磁光成像漏磁特征在焊接缺陷轮廓重构中的应用

为了实现焊接缺陷的检测与评估,提出将交变磁场激励下磁光成像的漏磁特征应用于焊接缺陷的轮廓重构当中,建立漏磁重构模型,研究焊接缺陷的二维轮廓特征。首先根据交变磁场下的漏磁场的形成机理,讨论漏磁场分量By,Bz两种漏磁信号与缺陷轮廓存在的关系。再利用数值模拟方法获取数据,训练其广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network,GRNN)来确定该模型并说明漏磁场信号可以实现缺陷轮廓重构。最后,将磁光成像漏磁特征的数据应用于模型训练,确定重构的可行性。试验结果表明,应用磁光成像漏磁特征的图像数据与仿真获得的轮廓重构规律一致,能够实现焊接缺陷二维轮廓重构。在一定范围内,缺陷深度越大(不小于0.45mm),重构效果越好。     

管道三维漏磁检测的有限元仿真应用

介绍了漏磁检测技术的原理;设计了前端三维数据采集系统,实现了对漏磁缺陷信号的获取,并对信号特征进行分析与识别;采用有限元分析法对管道漏磁场理论进行了研究,建立三维漏磁检测模型,得到与实际获得的漏磁缺陷信号基本一致的仿真信号;通过有限元分析研究了提离值对荻取漏磁缺陷信号的影响.通过验证表明有限元分析法仿真漏磁缺陷信号的可靠性.     

基于漏磁检测数据的缺陷三维重构技术

针对漏磁检测数据可视化研究中存在的技术难点,提出了一套有效的缺陷三维重构方法。首先基于三维有限元神经网络建立漏磁迭代反演模型,构建出与传感器多通道检测数据相对应的缺陷二维断层轮廓序列;然后根据铁磁构件表面腐蚀缺陷断层轮廓的形状特征建立匹配点对,采用线性插值方法实现缺陷相邻断层轮廓间的插值,以克服因传感器数量少对缺陷外形重构精度的影响;最后运用三角形面片将相邻的轮廓线两两连接起来,重构出断层轮廓序列所代表的缺陷三维表面模型。     

焊接缺陷磁光成像三维轮廓重构识别

对焊件表面及亚表面缺陷进行无损检测是保证焊接产品质量的关键。提出了一种基于法拉第磁致旋光效应的磁光成像焊接缺陷三维重构方法,实现焊接缺陷形状和大小的识别。基于磁光成像原理分析漏磁场磁感应强度与磁光成像的对应关系,以脉冲激光焊接凹坑(3 mm×0.3 mm×0.25 mm)为研究对象,建立焊接凹坑缺陷三维有限元磁场仿真模型,探索漏磁场磁感应强度分布规律。通过图像数字化技术及磁光成像像素值的分布规律,提取缺陷的二维轮廓信息,并设计梯度-偏差算法构建深度信息,最终获得焊接缺陷的三维轮廓。实验结果表明:缺陷处距离中心点越远磁场应强度越大,场强变化梯度越大处越接近Y轴方向中心点。与共聚焦显微镜获取的缺陷轮廓信息对比,凹坑最大深度均在150~200μm之间,平均深度及深度中位数相差较小,分别为0.1,2μm。磁光成像检测技术具有较高的识别精度,可实现对焊接缺陷的三维轮廓重构。     

一种快速计算二维缺陷漏磁场的有限元建模和求解方法

漏磁检测的速度快,灵敏度高,检测过程操作简单,是一种常用的铁磁材料无损检测方法,其中有限元模型被广泛用于漏磁检测中。有限元模型的求解精度高但是计算时间较长,因此,本文提出了一种快速计算二维缺陷漏磁场的有限元建模和求解方法,在保证精度的同时缩短计算时间。通过对有限元数值计算的理论推导,建立了漏磁场的有限元模型,首先采用六节点三角形单元划分网格,其次使用稀疏矩阵的形式求解方程组,再利用边界条件矩阵零空间的正交基求解出磁势。与COMSOL仿真软件的计算结果进行比较,表明本文所建模型是正确可行的。经过实测数据验证,该模型相比于传统有限元模型有明显的性能提升,精度上最大提高83.49%,计算时间能减少95.43%,为研究不规则缺陷的漏磁重构提供了快速有效的正演模型。     

基于漏磁内检测的缺陷识别方法

基于漏磁原理的管道内检测信号和管壁缺陷之间存在强非线性关系,导致缺陷(特别是小缺陷)识别和分析困难。针对内检测器漏磁信号中的缺陷识别问题,设计一种新的缺陷识别方法,可以在漏磁内检测数据中精确识别缺陷。该方法包括3个部分:针对普通基值校准算法在多通道数据对齐中精度低的问题,提出一种基值二次校准算法,为后续数据分析提供精确数据源;区别于常规方法中用到的峰谷值等显性特征,提出6种更能反映缺陷信号的本质特征,并设计了相应的特征提取方法,为缺陷识别提供精确的分类依据;设计了基于随机森林的缺陷识别算法,可以在漏磁内检测数据中精确识别各种缺陷。最后,对所提出的方法进行了性能对比分析和试验验证。结果表明:所设计的缺陷识别方法准确率为99.59%,其中对小缺陷的识别灵敏度为98.66%,证明所提出的缺陷识别方法可有效地完成目标缺陷的识别。     

基于漏磁成像的焊缝缺陷检测可视化方法研究

针对传统的基于漏磁信号识别方法的局限性,以焊缝缺陷的漏磁图像为研究对象,提出了一种新的基于数学形态学的焊缝缺陷的边缘提取方法,对焊缝与缺陷的识别、缺陷定位等方面进行了深入研究,实现了对焊缝缺陷的可视化图像显示。首先利用所设计的新型磁化系统,对实验板上焊缝不同区域分布的矩形槽缺陷进行了连续非接触漏磁扫描,获取了其三维漏磁信号分布图。然后将其转化为二维灰度图形,利用构造的一种数学形态学优化边缘提取算法对灰度图形进行边缘检测。结果表明,根据边缘检测结果的轮廓图,可直观化缺陷形态、位置等信息,定位精度达到96.67%。该方法能较准确地提取漏磁信号图像的焊缝和缺陷边界,实现二者的有效分离,具有良好的适应性和实用性。     

基于三维漏磁测量的腐蚀检测探头设计

在传统一维漏磁检测的基础上,为了获取更多特征信息以提高漏磁检测对缺陷的识别能力,提出了三维漏磁检测新方法.较传统一维检测,三维漏磁检测对信号采集系统有着更高的要求,本文适时提出了一种适应三维漏磁检测的磁场测量探头的设计方案,并已经在实验现场得到应用.     

管道缺陷漏磁检测智能识别技术

针对当前油气管道检测的现状,本文构建了管道漏磁检测系统、设计工程数据库,方便漏磁检测数据的管理和管道缺陷的检测和定位,分析了管道缺陷智能识别的整个过程,借助缺陷漏磁场图像有效地提取缺陷漏磁场特征和评价缺陷外形尺寸,利用插值函数重构缺陷的外形轮廓.     

载荷作用下管道漏磁内检测信号定量化研究

管道漏磁内检测技术是国际公认的长输油气管道安全维护的最有效方法。为解决载荷作用下长输油气管道漏磁内检测信号定量化问题,本文基于J-A理论建立了改进的三维磁荷数学模型,分析了管道缺陷在内压作用下的磁力学效应对漏磁信号的影响规律,研究了外部载荷作用下缺陷尺寸对漏磁信号影响规律,并通过系统的实验验证了理论模型的正确性。研究结果表明：管道内压增加,材料磁化强度减小,漏磁信号径向分量和轴向分量呈指数函数下降规律;漏磁信号径向分量峰值和轴向分量极大值随着缺陷深度增加而增加,增长率逐渐降低,特征值分别变化6.5%和14.7%;径向分量峰值增长率随长度增加而逐渐降低,轴向极大值线性减小,特征值分别变化21.0%和36.8%,轴向分量对缺陷深度和长度变化更敏感。     

钢轨漏磁检测仿真分析及试验研究

为保障高速铁路的行车安全，针对现有高速铁路钢轨轨面伤损检测的需求，设计了一种携带有漏磁检测装置的钢轨探伤小车，并分析了钢轨探伤小车的结构组成和漏磁检测装置的检测原理。同时，在有限元分析软件 ＡＮＳＹＳ中建立了钢轨轨面漏磁检测的三维有限元模型，针对钢轨轨面主要的裂纹类和圆柱形缺陷，在软件中进行了钢轨缺陷的漏磁场特征仿真分析。通过计算分析，得出钢轨缺陷漏磁检测信号与传感器提离值、裂纹类缺陷长度、裂纹类缺陷深度、圆柱形缺陷直径、圆柱形缺陷深度的对应变化关系。最后，通过制备人工裂纹类和圆柱形钢轨缺陷，搭建起钢轨漏磁检测的试验平台，通过漏磁检测试验，验证了软件仿真结果的正确性。     

Magnetic Flux Leakage Signal Inversion Based on Improved Efficient Population Utilization Strategy for Particle Swarm Optimization

In this paper, an improved efficient population utilization strategy for particle swarm optimization (IEPUS-PSO) for high dimension problem is proposed to estimate defect profile from magnetic flux leakage (MFL) signals. In the IEPUS-PSO, a mutation probability is proposed to distinguish local version and global version in particle change model and a self-adapted mutation operator, which is used to update the particles’ positions randomly, is introduced into EPUS-PSO. The IEPUS-PSO- based inversing technique is used to estimate the defect profiles. The estimated defect profiles of simulation signals demonstrate that the inversing technique based on the IEPUS-PSO outperforms the one based on EPUS-PSO. The results estimated from real MFL signals by the IEPUS-PSO-based inversing technique indicate that the algorithm is capable of decreasing the computation time. The results show that the IEPUS-PSO-based inversing technique could improve the reconstruction precision by two orders of magnitude for the MFL simulation signals, and for the real MFL signals, the computation time is reduced by about 30% nearly under the same reconstruction precision.     

钻杆缺陷漏磁检测有限元仿真分析

鉴于油田生产所用钻杆杆体检测较为困难,把漏磁检测的方法应用于钻杆的缺陷检测。选取Φ73mm钻杆为研究对象,基于漏磁检测原理应用,利用ANSYS有限元仿真软件进行了三维漏磁场有限元分析。通过对分析结果的参量研究,得到了关于缺陷尺寸、磁化气隙高度、内外壁缺陷等参数对钻杆缺陷漏磁场信号的影响递变规律。分析结果表明,缺陷处的漏磁场信号随缺陷直径增大先增强后减小,随缺陷深度增大呈线性增长趋势;磁化强度随气隙增大而减弱,内外壁缺陷信号差异并不十分明显。     

脉冲漏磁检测的三维场特征分析及缺陷分类识别

漏磁检测方法广泛应用于石油、运输及化工等行业中金属的缺陷检测.介绍了漏磁检测原理,采用有限元法建立了三维缺陷脉冲漏磁检测模型,分析了缺陷脉冲漏磁场B_x、B_y和B_z分量的特点.结果表明,与传统漏磁检测系统提取缺陷漏磁场水平分量B_x和法向分量B_z进行缺陷识别相比较,三维缺陷脉冲漏磁场分量的提取将提供更多有关缺陷尺寸、位置等信息,尤其是当外加磁场方向与缺陷主平面近似平行时.最后给出了实验验证,实验结果与仿真分析有较好的一致性,这说明有限元仿真分析对实际脉冲漏磁检测系统的设计有重要的指导意义.     

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。     

在线压缩感知方法及其在漏磁检测中的应用

以长距离油管的漏磁检测系统为研究对象,研究了漏磁检测数据的在线压缩算法。针对嵌入式在线工作环境下,传统的数据压缩方法难以应用的问题,引入压缩感知(CS)理论,提出了漏磁检测数据在线CS压缩方法。确定了小波基作为漏磁信号的最佳稀疏表示基,并推导了小波稀疏基矩阵的数学表达公式;提出Welch界和PRP共轭梯度算法的测量矩阵优化算法;提出了漏磁检测数据的重要数据段筛选方法,极大地减少了数据存储量。仿真试验证明了所提出在线压缩算法极大地减少了在线环境压缩编码的运算复杂度,具有简单迅速、压缩比高、重构精度高等优点,符合漏磁检测数据在线压缩的实际要求。     

双传感器差分峰值侦测的漏磁检测新方法

为了提高管道、储罐漏磁检测的准确度、灵敏度,同时抑制噪声干扰,提出了一种双传感器差分峰值侦测的漏磁检测新方法。首先,对实际漏磁检测过程存在的背景噪声进行分析,研究了检测器振动、磁隙变化、磁轭泄漏等噪声源的共模特性;其次,利用缺陷漏磁场的分布特点构造了一种新型的差分侦测结构,该结构既可对噪声进行共模抑制,又可实现缺陷特征信号的差模提取;再次,依托磁偶极子模型,对所提方法的机理进行了分析,并讨论实现该方法所需要的约束条件及其检测灵敏度特性;最后,开展了仿真和物理实验,实验结果表明,该方法的噪声仅为传统X分量检测的5%,Y分量检测的26%,且检测敏感度提高了2倍。该方法为优化漏磁检测器结构、提高检测的可靠性及灵敏性提供了一个新的思路。     

一种管道漏磁无损检测传感器的设计与实现

针对管道缺陷检测的现状,研制了一种适用于输油、输气管道的漏磁无损检测传感器,该传感器由磁敏器件、励磁模块、导轮等部分组成,具有灵敏度高、可用性强的特点,能满足不同管径和工况的管道缺陷检测,内容涉及漏磁检测、磁敏器件的选择、永磁体的优化以及导轮的设计等。     

双机械手操作的轴承阵列漏磁检测方法与系统

为满足对轴承套圈更快捷、更全面、更精细的自动化无损检测需求,提出了一种基于交直流复合磁化的漏磁检测方法。通过布置正交的交流、直流磁化器对套圈的检测面进行复合磁化,可以激励出不同方向裂纹的漏磁场,再通过设计的差分电感仿形阵列探头检测复合磁化下漏磁场的法向分量,通过分频处理分别得到周向和轴向的裂纹信号。在自动化检测过程中,双机械手在2个不同工位分别带动漏磁检测探头,通过快速精准的跟踪扫查运动实现对轴承套圈内、外径面及2个端面的全方位自动化探伤。试验表明,该系统的定位精度满足轴承套圈的检测需求,而且开放式可编程的结构有利于轴承生产中的快速换型。