基于脉冲远场涡流的管道缺陷外检测与定量评估

远场涡流技术用于金属管道检测时,由于对内、外壁缺陷具有相同的灵敏度,而难以有效区分缺陷位置。针对压力管线在役检测需求,提出了一种基于脉冲远场涡流的管道外检测方法,并实现了内、外管壁缺陷的深度定量和位置区分。首先根据远场涡流效应的磁场传播特点,对比分析了将传感器置于管内和管外时的检测原理;随后采用有限元仿真方法,优选了激励脉冲的重复频率和占空比等参数;然后,研究了内、外壁缺陷对磁场的扰动作用及其响应信号特征,分析了信号的峰值和过零时间与缺陷深度及位置的对应关系;最后,在实验室构建了脉冲远场涡流系统,对预制有内、外壁缺陷的碳钢管道进行了检测验证。结果表明,检测信号的峰值随管壁缺陷深度的增加单调增大,可用于缺陷的深度定量;内壁缺陷的过零时间总是大于相同深度外壁缺陷的过零时间,这一特征可用于管壁缺陷位置的识别。     

电磁超声技术在变电站GIS管道裂纹检测中的应用研究

研究了利用电磁超声导波来检测GIS管道裂纹缺陷,设计了电磁超声换能器并进行了裂纹检测实验研究.实验结果表明,该方法可以有效检测GIS管道的裂纹缺陷,是一种有前景的GIS管道裂纹检测方法.     

基于L(0,2)超声导波的管道裂纹损伤回波特征分析

基于L(0,2)模态超声导波分析管道裂纹损伤的回波特征。首先,基于ANSYS软件,通过删除单元的方法建立金属管道的裂纹缺陷的有限元模型;用脉冲–回波的方法模拟L(0,2)模态波对管道进行激励。其次,对得到的管道裂纹时程曲线进行分析,提取缺陷回波时间、反射系数等特征参数,通过对比模拟的裂纹轴向定位与实际裂纹位置,验证了管道裂纹模型的有效性;对裂纹轴向长度、周向角度、径向深度和裂纹截面积与反射系数的关系进行分析,得出结论:裂纹的轴向定位可以由裂纹回波到达的时间和波速确定,利用时域分析方法,定位误差不超过5%;裂缝径向深度和周向角度增加时,反射系数变大;当径向深度与周向角度同比例增加时,径向深度对裂纹反射的影响更大;裂纹截面积增大时,反射系数增大。     

基于单谐振结构的金属裂纹CRFID传感器设计

为实现单结构谐振器对金属裂纹参数的无损检测,设计了一款同时检测裂纹宽度及方向的无芯片射频识别(CRFID)金属裂纹传感器。将圆形、切角矩形谐振器一体化设计,利用HFSS有限元分析软件对传感器进行结构优化与性能仿真。深层次探究了不同裂纹缺陷下传感器雷达散射截面(RCS)的响应特征。结果表明金属结构的裂纹方向和裂纹宽度可以通过传感器谐振频率的变化进行识别。双极化下RCS幅频特性的频偏方向对应裂纹的方向,而频偏量与裂纹宽度成正比。设计的CRFID传感器能够检测0°水平方向、90°竖直方向、45°或135°斜向等三类方向下的亚毫米宽度裂纹,其中裂纹宽度检测灵敏度最高可达43.5 MHz/0.1 mm。     

基于多TMR的涡流无损顶锤裂纹检测系统设计

针对碳化钨顶锤的表面及近表面裂纹的快速精准无损检测需求,开发了一套基于多个隧道磁阻的涡流裂纹探伤检测系统。系统设计了电源供电电路、频率可调节的信号发生电路、功率放大电路、检测探头,能检测出微缺陷引起的叠加磁场的变化。有限元仿真与顶锤检测实验的对比分析表明该检测系统可以准确识别顶锤的细微裂纹损伤,实现了基于涡流原理的顶锤钨合金试块近表面微小裂纹的检测。     

基于FPGA的超声信号自适应滤波与特征提取

针对电磁超声特征信号的非线性、非平稳特性,存在传统降噪丢失成分、特征难以提取的问题,该文提出一种用于电磁超声信号的自适应滤波和经验模态分解(EMD)方法相融合的数据处理算法。首先,对超声信号进行稳定性评估,在此基础上采用自适应滤波对电磁超声信号进行降噪处理,融入EMD的自适应滤波对特有频率噪声更敏感,利用EMD分解出不同时间尺度下波动时频信息及所包含的噪声频率成分,实现表征提取;然后,对EMD降噪后的超声信号进行重构,可消除频率混叠现象,并基于现场可编程门阵列(FPGA)实现了对电磁超声信号的实时降噪和特征提取,为进一步缺陷识别、缺陷评估便携化奠定了基础。最后,分别对带有微裂纹、塑性损伤的铝板进行实验研究,验证了该方法的有效性。该方法具有信噪比高、可实时提取时频信息和有效信息丢失少等特点,能对铝板中缺陷进行有效识别。     

超声导波管道缺陷检测的小波阈值去噪法

在超声导波管道缺陷无损检测中,回波信号在接收和处理过程中不可避免地会受到噪声的干扰,另外,超声导波在管道中传播时还存在频散现象,这会给管道缺陷的识别与特征提取带来不利影响。在有限元数值模拟条件下,采用小波分析的方法,利用Daubechies小波家族中的coif3作为小波函数,运用启发式阈值选取方法,对加有噪声的超声导波回波信号进行去噪,实验分析结果表明此方法提高了重构信号的信噪比,有效地抑制了超声导波回波信号中的噪声,在管道缺陷超声导波检测中,可为管道缺陷的识别与特征提取等提供方便。     

基于非线性电磁超声表面波混频方法的金属疲劳裂纹检测

针对铝合金板材疲劳损伤检测困难的问题,构建含有疲劳裂纹界面力模型的电磁超声表面波混频调制模型,研究不同激发频率下的非线性超声表面波的混频调制效果,进而确定了激励频率。分析电磁超声表面波在铝板中的传播情况,以及不同裂纹深度和长度对非线性混频效果的影响。最后进行非线性超声表面波混频检测实验,对完好试件及疲劳试件的非线性特征进行对比分析,研究边频分量随激励信号频率、幅值、信号时延以及裂纹长度不同的变化情况,得到边频分量与微裂纹长度的关系曲线。实验结果表明,如果铝板中存在疲劳裂纹,会有边频调制分量出现;当两列混频信号同时到达疲劳裂纹时,非线性调制效应最强;通过边频分量与微裂纹长度拟合出的关系曲线可以有效监测裂纹的扩展,从而为金属疲劳裂纹的定量检测奠定良好的基础。     

断路器储能蜗卷弹簧超声导波探头的研制

为有效检测出断路器储能蜗卷弹簧表面裂纹,基于超声导波频散特性理论,分别设计制作了不同晶片材料、激励频率以及角度的探头.试验结果表明,频率为1 MHz并匹配54°楔块及复合材料晶片探头,对断路器储能蜗卷弹簧具有较高的裂纹检出率,为今后开展断路器储能蜗卷弹簧超声导波检测提供借鉴.     

超声导波管道检测的小波模极大值去噪法

在管道超声导波无损检测中,缺陷回波信号的质量是实现管道缺陷识别和特征提取的基础。针对在无损检测过程中,频散效应和噪声干扰对缺陷回波信号特征值提取的影响,利用回波信号和噪声的小波变换模极大值在不同尺度上传播特性的差异,采用小波变换模极大值的去噪算法,对超声导波回波信号进行去噪处理。仿真和模拟实验结果表明,小波模极大值去噪法能有效处理回波信号中的噪声的干扰,为下一步管道缺陷的识别与特征提取等打下良好基础。     

基于电磁感应热成像技术的复合绝缘子内部导通性缺陷检测方法

为了消除复合绝缘子内部导通性缺陷引起的绝缘失效故障,提出一种基于电磁感应热成像技术的复合绝缘子内部导通性缺陷检测方法。该方法利用外部电磁激励源在导通性缺陷内生成涡流,涡流产生的焦耳热在材料内部传播,通过处理分析热像仪采集的绝缘子表面动态热图序列,实现绝缘子内部缺陷的检测。建立含导通性缺陷的复合绝缘子热波模型,得到缺陷对应表面的温度分布函数。利用人工设置缺陷的复合绝缘子样品开展检测试验,通过观测原始红外热图序列,分析对应表面下不同结构的电磁扰动和热扩散过程区域的热波信号。基于热波传播机理建立热波信号混叠模型,并利用盲源分离方法实现缺陷热波信号的增强显示。最后,基于导通性缺陷对应表面温度分布方程,得出峰值时间与缺陷深度平方的定量关系,提出缺陷深度的定量检测方法。理论和实验结果表明,电磁感应热成像技术可以检测到5mm厚护套下的高导通性缺陷,该技术在复合绝缘子内部导通性缺陷检测中具有良好的有效性和广阔的应用前景。     

基于阵列涡流检测法的管道内部减薄检测仿真与试验研究

工业管道在火电、核电等多领域作为一种重要的传输方式已广泛应用,在长期的服役过程中,由于受到腐蚀减薄、疲劳、第三方破坏或内部潜在缺陷而导致的管道泄漏事故频有发生。该文基于阵列涡流检测技术,使用有限元软件建立管道三维仿真模型,仿真分析不同缺陷参数涡流检测信号变化规律,制作柔性阵列涡流检测探头、检测工装及对比试块,对管道内壁不同盲孔缺陷开展检测试验。结果表明:研制的阵列涡流探头可有效检测出参数为Φ5mm×2mm管道内壁缺陷,随缺陷当量增大,检测信号幅值随之增大,该检测技术有望在管道高精度检测中推广应用。     

基于STFT的金属板缺陷兰姆波检测信号模式识别

金属板中传播的兰姆波具有频散及多模态等特点,使对缺陷检测回波信号的分析及识别异常困难。时频分析是处理非平稳信号的有力工具之一,可揭示信号的时变谱特征。文章搭建了垂直耦合方式下单层铝板缺陷检测实验平台,利用短时傅里叶变换(STFT)对铝板缺陷兰姆波检测信号进行处理,分析了其频散特性;通过在时频平面中提取和分析与激励频率对应的频率分量,对在时域中混叠的兰姆波检测信号进行了模式识别。结果表明,STFT对金属板缺陷兰姆波检测信号的时频分析效果较好,通过提取时频平面中特定频率分量的方法,可对时域中混叠的缺陷兰姆波检测信号进行模式识别。     

铝板表面裂纹的激光超声检测与信号处理研究

为实现铝板表面裂纹缺陷检测,基于 COMSOL 建立铝板表面裂纹缺陷模型,分析了激光超声与缺陷的相互作用。 针对 激光超声在材料内部传播反射信号弱、信噪比较差的问题,提出了信号多次平均结合相邻三点信号差分处理方法。 利用激光超 声可视化检测系统对 5 mm 厚铝板表面 3 个裂缝进行检测,采用信号多次平均提高信噪比并增强最大振幅图中的损伤回波;提 取目标区域内各扫描点信号峰峰值重构三维最大振幅图,通过相邻三点信号差分处理方法对水平、垂直方向上的超声信号进行 处理,提供了更好的缺陷可见性。 结果表明,表面波(R)与深度 1 mm 以内的表面缺陷存在明显的相互作用;激光超声可视化检 测技术可快速检出铝板表面的裂纹且能够三维显示位置及大小,采用的多次平均及相邻三点信号差分处理方法能准确表征 0. 5 mm 以上的缺陷,这将在工业无损检测及评估中有极其广泛的应用价值。     

管道电磁超声传感器阵列检测技术研究

采用电磁超声传感器阵列对管道进行缺陷检测,不仅能够提高电磁超声检测信号的信噪比、灵敏度与分辨能力,同时也能增强电磁超声检测的直观性与灵活性。本文详细阐述了基于洛伦兹力的周期永磁铁阵列式电磁超声传感器(PPM-EMAT)激励超声导波的工作原理,及利用全聚焦算法结合极性一致性算法对缺陷进行定位与成像的工作机理。建立了有限元仿真模型,验证了准T(0,1)模态导波在管道结构中的传播过程。利用研制的多通道电磁超声检测系统,对含缺陷的不锈钢管道进行了检测实验,实验结果表明,研制的系统能够检测出管道试样中的多个通孔缺陷,纵向定位误差可控制在1.5%以下,实现了基于阵列电磁超声传感器的管道缺陷成像与定位。     

套管井电磁探伤仪信号系统研究

套管井电磁探伤仪器主要用于检测套管的壁厚、腐蚀、穿孔和变形等损伤情况。基于瞬变电磁场理论和套损监测原理,用Matlab软件来提取电磁探伤仪的特征信号,分析套管不同典型缺陷类型。研究结果表明,电磁探伤信号与套管损伤程度和套管厚度有对应的因果关系,其突变部分对应着套管的损伤、接箍和射孔等重要信息。为了分析套管损伤情况,重点研究了研究信号突变点的峰值和倾斜度检测方法,为电磁探伤信号的特征提取和缺陷识别提供依据。     

支柱瓷绝缘子的超声检测有效性

超声检测的结果依赖于试块与实际检测对象的吻合程度。为了提高运行中支柱瓷绝缘子检测的有效性和可靠性,结合支柱瓷绝缘子的瓷柱表面特征、以及产生的缺陷状况,设计制作了含有不同缺陷的系列模拟试块,并用研制的不同频率、不同折射角的小角度纵波探头和爬波探头对其进行测试研究。试验结果表明,小角度纵波探头对瓷柱内部缺陷有很好的检测灵敏度,而检测表面小裂纹时会受到瓷柱表面瓷砂的严重干扰;爬波探头不受瓷砂的影响,能灵敏地检测瓷柱表面裂纹。所以,单独使用小角度纵波方法或爬波方法,均不能完全检测出绝缘子瓷体内部与表面的小缺陷;应将两种方法结合使用,才能保证实际检测的有效性。     

发电机护环内壁缺陷TOFD检测优化

超声波衍射时差法（TOFD）检测设备缺陷多采用45°、60°和70° 3种常规探头.基于发电机护环的壁厚和材质特性,即便采用45°探头也无法对其内壁缺陷进行准确评定.为此对TOFD检测工艺进行了优化设计,在分析衍射声波传播特性的基础上,提出了20°探头的检测模式,并研制出20°探头.通过对发电机护环内壁自然裂纹进行检测,确定出最佳检测频率为2.25 MHz.在该频率下对模拟缺陷试块进行检测,所得结果与实际情况吻合良好.研究得到的适合发电机护环内壁缺陷的最佳TOFD检测工艺为：20°探头,2.25MHz频率,晶片直径12 mm,声束聚焦深度为护环内壁.按此工艺对壁厚50 mm以内的发电机护环进行检测,能够检出内壁缺陷的最小临界尺寸为2 mm.     

基于脉冲红外热波技术的支柱瓷绝缘子无损检测方法

为了防止电网支柱瓷绝缘子断裂事故的发生,该文提出了一种利用脉冲红外热波技术对支柱瓷绝缘子缺陷进行无损检测的方法。该方法利用闪光灯对被检测绝缘子施加高能光脉冲,通过处理和分析红外热像仪采集到的红外热图序列识别绝缘子的缺陷。通过对支柱瓷绝缘子表面不同尺寸的裂纹缺陷进行检测实验,运用红外热图和温差-时间对数曲线两种方式识别缺陷,缺陷识别精度达到0.4mm,表明了脉冲红外热波无损检测方法对于支柱瓷绝缘子缺陷具有良好的检测效果,检测速度快,检测结果形象直观,可实现远距离检测。最后利用温度-时间对数曲线的二阶微分峰值时间对缺陷深度进行了定量分析。通过实验验证了脉冲红外热波技术应用于支柱瓷绝缘子无损检测的可行性。     

基于超声导波的盆式绝缘子缺陷检测及定位

盆式绝缘子作为气体绝缘封闭组合开关设备(GIS)的重要部件,其结构健康对电网的建设有着重要影响。为降低GIS故障率,首先分析了盆式绝缘子的损伤原因,对比了针对其缺陷常用的检测方法,提出了利用超声导波技术对盆式绝缘子的内部气泡、外部附着物及裂纹等缺陷进行检测及定位的方法。并进一步分析了兰姆(Lamb)波在盆式绝缘子中的传播特性,绘制出频散曲线,确定了激励信号的频率,同时通过有限元仿真和检测试验对盆式绝缘子缺陷的检测和定位进行了研究。研究结果表明,采用谐振频率为100 k Hz的压电传感器在盆式绝缘子中激发出Lamb波,并通过压电传感器阵列进行接收。通过比较不同传感器接收信号幅值的衰减率,可以对盆式绝缘子的缺陷进行检测和定位。