基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器设计及缺陷定量评估与分类识别

为了克服传统脉冲远场涡流传感器由于结构的限制带来的激励磁场在空间出现发散、对大壁厚管道检测能力较弱以及难以对缺陷进行准确定位的问题,在分析了脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用仿真与实验相结合的方法,仿真分析了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器的聚磁效果,研究了该传感器对管道轴向内外壁裂纹缺陷的定量评估能力,比较了检测线圈处于不同位置时的缺陷分类识别效果。仿真结果表明,该传感器通过引导磁场的定向传播实现了对磁场的聚集,同时,通过提取适当检测位置的信号负峰值可以实现对缺陷的分类识别。最后,采用实验的方法验证了基于连通磁路的脉冲远场涡流传感器对管道轴向裂纹缺陷深度的定量能力,实验结果表明该传感器可以很好的实现对缺陷的定量评估。

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。

非磁性航空金属构件检测中脉冲远场涡流传感器的仿真设计

在分析脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用U型罩结构模拟管道,成功的将脉冲远场涡流技术应用到了非磁性金属平板的检测中;仿真设计了空心、聚磁、连通磁路3种传感器模型,比较了不同模型过渡区的远近、对缺陷检测的灵敏度及对不同厚度平板的检测能力。仿真结果表明:带连通磁路的传感器模型不仅可以将激励与检测线圈之间的距离从20mm缩短至10mm,还可以提高对缺陷检测的灵敏度,同时,带连通磁路的传感器模型对厚度为11mm以上的平板具有更强的检测能力。

管道轴向裂纹检测脉冲远场涡流传感器设计与仿真分析

脉冲远场涡流检测方法结合了脉冲检测频率丰富以及远场方法适于铁磁性管道检测的优势,因此文中采用脉冲远场技术对管道轴向裂纹进行了检测。首先分析了脉冲远场涡流的检测原理,通过提取感应电压信号的负峰值和过零时间作为特征量可以分析管道的检测信息,在此基础上设计了4种不同结构的传感器模型,比较了4种模型过渡区的远近、对轴向裂纹检测灵敏度的高低以及对不同壁厚管道检测的结果。仿真结果表明:与其它模型相比,连通激励磁路的传感器模型具有更好的检测效果。

脉冲远场涡流检测PCA-ICA联合消噪技术

脉冲远场涡流作为一种新兴的电磁无损检测技术,国内外研究发现其对铁磁性管道检测具有显著的优势。然而在实际检测中,由于磁导率不均等管道自身材质因素的影响,使检测信号信噪比较低,易造成缺陷误判。针对这一问题,提出了主成分分析—独立分量分析(PCA-ICA)联合消噪技术。单通道缺陷扫查信号经过PCA处理后,利用前二阶主成分构建虚拟双通道信号作为ICA输入矩阵,采用扩展特征矩阵联合近似对角化(FJADE)算法实现在单通道信号欠定条件下缺陷信号与噪声信号的分离,达到降噪目的。通过仿真与实验研究证明:PCA-ICA技术可以有效降低磁导率不均等噪声信号对检测结果的影响,提升了检测结果的信噪比。

基于UTC结构的非磁性平板脉冲远场涡流传感器参数优化的仿真分析

飞机多层结构中深层缺陷的定量评估是目前航空无损检测领域面临的一个难点问题,传统无损检测方法需要对飞机结构拆卸后进行检测,这样既增加了费用又无法满足飞机外场检测的需求,远场涡流技术由于不受集肤效应的限制,其可实现原位检测的优点成为解决此难题的有效途径。在分析了非磁性平板构件脉冲远场涡流检测技术所存在问题的基础上,通过设计基于UTC结构的传感器使得平板构件检测中也产生了远场效应。同时,对UTC结构中材料属性、UTC结构长度和厚度对检测结果的影响进行了仿真分析,得到了其优化设计的准则。

基于磁场测量的脉冲远场涡流检测双层套管仿真

脉冲远场涡流检测技术是一种新兴的电磁无损检测技术。该技术在铁磁性管道检测中发挥着重大作用。目前国内外针对脉冲远场涡流的研究多集中于单层管道,而对双层套管的研究尚存不足。笔者基于有限元仿真,对脉冲远场涡流检测机理进行了系统探究,提出了基于磁场测量的双层套管内外管管壁减薄和局部腐蚀缺陷脉冲远场涡流检测和评估方法。研究发现,在套管内远场区不同位置拾取的脉冲远场涡流磁场信号对内外壁减薄和局部腐蚀缺陷的响应灵敏度存在差异,有利于实现内外管管壁减薄和局部腐蚀缺陷的定位和定量评估。

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。

脉冲远场涡流检测双层钢管横向裂缝仿真研究

油套管和海底输运管等双层结构钢管,其横向裂缝是可能导致管道断裂的危害性缺陷。对脉冲远场涡流检测双层结构钢管的横向裂缝进行了有限元仿真研究。给出了内外完好、内裂外好、内好外裂、内裂外裂情况下的管道磁场分布、接收线圈上的感应电压衰减曲线、检测时间剖面图及检测灵敏度曲线。仿真结果显示脉冲远场涡流方法对内管和外管的横向裂缝均可进行有效检测;管道裂缝的存在导致其磁场分布与完好管道不同,从而在接收线圈上引起感应电压下降曲线的不同;内管裂缝在接收电压信号的早期出现明显的缺陷显示,外管裂缝的缺陷信号则在接收电压信号的后期才更明显。内管裂缝出现时接收线圈感应电压高于无缺陷时,而外管裂缝出现时接收线圈感应电压低于无缺陷时。在内管存在裂缝时,用此方法判断外管同一位置是否也有裂缝较困难。

铁磁性管道脉冲远场涡流检测中线圈间距影响

依据分析检测原理,对铁磁性管道脉冲远场涡流检测时激励线圈与接收线圈之间的间距对缺陷检测结果的影响进行试验研究。给出了试验所得的检测线圈衰减曲线、检测灵敏度曲线以及感应电压剖面曲线。对材质为J55,尺寸为73.8 mm×5.7 mm的油管进行检测试验,结果显示当线圈间距由60 mm逐步增加到210 mm时,检测线圈感应电压衰减曲线发生明显变化,缺陷检测灵敏度|Δu|/u由0.35逐步增加到143,最高灵敏度对应的接收时间点前移2 511μs;但线圈间距增加到240 mm时,灵敏度|Δu|/u降为73。试验结果表明:线圈间距为210 mm时,其检测灵敏度最佳。该研究对脉冲远场涡流检测探头的设计具有参考价值。

新型脉冲远场涡流传感器检测性能的仿真分析

远场涡流技术由于不受集肤效应的限制,其可实现原位检测的优点成为解决大厚度非磁性金属平板的有效途径。在前期研究工作基础上,介绍了新型非磁性平板构件脉冲远场涡流传感器的设计原理,并仿真分析了基于连通磁路传感器对不同走向缺陷及不同厚度平板的检测能力。结果表明:将脉冲远场涡流技术应用至非磁性金属平板检测时,检测信号所受扰动主要是缺陷对感应涡流的扰动,而非缺陷对磁场的扰动,这与其检测铁磁性材料存在根本的区别,同时,其可检测的板材厚度达到了25 mm,研究结果为脉冲远场涡流技术在航空领域的应用提供了有益的探索。

脉冲远场涡流检测中磁场抑制技术

脉冲远场涡流用于飞机机身金属结构中缺陷的检测时,由于信号微弱,检测灵敏度往往不高,因此,如何实现对远场涡流的磁场抑制与信号增强,从而改进和提高其检测能力是一个关键问题。从抑制远场涡流磁场直接耦合分量的角度出发,仿真设计了带有不同屏蔽结构的传感器模型,分析了不同材料的屏蔽效果,比较了不同模型的缺陷检测灵敏度以及对大厚度平板的检测能力。研究结果表明:基于高导磁材料屏蔽盘的连通磁路传感器对直接耦合分量具有较好的抑制作用,可以拉近激励与检测线圈间的距离,提高缺陷的检测灵敏度,其对非磁性平板的检测厚度可扩展至25mm。

航空金属套管结构脉冲远场涡流检测机制及探头优化

航空金属套管结构凭借其套管管材可选择性组合的特点,有力提升了航空管道服役过程中的结构安全性与稳定性,因此广泛应用于航空、航天等领域的重要装备中。为进一步保障航空金属套管结构的服役安全,需采用有效的无损定量检测方法定期对其进行检测和损伤评估。围绕不锈钢-碳钢双层航空金属套管的无损定量检测,着力探究脉冲远场涡流检测机制及检测探头优化。通过快速有限元仿真研究,明晰磁场及坡印廷矢量在套管内外空气域中的分布规律、远场区识别手段等,并基于此,深入探索电磁屏蔽结构及其在检测探头优化中的有效性。结合仿真研究,对航空金属套管腐蚀减薄缺陷检测进行了实验探究,通过实验进一步验证所提航空金属套管结构脉冲远场涡流检测的远场区识别方法以及基于电磁屏蔽的探头优化成效。

铁磁性套管脉冲远场涡流检测激励参数优化

利用脉冲远场涡流检测对于铁磁性双层套管腐蚀缺陷的检测优势,针对双层套管内管外壁、外管内壁和外管外壁三处腐蚀缺陷,就激励参数变化对于系统灵敏度影响程度进行了研究,通过仿真和实验手段选择最佳激励参数,实现了脉冲远场涡流检测系统的参数优化,并弥补了前期缺少相关研究的不足。

基于磁场测量的脉冲远场涡流非磁性平板仿真

为解决在脉冲远场涡流检测中检测线圈体积较大、控件分辨力低且在低频域灵敏度差的问题,通过有限元仿真,对不同位置不同深度的缺陷进行了基于磁场测量的脉冲远场涡流检测非磁性平板仿真。结果表明:在对激励线圈施加屏蔽后可以实现远场涡流效应,当缺陷位于激励线圈与二维节点中间时,检测效果最好,并且缺陷深度与磁通密度差分幅值密切相关,且具有良好的线性关系,可以实现对缺陷的定位及定量分析。

阵列式脉冲远场涡流管道缺陷检测方法

针对采用单个检测线圈在管道缺陷检测中存在的检测分辨力较低的问题,研究了管道缺陷定量检测中的阵列式脉冲远场涡流检测技术。利用有限元仿真的方法对阵列传感器结构进行了优化设计,并且分析了不同深度缺陷对感应电压信号的影响规律。最后通过实验对仿真结果进行了验证,实验结果表明本文设计的阵列传感器具有较高的检测精度和灵敏度,可以实现对管道缺陷的定量检测。

铆接结构中缺陷的脉冲远场涡流定量评估技术

针对飞机机身铆接结构检测中难以对缺陷进行定量评估的问题,将脉冲远场涡流检测技术运用于铆接结构缺陷检测之中。利用脉冲激励频谱成分丰富、可提取特征信息较多的优势对铆接结构中缺陷的定量评估技术展开研究。首先,建立铆接结构脉冲远场涡流三维检测模型,对缺陷进行检测,从而确定缺陷位置。在此基础上,分析缺陷类型、尺寸对检测信号的影响发现直接耦合分量幅值与上下表面缺陷深度之间具有不同的变化关系,从而实现对缺陷的分类识别。最终,利用信号的过零时间变化量实现对缺陷深度的定量,在缺陷深度已知的情况下,进一步利用直接耦合分量幅值变化对上表面缺陷长度进行定量;利用间接耦合分量幅值变化对下表面缺陷长度进行定量。

脉冲远场涡流技术在非磁性金属管道缺陷检测中的仿真验证

文章在介绍传统铁磁性管道远场涡流检测技术,分析远场涡流基本现象的基础上,通过仿真对激励信号频率进行优化,在非磁性金属管道中初步实现了远场涡流效应,并研究分析引入脉冲激励后,在非磁性管道中裂纹走向不同以及检测线圈放置方向不同对检测结果的影响,得到了脉冲远场涡流技术对非磁性管道中轴向裂纹检测灵敏度更高及检测线圈需要轴向放置的结论,验证了应用脉冲远场涡流技术检测非磁性金属管道缺陷的可行性。

金属构件缺陷的脉冲涡流近-远场复合定量检测

鉴于脉冲涡流检测和脉冲远场涡流检测在金属构件损伤检测中的优势,提出一种非铁磁性金属构件缺陷的脉冲涡流近-远场复合定量检测探头。通过数值仿真,在系统分析电磁场能流密度的基础上,研究脉冲涡流近-远场检测信号特性及其对构件腐蚀减薄缺陷的响应灵敏度,剖析检测信号特征与缺陷尺寸参数间的关联规律。同时,搭建试验平台,进一步探究基于脉冲涡流近-远场复合定量检测的非铁磁性金属构件腐蚀减薄缺陷定量检测方法。仿真及试验结果表明,所提集成磁场直接和间接耦合分量的新探头构型可同时对金属构件腐蚀减薄缺陷实施脉冲涡流检测和脉冲远场涡流检测,增强了缺陷定量信息的有效拾取。

铁磁性管道脉冲远场涡流无损检测技术

针对传统正弦激励下的远场涡流技术存在的探头长度较长，无法识别内外壁缺陷的问题，采用脉冲方波作为激励信号，在分析脉冲远场涡流工作原理的基础上，采用ANSYS仿真软件建立了脉冲远场涡流的仿真模型，仿真分析了传感器参数和激励脉冲参数对检测信号的影响以及内外壁缺陷的定量检测能力。最后采用实验的方法对仿真结果进行了验证，实验与仿真结果相一致，证明了仿真结论的正确性。