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基于脉冲漏磁检测机理的缺陷检测研究

唐莺  
【摘要】:漏磁检测技术作为电磁无损检测技术的重要分支之一,被广泛应用于导磁构件的检测。本文在分析国内外漏磁检测技术研究动态的基础上,针对目前该技术中所存在的一些不足,结合有限元仿真和实验研究,对铁磁性管道脉冲漏磁检测中的轴向缺陷如何识别、传感器结构参数对缺陷检测的影响以及内外壁缺陷的分类和识别技术等几个方面进行了深入研究。主要研究内容及创新如下: 以电磁场理论为基础,讨论了缺陷漏磁检测模型及脉冲漏磁检测原理,对不同走向缺陷进行了有限元仿真和实验研究。利用三维有限元仿真技术,分析了周向缺陷和轴向缺陷三维漏磁场分量分布情况,并对缺陷漏磁瞬态信号与缺陷宽度、深度之间的关系进行了仿真研究,发现两种不同走向缺陷漏磁场的三维分量均有不同程度的扰动,轴向缺陷在切向分量的扰动较周向缺陷明显,综合缺陷漏磁场的三维分量变化情况将能对不同走向管道表面缺陷进行有效识别,提出三维脉冲漏磁检测方法以提高轴向缺陷检测能力。 研究了改善传感器检测灵敏度的优化设计方法,提出了一种同时提取三维漏磁分量的新型脉冲漏磁传感器结构。对影响检测灵敏度的各种参量进行了分析,如励磁线圈的尺寸、励磁线圈形状、磁轭高度等;用有限元法分析了几种不同励磁结构的脉冲漏磁传感器,发现矩形励磁线圈漏磁传感器信噪比高于圆柱形励磁线圈漏磁传感器,但它对提离变化较圆柱形励磁传感器敏感;因为典型便携式磁轭中的实心铁氧体磁芯上的损耗将使励磁线圈电感增加,不利于检测信号特征量的提取,所以提出将脉冲漏磁检测传感器的励磁结构设计为矩形空心线圈。设计了用于场量测量的两两正交的三维漏磁检测传感器。 研究了不同走向缺陷三维脉冲漏磁瞬态信号的特点,提出了一种利用三维脉冲漏磁瞬态信号峰值扫描波形来识别周向缺陷和轴向缺陷的新方法。研究了缺陷定量估计的方法:根据三维峰值扫描电压变化定量估计缺陷长度和宽度,以三维分量差分信号的过零时间估计缺陷深度。采用有限元仿真和实验对所设计的新型脉冲漏磁传感器结构进行了验证。仿真和实验结果表明,采用新型脉冲漏磁传感器及综合三维脉冲漏磁瞬态信号能在提高轴向缺陷检测灵敏度的同时实现两种不同走向缺陷的分类识别。同时,围绕新型传感器结构,对系统各种参数如激励脉冲信号的频率、占空比等的选择问题进行了详细探讨,设计和实现了脉冲漏磁检测硬件系统。 对管道内外壁缺陷的分类识别技术进行了研究。由于脉冲磁化所产生的励磁场频率丰富,使得其对于内外壁缺陷都具有识别能力。利用有限元仿真技术,研究了脉冲磁化下的漏磁场三维分量分布特性。分别在时域和频域对三维脉冲漏磁瞬态信号进行了分析,在时域提取了缺陷信号过零时间、参考信号与缺陷信号的交叉点时间、缺陷瞬态信号积分峰值时间及下降点时间作为特征量,在频域提取了谱图峰度系数、谱图偏态系数、相位谱交叉点频率作为特征量。通过提取三维瞬态信号的上述时域和频域特征及轴向分量峰值电压相对变化量等22个特征量,用主成分分析法成功实现了周向内壁、周向外壁、轴向内壁、轴向外壁四种缺陷的分类。


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