基于电磁超声测厚法的储气井检测方法、硬件电路及装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115963173A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202210914098.6E21B47/13(2012.01)(22)申请日2022.07.28(71)申请人四川大学地址610000四川省成都市一环路南一段24(72)发明人张志刚蒋汪洋杨随先李想王巍段其湘(74)专利代理机构贵阳中新专利商标事务所52100专利代理师刘楠(51)Int.Cl.G01N29/04(2006.01)G01N29/24(2006.01)G01N29/44(2006.01)G01B17/02(2006.01)权利要求书2页说明书12页附图11页(54)发明名称基于电磁超声测厚法的储气井检测方法、硬件电路及装置(57)摘要本发明公开了一种基于电磁超声测厚法的储气井检测方法、硬件电路及装置，该方法通过电磁超声原理与利用电磁超声原理测厚方法杂糅，即磁性材料内部粒子在交变磁场中受洛伦兹力、磁致伸缩力、磁性力等的共同作用下产生与激励磁场相同频率的导波，导波会在被测件内部发生反射，通过检测两次回波的时间间隔即可计算出被测点厚度。首先总结了现有储气井检测装置优缺点，然后设计了一种基于电磁超声原理的天然气储气井腐蚀检测机原型系统。设计了电磁超声信号预处理电路，提高了信噪比，使其达到0.1mm的检测精度；完成检测装置的机械结构设计，满足了轻便、易于维护、通用性。CN115963173ACN115963173A权利要求书1/2页1.一种基于电磁超声测厚法的储气井检测方法，其特征在于：该方法采用电磁超声原理，通过电磁超声换能器对准被测储气井壁，被测储气井壁在洛伦兹力、磁致伸缩力、磁性力的作用下产生电磁超声波，根据电磁激励效应的逆效应，电磁线圈会产生感生电动势，经过信号处理后便可计算出被测管道的厚度，进而完成对管道进行探伤；所述电磁超声换能器包括激励线圈和偏置磁场。2.根据权利要求1所述的一种基于电磁超声测厚法的储气井检测方法，其特征在于：所述激励线圈在电磁超声换能器中通过通入脉冲激励产生磁场，从而被测工件中激发出电磁超声波；所述激励线圈为跑道构型线圈，且激励线圈双组，对应双组激励线圈中线圈绕向相反。3.根据权利要求1所述的一种基于电磁超声测厚法的储气井检测方法，其特征在于：所述偏置磁场的磁场强度通过利用相位叠加原理实现的，即可采用永磁体阵列中相邻磁体的中心间距在数值上等于波长的一半即λ/2，从而在被测工件中任意位置，不同永磁铁下方导波源传播到该处的导波的相位为2π的整数倍，形成波幅度的叠加，极大地增强信号能量，从而提高换能效率；或者采用通过多通道脉冲阵列，通过时钟频率控制不同EMAT线圈的脉冲相位差，使其到达被测工件特定位置时实现叠加效应。4.根据权利要求1所述的一种基于电磁超声测厚法的储气井检测方法，其特征在于：采用钕铁硼永磁铁提供偏置磁场，实现提供稳定且强大的静磁场，且没有电磁噪声；所述偏置磁场的磁化方向为垂直磁化。5.一种基于电磁超声测厚法的储气井检测硬件电路，其特征在于：所述硬件电路包括电磁超声激励电路、信号调理电路和以FPGA为核心的控制通讯模块，所述电磁超声激励电路、信号调理电路之间连接有激励线圈，信号调理电路通过模数转换器连接控制通讯模块的输入端，控制通讯模块的数据通讯端通过串口转USB电路可与上位机通讯；所述FPGA作为时钟信号发生器控制电磁超声激励电路产生激励信号，激励信号通过激励线圈在被测工件内产生电磁超声回波；超声回波由激励线圈通过电磁激励的逆效应转化为电压信号，该电压信号输入信号调理电路进行信号处理；再由模数转换器将电压信号转换为数字信号输入FPGA中；再通过串口转USB电路实现与上位机的通讯。6.根据权利要求5所述的基于电磁超声测厚法的储气井检测硬件电路，其特征在于：所述电磁超声激励电路包括FPGA时钟信号发生器和高压开关电路；所述高压开关电路将FPGA时钟信号转化为高压脉冲，其中电磁超声激励电路采用单脉冲激励。7.根据权利要求5所述的基于电磁超声测厚法的储气井检测硬件电路，其特征在于：所述信号调理电路模块包括前置放大电路、带通滤波电路、二级放大电路和模数转换电路，所述电压信号及电压信号中的杂波经过前置放大电路后；通过双二阶环带通滤波器，滤除低频和高频噪音；经过滤波的信号经过二级放大电路后，由模数转换器将电压信号转换为数字信号输入FPGA中，可以实现快速准确的信号激励和信号接收以及数据预处理、传输。8.一种基于电磁超声测厚法的储气井检测装置，包括主壳体(1)，在主客体(1)内分别安装有电池和电磁超声激励电路板，电池用于对电磁超声激励电路板供电，其特征在于：在主壳体(1)下端设置有感应器支座(2)，在感应器支座(2)四周均匀布置感应器，所述感应器与电磁超声激励电