本發(fā)明涉及一種石油管柱缺陷檢測探頭，特別涉及一種基于亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭。

背景技術(shù)：

鉆桿、抽油桿、管道、立管等石油管柱長期工作于復(fù)雜環(huán)境承受多變載荷，容易在表面形成裂紋、腐蝕坑、凹槽等缺陷，最終引起管柱斷裂和破壞，導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。因此，在石油鉆桿出廠和在服役過程中開展在線無損檢測與評估，對防治鉆桿破壞，確保工業(yè)生產(chǎn)安全平穩(wěn)進(jìn)行有著極其重要的意義。

目前針對管柱表面缺陷檢測，廣泛應(yīng)用的無損檢測方法主要有：漏磁檢測法、磁粉檢測法和超聲檢測方法。漏磁檢測法是一種十分成熟的油田管道在線檢測方法，其對管道腐蝕坑、裂紋等缺陷具有良好的檢測效果，但漏磁效應(yīng)與磁化方向和缺陷開口大小、長寬比等因素密切相關(guān)，工程中往往需要針對不同的裂紋方向和類型采用不同的磁化器以取得較高的檢測靈敏性，同時(shí)漏磁檢測法作業(yè)時(shí)需要對被測對象進(jìn)行飽和磁化和退磁，不僅對缺陷尺寸量化產(chǎn)生影響，而且降低作業(yè)效率。磁粉檢測法對管柱缺陷具有較好的檢測效果，是目前有效的應(yīng)力腐蝕裂紋檢測方法，但磁粉檢測技術(shù)為接觸式測量方法，需要對管道表面清理，檢測工序較多檢測時(shí)間較長，嚴(yán)重增加了檢測成本，很難做到頻繁的巡檢。超聲檢測法同樣是應(yīng)用較廣的一種管柱無損檢測方法，然而常規(guī)超聲法檢測時(shí)需要與被測工件接觸，并在檢測工具與被測對象之間添加耦合劑，嚴(yán)重限制其應(yīng)用場合。

根據(jù)交流電磁場檢測原理設(shè)計(jì)的外穿式交流電磁場檢測探頭能對軸向裂紋具有較高敏感度，仍無法滿足管柱表面多類型缺陷全周向快速掃查的檢測要求。

工業(yè)現(xiàn)場中的自然缺陷往往是任意的，生產(chǎn)中經(jīng)常針對不同缺陷類型采用多種檢測設(shè)備重復(fù)或共同掃查，不僅會(huì)導(dǎo)致漏檢和嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，還將嚴(yán)重增加檢測成本和作業(yè)時(shí)間。因此急需一種對多種缺陷敏感、更可靠、更高效的檢測設(shè)備用以保證工業(yè)生產(chǎn)中石油管柱的安全可靠服役。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種基于亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭，利用兩個(gè)間距等于半徑的圓形線圈在石油管柱表面感應(yīng)出正交均勻的磁場和電流場，當(dāng)正交電磁場經(jīng)過缺陷時(shí)，由于缺陷處磁導(dǎo)率變化將導(dǎo)致石油管柱中磁力線在缺陷截面處產(chǎn)生漏磁效應(yīng)，同時(shí)缺陷的阻斷又將導(dǎo)致周圍電流場繞過缺陷產(chǎn)生擾動(dòng)效應(yīng)使得感應(yīng)電流場引起的磁場發(fā)生變化，最終兩種效應(yīng)共同導(dǎo)致缺陷上方的空間何磁場發(fā)生畸變。借助周向陣列排布的全周向陣列高精度磁傳感器提取空間磁場變化，達(dá)到對石油管柱表面腐蝕坑、裂紋等多種類型缺陷的快速檢測的目的，對石油管柱多種類型缺陷檢測，預(yù)防石油管柱失效具有重要意義。

一種基于亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭，其技術(shù)方案為：將通入相同交變電流的圓形線圈纏繞在高分子聚合物骨架兩端間距等于圓形線圈半徑的凹槽內(nèi)，高分子聚合物骨架兩端設(shè)有滑槽，滑槽內(nèi)裝有可動(dòng)傳感器托架，所述可動(dòng)傳感器托架內(nèi)裝有全周向陣列高精度磁傳感器，所述全周向陣列高精度磁傳感器由固定帶固定。

上述全周向陣列高精度磁傳感器等間距均勻排布在管柱周向方向。

上述可動(dòng)傳感器托架可在滑槽內(nèi)移動(dòng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果如下：所述一種基于亥姆霍茨線圈的石油管柱缺陷快速檢測探頭可同時(shí)在石油管柱表面感應(yīng)出正交的均勻電流場和磁場，同時(shí)利用缺陷引起的漏磁效應(yīng)和電流擾動(dòng)效應(yīng)達(dá)到對多種缺陷的快速檢測；同時(shí)由于亥姆霍茨產(chǎn)生的感應(yīng)磁場分布均勻，因此可在不同管徑管柱表面感應(yīng)出相同電磁場；采用沿徑向可移動(dòng)的陣列高精度傳感器，保證了傳感器與管柱表面具有相同的提離高度，提高了檢測靈敏度和效率，

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2是本發(fā)明的高分子聚合物骨架示意圖。

附圖3是本發(fā)明的安裝示意圖。

附圖4是本發(fā)明的檢測原理示意圖。

附圖5是均勻正交電磁場在缺陷周圍引起的漏磁效應(yīng)和電流擾動(dòng)效應(yīng)示意圖。

附圖6是本發(fā)明的高精度磁場傳感器檢測到的軸向裂紋、周向裂紋和凹坑引起的軸向和徑向磁場信號變化圖。

上圖中：圓形線圈1、高分子聚合物骨架2、凹槽2.1、滑槽2.2、全周向陣列高精度磁傳感器3、可動(dòng)傳感器托架4、固定帶5、管柱6、均勻正交電磁場7、軸向磁場7.1、周向電流場7.2、缺陷8、軸向磁場信號9、徑向磁場信號10。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖1-6，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：

如附圖1、2所示，本發(fā)明主要由圓形線圈1、高分子聚合物骨架2、凹槽2.1、滑槽2.2、全周向陣列高精度磁傳感器3、可動(dòng)傳感器托架4、固定帶5組成。所述高分子聚合物骨架2由凹槽2.1、滑槽2.2組成，所述圓形線圈1均勻纏繞在位于高分子聚合物骨架兩端凹槽2.1內(nèi)，所述凹槽2.1距離等于圓形線圈1半徑，所述全周向陣列高精度磁傳感器3等間距均勻排布在管柱6周向方向并固定在可動(dòng)傳感器托架4內(nèi)，所述可動(dòng)傳感器托架4插在高分子聚合物骨架滑槽2.2內(nèi)，所述可動(dòng)傳感器托架4可在滑槽內(nèi)移動(dòng)，可保持全周向陣列高精度磁傳感器3與不同管徑管柱表面具有相同提離高度，所述固定帶5纏繞在高精度磁場傳感器3外部，對全周向陣列高精度磁傳感器3徑向位移進(jìn)行約束。

如圖3、4、5、6所示，所述圓形線圈1當(dāng)通入相同交變電流時(shí)，將在石油管柱6表面同時(shí)感應(yīng)出相互正交的軸向磁場7.1和周向電流場7.2組成均勻正交電磁場7，所述軸向感應(yīng)磁場7.1由于缺陷8處磁導(dǎo)率變化將導(dǎo)致石油管柱中磁力線在缺陷截面處產(chǎn)生漏磁效應(yīng)，同時(shí)周向感應(yīng)電流場7.2繞過缺陷8產(chǎn)生電流擾動(dòng)效應(yīng)使得感應(yīng)電流場7.2引起的磁場發(fā)生變化，最終兩種效應(yīng)共同導(dǎo)致缺陷8上方軸向磁場信號9和徑向磁場信號10大小發(fā)生改變，所述全周向陣列高精度磁場傳感器3拾取石油管柱全周向360度軸向磁場信號9和徑向磁場信號10，通過分析磁場信號即可達(dá)到對缺陷8的識(shí)別。

本發(fā)明的有益效果是：利用兩個(gè)間距為半徑的圓形激勵(lì)線圈，在管柱表面形成均勻正交的軸向磁場和周向電流場，當(dāng)均勻正交電磁場經(jīng)過缺陷時(shí)，由于磁導(dǎo)率變化將在軸向引起漏磁效應(yīng)，同時(shí)缺陷又將導(dǎo)致周圍電流擾動(dòng)效應(yīng)，最終引起缺陷上方空間磁場發(fā)生變化?；兊拇艌鲂盘柲軌蚍从橙毕莩叽绾皖愋?，借助全周向陣列高精度磁傳感器提取管柱表面全周向360度磁場信息，達(dá)到對管柱表面腐蝕坑、裂紋等多種缺陷參數(shù)識(shí)別和快速掃查，同時(shí)采用可動(dòng)傳感器托架設(shè)計(jì)，保證全周向陣列高精度磁傳感器與不同管徑管柱具有相同提離高度，提高了探頭的適應(yīng)性，對預(yù)防石油管柱失效具有重要意義。