宁孝文，张 健，张金光，康 华

（1.徐州东方工程检测有限责任公司，江苏徐州 221008；2.中油管道物资装备总公司，河北廊坊 065000）

X射线爬行器磁定位系统在管道检测中的应用

宁孝文1，张 健2，张金光1，康 华1

（1.徐州东方工程检测有限责任公司，江苏徐州 221008；2.中油管道物资装备总公司，河北廊坊 065000）

原有的管道X射线爬行器应用γ射线源定位系统，而γ射线对人员和环境都会产生危害，因此我们对其进行了改造，采用磁定位系统取代γ射线定位系统。改装的X射线爬行器在西气东输二线管道检测中应用，证明改装设备性能良好，控制技术达到γ射线源定位系统的技术指标。

放射源；磁定位；管道爬行器

0 引言

由于放射性同位素γ射线源对环境和人员产生很大危害，因而对其使用管制越来越严格。管道爬行器定位控制技术近年发展很快，目前已完全可以用磁定位控制技术替代γ射线源定位控制技术， 采用磁场取代γ射线透射管壁，其定位控制精度和稳定性与使用γ射线源相当。

用管道爬行器磁定位系统替代γ射线源定位系统，有利于减轻人员劳动强度、消除γ射线源对人员、环境的危害，免除放射性同位素γ射线源在转移、使用中烦琐的注册登记等手续，在促进安全生产和环境保护等方面具有重要意义。

1 磁定位控制系统

检测施工单位管道X射线爬行器使用量大，使用环境复杂，为适应技术发展和对环境、人员保护及生产安全要求，对现有管道爬行器进行定位控制系统改造，将原有的 “γ射线源定位控制系统”改装成 “磁定位控制系统”。

该项技术目前已成熟，并已投入现场应用。其原理是：在管道内运行的爬行器检测管道外控制磁场的有无 （其磁场应达到一定强度），并对该磁场进行识别和放大整形后控制爬行器完成相应的动作。

其中的关键技术是：

（1）控制系统的定位精度。

（2）磁场穿透最大管壁厚度。

（3）控制磁场的强度和稳定性。

（4）磁定位接收检测电路的灵敏度、稳定性和可靠性。

（5）抗干扰能力。

磁定位接收器是整个系统的核心部分，直接关系到磁定位系统的抗干扰能力、灵敏度、稳定性和可靠性。其工作原理如图1所示，供电电源电路如图2所示。

磁传感器建立在电磁感应原理基础上，选用具有对低频弱磁场放大作用的高导磁率的铍莫合金做磁芯，绕制一定数量的线圈，采用静电屏蔽和防潮处理。当磁场发生变化时，将使感应线圈产生感应电动势。当感应线圈轴线平行于电磁场变化方向，即线圈轴线和磁场方向夹角为0°时，感应电压为：

式中e——感应电动势/V；

Φ——磁通量的变化/Wb；

t——时间/s；

f——磁场变化频率/Hz；

N——线圈匝数/匝；

Ne——磁芯材料的磁导率/（H/m）；

Ho——磁场强度/T。

调整好管道爬行器的各项参数后，将其放入被检管道中。操作人员在管道外部通过操作磁定位器，即可控制爬行器的前进、停止、曝光、等待及后退等动作。

2 磁定位系统的主要组成结构

磁定位能实现对管道内小体积目标物的遥测，其相关电子电路都容易实现，相关的电磁理论和众多的磁场检测方法为这种定位方法提供了很好的技术支持。就磁定位方法而言，又可分为静磁场定位和交变磁场定位两种，本文论述的磁标记定位法属于交变磁场定位。此系统由两部分组成：一是磁场发射器；二是磁场接收器 （也叫磁传感器），它主要由感应线圈、磁芯、信号调理放大电路组成，其输出信号为数字信号，特性较为平坦。用于长输管道现场检测的磁定位系统工作原理如图3所示。

磁场发射器的直流电动机通过减速器带动永磁体，产生一个低频 （f<10 Hz）的交变磁场，在此交变磁场的作用下，管壁母材内部生成一个涡流，在涡流的作用下，管壁的内表面附近空间出现一个微弱的交变磁场。当管道爬行器带着磁传感器行走到附近，由于磁感应器为感应线圈式，根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，此感应电动势很小，只有毫伏级 （mV），经过后级信号处理电路在强大的背景噪音中提取有用的电信号，再经过信号放大，控制一个开关信号的输出，进入可变程序控制器PLC输入端，进而控制爬行器的各项功能。试验结果表明：磁传感器能准确测量到交变磁场信号，具有分辨率、稳定性和精度高以及测量范围宽的优点。磁传感器还适用于非导磁环境，具有通用性。

使用磁定位来控制爬行器，与放射源的定位在形式上是一致的。都需要有在管道外部引导的定位器、管道内爬行器上的信号接收单元和对接收到的信号进行处理放大和整形的单元、为爬行器提供其可以识别的精确的定位信号。定位器是一个具有稳定角频率的恒定磁场源，从管道外部可控地向管内爬行器传递恒定磁场的设备，其动能和磁场的提供来源于该设备内部的高能电池、恒速电机以及永久强磁铁。

3 应用效果

2008年10月在西气东输二线管道西段进行了长200 km、直径1 219 mm管道的无损检测作业，定位精度为±5 mm，达到了管道X射线爬行器的定位要求。2009年在国外工程中亚管道乌兹别克斯坦段A线和B线D 1 016 mm长输管道的无损检测中投入使用，设备运行情况良好。到目前为止，在D 323.7～1 219 mm的长输管道无损检测作业中拍摄了大量现场照片，质量优良，未发现因定位不准出现底片白头或底片黑度不均的情况。

4 结束语

磁定位控制技术适用于各种管径的管道爬行器改造，其成本远小于γ射线源定位控制系统，而且排除了γ射线源对人员和环境的危害及其在生产中的不安全因素，免除了γ射线源在转移和使用中烦琐的注册登记手续，因而可以预见爬行器磁定位控制系统将逐步取代γ射线源定位控制技术，磁定位系统的应用必将给各个检测单位带来更好的经济效益和社会效益。

[1]Emmanuel Wilson.Accuracy Annalysis of Electromagnetic Tracking within Medical Environments[D].Washington：Georgetown University,2006.

[2]赵凯华，陈熙谋.电磁学[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3] 陈芸.海洋电磁学[J].物理，1990，（9）：531-534.

[4]柳杨，张森，李淑霞，等.管道爬行器的技术革新[J].石油工程建设，2009，（4）：76-77.

Application of Magnetic Locating System of X-ray Crawler in Pipeline Examination

NING Xiao-wen（Xuzhou Oriental Engineering Testing Company,Xuzhou 221008,China）,ZHANG Jian,ZHANG Jin-guang,et al.

The original X-ray crawler utilizes γ-ray locating system which has harm to personnel and environment,therefore the magnetic locating system was used to replace γ-ray locating system.The X-ray crawler with improved locating system has been applied in the Second West to East Pipeline and proved that the improved equipment has good functions and its technical specifications reach the level of γ-ray locating system.

radioactive source;locating system;pipeline crawler

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.018

宁孝文 （1958-），男，四川万县人，工程师，现从事无损检测工作。

2011-04-01；

2011-11-28