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。     

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。     

石油管道脉冲远场涡流信号特征分析与处理

脉冲远场涡流检测相较于常规远场涡流检测可提供更多的时频信息以用于被测管道分析,因此脉冲远场涡流检测在石油管道内检测技术中具有更广泛的应用前景。通过分析管道内脉冲远场涡流检测信号的时域信息,得出电压负峰值更适合作为实际检测中缺陷分析的特征量,并且用基于脉冲远场涡流的检测仪器进行了测试分析与验证。通过ANSYS模拟实际有缺陷管道内的脉冲远场涡流检测,并提取电压负峰值作为特征量,得出当发射线圈处于缺陷位置时,检测特征信号亦会产生变化,出现伪峰。通过设置双检测线圈达到消除发射线圈附近缺陷对电压负峰值的影响,在分析中发现双检测线圈由于不同位置对电压负峰值的影响可以通过零均值归一化的方法消除。零均值归一化方法在脉冲涡流检测中的应用具有重要意义,其不仅可以消除线圈位置对检测信号带来的影响,亦将检测信号映射到统一尺度。所提出的方法通过ANSYS仿真和实际管道实验得到验证,提高了脉冲远场涡流技术在管道检测中的实用性。     

铁磁性管道物理参数反演方法研究

铁磁性管道的物理属性(管道内径、磁导率和电导率)是管道缺陷定量的重要补偿因子。基于管道内部环境的涡流阻抗模型,提取管道物理属性对应的阻抗相位作为物理参数反演的特征信号;分析了不同管道内径对检测的相位特征信号的影响,并给出双接收线圈模型以实现不同内径管道的物理参数反演。为了达到不同管道内径物理参数的检测,实现相位特征信号到管道物理属性的非线性逆映射,提出基于非线性多项式和最小二乘支持向量回归机LS-SVR的反演模型。最后通过基于远场涡流的检测仪器测试管道,证明了在双接收线圈模型基础上,基于LS-SVR的管道物理参数反演方法的可行性。     

管道腐蚀的在线涡流检测方法研究

压力管道的腐蚀性缺陷会给国民经济造成重大损失。为了减少腐蚀缺陷对管道的影响,研究包覆层下管道腐蚀状况的在线检测技术对管道的维护具有重要意义。通过研究涡流传感的机理,设计了一种基于巨磁阻(GMR)磁敏芯片的电磁涡流传感器,在不去除包覆层的情况下,通过增大线圈发射电流,达到对金属管道的激励作用,进而利用GMR芯片提取缺陷特征信号。有限元仿真分析结果表明:设计的涡流传感器及缺陷检测方法具有可靠性,可以用于管道腐蚀检测。     

基于脉冲远场涡流的管道内检测技术

针对传统远场涡流检测方法对铁磁性管道内外壁缺陷灵敏度相同,无法有效区分缺陷在管道内壁还是管道外表面的问题,提出了采用具有丰富频率成分的脉冲激励信号取代传统的远场涡流中正弦信号激励的方法.采用小波去噪方法滤除检测数据中的信号噪声;研究了将检测线圈分别置于近场区、过渡区和远场区时的信号时域特性与管壁伤的关系;进行了针对管道管壁内外相同宽度不同深度缺陷的检测试验,结果表明采用脉冲激励作为激励源并综合运用过渡区的检测信号的幅值和过零时间特征能够有效地区分管壁内外全周向的缺陷.     

管道弯头缺陷检测外置式远场涡流探头设计

远场涡流技术在金属管道的无损检测中应用广泛,但通常需要设备停机以便将探头放入管内。为满足压力管道在役检测的需求,针对其易腐蚀的弯头部位,设计了一种在管外放置的远场涡流探头。首先,应用有限元软件对探头的结构及其激发磁场的效果进行了仿真设计;而后建立了弯头缺陷远场涡流检测仿真模型,分析了内、外壁缺陷深度与检测信号特征量的定量关系;最后搭建试验平台进行了预制缺陷检测试验。结果表明:探头电压信号的相位随缺陷深度的增加而近似线性减小,可用于缺陷深度的定量;内壁缺陷信号的相位减小得更快,利用相位特征量可对仅有外壁或内壁缺陷时的缺陷深度进行定量,而不能对两种缺陷都存在的情况进行定量。     

铆接结构缺陷检测中远场涡流传感器的优化设计

飞机机身多层铆接结构厚度较大,结构复杂,传统无损检测方法难以用于对其进行外场检测。远场涡流检测技术不受集肤效应的限制,可穿透较大厚度的被测试件,对铆接结构中缺陷的检测具有潜在优势。为在铆接结构中实现远场涡流效应,从信号增强与磁场抑制两方面入手,设计一种新型平板远场涡流传感器。信号增强方面,给激励线圈加装磁路来聚集和引导磁场,从而增强间接耦合磁场;磁场抑制方面,在激励线圈与检测线圈之间加装磁场抑制单元来抑制直接耦合磁场。通过信号增强与磁场抑制的共同作用,从而在铆接结中实现远场涡流效应。围绕传感器设计这个核心,对信号增强单元以及磁场抑制单元的尺寸形状、材料组成进行仿真研究,综合得出最优的传感器设计方案。仿真与试验的结果验证了将远场涡流检测技术应用于铆接结构中缺陷检测的可行性。     

管道裂纹远场涡流检测的定量反演方法研究

裂纹缺陷定量反演是管道远场涡流检测中的一个难点问题。首先针对远场涡流检测信号的特点,提出了一种基于最小均方误差准则的波形逼近技术,用以高精度提取检测信号的波形特征。接着通过建立非线性多项式反演模型、基于一维搜索寻优的BP神经网络反演模型和基于粒子群搜索寻优的支持向量机反演模型来实现由检测信号波形特征到裂纹缺陷尺寸的定量反演。仿真结果表明,支持向量机反演模型计算相对误差低于5%,具有较强的抗干扰能力,适合作为裂纹缺陷定量反演的有力工具。最后,通过实验也验证了这一结果。     

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。     

油气管道柔性测径传感器设计及其结构优化

油气管道测径技术是检测管内通径变化、保障管道安全的重要手段。针对传统薄铝盘测径板无法检测多处缺陷且不可重复使用等问题,本文设计了一种柔性测径传感器,其通过置于聚氨酯柔性测径盘中的电阻应变片测量遇阻时的应变变化,实现管内缺陷量化检测。结合ABAQUS软件建立应变片和聚氨酯密封盘的耦合模型,分析产生拉压变形时的应变输出特性,并基于敏感栅应变趋势,寻找应变片最优放置位置。通过柔性测径传感器性能检测实验台,对柔性测径传感器的功能进行测试。最后结合BP神经网络与遗传算法得出使传感器检测性能最佳的结构参数。研究结果表明,对于DN200的管道,当测径盘外径为97.5%的管道内径,测径盘厚度19 mm,测径盘瓣间距8 mm时,柔性测径传感器能较好表征凹陷的几何尺寸,对于油气管道变形检测作业具有一定的工程应用价值。     

天然气管道球阀内漏发声机理及检测试验

球阀作为高压天然气输送管道的主要设备,其内漏时的喷流气体会产生声发射信号,通过研究该声发射信号特征规律将有助于阀门内漏流量量化检测。针对这一问题,进行了天然气输送管道球阀内漏发声机理和检测试验研究,分析了阀门内漏声发射现象产生的机理和内漏流量检测评价方法。在此基础上,应用声发射检测系统对3种不同尺寸内漏球阀进行了检测试验,通过试验分析了球阀在不同内漏流量下的声发射信号频谱特征分布规律,并采用小波包分析方法进行信号特征参数(信息熵、均方根、频域峰值)提取。拟合特征参数与内漏流量关系曲线,采用R~2(确定系数)指标对曲线拟合程度进行评价,评价结果表明,采用均方根值(root mean square,简称RMS)的曲线拟合程度最高(R2为0.979),可以用于天然气输送管道球阀内漏流量的量化检测。     

面向超声导波检测的管道腐蚀建模及仿真实现

超声导波技术被大量应用于管道腐蚀的检测与评估。腐蚀是实际管道中的主要缺陷形式,管道腐蚀缺陷形貌多样且复杂,针对管道腐蚀导波检测的很多研究是通过仿真手段开展的。常用的缺陷简化模型不能充分反映实际腐蚀缺陷的复杂程度,有可能造成分析结果的偏差。本文在分析腐蚀特点基础上提出了基于W-M分形函数的腐蚀仿真模型,研究了管道腐蚀缺陷的有限元自动建模仿真方法,并通过分析讨论超声导波检测不同腐蚀缺陷的仿真结果对模型的有效性进行了验证,结果证明基于本文提出的腐蚀模型所得缺陷回波可提供更丰富的缺陷信息,有利于揭示管道腐蚀特征与导波信号之间的量化关系。本文的研究成果可为进一步分析管道腐蚀缺陷的检测评估建立理论基础。     

钢管纵向伤高速高精漏磁探伤磁化方法

在钢管螺旋推进漏磁检测扫描中,检测速度越快,要求的检测探靴轴向长度越长,使得扫描覆盖范围超出了均匀磁化区,出现信号不一致的问题。针对钢管纵向伤检测中检测精度与速度相互制约的问题,以保证钢管纵向伤高速检测的信号一致性为目标,采用有限元仿真与实验验证相结合的方法,分析了周向磁化中磁极靴的结构对钢管表面磁场均匀性的影响。在此基础上提出了一种纵向伤漏磁检测磁化方法,扩大了钢管表面的均匀磁场区域,在同样的检测区域内提高了检测信号的一致性。     

Adaptive noise cancellation based on EMD in water-supply pipeline leak detection

In water-supply pipeline leak detection and location, both the leak signals and blurred noises are closely related to the pipeline states and surroundings and most of the conventional noise-cancellation methods have to depend on the empirical parameters of either signals or noises. EMD (Empirical Mode Decomposition) is an adaptive signal decomposition method and is exclusive of base functions. A signal is decomposed into several IMFs (Intrinsic Mode Functions) in EMD, then the noise in a signal can be cancelled through removing uncorrelated IMFs. The existing EMD noise cancellation methods need to know the characteristics of either the wanted signal or the noise for rebuilding the noise-removed signal. However the characteristics of leak signals and noises are not fixed in various pipeline conditions, so the existing EMD noise cancellation methods can’t be directly applied in water-supply pipeline leak detection. This paper proposes an adaptive noise cancellation method based on EMD, in which the IMFs that don’t or less contain the components related to the leak can be removed through the cross-correlation between the IMFs and another signal collected at the either side of a suspect leak. In simulation analysis, the adaptive noise cancellation method can increase the SNRs (Signal to Noise Ratios) of leak signals as high as 16 dB. In processing practical pipeline vibro-acoustic signals, with the proposed method the peak of adaptive time delay estimate of leak signals, which determines the location of a leakage, becomes more distinguished, and thus the error of leakage location is improved.     

基于平衡电磁技术的管道裂纹全角度检测方法

针对管道表面裂纹缺陷方向各异的问题,提出一种基于平衡电磁技术的裂纹全角度检测方法。通过麦克斯韦方程分析了时谐电磁场下管道内表面的电磁分布,根据磁通与感应电流的畸变分析了管道表面各方向裂纹的检测机理与检测信号规律,并证明了平衡电磁技术对管道裂纹全角度检测的有效性。利用有限元方法计算分析了裂纹与检测方向成七种不同角度时管道内表面的电磁畸变程度,并通过仿真得到相应的感应电压信号,根据仿真结果进行有效性试验,结果表明,平衡电磁检测技术能够对管道表面裂纹实现全角度检测,检测信号特征以检测方向与裂纹成30°夹角为分界,0°～30°信号特征为先波谷后波峰,检测信号幅度随着角度增加逐渐减小,峰谷间距快速变小;30°～90°信号特征为先波峰后波谷,检测信号幅度随着角度增加逐渐增大,峰谷间距缓慢变小;当检测方向与裂纹成30°时,感应电压信号为双峰谷特征,且峰峰值最小。该方法为管道表面裂纹角度的量化研究提供了理论依据和实验基础。     

A Giant-Magnetoresistance Sensor for Magnetic-Flux-Leakage Nondestructive Testing of a Pipeline

This paper presents the method of magnetic-flux-leakage (MFL) detection and the characteristics of a giant-magnetoresistance (GMR) sensor. An experimental apparatus that uses a GMR sensor for oil-pipeline inspection is described. A permanent-magnet assembly was used to excite MFL signals. The signal from the GMR sensor is preamplified with an appropriate gain. The result shows the magnetic-flux-leakage method based on a GMR sensor can detect small defects in an oil pipeline.     

基于主动式全景视觉的管道内部缺陷检测方法

针对管道内表面检测空间受限的约束以及同时需要检测管道内壁功能性缺陷和结构性缺陷等需求,基于主动式全景视觉检测原理提出了一种既能视觉检测管道横截面几何尺寸又能获取和分析管道内壁表面缺陷的管道内部全方位视觉检测方法。利用携带有主动式全景视觉传感器的爬行机器人进入管道内部,分别实时获取内壁全景图像及激光横断面扫描全景图像。本文重点介绍基于管道内壁全景图像的缺陷检测方法,对管道内壁全景图像进行展开、预处理并提取管道病害区域的几何特征,最后判定缺陷类别及危害程度。经本文方法获取的缺陷几何特征实验数据验证,管道内表面存在的较为普遍的裂缝、腐蚀缺陷几何特征差异明显：腐蚀缺陷的圆形度较大,而裂缝缺陷的圆形度趋于0;腐蚀缺陷的凸度普遍大于裂缝缺陷;裂缝缺陷由于弯曲程度不同其边界离心率变化率大,而腐蚀缺陷的边界离心率趋于1。实验结果表明：该系统能够有效提取疑似缺陷区域并计算各几何特征,可通过合适的阈值判定其所属类别,为管道内表面缺陷检测提供了一种新的手段。