管道涡流信号的有限元仿真研究

远场涡流检测技术是检测金属管道缺陷的重要方法。为了解管道涡流信号特征,提高管道缺陷检出率,建立了管道远场涡流检测的二维有限元仿真模型,并以图形形式详细分析了管道远、近场区涡流信号的幅值和相位沿管道轴向和径向的变化特征。结果表明,沿轴向,信号幅值在近场区呈指数衰减,在远场区衰减缓慢,信号相位在近场区和远场区均变化较小;沿径向,近场区信号幅值在管腔衰减迅速,在管壁材料中呈峰状突变,在管外变化不明显,远场区信号幅值在管壁材料中也呈峰状突变,但相对近场区,幅值较小,而在管腔和管外变化不明显;无论远场区还是近场区,信号相位在管壁材料中突变都很厉害,相反在管腔和管外,变化不明显,对实际检测工作有重要的指导意义。     

基于磁探针检测的压力管道内壁缺陷评估研究

压力管道由于长期工作于高温、高压等恶劣工作环境下，其内壁容易产生腐蚀、开裂、凹坑等类型缺陷，因此对压力管道内壁实施无损检测非常重要。为了提升检测效率和便捷性，本文采用磁探针法从压力管道外部对内壁缺陷实施评估研究；首先通过仿真分析，探究了管道内壁缺陷处与无缺陷处的理论感应电压信号差异，发现缺陷处的感应电压信号幅值较低；然后通过实验检测评估了预制不同长度内壁缺陷的压力管道感应电压信号分布规律；结果表明，感应电压信号幅值在缺陷位置会突然降低形成波谷特征，并且.波谷宽度与实际的内壁缺陷尺寸具有良好的一致性；将波谷的半峰宽高度H_FWHM作为判断管道内壁有无缺陷的特征阈值，其准确性达到8852%，对于压力管道内壁缺陷的定量化评估具有重要意义。     

矩形脉冲涡流传感器的缺陷定量检测仿真研究

传统的脉冲涡流传感器由于其结构特点,在实际检测中存在自身激励干扰,使得其对缺陷的检测灵敏度不高。为了提高传感器对缺陷的检测能力,采用矩形传感器对铝板上缺陷进行检测。在分析矩形脉冲涡流传感器检测原理的基础上,采用ANSYS仿真软件建立了矩形脉冲涡流传感器检测模型,对矩形激励下方铝板表面涡流分布进行了仿真计算,研究了缺陷对空间三维磁场的扰动规律。仿真结果表明:矩形传感器能够在铝板表面激励出均匀的感应涡流;当有缺陷存在时,提取三维响应信号的幅值为特征量,分析传感器在扫描路径上不同位置检测幅值的变化特征发现,通过3个信号幅值变化的位置和幅值变化的程度可以实现对缺陷长度,宽度和深度进行定量检测。     

基于导波理论的管道缺陷成像研究

在导波传播理论和频散波形预测理论的基础上,研究了超声导波在检测管道时,如何利用时域波形重构缺陷图像的问题。由于根据导波检测理论可以获得在任意时间管道表面任意位置的波形信息,而且管道上缺陷的存在直接影响导波信号的幅值,并被包含在回波信号中为传感器接收,所以通过对接收信号进行相应的处理便可预测缺陷处的波形用以成像。针对管道中的单通孔人工缺陷和轴向位置不同的双槽形人工缺陷,利用非轴对称端面加载的传感器激励L（0,2）模态导波进行检测,通过改变传感器周向位置获得一组检测信号以实现缺陷形状的成像。成像结果不仅能反映缺陷的类型,还能实现缺陷在轴向和周向的二维定位,对轴向双缺陷的定位取决于时间参数的选择。     

基于远场涡流的平板探头设计与缺陷识别研究

远场涡流检测(RFECT)技术解决了涡流检测技术趋肤效应的固有缺陷,与其他电磁无损检测技术相比较,其在检测和表征深层隐藏缺陷方面展现出其巨大优势。针对远场涡流探头体积大、检测深度小的问题,本文设计了一种用于板材缺陷检测的新型远场涡流探头,探头最长边为7cm左右,可以检测15mm厚的铁磁性平板。通过有限元仿真对探头屏蔽结构的材料和组成进行了比较分析,得出了探头的最佳设计方案。通过缺陷检测实验验证了该探头的检测效果。对检测信号的缺陷识别和定量进行深入分析,结果显示,探头检测信号的相位与缺陷深度为二次函数关系,因此能够借助于检测信号的相位进行缺陷深度的定量分析。该探头在压力容器和管道埋藏缺陷的在役检测中具有十分广阔的应用前景。     

管道腐蚀检测中的脉冲漏磁检测技术

漏磁检测技术广泛应用于管道等铁磁性材质的检测;由于常规漏磁检测的局限性,往往难以检测近表面和表面下缺陷;在分析漏磁检测原理基础上,采用脉冲交流磁化方式;介绍了脉冲漏磁检测系统,并对不同深度的缺陷钢管试件进行了试验,试验结果表明提取脉冲漏磁检测传感器(径向分量)输出的瞬态输出电压信号可对表面和表面下腐蚀缺陷进行有效识别;脉冲漏磁检测方法综合了漏磁检测和脉冲涡流检测的优点,具有快速、定量检测的特点,在管道等的缺陷检测中具有广阔的应用前景。     

基于电磁法对金属管道缺陷检测的仿真与试验研究

建立传感器扫描管道缺陷的动态模型，传感器扫描过程中遇到缺陷，磁感应强度会迅速减小，利用三维云图测量可计算缺陷的大小。搭建试验台验证仿真模型的正确性，采用数据剖分的处理方法，选取测点4为标准数据，时间为t=4.0813 s,U=1.89 mV作为标准信号值。试验结果表明，在管道缺陷处信号值低于无缺陷处，且缺陷量越大信号值越低，利用信号值的大小和衰减位置可以确定金属管道破损点。研究表明，电磁法可以有效地对金属管道缺陷进行评价，为后续管道完整性评估提供试验支撑。     

基于ANSYS的管道腐蚀缺陷有限元仿真

为了实现对管道腐蚀缺陷的识别,利用ANSYS有限元仿真软件,建立了管道腐蚀缺陷的三维有限元仿真模型;通过加载脉冲方波激励,分析了管道上感应磁场和电流分布情况,求解了检测线圈上的感应电压信号;仿真结果表明电压信号的峰值与腐蚀缺陷的体积有关,而过零时间与腐蚀缺陷的深度有关,通过提取峰值和过量时间这两个特征量可以实现对腐蚀缺陷的定量检测。     

基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器设计及缺陷定量评估与分类识别

为了克服传统脉冲远场涡流传感器由于结构的限制带来的激励磁场在空间出现发散、对大壁厚管道检测能力较弱以及难以对缺陷进行准确定位的问题,在分析了脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用仿真与实验相结合的方法,仿真分析了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器的聚磁效果,研究了该传感器对管道轴向内外壁裂纹缺陷的定量评估能力,比较了检测线圈处于不同位置时的缺陷分类识别效果。仿真结果表明,该传感器通过引导磁场的定向传播实现了对磁场的聚集,同时,通过提取适当检测位置的信号负峰值可以实现对缺陷的分类识别。最后,采用实验的方法验证了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器对管道轴向裂纹缺陷深度的定量能力,实验结果表明该传感器可以很好的实现对缺陷的定量评估。     

基于三轴漏磁与电涡流检测的管道内外壁缺陷识别方法

提出一种用于管道检测中内外缺陷识别装置方案及识别方法,分别通过三轴正交霍尔传感器和电涡流传感器对管道进行检测,将采集的电压信号经由放大滤波、A/D转换进行信号处理后,将漏磁数据存储下来,将存储数据导入上位机软件,训练出SVM分类机后对这些数据进行分类,甄别出缺陷信号,剔除由于管道自身结构影响所产生的干扰信号。再判断漏磁检测出现缺陷异常时,电涡流是否同样检测到缺陷异常,若电涡流的检测未出现异常,则证明管道有外部缺陷;若电涡流的检测出现异常,则证明管道有内部缺陷。利用本方法进行管道缺陷内检测时,可以更准确地识别内外缺陷。     

稀相气固两相流探针声检测方法的测量信号特征分析

设计了基于探针方法,且声检测传感器安装于管道外的气固两相流检测传感器结构。针对该结构,通过单颗粒与多颗粒的撞击实验,结合频谱分析,发现声信号的峰值频率固定,经分析为颗粒激发探针在固有频率处的振动所致,可将探针近似为悬臂梁进行分析。通过管道实验可知,固有频率处的峰值与固相颗粒的速度和质量分数具有很强的相关性,该信号特征有望应用于气固两相流的在线检测中。     

泡沫夹层结构的超声检测特征成像

某型号直升机采用了碳纤维/聚甲基丙烯酰亚胺(CFRP/PMI)泡沫夹层结构制作旋翼,针对此结构内部存在分层、脱粘等缺陷识别困难的问题,通过预埋人工缺陷制作对比试块,从检测原理上分析了超声时域特征成像原理和频域特征成像原理,分别采用缺陷幅值、底波幅值、缺陷深度、频域幅值、频域相位5种特征成像效果进行了对比分析,寻找最优特征成像方法。结果表明：不管采用时域信号特征成像还是频域信号特征成像都能够清晰地发现CFRP中的分层缺陷。但是对于CFRP/PMI泡沫的脱粘缺陷,时域幅值特征成像效果优于深度特征成像;频域信号特征成像优于时域信号特征成像;相-频特征成像优于幅-频特征成像效果。     

面向机器人运动跟踪的电磁定位系统

电磁定位具有精度高、速度快和易实现等优点,所以对手术、室内和室外机器人跟踪是一个良好的选择。电磁定位以交变电磁信号作为源信号。交变的电流信号激励发射线圈（信号激励部件）在空间中产生交变的电磁场,感应线圈（信号感应部件）在交变的电磁场中输出频率相同的信号。根据输出信号的幅值和相位信息,我们可以计算出感应线圈相对于发射线圈的位置和方向信息。本文面向机器人定位跟踪,介绍电磁定位系统的原理与实现,包括磁场模型、电磁定位算法与系统软硬件的搭建与实验。本文介绍两种不同的激励模式,分别为分时激励3轴正交发射线圈模式与同时激励2轴正交发射线圈模式,两种模式中的感应线圈均采用3轴正交线圈。实验结果表明,定位系统可以达到1 mm的定位精度。     

Pipe inspection robot using a wireless communication system

Pipe lines of any material need to be inspected after a certain number of years. Therefore, it is necessary to develop a flexible pipe inspection robot using a wireless communication system. In this research, a wireless communication system is tested, and it is verified that the system can transmit image information steadily at a high speed. On the basis of this wireless communication system, a new pipe inspection robot for drain pipes is developed. With this new system, the movement of the robot can be controlled, defects or other problems inside a pipe can be inspected, and an image of the inside of the pipe can also be transmitted in real time.     

Spherical ultrasonic motor drive system for camera orientation in pipe inspection

We propose a camera actuating system using a spherical ultrasonic motor for inspection of the inside wall of a small pipe. The spherical ultrasonic motor has advantages that include three degrees of freedom, high responsiveness and high accuracy all within a compact body. We describe here the development of an outer rotor spherical ultrasonic motor (OR-SUSM) that enables a camera to rotate by more than 360° along the side of the pipe. All components, including the OR-SUSM, the sensing system, and the electric circuits, are designed to be assembled in the pipe inspection device with outer diameter of 52?mm. To control the system, the phase difference and frequency of the applied voltages are used. The rotational direction is determined by the phase difference and the angular velocity is controlled by the frequency. The completed system can be controlled to within 2° in an experimental pipe inspection test.     

开放磁路式磁致伸缩导波传感器原理的实验研究

磁致伸缩导波技术具有单点激励即可实现长距离检测的优点,但在检测非铁磁性构件或端部外露构件时面临难题.在分析已有磁致伸缩导波传感器检测原理的基础上,提出首先利用磁致伸缩效应在铁磁性波导管中产生导波;然后通过端部将其传入构件实现检测的原理,构建了开放磁路式磁致伸缩导波传感器原理的研究实验平台.采用270 kHz的纵向模态导波,在长2800 mm,壁厚2.5mm的Φ25 mm低碳钢钢管上可检测出0.5mm深刻槽和Φ5 mm的通孔缺陷,且在长2800 mm,壁厚2.5mm的Φ25mm不锈钢钢管上可得到明显的端部回波信号,从而为该传感器进一步应用于非铁磁性或端部外露构件检测提供了依据.     

基于隧道磁电阻传感器的脉冲涡流无损检测

目前航空工业多采用铝合金部件,由于航空工业的量轻化等需求导致对铝合金件强度保持有较高的要求,因此对结构材料缺陷的检测尤为重要。为此文章设计了一种基于隧道磁电阻(Tunnel magnetoresistance, TMR)传感器的脉冲涡流无损检测系统方案,对铝合金缺陷参数与被测信号波形的关系进行了研究。首先使用有限元仿真软件COMSOL建模并获取仿真实验数据,证明了脉冲涡流无损检测应用于铝合金材料的可行性;其次,应用仿真结果指导探头设计,进而设计出检测系统,采取实物实验结果与仿真建模分析结果进行对比的方法,实验验证了检测系统的准确性、可靠性和在工程应用中的可行性;最后分析和讨论了缺陷宽度和缺陷深度的无损检测结果。为TMR传感器工程应用确立了实验基础。     

海底管道缺陷在线智能检测机器人

分析了用MFL法检测管道缺陷时缺陷漏磁信号分辨率的特征,设计计算机控制的管道漏磁场分布测试系统检测、分析管道内漏磁场,优化设计用于小管径、厚管壁海底管道(ф273×12.7)缺陷检测的磁铁节,在此基础上设计制造了海底管道缺陷在线智能检测机器人,实验验证了机器人对人工模拟缺陷的检测能力.     

基于涡流阵列检测技术的奥氏体不锈钢压力管道缺陷判别方法研究

奥氏体不锈钢压力管道的检测由于现有检测手段的限制,难以保证其检测效果。本文针对工程应用中出现的问题,研究基于涡流阵列检测技术（ECA）的奥氏体不锈钢压力管道对接接头缺陷判别方法。根据提离信号、应力腐蚀开裂、圆形缺陷、条形缺陷的阻抗特征和C扫成像特征,通过缺陷C扫图谱形状及表面尺寸、阻抗图的阻抗幅值和阻抗相位,实现奥氏体不锈钢管道对接接头的表面开口缺陷和近表面缺陷的有效检出,并将所提方法应用于实际现场检测中。对比传统渗透检测方法,本文提出的方法有更好的缺陷检出率及缺陷判别率,试验结果验证了本文方法的可行性及有效性。     

注入脉冲与局部放电UHF信号的等效性仿真研究

在进行GIS UHF传感器现场校核时注入的模拟脉冲和真实局部放电在GIS中传播衰减规律的等效性是保证传感器校核有效性的重要前提。本文通过建立与某220KV GIS尺寸一致的模型,仿真分析了注入脉冲与局部放电UHF信号的等效性,仿真过程中将信号源分别设置在GIS内部高压导杆和GIS金属法兰浇筑孔处来作为局部放电激励源和注入脉冲激励源。在仿真模型的内部设置了观测点来接收UHF电磁波信号,通过在观测点测量到的信号幅值来比较注入脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度,同时使用FFT变换对信号波形进行了频谱分析。研究结果表明,注入脉冲UHF信号在时域和频域上均能很好地模拟局部放电UHF信号,在现场实验时可利用注入脉冲来代替局部放电来对UHF传感器进行校核。