一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法

1.本发明属于充填磨损检测技术领域，尤其涉及一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法。


背景技术：

2.膏体充填技术在我国矿山被广泛应用，管道输送是充填系统正常稳定运行的前提。在管道输送过程中常出现管道破裂失效等情况，管道磨损是对管道发生破裂失效的一种提示，由于料浆中骨料的粒径不均、形状不规则，其会对管道内壁产生冲蚀磨损。管道磨损不仅对料浆输送的稳定性产生影响，而且磨损严重会造成管道破裂、爆管等，影响矿山的安全生产，甚至引发安全事故。检测管道是否发生磨损现象，并在管道发生磨损时，能及时采取防护措施，能有效预防管道发生破裂、爆管等情况，保证充填作业顺利稳定的运行，减少矿山安全事故的发生。
3.针对管道磨损的问题，现有数字全景钻孔摄像、数据分析软件系统技术等。数字全景钻孔摄像因集电子技术、视频技术、数字技术和计算机应用技术于一体，已在水利、土木、能源、交通、采矿等领域的地质勘探、工程安全监测及工程质量检测等方面得到了广泛应用。数字全景钻孔摄像硬件部分是由全景摄像探头、图像捕获卡、深度脉冲发生器、计算机、录像机、监视器、绞车及专用电缆等组成。全景摄像探头因其采用了高压密封技术，因此可以在水中进行检测。字全景钻孔摄像因具有全景观察能力、测量、计算和分析等功能，可作为检测管道磨损的一种数字化的全景技术手段。
4.设想全景摄像探头进入钻孔后，摄像光源可以照明孔壁上的摄像区域，孔壁图像经锥面反射镜变换后形成全景图像，全景图像与罗盘方位图像一并进入摄像机，摄像机将摄取的图像经专用电缆传输至位于地面的视频分配器中，另一路进入计算机内的捕获卡中进行数字化，位于绞车上的测量轮实时测量探头所处的位置，并通过接口板将深度值置于计算机内的专用端口中，在连续捕获方式下，全景图像被快速地还原成平面展开图，并实时地显示出来，这样就可以实现充填钻孔的现场监测。
5.数字全景钻孔摄像还存在一些缺点：
6.1、利用绞车及电缆将全景摄像头输送至管道内，检测管道的范围有限，只能对竖直管道的磨损情况进行检测，因为弯管结构与竖直管道不同，很难深入弯管内部对管道进行检测。
7.2、全景摄像头需要人工放电缆才能在管道中下落，由于管道直径有限，防止全景摄像头与管道内壁发生碰撞，需要人为控制下降速度，检测时间较长。
8.3、现有设备在管道上使用时的稳定性不好。
9.4、温度过高，设备散热不好，容易出现故障。


技术实现要素：

10.基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，通过将该装置固定在管道上，采用感应装置及红外热成像装置检测管道发生磨损的情况，以便矿山及时更换受损管道。
11.本发明所解决的技术问题在于提供一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，其特征在于，包括：
12.步骤s1：检测装置内部由感应装置、红外装置、水冷管组成，外部设有固定支架、水泵、温度感应器、水箱。
13.步骤s2：感应装置在装置一侧，由电容、感应电磁、激励线圈组成；
14.步骤s3：电容与感应电磁相连，感应电磁与激励线圈相连，电容产生的交变电流，流经感应电磁，感应电磁通过线圈接口与激励线圈相连，在电磁感应作用下激励线圈周围产生交变磁场，管道置于交变磁场中，会产生感应涡流，管道中的感应涡流会产生焦耳热；
15.步骤s4：水冷管与感应装置在一侧，设在靠近装置外壳附近，采用蛇形管进行布置；
16.步骤s5：水冷管进水口连接水箱出水口；
17.步骤s6：水冷管出水口连接温度感应器，检测水冷管内温度；
18.步骤s7：温度感应器与水泵相连，若水冷管内温度过高，水泵自动启动；
19.步骤s8：水泵与水箱进水口相连，水泵启动后，使水箱中的冷水流入水冷管中，保持装置内持续低温；
20.步骤s9：红外装置在装置的另一侧，由红外热成像仪、滑动轨道、操作杆组成，红外热成像仪与计算机一端相连，将红外热成像图传输给计算机，对图像进行处理，便可以检测管道是否发生磨损。
21.由上，本发明的基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法至少具有如下有益效果：
22.1、本装置主要针对充填管道进行无损检测，不仅可对直管道进行检测，也可对弯管进行检测；
23.2、在装置三面均设有法兰，方便根据不同管道进行组装，且不受管道内部因素影响；
24.3、本装置线圈可自由拆卸，可根据管道形状及大小，选用合适的感应线圈，可实现井下无损检测，无需对管道进行拆卸。
25.4、不受管道内部条件影响，可以人为控制检测时间，装置内设有水冷系统，可避免装置内温度过高等情况。
26.5、装置外侧设有固定支架，使检测结果不会因装置的不稳固受影响。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
28.图1为现有检测装置示意图（全景摄像形成示意图）。
29.图2为本发明的磨损检测装置示意图。
30.图3为本发明装置内部示意图。
31.图4为本发明水箱示意图。
32.图5为本发明装置侧视图。
33.图6为本发明装置的感应电磁和激励线圈示意图。
34.图7为本发明装置的红外热成像仪和滑动轨道示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
36.如图2～图6所示，本装置是通过在管道外侧设置激励线圈，通过加热装置产生的脉冲激励经过激励线圈对管道进行检测，利用红外热成像仪记录管道在线圈激励下的温度变化，分析热成像图检测管道是否有磨损。
37.检测装置由装置外壳、感应装置、红外装置组成，其中装置外壳设有螺栓孔1、法兰2、螺栓8，装置内部设有线圈接口3、感应电磁4、电容6、感应电磁固定装置7、红外热成像仪9、滑动轨道10、滑轮11、操作杆12及水冷管5，装置外侧设有固定支架13。
38.装置外侧设有法兰2，采用螺栓8对装置进行组装，装置一侧设有电容6，通过对电容6通电使整个装置进行作业。电容6右侧连有感应电磁4，电容6产生的交变电流，流经感应电磁4，感应电磁4通过线圈接口3与激励线圈15相连，在电磁感应作用下激励线圈15周围产生交变磁场，管道置于交变磁场中，会产生感应涡流，管道中的感应涡流会产生焦耳热。
39.感应电磁4与电容6周围设有持续水冷管5，防止感应电磁4因瞬间温度过高被烧坏，设有内循环水箱(如图4)，水箱设有注水口17、散热器20、水泵21，水箱内的水经过散热器20后自动冷却，水箱出水口19与装置进水口16相连，装置的出水口14与水箱进水口18相连，水冷管5连接在装置进水口16与装置的出水口14之间，在进行检测前，将装置内的水冷管5中注满水，在装置出水口14设有温度感应器22，温度感应器22与水泵21相连。当温度升高时，与温度感应器22相连的水泵21进行作业使水冷管5中的水流入水箱冷却，经过冷却的水又会流入水冷管5中，达到降低装置内温度的效果。
40.装置另一侧设有红外热成像仪9，为方便检测管道各个位置的磨损情况，在装置内设有滑动轨道10，红外热成像仪9通过滑轮11在轨道上运动，为操作方便，在红外热成像仪9下侧设有手动操作杆12，可通过操作杆12对红外热成像仪9进行移动。红外热成像仪9与计算机一端相连，将红外热成像图传输给计算机，对图像进行处理，便可以检测管道是否发生磨损。
41.在装置外壳上焊接l型支架，l型支架上部连接法兰，在装置进行检测时，将两个法兰拼接，通过调节螺栓，使法兰刚好套在管道上，将装置固定在管道上，使装置可以在管道上固定不动，防止在对管道进行检测时，因装置不稳定影响检测结果。
42.如图5所示，在装置侧面设有水冷系统的进水口16。为对弯管和水平管进行检测，在装置的侧面和上侧均设有法兰2，对不同处的管道进行检测时，只需调节相应的法兰2，同时设有不同形状、不同长度的柔性激励线圈，根据不同管道形状或管道尺寸选择合适的线圈，将激励线圈15安在感应电磁4上的线圈接口3上，便可对管道进行检测。
43.当管道存在磨损时，会导致涡流分布密度不连续，不均匀，影响热量的传递，结果导致在磨损处积累的热量会高于平滑连续处，管道表面的温度会有高有低，磨损越严重，磨损处的温度越高，检测到的效果越明显。
44.由于对管道进行检测时，不确定磨损发生的位置，因此在装置内设有滑动轨道10，为方便检测管道的各个位置，同时为方便操作，采用人工手动操作，能更好的控制红外热成像仪9的位置。
45.具体操作方法：
46.步骤s1：在检测前，根据管道确定线圈长度、位置，将线圈安装在电磁感应装置上，使线圈在被检测管道附近；
47.步骤s2：连接好线圈后，将装置通过l型支架固定在管道上，确保装置在管道上的稳定性；
48.步骤s3：装置固定完成后，将温度感应器、水泵及水管与水箱和水冷管连接好，防止检测时装置内温度过高；
49.步骤s4：安装计算机，使计算机与红外热成像仪相连；
50.步骤s5：启动装置电源，根据检测位置，手动移动红外热成像仪，计算机一端将收到红外热成像图；
51.步骤s6：观察红外热成像图，分析图像及温度变化，检测管道是否发生磨损。
52.该装置基于电磁感应原理和热成像原理相结合对管道磨损进行检测。当激励线圈15通过交流电时，线圈中会存在交流电流，由于电磁感应现象，线圈周围会感应出交变磁场。在感应磁场的作用下，管道表面会产生感应涡流。通过maxwell方程对其过程进行描述：
[0053][0054][0055]
其中，js为线圈上的电流密度，a/m2；je为电磁感应产生的电流密度，a/m2。
[0056]
利用有限元对上式求解，可得到管道表面涡流分布，满足下式：
[0057][0058]
其中，z为管道的厚度。
[0059]
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，其特征在于，包括：步骤s1：在装置内部设有电磁感应装置、红外热成像仪、水冷管；步骤s2：在所述电磁感应与电容、激励线圈相连；步骤s3：在所述红外热成像仪下部安装滑动轨道，在检测过程中可根据检测位置进行移动；步骤s4：在所述装置内部安装水冷管；步骤s5：在所述水冷管出口设有温度感应器，检测水冷管内温度的变化；步骤s6：在所述温度感应器与水泵相连；步骤s7：在所述水泵与水箱相连，使水冷管中持续保持冷水；步骤s8：在所述装置外部设有固定支架，在检测过程中保证装置的稳定性；步骤s9：在所述红外热成像仪与计算机相连，将红外热成像图传递给计算机，根据对图片对比分析，检测管道是否发生磨损。2.如权利要求1所述的一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，其特征在于，在步骤s2中，所述激励线圈可以随时拆卸更换，可以根据管道结构选择合适尺寸和大小的线圈。3.如权利要求1所述的一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，其特征在于，在步骤s4中，所述水冷管采用蛇型进行布置，使装置内的温度快速降低。4.如权利要求1所述的一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，其特征在于，在步骤s8中，所述支架通过法兰进行将装置固定在管道上，防止检测过程中因装置的不稳定影响检测结果的准确性。5.如权利要求1所述的一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，其特征在于，在步骤s9中，所述红外热成像仪可以灵活移动，无需拆下，就可以对管道不同位置进行检测。

技术总结
本发明公开了一种基于电磁感应及红外热成像原理检测充填管道磨损的装置及方法，内部主要包括电磁感应装置、红外装置、水冷管，外部设有固定支架、温度感应器、水泵、水箱，其检测步骤为：在检测前，将线圈安装在电磁感应装置上，使线圈在被检测管道附近；连接好线圈后，将装置通过L型支架固定在管道上，确保装置在管道上的稳定性；装置固定完成后，将温度感应器、水泵及水管与水箱和水冷管连接好，防止检测时装置内温度过高；安装计算机，使计算机与红外热成像仪相连；启动装置电源，根据检测位置，手动移动红外热成像仪，计算机一端将收到红外热成像图；观察红外热成像图，分析图像及温度变化，检测管道是否发生磨损。检测管道是否发生磨损。


技术研发人员：艾纯明 宋红岩 陈子齐 林海川
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/31