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原文传递一种埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头及实现方法

专利名称：	一种埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头及实现方法
摘要：	本发明公开一种埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头，属于金属管道损伤检测技术领域；该装置包括：激励线圈部分可产生作用于管道的激励磁场和产生一个用于信号接收部分减少激励磁场干扰的弱磁通点。信号接收部分由一对偏差分布置的三轴磁传感器构成。一种用于信号接收部分输入信号差分、补偿和放大的电路，补偿偏差分探头的位置误差，放大采集的磁场信号以及去除信号中的直流偏置和低频干扰信号。本发明还公开一种埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法。本发明具有埋地管道非开挖、去除耦合的激励磁场效果好和抗抖动干扰能力强的特点，能够在埋地钢质管道正常工作条件下进行路由定位及缺陷检测，具有较高的实际工程应用价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京工业大学
发明人：	王新华;胡乃祥;孙涛;杨林;郭子昇;王跃新;蔺仕广
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-21T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202311053747.9
公开号：	CN117092201A
代理机构：	北京汇信合知识产权代理有限公司
代理人：	卢亮辉
分类号：	G01N27/82;G01R33/02;G;G01;G01N;G01R;G01N27;G01R33;G01N27/82;G01R33/02
申请人地址：	100124 北京市朝阳区平乐园100号
主权项：	1.一种埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头，其特征在于，包括：激励线圈部分(2)，其包括同轴设置的去一次磁场线圈(2-2)和激励线圈(2-4)；所述去一次磁场线圈(2-2)位于激励线圈(2-4)内侧，且两者线圈绕向相反；所述去一次磁场线圈(2-2)和激励线圈(2-4)用于产生作用于管道的相反的激励磁场，并在轴心处产生零磁通点；偏差分结构，其包括零磁通传感器(1-3)和差分补偿传感器(1-6)；所述零磁通传感器(1-3)位于去一次磁场线圈(2-2)和激励线圈(2-4)的零磁通点，所述差分补偿传感器(1-6)位于去一次磁场线圈(2-2)和激励线圈(2-4)的轴心的正上方；所述零磁通传感器(1-3)和差分补偿传感器(1-6)分别用于在零磁通点和非零磁通点采集激励磁场及管道感应磁场的耦合磁场信号；调节装置，其包括第一升降结构和第二升降结构；所述零磁通传感器(1-3)安装在第一升降结构上；所述零磁通传感器(1-3)通过第二升降结构与差分补偿传感器(1-6)连接。 2.根据权利要求1所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头，其特征在于：还包括差分补偿底板(1-1)和零磁通底板(1-12)；所述差分补偿传感器(1-6)安装在差分补偿底板(1-1)上；所述零磁通传感器(1-3)安装在零磁通底板(1-12)上；所述差分补偿底板(1-1)上安装有差分补偿输出端子(1-7)，差分补偿输出端子(1-7)与差分补偿传感器(1-6)信号连接；所述零磁通底板(1-12)上安装有零磁通输出端子(1-11)，零磁通输出端子(1-11)与零磁通传感器(1-3)信号连接；所述第二升降结构包括单头螺柱Ⅰ(1-8)、双头螺柱(1-9)和单头螺柱Ⅱ(1-10)；所述单头螺柱Ⅰ(1-8)固定安装在差分补偿底板(1-1)底部；所述单头螺柱Ⅱ(1-10)固定安装在零磁通底板(1-12)顶部；所述双头螺柱(1-9)两端分别与单头螺柱Ⅰ(1-8)和单头螺柱Ⅱ(1-10)螺纹连接；所述第一升降结构包括探头调节螺母(1-15)和螺栓(5-3)；所述零磁通底板(1-12)底部固定安装有亚克力底板(1-13)；所述亚克力底板(1-13)底部通过套筒(1-14)与探头调节螺母(1-15)固定连接；所述探头调节螺母(1-15)与螺栓(5-3)螺纹连接；所述螺栓(5-3)与底板(5-1)固定连接。 3.根据权利要求2所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头，其特征在于：所述去一次磁场线圈(2-2)和激励线圈(2-4)之间的匝数和半径关系为：其中：N1、N2、R1和R2分别代表激励线圈(2-4)和去一次磁场线圈(2-2)的匝数和半径。 4.一种埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法，所述探头为如权利要求2-3任一所述的一种埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头，其特征在于，包括以下步骤：调整零磁通底板(1-12)的位置，同时通过零磁通传感器(1-3)采集第一次三轴磁感应信号，确定零磁通底板(1-12)的零磁通位置；将零磁通底板(1-12)调整到零磁通位置，再调整差分补偿底板(1-1)与零磁通底板(1-12)之间的距离，同时通过差分补偿传感器(1-6)和零磁通传感器(1-3)采集第二次三轴磁感应信号，确定差分补偿底板(1-1)的差分补偿最佳位置；将差分补偿底板(1-1)调整到差分补偿最佳位置，通过差分补偿传感器(1-6)和零磁通传感器(1-3)采集第三次三轴磁感应信号进行管道损伤检测。 5.根据权利要求4所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法，其特征在于，调整零磁通底板(1-12)的位置，同时通过零磁通传感器(1-3)采集第一次三轴磁感应信号，确定零磁通底板(1-12)的零磁通位置，具体包括以下步骤：在螺栓(5-3)上旋转探头调节螺母(1-15)，探头调节螺母(1-15)通过套筒(1-14)和亚克力底板(1-13)带动零磁通底板(1-12)上下移动，同时通过零磁通传感器(1-3)采集第一次三轴磁感应信号；以第一次三轴磁感应信号中的z轴信号最小时的零磁通底板(1-12)的位置，作为零磁通底板(1-12)的零磁通位置。 6.根据权利要求5所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法，其特征在于，调整差分补偿底板(1-1)与零磁通底板(1-12)之间的距离，同时通过差分补偿传感器(1-6)和零磁通传感器(1-3)采集第二次三轴磁感应信号，确定差分补偿底板(1-1)的差分补偿最佳位置，具体包括以下步骤：在单头螺柱Ⅰ(1-8)和单头螺柱Ⅱ(1-10)上转动双头螺柱(1-9)，从而调整差分补偿底板(1-1)与零磁通底板(1-12)之间的距离；同时通过差分补偿传感器(1-6)和零磁通传感器(1-3)采集第二次三轴磁感应信号；在差分补偿传感器(1-6)和零磁通传感器(1-3)两者采集到的第二次三轴磁感应信号中的z轴信号幅值到达一致时，以此时的差分补偿传感器(1-6)的位置，作为差分补偿传感器(1-6)的差分补偿最佳位置。 7.根据权利要求6所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法，其特征在于，通过差分补偿传感器(1-6)和零磁通传感器(1-3)采集第三次三轴磁感应信号进行管道损伤检测，具体包括以下步骤：通过差分补偿传感器(1-6)采集第三次三轴磁感应信号作为差分补偿探头信号；通过零磁通传感器(1-3)采集第三次三轴磁感应信号作为零磁通探头信号；将差分补偿探头信号发送到通过前级差分补偿放大电路(61)进行差分补偿及放大，再经过相位调整后输入差分补偿后级放大电路(64)；将零磁通探头信号发送到前级差分放大电路(63)进行差分放大后输入差分补偿后级放大电路(64)；差分补偿后级放大电路(64)对输入信号进行滤波及差分放大后，得到补偿信息；根据补偿信息计算实际磁场强度进行管道损伤检测。 8.根据权利要求7所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法，其特征在于，经过相位调整后输入差分补偿后级放大电路(64)，具体包括以下步骤：在差分补偿探头信号和零磁通探头信号的相位差为0°时，前级差分补偿放大电路(61)输出的信号发送到差分补偿后级放大电路(64)；在差分补偿探头信号和零磁通探头信号的相位差为180°时，前级差分补偿放大电路(61)输出的信号发送到反相放大电路(62)进行反向，再发送到差分补偿后级放大电路(64)。 9.根据权利要求8所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法，其特征在于：所述前级差分放大电路(63)的计算公式为： VOUT＝2*(V+IN-V-IN) 其中，V+IN和V-IN分别为输入的零磁通探头信号的单轴差分电压信号，VOUT为差分处理后2倍输出的零磁通传感器电压信号；所述前级差分补偿放大电路(61)的计算公式为：其中，V+IN_1和V-IN_1分别为输入的零磁通探头信号的单轴差分电压信号；VOUT_1为差分后输出的差分补偿传感器电压信号；R1为常数；VREF为基准电压；所述差分补偿后级放大电路(64)的计算公式为：其中，V+IN_2和V-IN_2分别为前级差分放大电路(63)输出的电压信号和前级差分补偿放大电路(61)输出的电压信号；VOUT_2为差分补偿放大电路最终电压信号；R1为常数；RG为可变电阻阻值，其大小根据输出的信号幅值确定，使输出信号峰-峰值为10V；VREF为基准电压。 10.根据权利要求9所述的埋地钢质管道非开挖检测偏差分补偿探头的实现方法，其特征在于：所述补偿信息包括补偿系数和放大倍数，所述补偿系数和放大倍数为根据可变电阻阻值RG计算得到。
所属类别：	发明专利