电磁超声相控阵大功率高频激励源设计开发

为实现电磁超声相控阵在埋地钢质管道内超声波能量聚焦,增强管壁缺陷检测精确度,基于射频理论及DE类功率放大器技术,提出了一种电磁超声相控阵多通道大功率高频激励源设计方法.通过现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)数字延迟方式对采样时钟进行精确控制,以实现激励源多通道脉冲序列时序和相位的延迟.采用光纤隔离脉冲信号以及电源隔离转换参考电位,有效解决了激励源高频"浮栅"驱动问题.研究了DE类功率放大器开关管和放大电路的工作特性,并基于Pspice软件建立了DE类功率放大器仿真模型,实现了对放大电路元件参数的优化和性能指标的验证.实验结果表明:设计开发的激励源能够实现1 ns延时精度的脉冲序列,当工作频率为1.1 MHz以及工作电压为300 V时,电磁超声阵元输出的交变电流峰峰值为20 A,输出功率为1.5 kW,从而满足电磁超声相控阵检测技术的要求.

管道损伤磁梯度共振稀疏分解与BMSR辨识方法

为更好地提取埋地钢质管道地磁环境下由应力集中产生的磁力信号,克服现有磁力检测缺乏有效高灵敏度多元探头阵列和信号处理技术的问题,提出一种磁梯度张量共振稀疏分解结合偏置单稳随机共振(bias monostable stochastic resonance,简称BMSR)的辨识方法对管道损伤进行有效评估。首先,探头布置采用十字张量阵列形式;其次,针对管道缺陷和现场干扰信号特点,用不同品质因子对信号进行共振稀疏分解,剔除掉一部分干扰信号;最后,加入不同时域恢复的随机共振系统结合量子遗传算法进行参数寻优。将该辨识方法用于实际站场管道张量检测信号,比较传统低通滤波、不同随机共振系统结合共振稀疏分解的处理结果,验证了磁梯度张量共振稀疏分解加偏置单稳处理算法在提取管道损伤磁场和表征管道应力集中的有效性。

基于SROPL的金属管道损伤谐波检测方法研究

为解决金属管道损伤检测问题,提出一种非接触式谐波检测方法和目标信号辨识算法。首先利用调频载波构建谐波激励信号,并采用高灵敏度隧道磁阻(TMR)矢量传感器阵列进行信号采集。然后采用变尺度自适应时域随机共振(SR)增强目标信号能量,并引入量子遗传算法(QGA)对系统多参数寻优。最后通过正交锁相(OPL)与阵列融合方法抑制激励背景场,从而识别损伤源信号。建立仿真模型和室内实验平台对算法进行验证,并分析比较典型因素的影响效果。结果表明,该方法能够有效检测管道损伤并提取目标信号。

基于SR和LMD的埋地管道损伤谐波磁场检测方法

针对埋地钢质管道损伤不开挖检测问题,提出一种非接触式谐波磁场检测方法。利用调频载波原理将高频信号叠加到低频信号上构建谐波激励信号,通过聚焦阵列增强激励信号的空间辐射能量和靶向性;采用三维矢量隧道磁阻差分传感器阵列对磁场信号进行采集。采用双稳随机共振(SR)算法增强目标信号能量并采用局域均值分解(LMD)算法进行自适应时频分析。仿真与实验结果表明,该检测方法能够对缺陷信号进行有效提取与辨识,实现埋地管道损伤的不开挖检测。

改进VMD钢质管道损伤信号提取算法研究

埋地钢质管道非开挖管体缺陷检测是管道检测领域中长期存在的一个难点,而实现对缺陷有效识别的前提是管道损伤信号的精准提取,针对管道缺陷信号特征提出一种改进的变分模态分解(VMD)算法。该算法采用近似熵噪声抑制方法提升VMD对特征信号的提取效果,进一步用尺度空间算法对VMD的设定参数进行优化并对其抗噪性能进行比较分析,最后通过能量梯度算子实现对缺陷信号的识别。结果表明:改进后的VMD算法可实现对管道损伤信号的有效提取,滤波性能和计算效率方面优于原VMD算法。该方法已经成功通过实验室验证,并成功应用于华北某油田的工程领域检测,为埋地钢质管道非开挖管体缺陷被动式检测提供一种有效途径。