工业内窥镜管道涂层厚度检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及涂层厚度检测技术领域，具体的，涉及工业内窥镜管道涂层厚度检测系统。


背景技术：

2.随着科学技术的快速发展，涂层在长输管道的防腐过程中起着至关重要的作用，管道涂层技术已经广泛应用在石油化工、医疗器械、船舶制造、核电站、航空航天、冶金机械等领域，涂层合理的使用可以改善管道的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性等，提高管道在高温、高压、高应力的恶劣环境中的使用寿命，如果涂层厚度过厚，不仅导致材料的浪费，还会导致材料之间应力集中，涂层与基体材料之间的结合强度降低，从而导致涂层脱落；如果涂层厚度过薄，则不能对基体材料有效地保护；因此对管道涂层厚度尤为重要。
3.目前，常用的是借助工业内窥镜检测管道涂层厚度，工业内窥镜通过电涡流探头，可在不破坏管道的情况下实现管道涂层厚度的无损检测，电涡流探头在检测的过程中，电涡流探头的激励线圈会通有周期性激励信号，激励线圈周围会产生变化的激励磁场，该变化的激励磁场会在底部的被测导体中产生变化的电涡流。根据楞次定律，变化的电涡流产生的感应磁场会削弱激励磁场，激励磁场和感应磁场相互作用最终合成新的磁场，最终输出相应的检测信号。因此，激励信号的稳定性非常重要，由于现有的工业内窥镜管道涂层厚度检测系统中激励信号会随着环境的变化而变化，从而导致管道涂层厚度的检测精度差。


技术实现要素：

4.本实用新型提出工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，解决了现有技术中管道涂层厚度检测精度差的问题。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，包括主控单元、通信单元和管道涂层厚度检测电路，所述管道涂层厚度检测电路连接所述主控单元，所述主控单元借助所述通信单元与上位机通讯连接，所述管道涂层厚度检测电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、运放u1、电阻r4、电容c1、电容c2、电阻r5、电容c3、运放u2、电容c4、电涡流线圈l、变阻器rp1、电阻r6、电阻r7、运放u3、电阻r8、电阻r22和三极管q1，
7.电阻r1的第一端连接+5v电源，所述电阻r1的第二端通过所述电阻r2连接-5v电源，所述电阻r1的第二端连接所述运放u1的同相输入端，所述运放u1的反相输入端通过所述电容c1连接所述三极管q1的集电极，所述运放u1的输出端通过所述电阻r3连接所述运放u1的同相输入端，所述运放u1的输出端通过所述电阻r4连接所述运放u1的反相输入端，所述运放u1的输出端通过所述电容c2接地，所述运放u1的输出端连接所述电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端通过所述电容c3接地，所述电阻r5的第二端连接所述电容c4的第一端，所述电容c4的第二端连接所述主控单元，
8.所述电容c4的第二端连接所述电涡流线圈l的第一端，所述电涡流线圈的第二端
连接所述变阻器rp1的第一端，所述变阻器rp1的第二端接地，所述变阻器rp1的滑动端通过所述电阻r6连接所述运放u3的同相输入端，所述运放u3的反相输入端通过所述电阻r7接地，所述运放u3的输出端通过所述电阻r22连接所述运放u3的反相输入端，所述运放u3的输出端通过所述电阻r8连接所述三极管q1的基极，所述三极管q1的发射极连接-5v电源。
9.进一步，本实用新型中所述管道涂层厚度检测电路还包括运放u2，所述运放u2的同相输入端连接所述电阻r5的第二端，所述运放u2的输出端连接所述运放u2的反相输入端，所述运放u2的输出端连接所述电容c4的第一端。
10.进一步，本实用新型中还包括整形电路，所述整形电路包括电阻r13、电阻r14、运放u5、电阻r16、电阻r15、运放u6和电阻r17，所述电阻r13的第一端连接所述电容c4的第二端，所述电阻r13的第二端通过所述电阻r14接地，所述电阻r13的第二端连接所述运放u5的同相输入端，所述运放u5的输出端连接所述运放u5的反相输入端，所述运放u5的输出端连接所述运放u6的同相输入端，所述运放u6的反相输入端通过所述电阻r15连接所述电阻r13的第一端，所述运放u6的反相输入端通过所述电阻r16接地，所述运放u6的输出端通过所述电阻r17连接所述运放u6的反相输入端，所述运放u6的输出端连接所述主控单元。
11.进一步，本实用新型中还包括放大电路，所述放大电路包括电阻r9、电阻r18、运放u4和电阻r19，所述电阻r9的第一端连接所述运放u6的输出端，所述电阻r9的第二端连接所述运放u4的同相输入端，所述运放u4的反相输入端通过所述电阻r18接地，所述运放u4的输出端通过所述电阻r19连接所述运放u4的反相输入端，所述运放u4的输出端连接所述主控单元。
12.进一步，本实用新型中还包括滤波电路，所述滤波电路包括电阻r10、电容c8、电容c9、电阻r11、运放u7、电阻r12、电阻r20和电阻r21，所述电阻r10的第一端连接所述运放u4的输出端，所述电阻r10的第二端通过所述电容c8接地，所述电阻r10的第二端通过所述电容c9连接所述运放u7的同相输入端，所述运放u7的同相输入端通过所述电阻r11接地，所述运放u7的反相输入端通过所述电阻r20接地，所述运放u7的输出端通过所述电阻r12连接所述电阻r10的第二端，所述运放u7的输出端通过所述电阻r21连接所述运放u7的反相输入端。
13.本实用新型的工作原理及有益效果为：
14.本实用新型中，管道涂层厚度检测电路为电涡流线圈l提供一个振幅以及频率稳定的激励信号，电涡流线圈l产生激励磁场，当被测管道的内壁上没有涂层时，电涡流线圈l和具有铁磁性的管道直接接触，磁路中的磁阻最小，线圈中的电感量最大，因此输出的电信号最大；当被测管道的内壁上有涂层时，电涡流线圈l远离具有铁磁性的管道，磁路中的磁阻变大，线圈中的电感量减小，因此输出的电信号也随之减小。该电信号送至主控单元，管道内壁的涂层越厚，主控单元接收到的电信号就越小，主控单元可以通过接收到信号的大小来判断管道内壁涂层的厚度，主控单元通过通信单元将该厚度信号送至上位机，以便观察。
15.具体的，管道涂层厚度检测电路的工作原理为：运放u1、电阻r3、电阻r4和电容c1构成了振荡器，输出频率为50hz的方波信号，电容c2、电阻r5和电容c3构成了π型滤波器，用于将运放u1输出端的方波信号变为正弦波信号，该正弦波信号通过电容c4加至电涡流线圈l，电涡流线圈l产生激励磁场，电涡流线圈l靠近被测管道时，根据管道涂层厚度的不同输
出不同电信号至主控单元。变阻器rp1为采样电阻，通过采集变阻器rp1滑动端的电压来判断激励信号是否稳定，采集信号经电阻r6加至运放u3的同相输入端，运放u3构成放大电路，当激励信号的幅值变大时，运放u3输出的电压变大，三极管q1的基极电流变大，导致运放u1反相输入端电压升高，因此运放u1输出方波信号的幅值减小，从而使加在电涡流线圈l上的激励信号的幅值减小；同理，当激励信号的幅值变小时，运放u3同相输入端的电压减小，三极管q1的基极电流减小，运放u1反相输入端电压降低，运放u1输出方波信号的幅值升高，使加在电涡流线圈l上的激励信号的幅值升高。
16.因此，本实用新型中，能够保证加在电涡流线圈l上的激励信号的幅值保持稳定不变，激励信号不会随着环境的变化而变化，从而提高了管道涂层厚度检测的精度。
17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
18.图1为本实用新型中管道涂层厚度检测电路的电路图；
19.图2为本实用新型中整形电路的电路图；
20.图3为本实用新型中放大电路的电路图；
21.图4为本实用新型中滤波电路的电路图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
23.实施例1
24.如图1所示，本实施例提出了工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，包括主控单元、通信单元和管道涂层厚度检测电路，管道涂层厚度检测电路连接主控单元，主控单元借助通信单元与上位机通讯连接，管道涂层厚度检测电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、运放u1、电阻r4、电容c1、电容c2、电阻r5、电容c3、运放u2、电容c4、电涡流线圈l、变阻器rp1、电阻r6、电阻r7、运放u3、电阻r8、电阻r22和三极管q1，电阻r1的第一端连接+5v电源，电阻r1的第二端通过电阻r2连接-5v电源，电阻r1的第二端连接运放u1的同相输入端，运放u1的反相输入端通过电容c1连接三极管q1的集电极，运放u1的输出端通过电阻r3连接运放u1的同相输入端，运放u1的输出端通过电阻r4连接运放u1的反相输入端，运放u1的输出端通过电容c2接地，运放u1的输出端连接电阻r5的第一端，电阻r5的第二端通过电容c3接地，电阻r5的第二端连接电容c4的第一端，电容c4的第二端连接主控单元，电容c4的第二端连接电涡流线圈l的第一端，电涡流线圈的第二端连接变阻器rp1的第一端，变阻器rp1的第二端接地，变阻器rp1的滑动端通过电阻r6连接运放u3的同相输入端，运放u3的反相输入端通过电阻r7接地，运放u3的输出端通过电阻r22连接运放u3的反相输入端，运放u3的输出端通过电阻r8连接三极管q1的基极，三极管q1的发射极连接-5v电源。
25.本实施例中，电涡流线圈l为电涡流传感器的激励线圈，工作过程中，为在电涡流线圈l提供一个振幅以及频率稳定的激励信号，电涡流线圈l产生激励磁场，当被测管道的
内壁上没有涂层时，电涡流线圈l和具有铁磁性的管道直接接触，磁路中的磁阻最小，线圈中的电感量最大，因此输出的电信号最大；当被测管道的内壁上有涂层时，电涡流线圈l远离具有铁磁性的管道，磁路中的磁阻变大，线圈中的电感量减小，因此输出的电信号也随之减小。
26.该电信号送至主控单元，管道内壁的涂层越厚，主控单元接收到的电信号就越小，因此，主控单元可以通过接收到信号的大小来判断管道内壁涂层的厚度，主控单元通过通信单元将该厚度信号送至上位机，以便观察。
27.具体的，管道涂层厚度检测电路的工作原理为：运放u1、电阻r3、电阻r4和电容c1构成了振荡器，输出频率为50hz的方波信号，电容c2、电阻r5和电容c3构成了π型滤波器，用于将运放u1输出端的方波信号变为正弦波信号，该正弦波信号通过电容c4加至电涡流线圈l，电涡流线圈l产生激励磁场，这时，电涡流线圈l靠近被测管道时，根据管道涂层厚度的不同输出不同电信号至主控单元。其中，调节电阻r3、电阻r4和电容c1的参数即可改变振荡器输出方波信号的频率，从而改变正弦波信号的频率。管道涂层厚度检测电路在工作的过程中，正弦波信号的幅度可能会随着环境的变化而变化，从而影响管道涂层厚度检测的精度，为此，本实施例中加入反馈补偿电路，反馈补偿电路主要由运放u3和三极管q1构成，变阻器rp1为采样电阻，通过采集变阻器rp1滑动端的电压来判断激励信号是否稳定，采集信号经电阻r6加至运放u3的同相输入端，运放u3构成放大电路，当激励信号的幅值变大时，运放u3输出的电压变大，三极管q1的基极电流变大，导致运放u1反相输入端电压升高，因此运放u1输出方波信号的幅值减小，从而使加在电涡流线圈l上的激励信号的幅值减小；同理，当激励信号的幅值变小时，运放u3同相输入端的电压减小，三极管q1的基极电流减小，运放u1反相输入端电压降低，运放u1输出方波信号的幅值升高，从而使加在电涡流线圈l上的激励信号的幅值升高。
28.因此，本实施例中，能够保证加在电涡流线圈l上的激励信号的幅值保持稳定不变，激励信号不会随着环境的变化而变化，从而提高了管道涂层厚度检测的精度。
29.如图1所示，本实施例中管道涂层厚度检测电路还包括运放u2，运放u2的同相输入端连接电阻r5的第二端，运放u2的输出端连接运放u2的反相输入端，运放u2的输出端连接电容c4的第一端。
30.本实施例中，在电阻r5的第二端和电容c4的第一端之间加入了运放u2，运放u2构成了电压跟随器，电压跟随器能够降低电路的输出阻抗，提高带负载的能力，以便使正弦信号有足够的驱动能力驱动电涡流线圈l。同时电压跟随器还能起到信号隔离的作用，防止信号相互干扰，提高了管道涂层厚度检测的稳定性。
31.如图2所示，本实施例中还包括整形电路，整形电路包括电阻r13、电阻r14、运放u5、电阻r16、电阻r15、运放u6和电阻r17，电阻r13的第一端连接电容c4的第二端，电阻r13的第二端通过电阻r14接地，电阻r13的第二端连接运放u5的同相输入端，运放u5的输出端连接运放u5的反相输入端，运放u5的输出端连接运放u6的同相输入端，运放u6的反相输入端通过电阻r15连接电阻r13的第一端，运放u6的反相输入端通过电阻r16接地，运放u6的输出端通过电阻r17连接运放u6的反相输入端，运放u6的输出端连接主控单元。
32.管道涂层厚度检测电路输出的电信号为交变的信号，主控单元无法直接有效识别，需要将电容c4的第二端输出的交变信号变为直流信号。因此，在电容c4的第二端和主控
单元之间加入整形电路。
33.具体的，整形电路的工作原理为：电阻r13和电阻r14的阻值相同，当电容c4第二端的信号大于0时，运放u5输出电压为运放u5同相输入端电压的一半，运放u6构成减法电路，最终使运放u6输出电压幅值与电容c4第二端的电压幅值相同，方向相同；当电容c4第二端的信号小于0时，运放u5输出电压为0，这时，运放u6构成反相器，运放u6输出电压与电容c4第二端的电压幅值相同，方向相反，从而实现将交流信号变为直流信号。
34.如图3所示，本实施例中还包括放大电路，放大电路包括电阻r9、电阻r18、运放u4和电阻r19，电阻r9的第一端连接运放u6的输出端，电阻r9的第二端连接运放u4的同相输入端，运放u4的反相输入端通过电阻r18接地，运放u4的输出端通过电阻r19连接运放u4的反相输入端，运放u4的输出端连接主控单元。
35.由于电涡流传感器输出的电信号比较微弱，为了提高管道涂层厚度检测的可靠性，在运放u6和主控单元之间加入放大电路，放大电路由运放u4构成，最后将放大后的电信号送至主控单元，其中，二极管d1和二极管d2构成限幅电路，防止进入主控单元的电压过高。
36.如图4所示，本实施例中还包括滤波电路，滤波电路包括电阻r10、电容c8、电容c9、电阻r11、运放u7、电阻r12、电阻r20和电阻r21，电阻r10的第一端连接运放u4的输出端，电阻r10的第二端通过电容c8接地，电阻r10的第二端通过电容c9连接运放u7的同相输入端，运放u7的同相输入端通过电阻r11接地，运放u7的反相输入端通过电阻r20接地，运放u7的输出端通过电阻r12连接电阻r10的第二端，运放u7的输出端通过电阻r21连接运放u7的反相输入端。
37.管道涂层厚度检测的过程中，难免会有其它带磁性的物质干扰管道涂层厚度检测，如果不对这些干扰信号滤除，将会影响管道涂层厚度检测的精度，为此，在运放u4和主控单元之间加入滤波电路，滤波电路由电阻r10、电容c8、电容c9、电阻r11、运放u7、电阻r12、电阻r20和电阻r21构成，其中电阻r10和电容c8构成低通滤波电路，用于滤除信号中的高频杂波，电容c9和电阻r11构成高通滤波电路，用于滤除信号中的噪声信号，低通滤波电路和高通滤波电路组合构成了带通滤波器，最后将滤波后的电信号送至主控单元。
38.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，其特征在于，包括主控单元、通信单元和管道涂层厚度检测电路，所述管道涂层厚度检测电路连接所述主控单元，所述主控单元借助所述通信单元与上位机通讯连接，所述管道涂层厚度检测电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、运放u1、电阻r4、电容c1、电容c2、电阻r5、电容c3、运放u2、电容c4、电涡流线圈l、变阻器rp1、电阻r6、电阻r7、运放u3、电阻r8、电阻r22和三极管q1，电阻r1的第一端连接+5v电源，所述电阻r1的第二端通过所述电阻r2连接-5v电源，所述电阻r1的第二端连接所述运放u1的同相输入端，所述运放u1的反相输入端通过所述电容c1连接所述三极管q1的集电极，所述运放u1的输出端通过所述电阻r3连接所述运放u1的同相输入端，所述运放u1的输出端通过所述电阻r4连接所述运放u1的反相输入端，所述运放u1的输出端通过所述电容c2接地，所述运放u1的输出端连接所述电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端通过所述电容c3接地，所述电阻r5的第二端连接所述电容c4的第一端，所述电容c4的第二端连接所述主控单元，所述电容c4的第二端连接所述电涡流线圈l的第一端，所述电涡流线圈的第二端连接所述变阻器rp1的第一端，所述变阻器rp1的第二端接地，所述变阻器rp1的滑动端通过所述电阻r6连接所述运放u3的同相输入端，所述运放u3的反相输入端通过所述电阻r7接地，所述运放u3的输出端通过所述电阻r22连接所述运放u3的反相输入端，所述运放u3的输出端通过所述电阻r8连接所述三极管q1的基极，所述三极管q1的发射极连接-5v电源。2.根据权利要求1所述的工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，其特征在于，所述管道涂层厚度检测电路还包括运放u2，所述运放u2的同相输入端连接所述电阻r5的第二端，所述运放u2的输出端连接所述运放u2的反相输入端，所述运放u2的输出端连接所述电容c4的第一端。3.根据权利要求1所述的工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，其特征在于，还包括整形电路，所述整形电路包括电阻r13、电阻r14、运放u5、电阻r16、电阻r15、运放u6和电阻r17，所述电阻r13的第一端连接所述电容c4的第二端，所述电阻r13的第二端通过所述电阻r14接地，所述电阻r13的第二端连接所述运放u5的同相输入端，所述运放u5的输出端连接所述运放u5的反相输入端，所述运放u5的输出端连接所述运放u6的同相输入端，所述运放u6的反相输入端通过所述电阻r15连接所述电阻r13的第一端，所述运放u6的反相输入端通过所述电阻r16接地，所述运放u6的输出端通过所述电阻r17连接所述运放u6的反相输入端，所述运放u6的输出端连接所述主控单元。4.根据权利要求3所述的工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，其特征在于，还包括放大电路，所述放大电路包括电阻r9、电阻r18、运放u4和电阻r19，所述电阻r9的第一端连接所述运放u6的输出端，所述电阻r9的第二端连接所述运放u4的同相输入端，所述运放u4的反相输入端通过所述电阻r18接地，所述运放u4的输出端通过所述电阻r19连接所述运放u4的反相输入端，所述运放u4的输出端连接所述主控单元。5.根据权利要求4所述的工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路包括电阻r10、电容c8、电容c9、电阻r11、运放u7、电阻r12、电阻r20和电阻r21，所述电阻r10的第一端连接所述运放u4的输出端，所述电阻r10的第二端通过所述电容c8接地，所述电阻r10的第二端通过所述电容c9连接所述运放u7的同相输入端，所述运放u7的同相输入端通过所述电阻r11接地，所述运放u7的反相输入端通过所述电阻r20接地，
所述运放u7的输出端通过所述电阻r12连接所述电阻r10的第二端，所述运放u7的输出端通过所述电阻r21连接所述运放u7的反相输入端。

技术总结
本实用新型涉及涂层厚度检测技术领域，提出了工业内窥镜管道涂层厚度检测系统，包括管道涂层厚度检测电路，管道涂层厚度检测电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、运放U1、电阻R4、电容C1、电涡流线圈L和三极管Q1，电阻R1的第一端连接+5V电源，R1的第二端通过R2连接-5V电源，电阻R1的第二端连接运放U1的同相输入端，运放U1的反相输入端通过电容C1连接三极管Q1的集电极，运放U1的输出端通过电阻R4连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端连接电涡流线圈L的第一端，电涡流线圈的第二端通过变阻器RP1接地。解决了现有技术中管道涂层厚度检测精度差的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：杨增产
受保护的技术使用者：西安绿港科技发展有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/9/3