油气长输管道管体损伤的高速涡流磁场检测

针对油气长输管道外壁缺陷影响管道安全运行的问题，提出了一种基于动生涡流磁场的无损检测方法。借助ANSYS Electronics有限元分析软件分析了管道表面缺陷参数、检测速度与动生涡流磁场之间的关系，发现在不同管道表面缺陷参数下，动生涡流磁场会根据缺陷形状、尺寸的差异反馈出不同的磁感应强度信号，缺陷尺寸越大，信号反馈越强烈；随着检测速度的提高，动生涡流的磁感应强度逐渐增大，但整体变化趋势基本一致。根据工程实际研制了基于动生涡流磁场的管道无损检测试验装置，开展了试验研究，得到了与仿真相同的规律性结果，从而验证了该技术的可行性，表明动生涡流磁场无损检测方法能够对管道缺陷进行精准定位与辨别。     

一种地面钢质管道损伤涡流磁场检测系统设计

针对解决地面钢质管道的损伤检测问题,提出一种基于涡流磁场检测原理的无损检测技术,设计了新型检测探头和矫正探头组成差分结构,对探头参数进行计算,优化探头结构,搭建实验平台,完成了一种涡流磁场管道检测系统设计。采用有限元仿真研究方法,分析了在检测探头激励磁场的作用下,管道在缺陷处的三轴磁场变化规律及电势变化情况。通过开展室内实验研究,分析了管道存在不同种类缺陷时,其缺陷处磁感应强度变化规律,应用物理方法提取出不同种类缺陷信号,使缺陷直观突显。研究结果表明:设计的一种基于涡流磁场地面钢质管道损伤检测系统可以实现对管道损伤的有效检测,且能够保证一定的提离距离。     

基于三维有限元动态模拟圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场

根据电磁场有限元分析的基础理论，对储罐底板圆柱形表面腐蚀缺陷，应用ANSYS三维有限元静态分析了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场，得到了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场的空间分布。在一定条件下，静态模拟的缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响较大，造成在永磁铁附近漏磁场分布的畸变。而动态模拟下得到的漏磁场只在缺陷附近有明显的变化，缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响很小，有利于对腐蚀缺陷的分析。     

交变磁场测量数学模型及类匀强场的建立

在介绍了交变磁场测量原理的基础上，分析并给出了交变磁场测量法的数学和理论模型，对缺陷模型进行了详尽的分析。为了实现交变磁场测量法，提出了类匀强场的概念并对其进行了论证。分析了用复合矩形激励线圈产生类匀强场的方法和理论基础。最后通过ANSYS有限元仿真技术对在该复合线圈激励下，工件表层感应电场及其相位，以及工件周围感应磁场进行了分析，验证了试验模型的正确性。     

基于径向基函数神经网络的管道缺陷漏磁场分析

管道缺陷漏磁场的量化研究一直是个难题，提出了应用径向基函数（RBF）神经网络来对漏磁场插值计算和非线性逼近的必要性，建立了适合该问题的RBF网络模型，给出了学习算法，制作了常见的人工凹坑缺陷，并对其用该方法进行插值和漏磁场曲面重构。结果表明，该模型算法收敛速度快、自适应性强、所需数据量小、计算量少、拟和曲面效果好，能很好地反映缺陷漏磁场的分布，比其它插值方法更方便、有效，为管道缺陷检测量化提供了一种可行的方法。     

基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

以压力容器等焊接设备对接焊缝为对象,提出了一种基于数值模拟的焊缝缺陷漏磁场的分析方法。通过仿真分析,对比分析了不同焊接工艺(单面焊和双面焊)无缺陷、焊道上分布矩形槽缺陷及热影响区分布矩形槽缺陷时的漏磁场特征,评述了单面焊同时分布两个矩形槽缺陷对漏磁场分布的影响规律。数值模拟结果表明:双面焊这种结构对于焊道上分布矩形槽时的漏磁场的影响更大;两个缺陷同时存在时,缺陷之间的距离是影响缺陷漏磁场分布的主要因素。     

钢管端头漏磁检测技术

在传统的钢管检测中，通过磁粉法来确定钢管端头的缺陷，费时、费力又不可靠。分析了钢管端头和端头缺陷的磁场分布，用ANSYS软件模拟分析了加入引体对端头磁场的影响，确定了附加引体的钢管端头漏磁检测方法，并通过试验验证了其可行性。     

管道漏磁内检测矩形缺陷解析方法的分析

针对现有漏磁场解析时假设磁荷均匀分布的计算结果与工程结果误差较大的问题,对管道缺陷磁化后磁荷的不均匀分布规律进行研究,得到了管道缺陷侧壁和棱线上的磁荷分布特征。基于磁偶极子理论建立了管道缺陷的三维磁偶极子解析模型,对缺陷棱线磁荷和侧壁非均匀面磁荷产生的漏磁场进行解算,并进行了试验研究。结果表明,计算结果与实际管道缺陷漏磁场的分布特征具有很好的一致性,误差小于假设磁荷均匀分布得到的漏磁场,说明所建模型可有效描述管道矩形缺陷漏磁场的分布特征。     

基于ANSYS的漏磁模拟缺陷仿真以及特征值降维可视化

利用ANSYS有限元软件模拟了3种不同缺陷形状在不同参数下对于漏磁场的影响。分析了漏磁场径向分量以及轴向分量在不同参数下的变化曲线,根据其变化趋势选取了合适的特征值,为实现智能化识别缺陷提供了基础。分别建立了矩形凹槽、平滑凹坑和穿孔3种不同缺陷的漏磁场三维ANSYS模型,分别改变其磁化装置的气隙高度、缺陷宽度和缺陷深度3种参数,得到3种不同缺陷的漏磁场轴向曲线与径向曲线,分析研究了3种参数对于漏磁场的影响,根据其变化趋势选取了4种不同的特征值,通过t-SNE算法对4种不同特征值进行降维可视化,将其从高维空间降维至二维空间,验证了所选取的4种特征值能够明显地区分不同的缺陷类型,为通过计算机实现智能化识别缺陷类型提供了基础。     

基于动生涡流效应的高速运行构件亚表面缺陷检测

基于电磁场理论和有限元分析方法,使用Maxwell软件建立含亚表面缺陷的铁磁性和非铁磁性金属构件在直流线圈磁场作用下动生涡流磁场的数值计算模型。通过仿真分别研究了亚表面缺陷深度、构件运动速度以及传感器位置对缺陷信号的影响,并进行了试验验证。     

飞机发动机叶片裂纹的交变磁场非接触原位探测

飞机发动机叶片基体出现裂纹时表面反映不明显,孔探仪检查表面裂纹实际判别的难度较大,因此用交变磁场非接触式探测法探测。介绍探伤原理、特点以及与其它无损检测方法的比较,最后给出了发动机叶片的检测实例。检测结果表明,该方法检出的大小裂纹的波形与实际裂纹相符甚好,因此较传统涡流法和孔探仪法更具优越性,具有实际应用价值。     

Structural optimization of 2-D array probe for alternating current field measurement

A double U-shaped orthogonal inducer for the alternating current field measurement (ACFM) is presented, which could extend the limitation of the direction of tested cracks and decrease the loss of magnetic flux compared to the single rectangular inducer. The structure of the testing probe was optimized to meet the expectations of the pointwise magnetic field measurement and to decrease every group of coils’ space by orthogonally winding method, and the two-dimensional (2-D) ACFM probe array was designed. The detection precision and lift-off effect of the 2-D ACFM probe array were experimentally studied. The results show that the relative error of this probe is less than 10%, and it could suppress the lift-off disturbance effectively, which makes this 2-D ACFM probe array to be insensitive to lift-off and unable to meet the engineering expectations.     

近海水下结构无损检测新技术

结合海洋平台安全检测的实际需要，简要介绍国内外水下无损检测技术的研发现状，重点是近几年发展起来的水下无损检测新技术，主要包括交流电场测量法(ACFM)、电场特征检测法(FSM)、进水构件测试法(FMD)以及水下成像技术等，对其在我国的应用前景进行了评估。最后，针对目前我国水下无损检测存在的一些问题，对其未来的发展进行了展望。     

小波神经网络在缺陷数据压缩和信号重构中的应用

首先介绍了小波神经网络理论,并在BP(反向传播)算法的神经网络学习方法的基础上,将小波神经网络应用到基于频率扫描技术的交变磁场无损检测系统中,通过神经网络提取相应的权重因子以及构成小波基的尺度参数和与之对应的平移参数实现缺陷有用数据的压缩;在缺陷数据重构中,利用上述特性参数并结合信号的特征值,对信号进行拟合,解决了缺陷场大量数据的保存问题以及缺陷识别模型神经网络学习样本资源不足的问题。     

扰动磁场检测技术中裂纹磁场信号的反演

依据试验数据和有限元仿真结果,分析了裂纹缺陷特征与扰动磁场分布的关系,总结出交流场检测技术中磁信号裂纹尺寸反演的基本规律。借助于B_x扰动磁场信号形状与裂纹缺陷特征之间的相似性,建立了二维表面缺陷形状的反演算法。     

High sensitivity rotating alternating current field measurement for arbitrary-angle underwater cracks

Alternating current field measurement (ACFM) technology has been used for sizing underwater structure cracks. However, conventional ACFM is more sensitive to cracks perpendicular to the induced current than cracks with other angles. In this paper, a rotating alternating current field measurement (RACFM) method and underwater test system are present for the detection of arbitrary-angle cracks with high sensitivity. The RACFM is proved by simulations and experiments. Arbitrary-angle cracks detection results obtained from ACFM and RACFM have shown that the RACFM method overcomes the limitation of directional detection of ACFM and effectively achieves high detection sensitivity for arbitrary-angle cracks on underwater structures.     

Analysis of the inducing frequency of a U-shaped ACFM system

According to the principle of the alternating current field measurement (ACFM), the inducing frequency has a significant influence on the signal acquisition and the measurement accuracy of an ACFM system. To design an ACFM prototype system with a U-shaped probe, the inducing frequency of the ACFM system is determined through simulation analysis and an experimental study in this paper. A large number of simulations are designed and run to analyze the influences of the inducing frequency on characteristic vectors of the induction electromagnetic field. By analyzing the simulation results, 6 kHz is selected to be the optimal inducing frequency for the U-shaped probe of an ACFM prototype. This frequency is tested by real crack inspection experiments using the U-shaped probe of the ACFM prototype in laboratory. The results show that 6 kHz is appropriate to realize the crack inspection and sizing with reasonable accuracy. The result in this paper will benefit the design and manufacturing of the prototype for the U-shaped probe ACFM system.     

基于ACFM技术的焊缝跟踪传感器设计与实现

根据交变磁场测量法（ACFM）的基本原理，设计了一种由激励线圈和感应线圈组成的交变磁场传感器，可对空间“点”磁场进行测量。通过大量实验，研究了传感器位置和不同焊缝宽度对传感信号的影响规律。根据传感信号的变化规律，提出了相应的信号处理的方法，为ACFM方法用于焊缝跟踪奠定了良好的基础。     

Using AC field measurement data at an arbitrary liftoff distance to size long surface-breaking cracks in ferrous metals

We propose a model-based inversion method to size long surface-breaking cracks in ferrous metals using alternative current field measurement (ACFM) data at an arbitrary liftoff distance. This method employs conjugate gradients optimization to invert measured surface ACFM signal to crack depth. To alleviate the adverse effect of sensor liftoff uncertainty on crack sizing, we propose a blind de-convolution algorithm for reconstructing respective surface ACFM crack signal. In this algorithm, the partially known filter function associated with the sensor liftoff is estimated from which the surface crack signal can be restored. The validity of the proposed inversion method is demonstrated by comparing the actual and predicted depths of several simulated and machine-made long cracks in mild steel test blocks.