井下金属磁记忆检测仪的设计和实现

金属磁记忆技术可有效判断井下套管应力集中区域.利用铁磁材料的磁记忆性,研制井下在役套管检测系统.通过采集到的由应力集中区所产生的磁记忆信号,可以快速、准确地确定套管的应力集中区.首先设计了磁记忆检测仪的软硬件结构,给出了关键电路和软件流程的实现,以适应井下高温的复杂环境;对于含有噪声的磁记忆信号很难提取梯度值用来评价设备的寿命,则在软件中采用了数字限幅平滑和能量小波去噪方法,有效提高磁记忆信号的信噪比,并准确提取了磁记忆信号中的梯度.最后,通过数据实验证实了所提方案的有效性.     

磁记忆检测套管应力集中信号和特征量研究

铁磁性工件在载荷的作用下,应力和变形集中区会产生最大的漏磁场变化,金属磁记忆技术可有效判断套管应力集中区.对漏磁场法向分量的测定可以准确地推断工件的应力集中区.井下的恶劣环境对磁记忆系统提出更高的要求.将数字平滑和小波去噪方法引入磁记忆检测系统的信号处理中,提高了信噪比,有效地提取了磁记忆信号中的梯度;同时为准确确定应力集中的位置,提出了新的特征量选取.实验结果证实了方法的有效性和可行性.     

再制造对象磁记忆信号的特征提取方法

针对在工程实践中对再制造对象进行金属磁记忆检测时容易受环境磁场干扰的情况,给出一种利用小波分析和希尔伯特变换进行磁记忆信号去噪和特征提取的方法.利用金属磁记忆检测仪采集一铁磁性试件的磁记忆信号,对其中受环境磁场干扰的信号进行小波阈值去噪处理,并对去噪后的信号采用希尔伯特变换提取信号包络,最后通过求取梯度获得信号特征.试验结果表明：利用小波阈值方法进行磁记忆信号去噪效果明显,对磁记忆信号利用希尔伯特变换可以获得信号的包络,从而有效地提取信号特征.     

门式刚架工字钢柱应力集中与磁记忆效应对应关系的试验研究

通过对Q235门式刚架进行拟静力试验,检测其中钢柱表面的法向漏磁场,得到了不同荷载作用下磁记忆信号的法向分量,研究了磁信号在不同受力阶段的变化特征,建立了磁信号及其梯度值与应力集中部位的对应关系.试验结果表明:随着荷载的增加,磁信号法向分量先增加后减小,转折处可以较好的判断构件是否进入屈服阶段;H_p(y)值出现极值和反转现象,可以较好的判断应力集中部位;用梯度值出现极值判断应力集中位置,会出现偏差很小的延后现象,可以用来辅助判断应力集中.     

基于模糊隶属度最大似然估计的焊缝隐性缺陷磁记忆信号识别

针对磁记忆信号在焊缝残余应力集中、隐性损伤识别和定位上的难题,建立了模糊隶属度最大似然估计识别模型。通过疲劳载荷作用下的Q235钢板状焊缝试件磁记忆检测试验,研究了焊缝残余应力集中、隐性损伤直至宏观断裂整个过程的磁记忆信号变化规律,提取多种磁记忆特征值:峰峰值ΔHp(y)、梯度最大值K_(max)、梯度均值K_(ave)、极限状态系数最大值mmax,引入正态分布函数计算其概率,结合半梯形模糊隶属度函数,建立了焊缝隐性损伤的模糊隶属度最大似然估计识别模型,判断疑似缺陷点进而识别隐性损伤并定位缺陷。结果表明:基于多种特征参数基础上的最大似然模糊隶属度估计结果与实际缺陷位置完全一致,验证了该模型可以有效避免误判的发生,为实际工程中应用磁记忆技术进行焊缝隐性损伤识别和定位提供了新的方法。     

钢结构对接焊缝隐性损伤的磁记忆检测试验研究

通过施加拉伸及弯曲荷载,分析了未焊透缺陷及无缺陷的对接焊缝钢构件的磁记忆信号.发现漏磁场强度与外应力存在一定的对应关系,磁场强度随拉应力的增大而增大,随压应力的增大而减小,在应力集中区磁记忆曲线出现波峰或波谷.进入塑性阶段以后磁记忆曲线产生巨大突变,磁场强度突变时刻可用于判断焊缝试件即将破坏的临界状态,梯度峰值可用于表征未焊透缺陷试件的应力集中程度.     

动态小波变换在单相重合闸故障判别中的应用研究

分析了输电线路发生单相接地故障时,永久性故障与瞬时性故障电弧燃烧的特性,提出一种基于动态小波变换的自适应单相重合闸故障类型的判别方法。小波变换能够准确地检测到电力系统故障突变信号的特征,而傅里叶变换能够较准确地反映工频信号量,将二者结合起来构成的动态小波变换,不仅可以检测到故障信号中的工频分量,还可以检测到谐波分量。动态小波变换与常规小波变换相比,检测故障突变信号的能力更强。将其用于单相重合闸故障类型的判别,可以在熄弧之前进行判断,具有快速、准确的显著特点。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于磁通门磁力计的油气管道多缺陷智能识别分类方法研究

为保障管道的正常运行并及时对管道缺陷进行防治,本文基于金属磁记忆检测技术的原理,利用磁通门磁力计采集了管道漏磁信号,计算并选取多种特征量,包括磁感应强度峰峰值、最大值、最小值、平均值、能量、面积、梯度最大值、梯度平均值、小波包能量。使用协同表示分类方法、传统支持向量机方法和改进支持向量机方法建立了多种管道缺陷分类模型,其中最优模型缺陷的识别率达到了99.513 0%,模型训练加识别时间仅3.55 s。结果表明:模型对管道腐蚀缺陷、弯管应力集中缺陷以及焊缝应力集中缺陷的识别是有效的。本研究可应用于实际油田管道分类,并为缺陷分类领域的研究提供一定的参考。     

丙烯净化器“飞温”事故后的检测与安全分析

为了判断发生“飞温”事故后的丙烯净化器能否继续安全使用,进行了系列检验,采用具有早期缺陷诊断功能的金属磁记忆技术,并应用强度理论对容器进行了安全评价:由于在役容器无法实行力学性能的直接检测,分别进行了硬度、金相、超声探伤及1．28倍的水压试验,同时进行应力测试及金属磁记忆跟踪检测发现,过烧部位晶粒变大、珠光体组织有明显聚集;硬度值比正常母材区降低近30％;磁记忆信号随工作应力增加出现异常．为监督其变化趋势,于容器运行一个月后的卸压状况下进行了第2次跟踪检测．结果表明,容器过烧后强度储备下降,在正常工作压力2．5 MPa下,Tresca应力安全系数约为1．9;过烧区存在多处应力集中,运行一个月后应力集中程度略有增加．     

石油套管缺陷漏磁检测技术的研究

针对现役石油套管漏磁检测的复杂环境和井下尺寸要求,开发了基于双MCU 控制的井下高速套管 缺陷检测数据采集与海量存储系统,同时也开发了井上位置采集系统,免去了随探头装载编码器引来结构上的复杂和可靠性不足;基于Labview 开发了套管缺陷漏磁信号软件分析系统,可实现漏磁信号的波形显示,并基于小波模极大值算法将漏磁信号数据和对应的位置信息关联起来。现场实验验证了系统能对套管缺陷进行有效的检测以及漏磁信号的显示。     

Application of empirical mode decomposition in early diagnosis of magnetic memory signal

In order to eliminate noise interference of metal magnetic memory signal in early diagnosis of stress concentration zones and metal defects, the empirical mode decomposition method combined with the magnetic field gradient characteristic was proposed. A compressive force periodically acting upon a casing pipe led to appreciable deformation, and magnetic signals were measured by a magnetic indicator TSC-1M-4. The raw magnetic memory signal was first decomposed into different intrinsic mode functions and a residue, and the magnetic field gradient distribution of the subsequent reconstructed signal was obtained. The experimental results show that the gradient around 350 mm represents the maximum value ignoring the marginal effect, and there is a good correlation between the real maximum field gradient and the stress concentration zone. The wavelet transform associated with envelop analysis also exhibits this gradient characteristic, indicating that the proposed method is effective for early identifying critical zones.     

Features of energy distribution for blast vibration signals based on wavelet packet decomposition

Blast vibration analysis constitutes the foundation for studying the control of blasting vibration damage and provides the precondition of controlling blasting vibration. Based on the characteristics of short-time nonstationary random signal, the laws of energy distribution are investigated for blasting vibration signals in different blasting conditions by means of the wavelet packet analysis technique. The characteristics of wavelet transform and wavelet packet analysis are introduced. Then, blasting vibration signals of different blasting conditions are analysed by the wavelet packet analysis technique using MATLAB; energy distribution for different frequency bands is obtained. It is concluded that the energy distribution of blasting vibration signals varies with maximum decking charge,millisecond delay time and distances between explosion and the measuring point. The results show that the wavelet packet analysis method is an effective means for studying blasting seismic effect in its entirety, especially for constituting velocity-frequency criteria.     

大口径瓦斯抽排钻孔套管稳定性分析

为了研究大口径抽排钻孔套管的稳定性,在总结套管抗挤强度计算方法的基础上,分析了地层流体压力、固管质量、表土层沉降、爆破震动及巷道开挖引起的围岩次生应力等因素对大口径瓦斯抽排钻孔套管的稳定性的影响。结果表明：表土层沉降产生的负摩阻力增加了套管轴向应力,进而减小了套管的抗挤强度;爆破震动产生的应力波的衰减特性与套管距炮心的距离有关,当套管处的径向应力峰值大于套管的动抗挤强度时,套管发生失稳;巷道开挖产生的围岩次生径向应力值一般小于原岩径向应力值,对套管稳定性的影响较小。     

输油管道泄漏检测实验研究

依据负压波法的基本理论,对现有实验环道进行改造,组建基于负压波的管道泄漏检测实验装置,该实验装置由试验环道、信号检测系统和辅助系统组成。并针对管道泄漏诱发的负压波传播到管道泄漏上下游监测点时会使该点压力信号幅值产生瞬态下降这一现象,提出对管道监测点采集的压力信号进行小波变换,并根据小波变换模极大值对应着信号突变点这一理论计算出负压波传播到管道上下游监测点的时间差。在MATLAB6.1软件环境下,以某次实验数据为例进行管道泄漏点定位研究。在计算过程中小波基函数选取为Haar小波,尺度水平为6。实验结果验证了该方法的有效性,从而为准确定位泄漏点提供了基础。     

基于EMD和小波变换的结构风振高阶参振模态识别

为了确定结构随机理论求解中的高阶参振模态数目,采用经验模式分解(EMD)与小波变换相结合的方法分析结构气弹模型自激响应数据信号的时-频-谱联合特性,从原始信号中分解出固有模态函数(IMF),再对各个IMF进行小波变换提取信号特征参数,从而识别出结构风振随机计算所需的高阶参振模态截止频率,并将识别结果与直接采用随机理论对...     

一种新的MEMS陀螺仪信号去噪方法

为提高MEMS陀螺仪输出信号的去噪效果,将稀疏分解(sparse decomposition)与提升小波变换(lifting wavelet transform)相结合,提出了一种新的信号去噪方法.首先,建立MEMS陀螺带噪信号的误差模型,并利用小波提升正变换计算带噪信号的非稀疏的小波系数;然后,利用稀疏分解理论恢复小波系数的稀疏性;最后,再通过小波提升反变换重构信号,从而达到去噪的目的.考虑到梯度投影(gradient projection)算法具有全局最优解,运算效率更高,将梯度投影思想引入恢复信号稀疏性的过程中,提出了基于梯度投影的稀疏分解算法,给出了利用梯度投影算法进行信号系数分解的具体步骤,大大简化了计算复杂度,同时提升了算法的稳定性.为验证所提方法的性能,进行了MEMS陀螺信号去噪的静态实验和跑车实验.实验结果表明,此种方法在动静态条件下都可以有效地去除MEMS陀螺仪输出信号中的噪声,尤其是在静态条件下的去噪效果要优于小波阈值滤波方法.同时采用的梯度投影算法相比于正交匹配追踪算法和基追踪算法具有更高的运算效率.     

小波变换时频敏感特性的试验研究

利用小波变换的时频敏感特性，通过试验提出了结构在自由及受迫振动过程中的健康监测及损伤检测方法.在悬臂板与弹簧组成的系统的自由及随机振动过程中，通过烧断连接弹簧与悬臂板的细绳来对系统造成破坏，其中离散小波变换用于识别结构损伤造成的信号奇异性，而连续小波变换则用于排除外界脉冲噪声的影响及确定结构刚度损失的大小.试验结果表明，该方法能有效地监测结构振动过程中的损伤，以及检测结构刚度损失的大小.在结构随机振动试验中，连续小波变换施加在由随机减量法获得的自由衰减信号上，获得了更好的检测效果.所提出的离散小波变换与连续小波变换联合使用的结构健康监测及损伤检测方法可用于结构的在线监测，且无结构建模误差的影响     

基于解析小波变换的奇异性检测和特征提取

为提高信号奇异性检测的精度和故障特征提取的有效性，利用信号和噪声的小波变换模极大值沿尺度方向的不同传播特性，提出了一种通过解析小波极大模重构进行信号奇异性检测和滤噪的方法，并将解析小波分析引入机械故障诊断中.分别采用实小波极大模和解析小波极大模分析汽车主减速器性能试验机上采集的几种故障振动信号，并进行主减速器故障诊断.试验结果表明，解析小波极大模相比实小波极大模具有更好的奇异性检测效果，能够突出故障特征，从而有效提高故障诊断的准确性.