有效抑制电气化铁路对油气管道管地电位影响的技术

针对铺设在直流电气化铁路附近埋地油气管道管地电位过度负偏移的问题,研究了土壤直流杂散电流对管道的干扰机理以及管道防腐蚀涂层阴极剥离的形成原因,提出了一种管道与接地极(如扁钢、铜、锌带等)之间快速通断的方法,设计了抑制管地电位过度负偏移应用系统.现场测量结果表明,该系统可将管地电位钳制在预先设置的电位附近,有效抑制了管地电位过度负偏移现象,整机系统工作电流仅30 mA.     

管道漏磁检测缺陷识别技术

针对神经网络法对管道缺陷进行识别存在所需样本数据量大、容易陷入局部极值、泛化能力没有保证等问题,提出一种新的机器学习方法,即支持向量机法.介绍了支持向量机的分析原理,以碗状缺陷为例,采用ANSYS有限元分析软件对40组不同尺寸的缺陷进行仿真,将得到的40组漏磁数据和10组实测数据作为学习样本,另外10组新数据作为验证数据,以MATLAB软件为平台进行了识别实验.实验结果表明,识别误差均在5％以下,且泛化能力强,识别方法简单,在有限样本情况下比神经网络法更具优势.     

基于多级磁化的高速漏磁检测技术研究

高速漏磁检测过程中,有效磁化时间非常短,磁后效影响不可忽略,导致被测构件无法实现磁饱和,漏磁信号无法产生。提出一种基于多级磁化的高速漏磁检测技术,使得高速下被测构件建立饱和磁场,抑制磁后效影响。首先建立多级磁化理论模型,采用Biot-Savart定律分析了多级磁化技术机理,通过涡流效应分析了多级磁化技术对磁后效的抑制作用,利用有限元方法计算分析不同磁化结构作用下钢管内涡流分布状态及缺陷漏磁场分布情况。最后设计高速漏磁检测平台,对不同运行速度下钢管内部缺陷检测进行实验研究。结果表明,多级磁化技术可有效实现磁场叠加,提高磁场均匀性,抑制磁后效对高速磁化过程的影响,提高漏磁检测方法的检测速度,实验结果和理论分析具有很好的一致性。     

电磁超声兰姆波的无损探伤技术

针对金属薄板的缺陷检测问题,进行了电磁超声兰姆波无损探伤技术的研究。基于兰姆波的频散特性,推导出了兰姆波各模式相(群)速度关于线圈间距、频厚积及激励频率的表达式,确定了电磁超声换能器的结构参数。设计了一种DDS与FPGA相结合,产生串码、频率可调的脉冲激励信号串发生电路,利用H桥放大电路对激励信号进行了升压处理,并对激励线圈进行了阻抗匹配。试验结论表明:永磁铁与激励线圈的不同组合形式可以分别在铁磁性和非铁磁性金属薄板中激发出兰姆波。研制的功率放大电路及信号处理电路能够在金属薄板中激发出高性能的兰姆波并实现稳定接收,具有较高的信噪比,能够实现对金属薄板的无损探伤。     

基于改进EMD的电磁超声检测数据处理技术

为提高电磁超声检测信号的精确度,提出了一种基于改进EMD(经验模式分解)的数据处理方法。针对IMFs(本征模态函数)筛选中容易丢失高频有用信息的问题,建立了一个基于欧式距离的IMFs分量筛选准则,并结合小波阈值滤波方法以实现噪声去除和微小有用信号的有效提取。为验证该算法的有效性,对厚度为10,15 mm的铝板进行了测厚试验,采用改进EMD算法对检测到的数据进行处理并提取峰值点位置,通过相邻峰值点的时间差计算厚度值,进行多组试验并计算误差。试验结果表明,提出的方法能够提高电磁超声检测的精度,同时提高了回波信号的信噪比,对于10 mm厚的铝板最小误差为0.1%,对于15 mm的铝板最小误差为0.3%。     

多通道体导一体电磁超声换能器的优化设计

为了减少多通道电磁超声换能器的磁铁数量,提高检测信号的信噪比,提出了一种组合型磁铁结构EMAT(电磁超声换能器),使用该EMAT可以在一次检测过程中完成超声测厚、轴向导波和周向导波扫查。通过仿真优化了换能器结构设计,分析了其结构参数对磁场强度的影响。设计换能器并搭建试验平台,验证了模型结构的正确性。与传统换能器的励磁效果相比,该换能器在工件近表面产生的磁场强度较大,可以在一次检测中同时完成测厚与轴向和周向两个方向的导波扫查;测厚信号的信噪比提升了2 dB,导波信号的信噪比提升了19.5%,检测效率得到提高。     

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。     

基于密度泛函理论的磁记忆信号产生机理研究

与传统的无损检测技术相比,金属磁记忆方法对铁磁材料早期损伤的诊断更为有效.为了研究磁记忆自发漏磁信号的产生机理,采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势算法建立了磁力学模型,在此基础上,通过计算晶格结构、原子磁矩、系统能量与力的定量变化关系来研究力对材料磁性能的影响,进而分析力与磁记忆自发漏磁信号的关系.研究结果表明:外部载荷作用导致晶格畸变是磁记忆信号产生的根本原因,并且流水静压力导致的晶格畸变比正压力导致的晶格畸变对自发漏磁信号的影响要大;常温下理论计算得到的磁记忆信号随压力增加而线性变化的规律与实验结果具有很好的一致性.     

管道漏磁内检测的管壁缺陷漏磁场解析模型

漏磁内检测技术是长输油气管道缺陷检测的主要手段,缺陷几何特征识别对管道安全运行评价具有重要意义。基于二维磁偶极子模型,建立管道内壁缺陷漏磁场空间分布的三维解析模型,对磁化方向垂直缺陷时磁荷产生漏磁场的变化规律进行研究;基于内壁解析模型,引入管壁退磁影响因子,对模型进行补偿,建立管道外壁缺陷漏磁场三维解析模型,得到了管道外壁不同缺陷漏磁场的分布特征。搭建漏磁检测实验平台,对所建模型有效性进行实验验证。结果表明,管壁对外壁缺陷漏磁场具有一定屏蔽作用,实验结果和理论分析具有很好的一致性,所建模型可有效描述管道内外壁缺陷漏磁场空间分布特性,对缺陷识别和定量评估具有一定工程指导意义。