一種測(cè)量鐵磁構(gòu)件壁厚相對(duì)變化量的脈沖渦流檢測(cè)方法
【專利摘要】一種測(cè)量鐵磁構(gòu)件壁厚相對(duì)變化量的脈沖渦流檢測(cè)方法，它有三大步驟：步驟一：被檢鐵磁構(gòu)件的脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)的獲??；步驟二：被檢鐵磁構(gòu)件參數(shù)的反演；步驟三：利用壁厚的反演結(jié)果，測(cè)量被檢鐵磁構(gòu)件上不同檢測(cè)點(diǎn)處壁厚相對(duì)變化量。本發(fā)明是在現(xiàn)有脈沖渦流電磁無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)。在被檢鐵磁構(gòu)件脈沖渦流檢測(cè)模型時(shí)域解析解的基礎(chǔ)上，利用感應(yīng)電壓測(cè)量曲線，建立時(shí)域感應(yīng)電壓信號(hào)測(cè)量值與理論計(jì)算值之間的最小二乘問(wèn)題來(lái)反演被檢鐵磁構(gòu)件的壁厚與磁導(dǎo)率；利用被檢鐵磁構(gòu)件上兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)壁厚反演結(jié)果的比值，來(lái)得到壁厚的相對(duì)變化量，從而描繪出被檢構(gòu)件壁厚的相對(duì)變化，快速、精確地檢測(cè)出鐵磁構(gòu)件壁厚被腐蝕的情況。
【專利說(shuō)明】-種測(cè)量鐵磁構(gòu)件壁厚相對(duì)變化量的脈沖禍流檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)量鐵磁構(gòu)件壁厚相對(duì)變化量的脈沖潤(rùn)流檢測(cè)方法，屬于電磁無(wú) 損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)領(lǐng)域，大量使用鐵磁性管道和壓力容器來(lái)輸送和存儲(chǔ)具有高溫、高壓、腐蝕 性的液體或氣體介質(zhì)，鐵磁管道和壓力容器的腐蝕十分普遍。腐蝕導(dǎo)致鐵磁管道和壓力容 器的壁厚減薄，承壓性能下降，造成泄漏、爆炸等事故，帶來(lái)人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此需要 定期對(duì)被檢構(gòu)件（如鐵磁管道和壓力容器）的腐蝕情況實(shí)施在役無(wú)損檢測(cè)和評(píng)估。
[0003] 脈沖潤(rùn)流法是一種可W在包覆層外在役檢測(cè)被檢構(gòu)件壁厚的電磁無(wú)損檢測(cè)方法。 W脈沖電流激勵(lì)代替正弦電流激勵(lì)，在被檢構(gòu)件外激發(fā)出脈沖磁場(chǎng)，使被檢構(gòu)件內(nèi)感應(yīng)出 脈沖潤(rùn)流，然后通過(guò)檢測(cè)此脈沖潤(rùn)流電磁場(chǎng)的衰減過(guò)程，來(lái)評(píng)估被檢構(gòu)件壁厚的腐蝕程度。 如何從脈沖潤(rùn)流檢測(cè)信號(hào)，確定被檢鐵磁構(gòu)件的壁厚減薄，是脈沖潤(rùn)流檢測(cè)信號(hào)處理的關(guān) 鍵。
[0004] 現(xiàn)有的鐵磁構(gòu)件脈沖潤(rùn)流檢測(cè)技術(shù)，多通過(guò)從檢測(cè)信號(hào)中提取特征量的方法來(lái)對(duì) 構(gòu)件壁厚實(shí)施檢測(cè)。例如，W感應(yīng)電壓信號(hào)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下的特征衰減時(shí)間T作為檢測(cè) 特征量來(lái)檢測(cè)鐵磁構(gòu)件壁厚d的相對(duì)變化，其中T=ytO(f，y。為真空磁導(dǎo)率，yt為 被檢構(gòu)件的相對(duì)磁導(dǎo)率，O為被檢構(gòu)件的電導(dǎo)率；或者是提取差分信號(hào)峰值時(shí)間、峰值大 小等信號(hào)特征量來(lái)檢測(cè)鐵磁構(gòu)件的壁厚。該些方法的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)處理操作簡(jiǎn)單、速度快；但 一般不能給出特征量的具體表達(dá)式和物理含義，檢測(cè)特征量不能有效反映整條信號(hào)曲線的 信息，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果容易受到鐵磁構(gòu)件電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等因素變化的影響。
[0005] 為了在現(xiàn)有脈沖潤(rùn)流檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)被檢鐵磁構(gòu)件的壁厚相對(duì)量進(jìn)行更準(zhǔn)確的脈 沖潤(rùn)流檢測(cè)，需要提出一種更加有效的方法來(lái)充分利用脈沖潤(rùn)流電磁場(chǎng)的整個(gè)衰減過(guò)程， W此來(lái)評(píng)估被檢構(gòu)件壁厚的腐蝕程度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量鐵磁構(gòu)件壁厚相對(duì)變化量的脈沖潤(rùn)流檢測(cè)方法， 該方法是在現(xiàn)有脈沖潤(rùn)流電磁無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的。在被檢鐵磁構(gòu)件脈沖潤(rùn) 流檢測(cè)模型時(shí)域解析解的基礎(chǔ)上，利用感應(yīng)電壓測(cè)量曲線，建立時(shí)域感應(yīng)電壓信號(hào)測(cè)量值 與理論計(jì)算值之間的最小二乘問(wèn)題來(lái)反演被檢鐵磁構(gòu)件的壁厚與磁導(dǎo)率；最后利用被檢 鐵磁構(gòu)件上兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處壁厚反演結(jié)果的比值，來(lái)得到該兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)壁厚的相對(duì)變化量

【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)量鐵磁構(gòu)件壁厚相對(duì)變化量的脈沖渦流檢測(cè)方法，其特征在于：該方法具體 步驟如下： 步驟一：被檢鐵磁構(gòu)件的脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)的獲取即SAP : 將空心圓柱線圈探頭置于帶包覆層的被檢鐵磁構(gòu)件上，被檢鐵磁構(gòu)件上的檢測(cè)點(diǎn)記為 Q，被檢鐵磁構(gòu)件上的第j個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記為％，下標(biāo)j為檢測(cè)點(diǎn)Q的標(biāo)識(shí)號(hào)，被檢鐵磁構(gòu)件上的 下一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記為Qj+1，j = 1，2,......，N, N為自然數(shù)；被檢鐵磁構(gòu)件上檢測(cè)點(diǎn)Qj的壁厚記 為屯下一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)Qp1的壁厚記為C^1，線圈探頭的提離距離為1 ;脈沖渦流檢測(cè)信號(hào)的獲 取步驟為： 步驟SAP-1，將空心圓柱線圈探頭垂直放置于被檢鐵磁構(gòu)件檢測(cè)點(diǎn)包覆層外，線圈探頭 下邊緣與被檢鐵磁構(gòu)件上表面之間的提離距離為1 ; 步驟SAP-2,激勵(lì)線圈的兩端接入脈沖電流激勵(lì)源，檢測(cè)線圈的兩端接入數(shù)據(jù)采集卡； 步驟SAP-3,用計(jì)算機(jī)控制脈沖激勵(lì)源輸出持續(xù)脈寬為10?5000ms，幅值為0. 1?20A 的穩(wěn)定電流1〇,在檢測(cè)起始時(shí)刻即t = 0,關(guān)斷激勵(lì)電流，得到快速下降的脈沖激勵(lì)電流下 降沿； 步驟SAP-4,用數(shù)據(jù)采集卡采集激勵(lì)電流關(guān)斷后，在一個(gè)采樣時(shí)間T，T = IOms?Is里， 檢測(cè)線圈兩端的感應(yīng)電壓時(shí)域信號(hào)u(t)，并將采集得到的感應(yīng)電壓信號(hào)u(t)存儲(chǔ)到計(jì)算 機(jī)內(nèi)； 步驟二：被檢鐵磁構(gòu)件參數(shù)的反演方法即PIP : 按照SAP步驟采集得到檢測(cè)線圈兩端的感應(yīng)電壓后，如何由檢測(cè)信號(hào)反演出被檢構(gòu)件 上檢測(cè)點(diǎn)％處壁厚4的變化是壁厚腐蝕脈沖渦流檢測(cè)中信號(hào)處理的關(guān)鍵，當(dāng)激勵(lì)線圈中通 入脈沖激勵(lì)電流i(t)時(shí)，檢測(cè)線圈兩端的感應(yīng)電壓時(shí)域表達(dá)式：
n取值為3. 14 ; e為自然對(duì)數(shù)的底，取值為2. 72 ; 〇為被檢鐵磁構(gòu)件的電導(dǎo)率，單位為S/m; d為被檢鐵磁構(gòu)件上檢測(cè)點(diǎn)Q的壁厚，單位為m ; U Q為真空磁導(dǎo)率，取值為4 Ji X KTWm ; 為被檢鐵磁構(gòu)件的相對(duì)磁導(dǎo)率； b為鐵磁平板渦流場(chǎng)模型的截?cái)噙吔?，單位為m ; 入i表示一階貝塞爾函數(shù)J1 (b X J = 〇的第i個(gè)正根； Jtl(X)表示第一類0階貝塞爾函數(shù)；
i (t)為脈沖激勵(lì)電流,單位為A ; i' (t)表示脈沖激勵(lì)電流對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)； "" 表示卷積運(yùn)算./;⑴*./;⑴=f:./; (r)./2 (f- r)dr ; J O Cd為激勵(lì)線圈的線圈系數(shù)，Cp為檢測(cè)線圈的線圈系數(shù)； 基于上述鐵磁平板脈沖渦流檢測(cè)模型感應(yīng)電壓的時(shí)域解析解，建立感應(yīng)電壓時(shí)域信號(hào) 測(cè)量值與理論計(jì)算值之間的最小二乘問(wèn)題，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)％處的壁厚、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率參數(shù)進(jìn) 行反演，具體步驟如下： 步驟PIP-1，將被檢鐵磁構(gòu)件檢測(cè)點(diǎn)處的壁厚4和相對(duì)磁導(dǎo)率設(shè)為未知參數(shù)， 即有待反演的參數(shù)向量X = (d, Ii Jt ; 步驟PIP-2,按照SAP步驟，在被檢構(gòu)件上檢測(cè)點(diǎn)％處，數(shù)據(jù)采集卡采集得到的檢測(cè)線 圈兩端的時(shí)域感應(yīng)電壓測(cè)量數(shù)據(jù)為U1J1), (t2, U2)，…，（tm，Unl)，將其與式⑴計(jì)算的感應(yīng) 電壓理論值u(x，t)比較，令感應(yīng)電壓信號(hào)測(cè)量值與計(jì)算值之間的誤差平方和最小來(lái)反演 參數(shù)X，即建立最小二乘問(wèn)題：
記殘量函數(shù)^(X)= %-(叫）=fl ,，并記殘量函數(shù)向量r(X)= Cr1 (X)，r2 (X)，? ? ?，rm (X))T ; 步驟PIP-3,在計(jì)算機(jī)中，利用迭代算法，求解出最小二乘問(wèn)題（2)的最優(yōu)解x%迭代算 法的計(jì)算步驟為： (1) 給定初始點(diǎn)其中d⑴=1?30mm，片w=2〇?500 ,允許誤差e> 〇, 一般取 e = 1〇_3,置 k = 1 ; (2) 將第k步的參數(shù)向量，，代入計(jì)算式⑴中，計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)心 的感應(yīng)電壓理論值u (x(k)，U，然后與感應(yīng)電壓的測(cè)量值Ui作差，計(jì)算出殘量函數(shù)值 Ti(X0d) = Ui-U(X0i), t)，i = 1，2, 并得到殘量函數(shù)向量r(k);然后進(jìn)一步由式（1)計(jì)算出感應(yīng)電壓理論曲線對(duì)壁厚d的一 階偏導(dǎo)數(shù)
求得方向向量b(k); (4) 從參數(shù)向量x(k)出發(fā)，沿b(k)作一維搜索，求出步長(zhǎng)ak，使得
并令 x(k+i) =x(k)+akb(k)； (5) 若I |x(k+1)-x(k)| I彡e，則停止計(jì)算，得到最小二乘問(wèn)題⑵的最優(yōu)解= x(k+1); 否則，置k: = k+1，返回步驟（2); 由上述迭代算法求解出最小二乘問(wèn)題（2)的最優(yōu)解V= 后，即得到被檢構(gòu)件 上檢測(cè)點(diǎn)％處壁厚的反演結(jié)果 <，相對(duì)磁導(dǎo)率的反演結(jié)果丨；將壁厚反演結(jié)果:< 與檢測(cè) 點(diǎn)％的位置信息對(duì)應(yīng)起來(lái)，保存到計(jì)算機(jī)中； 步驟三：利用壁厚的反演結(jié)果，測(cè)量被檢鐵磁構(gòu)件上不同檢測(cè)點(diǎn)處壁厚相對(duì)變化量： 對(duì)鐵磁構(gòu)件實(shí)施脈沖渦流檢測(cè)的目的是通過(guò)感應(yīng)電壓時(shí)域信號(hào)的衰減過(guò)程，來(lái)評(píng)估壁 厚的腐蝕程度，因此，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)的反演結(jié)果，來(lái)確定被檢鐵磁構(gòu)件壁厚的變化，是脈沖 渦流檢測(cè)的最終目的；被檢鐵磁構(gòu)件的電導(dǎo)率〇很難直接測(cè)得，而且其容易受構(gòu)件溫度、 材料微觀組織因素的影響，也很難用標(biāo)準(zhǔn)試件對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，從被檢鐵磁構(gòu)件上任意找兩 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，通過(guò)將兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處壁厚反演結(jié)果作比，來(lái)消除被檢構(gòu)件電導(dǎo)率的影響，從而測(cè) 量出被檢鐵磁構(gòu)件不同檢測(cè)點(diǎn)壁厚的相對(duì)變化，具體實(shí)施步驟為： 步驟1 :將空心圓柱線圈探頭置于被檢鐵磁構(gòu)件上檢測(cè)點(diǎn)Qj處，檢測(cè)點(diǎn)Qj的壁厚記為 dJ ; 步驟2 :按照SAP步驟，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)％實(shí)施脈沖渦流檢測(cè)，并將采集得到的檢測(cè)線圈兩端 感應(yīng)電壓時(shí)域信號(hào)數(shù)據(jù)（!^,U1), (t2，u2)，…，（tm，um)u(t)存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中； 步驟3 :按照PIP步驟，利用檢測(cè)點(diǎn)％處檢測(cè)信號(hào)建立最小二乘問(wèn)題，并反演出檢測(cè)點(diǎn) Qj的壁厚和相對(duì)磁導(dǎo)率，為檢測(cè)點(diǎn)％處壁厚的反演結(jié)果，為檢測(cè)點(diǎn)％處相對(duì)磁導(dǎo)率 的反演結(jié)果，最后將這兩個(gè)反演結(jié)果與檢測(cè)點(diǎn)％的位置信息對(duì)應(yīng)起來(lái)，存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中； 步驟4 :將空心線圈探頭移至被檢鐵磁構(gòu)件的下一檢測(cè)點(diǎn)Qp1，重復(fù)步驟2和步驟3,得 到下一檢測(cè)點(diǎn)％+1的壁厚和相對(duì)磁導(dǎo)率反演結(jié)果，<+1 .為檢測(cè)點(diǎn)Qm處壁厚的反演結(jié)果，￥ 為檢測(cè)點(diǎn)Qp1處相對(duì)磁導(dǎo)率的反演結(jié)果，最后將這兩個(gè)反演結(jié)果與檢測(cè)點(diǎn)Qp1的位置信息 對(duì)應(yīng)起來(lái)，存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中； 步驟5 :將檢測(cè)點(diǎn)Qi處壁厚反演結(jié)果 < 與下一檢測(cè)點(diǎn)Qi+1處壁厚反演結(jié)果<+1作比，得
由此計(jì)算出后一檢測(cè)點(diǎn)Qj+1處的壁厚相對(duì)于前一檢測(cè)點(diǎn)Qj處壁厚的相對(duì)變化量后，將 檢測(cè)結(jié)果與檢測(cè)點(diǎn)的位置信息對(duì)應(yīng)起來(lái)，保存到計(jì)算機(jī)中，直至描繪出整個(gè)被檢鐵磁構(gòu)件 壁厚相對(duì)于前一檢測(cè)點(diǎn)％的壁厚的相對(duì)變化情況，從而找出被檢鐵磁構(gòu)件壁厚腐蝕減薄的 位置，并對(duì)壁厚腐蝕程度進(jìn)行定量評(píng)估。
【文檔編號(hào)】G01B7/06GK104359389SQ201410617338
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】陳興樂(lè), 雷銀照 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)