基于脉冲涡流技术的小口径管道内检测仿真与实验验证

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油气管道是能源传输的动脉,对管道缺陷进行及时检测和处理,对于维护管道正常运行、减少因管道泄漏引发的人员伤亡和经济损失具有重要意义。本论文将脉冲涡流技术应用于小口径油气管道内壁缺陷的检测,展开了理论分析,仿真模拟和实验研究。  首先在脉冲涡流检测的理论基础上探究缺陷定量检测的方法;在此基础上运用有限元方法建立了管道内壁缺陷的脉冲涡流检测模型,详细仿真分析了影响脉冲涡流检测精度的因素,得出脉冲涡流检测的相关规律;设计了脉冲涡流检测系统,包括:检测探头、数据采集模块和数据显示与存储模块等,搭建了实验系统平台,在含有人工缺陷的管段上进行了多组实验,采集并分析实验数据,实现了对人工缺陷的定量检测,验证了本次设计脉冲涡流检测系统的可行性。  通过仿真模拟和实验验证,得出以下结论:  (1)相比无缺陷的情况,存在缺陷时被测试件中的涡流和磁场分布情况发生明显变化,提取变化的磁场信息并进行分析可得到缺陷的定量信息;  (2)通过分离空间三维磁场信息,沿缺陷长度和宽度方向检测磁场分量的方法,可获得人工缺陷的长度和宽度的定量信息,该方法具有较高的检测精度,对于缺陷长度和宽度的检测均满足检测精度要求;  (3)利用缺陷长度方向位移-检测信号曲线的凹陷程度可定性判断缺陷的深度,缺陷宽度变化会对缺陷深度的检测产生影响,通过对不同缺陷宽度下测得的缺陷深度信号进行曲线或曲面拟合,可获得缺陷深度定量信息,在样本数量足够多且充分考虑缺陷宽度影响的情况下,该方法能够达到缺陷深度检测的精度要求;  (4)脉冲涡流检测具有趋肤效应,缺陷深度越大,缺陷检测的灵敏度就越低,当缺陷深度达到或超过某个阈值,检测信号不再发生变化;  (5)在一定范围内,选取较高激励信号幅值、较高灵敏度检测元件、较低激励信号频率、较小探头尺寸对于缺陷检测是有利的,增大探头提离高度、探头振动以及检测速度变化对于缺陷检测是不利的,在脉冲涡流检测系统设计时应对这些因素加以考虑。  本论文的研究工作为改进小口径油气管道内壁缺陷检测方法、提高缺陷定量检测精度提供了借鉴,具有较好的理论意义和工程应用价值。
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