的外壁中部，所述dt4纯铁磁芯的外壁两侧均设有激励线圈，所述激励线圈通过漆包线焊接在转接电路板上。5.根据权利要求3所述的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，其特征在于，所述不锈钢外壳内设有耐磨磁性橡胶。6.根据权利要求3所述的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，其特征在于，所述不锈钢外壳内部与聚四氟乙烯管用环氧树脂进行粘接密封处理。7.根据权利要求3所述的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置，其特征在于，所述转接电路板、柔性电路板均采用电子灌封胶灌封进行绝缘防水处理。8.一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-7任一所述的一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置；具体包括以下步骤：s1、将定位驱动机构放置在换热器管板面附近，将对应规格的多频漏磁检测探头通过滚轮固定后；检测前，先利用摄像机模组确定待检测换热管的数量，并自动规划检测路径；s2、启动摄像机模组对换热器管板面进行拍照，并利用摄像机模组返回的图像信息，控
制机械臂将多频漏磁柔性探头与第一根换热管对中；s3、控制步进电机和卷线步进电机匀速运动，使得多频漏磁柔性探头相对换热管匀速运动，并采集、记录该换热管的多频漏磁信息和对应的伸出长度信息；其多频漏磁柔性探头中的永磁对单元对换热管的管壁进行局部直流磁化，实现磁导率的调节，利用数据采集与运动控制单元驱动内部激励线圈，对管壁进行多频交流磁化，并利用探头内部的圆周阵列磁场传感器获得交流漏磁信号；通过柔性多芯屏蔽线连接，利用探头卷线机构上的导电滑环将多通道漏磁信号传输至数据采集与运动控制单元，进行数据保存；s4、该换热管检测完后，控制步进电机运动使探头缩回至初始状态，再控制机械臂使探头脱离换热管，进行下一根换热管的对中；s5、以此往复检测，直至完成整个换热器中所有换热管的检测。

技术总结
本发明公开了一种磁导率调节的多频漏磁换热器检测装置及检测方法，包括多频漏磁柔性探头、探头定位驱动机构、探头卷线机构、数据采集与运动控制单元；所述探头定位驱动机构包括机械臂、定位驱动架和安装在定位驱动架上的左浮动式滚轮、右浮动式滚轮、左固定式滚轮、右固定式滚轮、步进电机；所述多频漏磁柔性探头尾部具有柔性多芯屏蔽线；所述探头卷线机构包括带有导电滑环的卷线盘、卷线步进电机；所述柔性多芯屏蔽线通过导电滑环与数据采集与运动控制单元电连接。本发明装置简单，检测灵敏度高，缺陷容易实现量化，漏检率低，能够降低人工识别的难度，实现检测过程全自动化，节省检测的人力和成本，具有较大的工程应用价值。具有较大的工程应用价值。具有较大的工程应用价值。


技术研发人员：伍剑波 魏巍 陈虹宇 涂洪铭 兰雅雯 柯瑞
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/16