基于外穿式交流电磁场检测的钻杆轴向裂纹在役检测技术研究

钻杆是钻井过程中易受破坏的关键部件,在其服役过程中进行检测,对于减少钻具失效事故具有重要意义。针对钻杆在役检测的特点,提出一种新型外穿式交流电磁场检测方法,建立针对钻杆外表面轴向裂纹的外穿式交流电磁场检测有限元仿真模型,分析钻杆表面感应电磁场分布以及裂纹引起的电磁场畸变信号与裂纹尺寸关系,在此基础上提取裂纹识别特征信号,基于仿真模型分析激励线圈提离高度影响,设计开发井口钻杆外表面轴向裂纹在役检测系统,并进行试验测试,仿真和试验结果表明:外穿式交流电磁场检测探头所提取的钻杆轴向裂纹特征信号Bx和Bz分别反映裂纹深度和长度,具有定量识别能力;激励线圈提离高度可满足在役检测需要;外穿式交流电磁场检测系统利用周向阵列检测线圈可有效检测钻杆表面轴向裂纹。     

高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷定位方法研究

管道内外壁缺陷的有效区分是对缺陷进行有效量化的前提,提出一种基于动生涡流的高速漏磁检测过程中管道内外壁缺陷的定位区分方法,利用涡流磁场与外磁场的耦合作用时内外壁磁场信号的变化差异特征区分缺陷位置。首先建立高速漏磁检测数学模型,分析了涡流分布特点以及涡流磁场与外磁场耦合作用规律,利用有限元方法计算分析不同位置时,耦合作用规律对管道内外壁磁化状态影响及内外壁缺陷漏磁场信号差异特征;设计高速漏磁检测实验平台,对不同运行速度、不同检测位置处钢管内外壁缺陷区分效果进行实验研究。结果表明,接近磁化线圈位置时,管壁内产生的涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相同、与管道内壁磁场方向相反,在离开磁化线圈位置时,涡流磁场方向与管道外壁磁场方向相反、与管道内壁磁场方向相同;不同检测位置处,管壁磁场变化规律相反,且速度越快,磁化状态影响受影响程度越大,内外壁漏磁场信号差异特征越明显,高速检测时可有效对管道内外壁缺陷进行定位区分,实验结果和理论分析具有很好的一致性。     

飞机紧固件孔周裂纹检测远场涡流传感器设计及优化

飞机多层金属紧固结构作为飞机重要承力部件在连续受地-空-地循环载荷作用,使铆钉、高锁螺栓等紧固件孔周产生应力集中从而萌生疲劳裂纹。传统无损检测方法难以在在役情况下进行检测,而远场涡流检测技术在原理上突破集肤效应限制,对深层隐藏缺陷检测具有巨大优势。设计研发了与传统平面远场涡流传感器结构不同的新型平面远场涡流传感器,采取激励线圈与检测线圈同轴放置,大幅缩小了传感器尺寸,检测线圈位于激励线圈内部,且在检测线圈与激励线圈之间设计有磁场分流结构。通过有限元仿真对激励线圈尺寸、磁场分流结构材料及其组成方式进行系统的分析,得出最优的传感器设计方案。试验结果表明,设计研发的新型远场涡流传感器可以检测埋深4 mm、尺寸为(长×宽×深) 2×0. 2×4 mm的紧固件孔周裂纹,且随着缺陷长度的增大,信号幅值也随之增大。     

面向涡流热成像的双路正交激励电源系统

针对涡流热成像中常规单路激励存在对裂纹方向依赖性强和检测灵敏度低等问题,提出一种双路正交激励电源系统,在试样表面感应出旋转涡流场以满足对任意方向裂纹的热激励。首先阐述了涡流热成像检测原理,在此基础上提出双路正交激励电源系统;然后基于旋转磁场理论引入复合式双U型激励探头结构,利用ANSYS软件对其参数进行优化;最后研制了一套以AVR和FPGA来实现数字锁相环的双路激励电源系统,对其性能进行测试并将其应用于不同走向裂纹的热激励实验中,实验结果表明:该电源系统在涡流热成像中可有效降低对裂纹方向的依赖性和提高缺陷裂纹检测灵敏度。     

实现磁悬浮球旋转的驱动装置分析

为实现磁悬浮球的旋转驱动,设计了一个轴向磁场结构的驱动装置,该驱动装置通过在驱动绕组中通入三相交变电流产生周向运动的旋转磁场,与其在磁悬浮球中感应出的涡流相互作用产生驱动力矩,能够实现对磁悬浮球的旋转运动。为便于分析装置的特性,建立了适合该驱动装置的电磁模型,采用了分析实心转子电机常用的多层行波电磁场理论方法进行磁场分布的求解。使用某公司的电磁场分析软件Maxwell12对装置的三维模型进行磁场分析,证明了所建立的电磁模型的可行性。通过实验实现了磁悬浮球的旋转运动。     

管道平衡电磁内检测技术串联谐振激励电路研究

针对平衡电磁技术对管道内表面周向、轴向裂纹缺陷检测的灵敏度问题,提出采用串联谐振激励电路增大激励电流,提升检测灵敏度的方法.利用电磁场理论分析了平衡电磁技术激励电流对检测信号的影响,以有限元仿真的方式计算了不同激励电流下检测信号的曲线与幅值,研究了串联谐振电路减小激励线圈阻抗,增加激励电流的机理,设计了基于串联谐振的激...     

小径管脉冲远场涡流检测研究

小径管如热交换器管等在工业中应用广泛,不少使用情况下需要定期检测.远场涡流技术是检测小径管缺陷的有效技术之一,在此基础上,脉冲远场涡流检测技术结合了脉冲涡流的频谱丰富性和远场涡流技术同时检测内外管壁缺陷的特点.应用脉冲远场涡流检测技术对小径管进行检测,并对该技术中差分式探头和绝对式探头的检测特点进行系统详细的研究.设计一种新型差分式探头,其接收部分由两个差分连接的检测线圈组成.差分结构中的一个检测线圈用作绝对式线圈,其检测信号采用一个信号采集通道处理,同时两个线圈的差分信号则采用另一个信号采集通道处理.通过数值仿真分析了检测原理,并对腐蚀、孔状和裂纹三种类型管道试件缺陷进行了系列检测研究.试验结果表明探头中的差分线圈对裂纹类、孔类缺陷具有很好的检测灵敏度,远优于绝对式线圈的检测能力,但对检测渐变腐蚀类缺陷不敏感;同时探头中的绝对式线圈对渐变腐蚀具有很好的检测灵敏度.绝对式线圈检测信号中存在着明显的伪峰信号,但差分式线圈则能够有效抑制伪峰信号.所设计的应用双通道处理方法的探头可同时有效检测三种类型的缺陷,并且脉冲涡流检测所具有的缺陷深度定位特征也仍然有效.     

钢板脉冲涡流检测方法

为了有效增加脉冲涡流信号的渗透深度以检测较厚钢板裂纹缺陷,提出了增大激励电流的方法.用低压大电流电源和功率MOSFET斩波的方式产生大电流脉冲;设计了由矩形激励线圈和2片霍尔传感器构成的脉冲涡流检测探头并制作放大滤波电路;采用数据采集卡采集信号,以LabVIEW为平台,采用峰值扫描方法,实现脉冲涡流信号的差分检测,达到有效识别较厚钢板亚表面裂纹缺陷.     

孔边裂纹的旋转涡流检测

将调幅旋转涡流检测技术用于叶片气膜孔边任意方向裂纹的无损检测。首先,开发了调幅旋转涡流检测信号数值模拟方法和程序,计算结果表明调幅旋转涡流方法可有效检测孔边裂纹。其次,开发了旋转涡流检测探头和检测实验系统,对含孔边裂纹的气膜孔模拟试件进行了检测实验。检测实验与理论分析的结果一致,验证了所提数值模拟方法和调幅旋转涡流检测技术对孔边裂纹检测的有效性。     

线圈弯曲角度对柔性涡流传感器缺陷检测能力的影响

采用有限元仿真和实验方法分析了圆形线圈处于不同弯曲角度时,柔性涡流传感器对模拟裂纹缺陷方向角及深度的检测能力变化规律。结果表明:圆形线圈弯曲导致各向均匀涡流场朝单向涡流场转变,无论是工作于自感还是互感检测模式下,柔性涡流传感器对不同方向裂纹缺陷的检测灵敏度均降低。对于90°裂纹,当线圈弯曲角度为30°时,自感和互感模式的检测灵敏度分别下降约7%和45%。线圈弯曲导致传感器对裂纹方向、深度的识别能力随线圈弯曲角度增大而单调下降。相比自感模式,互感模式下柔性涡流传感器对裂纹方向及深度的识别能力更佳。线圈与曲面贴合造成的弯曲对传感器性能的影响不可忽略,在设计柔性涡流传感器时应合理选择弯曲角度范围。     

利用复合激励的无盲点管道裂纹漏磁检测新方法

管道是石油和天然气工业的重要组成部分,而轴向裂纹是管道安全运营的重要隐患。传统的漏磁检测技术(MFL)对管道中轴向裂纹的检测灵敏度不高,从而形成检测盲区。本文提出了一种利用复合激励的MFL检测新方法,可实现对轴向和周向缺陷的同步检测。首先,利用U型磁轭对管壁进行交直流复合磁化;直流磁化场直接作用于周向裂纹并形成有效的MFL检测信号,而交流磁化场则在管壁内形成垂直于磁化方向的均匀涡流场;当该涡流场受到轴向裂纹干扰时,将形成二次感生磁场的扰动,因此,新方法通过对管壁表面的漏磁场及二次感生磁场检测,同时获得周向和轴向两个方向的探测能力;最后开展仿真和实验,并分析了新方法中作用于轴向和周向裂纹的磁化场、涡流场和二次感生磁场的分布。结果表明,新方法只需通过一次扫描,即可以获得缺陷的轴向和周向特征,实现了对裂纹的无盲点检测。     

车轮踏面动态感应热成像缺陷检测方法研究

涡流脉冲热成像是一种新型的无损检测技术,具有检测速度快,灵敏度高,探测范围大的特点。为适应车轮踏面缺陷的动态检测,本文提出了一种适应车轮踏面廓形的矩形磁轭电磁感应激励传感结构。通过传感器结构的磁路模型推导,从理论上证明了传感结构的可行性。通过数值模拟计算分析了踏面表面检测区域的磁场与涡流场分布,并对比了矩形磁轭与直导线的检测结果。在此基础上,本文搭建了一套车轮自动探伤检测系统,能够实现65 mm/s速度下的缺陷动态测量。结果表明,设计的矩形磁轭传感结构可优化感应加热的均匀性,对车轮踏面浅表层疲劳裂纹(轴向表面开口)具有更好的检测结果。     

三维远场涡流探头的设计与实验研究

远场涡流检测技术能检测导电管材整个管壁缺损而不受集肤效应和提离效应的影响。但是，由同轴的激励线圈和检测线圈构成的传统远场涡流探头只能检测管壁周向缺损的平均情况而不能确定其缺损的周向具体位置。本文设计了一种新型内通过式三维远场涡流探头，实验证实了其远场效应的存在并确定了甲型探头结构。以油田实际的采抽钢管为检测对象对管壁的对称缺损和不对称缺损进行了对比检测实验，证明了新型探头对缺损的三维位置的可确定性，同时也证明了局部磁场变化对管壁周向其他位置的磁场也有影响。     

一种基于远场涡流的管道大面积缺陷定位检测方法

在管道大面积缺陷的远场涡流检测中,由于远场涡流信号两次穿透管壁,远场涡流检测信号会两次出现对应于缺陷的特征响应,第1次响应为峰值信号,第2次响应为伪峰信号。峰值信号可实现管道检测处缺陷的正确定位与定量,而伪峰信号会在管道检测处造成错误的缺陷评估。并且,伪峰信号因为缺陷的形状、大小以及检测线圈尺寸而各异,对于缺陷定位、定量分析的影响亦不同。为了去除伪峰信号,首先采用同轴双接收线圈来获取具有时移关系的2个涡流检测信号,并校正2个检测信号由于检测位置以及其他因素造成的差异;然后,采用维纳去卷积滤波器滤除噪声并移除伪峰信号;最后,通过基于远场涡流的双接收线圈检测仪器,测试具有缺陷的管道。测试结果表明,该方法可行,具有很好的实用性。     

基于电磁技术的油气管道应力检测方法研究

为了实现对油气管道应力的实时监测,提出了一种基于电磁技术的管道应力检测方法.在磁机械效应的J-A模型基础上,对铁磁性材料力磁耦合关系进行数学建模,推导出应力与材料磁导率的函数关系;设计管道应力检测系统,并给出了管道表面漏磁信号与材料磁导率、激励电压和线圈匝数之间的数学关系;搭建管道打压实验平台,对管壁切向应力信号与管壁...     

长输油气管道漏磁内检测技术

长输油气管道在油气能源运输中发挥着关键作用,被称为"能源血脉"。为保证管道的安全有效运行,应定期对管道进行检测。管道漏磁内检测技术是目前国内外长输油气管道内检测领域普遍应用的检测技术,该技术以管道管体已形成的体积缺陷为检测目的,可以准确检测出缺陷面积、程度、方位等信息。对油气管道漏磁内检测技术原理和影响因素等进行归纳总结,阐述了管道漏磁内检测中轴向励磁和周向励磁等关键技术的国内外研究现状,对国内外漏磁内检测器的检测能力进行对比,介绍了漏磁信号的处理方法及管道的完整性评价技术,最后提出了管道漏磁内检测行业的未来展望。     

一种铁磁管道中远场涡流的伪峰移除方法

在铁磁性管道的远场涡流检测中,由于涡流信号会从激发线圈和接收线圈处2次穿透管壁,所以同一缺陷必然影响2次远场涡流信号的传输,其在接收信号中分别体现为主峰和伪峰。主峰包含了管道缺陷的位置等信息,然而伪峰在管道的检测和评估中表现为对缺陷定位的干扰。为了排除伪峰对管道缺陷定位的干扰,给出了一种新的远场涡流伪峰移除方法,首先利用数学形态学滤波器滤除缺陷信号的基线偏移,然后提出以径向基函数拟合主峰、伪峰的数学模型,并使用NelderMead单纯型法求解该模型的参数以得到伪峰信号。仿真实验和实际数据处理结果表明,该方法具有良好的伪峰移除效果,具有一定的适用性。     

GMR array uniform eddy current probe for defect detection in conductive specimens

The usage of eddy current probes (ECP) with a single magnetic field sensor represents a common solution for defect detection in conductive specimens but it is a time consuming procedure that requires huge amount of scanning steps when large surface specimens are to be inspected. In order to speed-up the nondestructive testing procedure, eddy current probes including a single excitation coil and an array of sensing coils present a good solution. The solution investigated in this paper replaces the sensing coils for giant magneto-resistors (GMRs), due to their high sensitivity and frequency broadband response. Thus, the ECP excitation coil can be driven at lower frequencies than the traditional ones allowing defects to be detected in thicker structures.In this work an optimized uniform eddy current probe architecture including two planar excitation coils, a rectangular magnetic field biasing coil and a GMR magnetometer sensor array is presented. An ac current is applied to the planar spiral rectangular coil of the probe, while a set of GMR magnetometer sensors detects the induced magnetic field in the specimens under test. The rectangular coil provides the DC uniform magnetic field, assuring appropriate biasing of the GMR magnetometers of the probe, setting-up the functioning point on the linear region and at the same branch of the GMR static characteristics. The differences on the images obtained for the same specimen for each GMR are reduced if all sensors are biased on the same working point. Elements of the automated measurement system used to inspect the plate under test using the proposed eddy current probe, including a validation procedure based on a 2D template matching algorithm and the corresponding experimental results are included in the paper.