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铁磁性构件脉冲涡流测厚理论与仪器

黄琛  
【摘要】:长期使用的带包覆层的铁磁性承压管道、容器等会因腐蚀产生壁厚减薄,当壁厚减薄达到一定程度时,可能会失效从而导致巨大的经济损失和人员伤亡事故。脉冲涡流(Pulsed Eddy Current, PEC)技术作为一种新兴而有效的铁磁性材料无损检测技术成为近年来的研究热点。本文从经典涡流环等效理论与系统理论出发,提出了一种基于多涡流环耦合的铁磁性构件脉冲涡流测厚系统模型,将脉冲涡流信号等效为阶跃电流激励下的高阶系统的响应,具有推导简单,易于工程化应用的优点。针对铁磁性构件脉冲涡流时域信号动态范围大,易受噪声干扰的特点,提出了一种基于双对数域中值滤波的信号预处理方法,在信号失真较小的前提下极大压制了噪声干扰。通过对预处理后的实际信号进行模型拟合,以及对拟合参数进行量化分析,确定了对信号解释性最强,对壁厚变化敏感的模型参数作为壁厚特征量,揭示了壁厚特征量的物理意义,验证了该预处理方法的有效性与模型的正确性。为完成信号的定量解释,提出了一种基于累积积分-拟合-微分的信号定量分析方法,利用时域噪声波形均值的数学期望为零这一特性,通过累积积分过程消除原始信号的噪声影响,通过对原始信号的累积积分曲线进行非线性拟合完成模型参数的获取,通过对拟合曲线进行微分完成对真实脉冲涡流信号的波形估计。将此方法分别应用于仿真与实测信号,验证了其对真实信号的还原能力与抗噪能力。为了获得较高的评估精度,对影响定量结果的试件材质、传感器提离高度等因素进行了系统研究。最后,研制了一套铁磁性构件脉冲涡流测厚仪器,攻克了脉冲涡流测厚中关键的功率驱动硬件问题,通过大量实验对仪器的性能参数,如传感器最大提离高度和可测量的壁厚范围,进行了评估,结果表明该仪器的定量测厚结果精度可达参考壁厚的5%,与国外仪器的相关参数持平。现场应用表明,仪器运行可靠,可在不拆除包覆层的条件下实现构件壁厚的测量。本研究为大型石化、电力成套装置的在役检测提供了一种新方法和仪器,也支持了国家相关标准草案的编制,具有广阔的应用前景。


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