本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)可歸因于腐蝕等的金屬裝置的薄化的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在諸如石油工廠和石油化工廠等工廠中，如果諸如金屬管道、反應(yīng)設(shè)備、蒸餾塔等裝置發(fā)生腐蝕，特別是局部腐蝕，則該腐蝕會(huì)導(dǎo)致裝置薄化，造成泄漏和生產(chǎn)效率的降低。為此，在整個(gè)工廠中延伸的諸如金屬管道和大型反應(yīng)設(shè)備等裝置發(fā)生局部腐蝕等導(dǎo)致薄化的情況下，需要及早對(duì)薄化進(jìn)行檢測(cè)。

然而，在管道內(nèi)部、金屬板的后表面等處發(fā)生薄化的情況下，難以通過目視發(fā)現(xiàn)薄化。為此，已經(jīng)開發(fā)了用于對(duì)在不可直接觀察到的部位處的薄化的發(fā)生進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù)。

例如，日本專利申請(qǐng)公開no.2015-137930公開了一種用于通過向檢查對(duì)象金屬施加參考電流并通過磁傳感器檢測(cè)由該參考電流引起的磁通密度來進(jìn)行薄化檢查的技術(shù)。該技術(shù)基于這樣的一個(gè)原理：在發(fā)生薄化的部位處，由于電阻增大，電流密度分布發(fā)生變化，因此由磁傳感器檢測(cè)到的磁場(chǎng)分布(磁通密度分布)也發(fā)生變化。

可以基于在檢查期間檢測(cè)到的磁場(chǎng)分布與通過將參考電流施加到未薄化的金屬而獲得的參考磁場(chǎng)分布之間的差異來獲得磁場(chǎng)分布的變化。

由于磁傳感器可以在不接觸檢查對(duì)象金屬的情況下測(cè)量磁通密度，所以根據(jù)上述技術(shù)，可以防止檢查對(duì)象金屬與不同金屬件相接觸而受到不利影響。此外，即使在檢查對(duì)象金屬被諸如絕熱材料或涂層的保護(hù)材料覆蓋的情況下，也可以在不去除保護(hù)材料的情況下進(jìn)行薄化檢查。

專利文獻(xiàn)1：日本專利申請(qǐng)公開no.2015-137930

根據(jù)用于基于例如某一部位處的磁場(chǎng)分布的變化來檢測(cè)薄化的技術(shù)，如果磁場(chǎng)分布已經(jīng)改變，則可以估計(jì)薄化已經(jīng)發(fā)生。然而，不可能根據(jù)磁場(chǎng)分布的變化立即獲得薄化的形狀和深度。

為了根據(jù)磁場(chǎng)分布的變化來獲得薄化的形狀和深度，例如可以考慮使用模式匹配技術(shù)。由于通過仿真已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使各部位在薄化深度上相同，但是如果它們?cè)诒』螤钌喜煌?，則它們?cè)诖艌?chǎng)分布的變化方面也是顯著不同的，在預(yù)先對(duì)具有不同形狀的多個(gè)薄化模式中的每一個(gè)執(zhí)行模式匹配方案的情況下，通過實(shí)驗(yàn)、仿真等計(jì)算不同深度處的磁場(chǎng)分布的改變。此后，如果對(duì)磁場(chǎng)分布的變化進(jìn)行了測(cè)量，則通過搜索與同所測(cè)量的變化最相似的磁場(chǎng)分布的變化相關(guān)聯(lián)的薄化模式來估計(jì)薄化的形狀和深度。

模式匹配方案具有以下特征：對(duì)于與所準(zhǔn)備的薄化模式中的任一個(gè)相匹配的薄化，可以期望高估計(jì)準(zhǔn)確度；而對(duì)于與所準(zhǔn)備的薄化模式中的任何一個(gè)都不匹配的薄化，估計(jì)準(zhǔn)確度顯著降低。

實(shí)際發(fā)生在金屬裝置中的薄化的形狀是多種多樣的，因此，針對(duì)每個(gè)薄化模式來準(zhǔn)備磁場(chǎng)分布的變化是不現(xiàn)實(shí)的。為此，期望開發(fā)一種應(yīng)對(duì)各種薄化形狀的薄化估計(jì)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了一種用于執(zhí)行應(yīng)對(duì)各種薄化形狀的薄化估計(jì)的薄化檢測(cè)系統(tǒng)和方法。

一種根據(jù)示例性實(shí)施例的薄化檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

電流施加設(shè)備，其配置為向安裝在作為監(jiān)測(cè)對(duì)象的金屬裝置上的電極施加交流(ac)電流；

磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備，其包括被配置為測(cè)量金屬裝置的表面?zhèn)鹊拇艌?chǎng)分布的磁傳感器陣列；以及

測(cè)量管理設(shè)備，其配置為基于磁場(chǎng)分布差來估計(jì)金屬裝置的薄化分布，所述磁場(chǎng)分布差是在金屬裝置中還沒有發(fā)生薄化的情況下獲得的參考磁場(chǎng)分布與作為實(shí)際測(cè)量結(jié)果的測(cè)量磁場(chǎng)分布之間的差，

其中，測(cè)量管理設(shè)備根據(jù)磁場(chǎng)分布差計(jì)算金屬裝置的虛擬電流分布，并且基于由虛擬電流分布表示的虛擬渦電流來估計(jì)金屬裝置的薄化分布。

所述測(cè)量管理設(shè)備可以配置為：

基于所述虛擬渦電流的螺旋形狀來估計(jì)薄化形狀；并且

基于所述虛擬渦電流的密度來估計(jì)薄化深度。

所述測(cè)量管理設(shè)備可以配置為：

通過定向正方形柵格來對(duì)金屬裝置的電流路徑進(jìn)行近似；

并且

通過求解二次規(guī)劃問題來計(jì)算所述虛擬電流分布，所述二次規(guī)劃問題用于在作為定向正方形柵格的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電流守恒定律的約束條件下使得所述磁場(chǎng)分布差與由所述虛擬電流分布引起的每個(gè)磁傳感器上的磁通密度分布之間的距離最小化。

所述測(cè)量管理設(shè)備配置為基于所述磁傳感器和所述金屬裝置的位置來校正測(cè)量磁場(chǎng)分布。

針對(duì)某個(gè)磁傳感器，基于通過向所述金屬裝置施加的具有不同頻率的交流電流而獲得的磁通密度，所述測(cè)量管理設(shè)備配置為計(jì)算相應(yīng)的磁傳感器和所述金屬裝置的位置。

所述測(cè)量管理設(shè)備可以配置為：基于由某個(gè)磁傳感器測(cè)量的磁通密度、以及布置在金屬設(shè)備與相應(yīng)磁傳感器的延長(zhǎng)線上的輔助磁傳感器測(cè)量的磁通密度，來計(jì)算相應(yīng)的磁傳感器和金屬裝置的位置。

一種根據(jù)示例性實(shí)施例的薄化檢測(cè)方法，包括步驟：

對(duì)安裝在作為監(jiān)測(cè)對(duì)象的金屬裝置上的電極施加交流電流；

通過磁傳感器陣列測(cè)量金屬裝置的表面?zhèn)鹊拇艌?chǎng)分布；以及

基于磁場(chǎng)分布差來估計(jì)金屬裝置的薄化分布，所述磁場(chǎng)分布差是在金屬裝置中還沒有發(fā)生薄化的情況下獲得的參考磁場(chǎng)分布與作為實(shí)際測(cè)量結(jié)果的測(cè)量磁場(chǎng)分布之間的差，

其中，薄化估計(jì)步驟根據(jù)磁場(chǎng)分布差計(jì)算金屬裝置的虛擬電流分布，并且基于由虛擬電流分布表示的虛擬渦電流來估計(jì)金屬裝置的薄化分布。

根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種用于執(zhí)行應(yīng)對(duì)各種薄化形狀的薄化估計(jì)的薄化檢測(cè)系統(tǒng)和方法。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的薄化檢測(cè)系統(tǒng)的配置的框圖。

圖2是用于說明監(jiān)測(cè)對(duì)象管道上的電流施加設(shè)備和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的功能的示圖。

圖3是示出電流施加設(shè)備的配置示例的框圖。

圖4是示出磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的配置示例的框圖。

圖5是示出測(cè)量管理設(shè)備的配置示例的框圖。

圖6a至圖6c是用于說明虛擬渦電流的示圖。

圖7是示出在測(cè)量管理設(shè)備中形成的用于薄化分布估計(jì)功能的塊的示圖。

圖8是用于說明定向正方形柵格的示圖。

圖9是用于說明在實(shí)際使用薄化檢測(cè)系統(tǒng)前的準(zhǔn)備階段的流程圖。

圖10是用于說明使用薄化檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)薄化檢測(cè)系統(tǒng)的操作概要的流程圖。

圖11是用于說明電流施加設(shè)備的操作的流程圖。

圖12是用于說明磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的操作的流程圖。

圖13是用于說明噪聲去除的示例的流程圖。

圖14是用于說明測(cè)量管理設(shè)備的操作的流程圖。

圖15是用于說明薄化分布計(jì)算處理的流程圖。

圖16是示出三維映射的示例的示圖。

圖17a和圖17b是用于說明測(cè)量監(jiān)測(cè)對(duì)象管道與磁性傳感器之間的距離的方法的示圖。

圖18是用于說明測(cè)量監(jiān)測(cè)對(duì)象管道與磁傳感器之間的距離的方法的示圖。

具體實(shí)施方式

將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本實(shí)施例的薄化檢測(cè)系統(tǒng)10的配置的框圖。薄化檢測(cè)系統(tǒng)10是用于對(duì)放置在工廠100中的金屬管道(稱為監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110)進(jìn)行薄化檢測(cè)的系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，將金屬管道描述為薄化檢測(cè)對(duì)象的示例；然而，薄化檢測(cè)系統(tǒng)10不限于金屬管道，并且可以對(duì)諸如蒸餾塔或反應(yīng)設(shè)備的金屬裝置上進(jìn)行薄化檢測(cè)。

如圖1所示，薄化檢測(cè)系統(tǒng)10包括布置在工廠100的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110附近的電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130以及連接到控制網(wǎng)絡(luò)200的測(cè)量管理設(shè)備210。

電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130具有無線通信功能。此外，測(cè)量管理設(shè)備210通過控制網(wǎng)絡(luò)200連接到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)220。以這種方式，測(cè)量管理設(shè)備210、電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130配置為通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280彼此進(jìn)行無線通信。然而，這些設(shè)備可以彼此進(jìn)行有線通信。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280可以使用諸如isa100.11a或wirelesshart的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或諸如ieee802.11或ieee802.15.4的通用無線網(wǎng)絡(luò)。

如圖2所示，在本實(shí)施例的薄化檢測(cè)系統(tǒng)10中，電流施加設(shè)備120通過設(shè)置在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的金屬表面上的一對(duì)電極111來將交流(ac)電流施加到監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的金屬表面。磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130布置在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的附近，并且測(cè)量磁場(chǎng)分布。

施加到監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的電流根據(jù)金屬表面的電阻分布以某一電流密度流動(dòng)，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。此時(shí)，如果通過腐蝕等使監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的一部分薄化，則由于相應(yīng)部分的電阻發(fā)生變化，電流密度分布發(fā)生變化，并且磁場(chǎng)分布也發(fā)生變化。下面將描述根據(jù)磁場(chǎng)分布的變化來估計(jì)薄化分布(即，薄化的位置、形狀和深度)的方法。

圖3是示出電流施加設(shè)備120的配置示例的框圖。如圖3所示，電流施加設(shè)備120包括計(jì)算單元121、信號(hào)生成單元122、電流控制單元123、存儲(chǔ)單元124、磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備同步單元125和無線通信單元126。

計(jì)算單元121基于從測(cè)量管理設(shè)備210發(fā)送的設(shè)置信息來執(zhí)行諸如設(shè)置待施加的電流的電流值、頻率等的處理的各種處理。信號(hào)生成單元122根據(jù)計(jì)算單元121的設(shè)置來生成待施加的電流波形。電流控制單元123基于由信號(hào)生成單元122生成的電流波形來控制施加電流。將諸如所設(shè)置的電流值的設(shè)置信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元124中。磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備同步單元125執(zhí)行與磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130進(jìn)行同步的處理。無線通信單元126執(zhí)行與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280建立連接的處理。

通常，磁場(chǎng)測(cè)量受到諸如地球磁力的環(huán)境磁場(chǎng)的影響。為此，優(yōu)選地，電流施加設(shè)備120所施加的電流具有例如不同于諸如50hz或60hz的商用頻率的整數(shù)倍的頻率或者信號(hào)選擇性良好的頻率(例如，素?cái)?shù)頻率)。

圖4是示出磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的配置示例的框圖。如圖4所示，磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130包括磁傳感器陣列131a、計(jì)算單元132、傳感器切換單元133、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元134、存儲(chǔ)單元135、電流施加設(shè)備同步單元136以及無線通信單元137。

磁傳感器陣列131a是用于檢測(cè)磁通密度的磁傳感器131的陣列，并且如圖4所示的那樣附接到監(jiān)視測(cè)對(duì)象管道110。通過磁傳感器陣列，可以獲得監(jiān)測(cè)對(duì)象管線道110的表面的磁場(chǎng)分布(磁通密度分布)。磁傳感器131是小尺寸低功耗的傳感器，因此可以大面積地密集安裝。因此，可以以高表面分辨率來測(cè)量磁場(chǎng)分布。

磁傳感器陣列131a可以一直附接到監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110。在這種情況下，無論何時(shí)進(jìn)行測(cè)量，都可以節(jié)省將磁傳感器附接至監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110上的勞動(dòng)，并且可以連續(xù)進(jìn)行測(cè)量。

傳感器切換單元133針對(duì)構(gòu)成磁傳感器陣列131a的磁傳感器131，執(zhí)行將磁傳感器131作為測(cè)量值獲取對(duì)象的切換。換句話說，在本實(shí)施例中，從磁傳感器順序地獲取測(cè)量值。作為測(cè)量值獲取方法，存在如本實(shí)施例中那樣從磁傳感器131順序地獲取測(cè)量值的方法、和同時(shí)獲取測(cè)量值的方法，并且由于腐蝕引起的厚度變化通常緩慢，并且可以降低電路部件的成本，所以在本實(shí)施例中，描述了順序獲取測(cè)量值的方法。

信號(hào)轉(zhuǎn)換單元134將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。存儲(chǔ)單元135用于存儲(chǔ)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的測(cè)量值、用于測(cè)量的設(shè)置信息等。計(jì)算單元132執(zhí)行從測(cè)量值中去除噪聲并將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為有效值、對(duì)設(shè)置信息進(jìn)行處理等的處理。下面將描述去除噪聲的具體方法。電流施加設(shè)備同步單元136執(zhí)行與電流施加設(shè)備120進(jìn)行同步的處理。無線通信單元137執(zhí)行與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280建立連接的處理。

根據(jù)該配置，如果電流施加設(shè)備120施加ac電流，由此產(chǎn)生ac磁場(chǎng)，則磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130通過磁傳感器陣列131a測(cè)量ac磁場(chǎng)。此后，磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備對(duì)測(cè)量結(jié)果執(zhí)行噪聲去除處理(下面將要描述)，然后執(zhí)行將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為有效值的處理。磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280向測(cè)量管理設(shè)備210發(fā)送測(cè)量結(jié)果(例如，與陣列中的磁傳感器131相對(duì)應(yīng)的有效值的數(shù)組)。

在本實(shí)施例中，電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130被配置為獨(dú)立分開的設(shè)備。其第一個(gè)原因是確保它們?cè)谑凸I(yè)、石化工業(yè)等的防爆區(qū)域中運(yùn)行。與磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130相比，電流施加設(shè)備120需要處理更大量的電力，這些設(shè)備的分離可以使得對(duì)其電路配置和在故障期間應(yīng)考慮的限制電路進(jìn)行簡(jiǎn)化成為可能。

第二個(gè)原因是它們的覆蓋范圍不同。電流施加設(shè)備120基本上可以覆蓋電極111之間的區(qū)域，并且可以容易地覆蓋相對(duì)較大的區(qū)域。

同時(shí)，由于磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130測(cè)量由磁傳感器131的陣列覆蓋的范圍的磁場(chǎng)，因此為了擴(kuò)大其測(cè)量區(qū)域，需要增加磁傳感器陣列131a中的磁傳感器的數(shù)量。因此，區(qū)域擴(kuò)張并不容易。

為此，如果分開地對(duì)一個(gè)電流施加設(shè)備120和多個(gè)磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130進(jìn)行配置和操作，則可以在無需擴(kuò)大電流施加設(shè)備120的情況下容易地?cái)U(kuò)大測(cè)量區(qū)域。毋庸置疑，為了節(jié)約建房成本和空間，可以一體地配置電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130。

為了測(cè)量磁場(chǎng)，電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130需要彼此同步操作，以便在磁場(chǎng)測(cè)量的時(shí)刻施加電流。由于它們的電子電路是分開的，所以可以考慮將以下方法作為同步方法：通過使用諸如紅外光的光進(jìn)行通信來施加觸發(fā)的方法；或者使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280的同步方法。為了執(zhí)行這種處理，電流施加設(shè)備120中包括磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備同步單元125，并且磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130中包括電流施加設(shè)備同步單元136。

具體地，可以考慮這樣一種方法，其分別將這些設(shè)備定義為主設(shè)備和子設(shè)備，并為主設(shè)備(例如，磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130)設(shè)置開始時(shí)機(jī)和運(yùn)行時(shí)間，并且參考主設(shè)備執(zhí)行同步。此外，在通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280進(jìn)行測(cè)量管理設(shè)備210的同步之后，為了更有效地消耗電力，電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130可以通過同步單元進(jìn)行局部同步。在本實(shí)施例中，測(cè)量管理設(shè)備210將開始時(shí)機(jī)和運(yùn)行時(shí)間作為設(shè)置信息發(fā)送給電流施加裝置120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130兩者。為此，磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備同步單元125和電流施加設(shè)備同步單元136可以省略。

圖5是示出測(cè)量管理設(shè)備210的配置示例的框圖。如圖5所示，測(cè)量管理設(shè)備210包括計(jì)算單元211、通信單元212、存儲(chǔ)單元213和輸入/輸出單元214。

通信單元212通過控制網(wǎng)絡(luò)200執(zhí)行通信處理。存儲(chǔ)單元213用于存儲(chǔ)以下內(nèi)容：安裝在工廠100中的磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130和監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的相對(duì)位置、薄化檢測(cè)系統(tǒng)10的各種設(shè)置、通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130接收的有效值的數(shù)組、計(jì)算單元211的計(jì)算結(jié)果等。

計(jì)算單元211執(zhí)行以下處理：基于從磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130接收到的有效值數(shù)組來估計(jì)在監(jiān)測(cè)對(duì)象管到110中發(fā)生的薄化的分布(即，薄化的位置、形狀和深度)的處理；使薄化分布可視化的處理；基于薄化狀態(tài)設(shè)置電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的下一個(gè)測(cè)量時(shí)機(jī)的測(cè)量設(shè)置處理。輸入/輸出單元214接收用戶的操作，并且執(zhí)行輸出通過使作為計(jì)算單元211的處理結(jié)果的薄化分布可視化而獲得的信息的處理?？梢酝ㄟ^三維映射、顏色映射等來執(zhí)行薄化分布的可視化。此外，在本實(shí)施例中，測(cè)量管理設(shè)備210和用于接收用戶操作的輸入/輸出單元214一體配置；然而，可以準(zhǔn)備單獨(dú)的輸入/輸出單元，并且可以使其例如通過控制網(wǎng)絡(luò)200連接到測(cè)量管理設(shè)備。

在執(zhí)行三維映射作為薄化分布的可視化的情況下，例如，將所計(jì)算的薄化的形狀和尺寸與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的形狀進(jìn)行映射。在測(cè)量設(shè)置處理中，根據(jù)薄化的形狀和尺寸，計(jì)算厚度方向上的深度和截面損耗率。另外，將它們與前一次計(jì)算的薄化深度和截面損耗率進(jìn)行比較，由此計(jì)算每單位時(shí)間的變化率。此外，將它們與最小允許厚度和最大允許剪切應(yīng)力進(jìn)行比較，由此計(jì)算時(shí)間余量，并且根據(jù)這些余量中較小的一個(gè)，設(shè)置電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的下一個(gè)測(cè)量時(shí)機(jī)。

現(xiàn)在，將描述這樣一種原理，本實(shí)施例的薄化檢測(cè)系統(tǒng)10通過該原理基于磁場(chǎng)分布的變化來估計(jì)薄化分布(即，薄化的位置、形狀和深度)。薄化檢測(cè)系統(tǒng)10使用由本申請(qǐng)的發(fā)明人與本發(fā)明聯(lián)合新開發(fā)的虛擬渦電流方法來執(zhí)行薄化分布估計(jì)。

此處，虛擬渦電流是與薄化的位置、形狀和深度相對(duì)應(yīng)的渦流狀的虛擬電流，并且是通過從薄化發(fā)生時(shí)獲得的電流分布中減去薄化發(fā)生之前獲得的電流分布而獲得的。本發(fā)明的依據(jù)在于，虛擬渦電流與厚度高度地相關(guān)。

例如，在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的電極111之間流過恒定電流的情況下，考慮圖6a所示的在不存在薄化的狀態(tài)下獲得的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的電流分布與圖6b所示的在存在薄化的狀態(tài)下獲得的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的電流分布之間的差。由于從電極111施加的電流量是恒定的，所以，作為所述差而獲得的的虛擬電流成為如圖6c所示的、不會(huì)通過電極111流入和流出的渦流狀電流。

根據(jù)數(shù)值仿真的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種虛擬電流與薄化高度地相關(guān)。具體地，發(fā)現(xiàn)一部分虛擬渦電流的電流密度表示相應(yīng)部分的薄化量，虛擬渦電流的螺旋方向表示薄化的形狀。換句話說，可以通過獲得虛擬渦電流來估計(jì)薄化的位置、形狀和深度。

因此，在本實(shí)施例中，通過仿真等預(yù)先獲得未發(fā)生薄化的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的磁場(chǎng)分布，并且計(jì)算該磁場(chǎng)分布與在檢查期間所獲得的磁場(chǎng)分布之間的差。該磁場(chǎng)分布差可以被認(rèn)為是由虛擬渦電流引起的磁場(chǎng)分布。因此，磁場(chǎng)分布差被轉(zhuǎn)換為虛擬渦電流，并且根據(jù)所獲得的虛擬電流來估計(jì)薄化分布。

為了執(zhí)行這些處理，在測(cè)量管理設(shè)備210的計(jì)算單元211和存儲(chǔ)單元213中形成如圖7所示的功能塊。換句話說，在存儲(chǔ)單元213中形成了正方形柵格參數(shù)存儲(chǔ)單元311、測(cè)量磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元312、參考磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元313、磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣存儲(chǔ)單元314、電流限制矩陣存儲(chǔ)單元315、正則化參數(shù)存儲(chǔ)單元316和薄化比例系數(shù)存儲(chǔ)單元317，并且在計(jì)算單元211中形成了差分計(jì)算單元321、二次規(guī)劃問題求解單元322和薄化分布計(jì)算單元323。

正方形柵格參數(shù)存儲(chǔ)單元311用于存儲(chǔ)在二次規(guī)劃問題求解單元322中使用的定向正方形柵格的尺寸。

現(xiàn)在，將描述定向正方形柵格。定向正方形柵格是用于對(duì)在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110中虛擬流動(dòng)的電流進(jìn)行建模并如圖8所示地由(m×n)個(gè)節(jié)點(diǎn)v和(2mn-m-n)個(gè)邊緣e確定的圖形。假設(shè)電流在被提供為柵格形狀中的與x軸和y軸平行的路徑的邊緣e中流動(dòng)。此外，在圖8中，為了避免復(fù)雜性，在x軸方向上延伸的邊緣e由標(biāo)識(shí)符“e1”至“emn-m”表示，并且沿y軸方向延伸的邊緣e由標(biāo)識(shí)符“emn-m+1”到“e2mn-m-n”表示。此外，x軸方向上的相鄰節(jié)點(diǎn)v之間的距離由wx表示，并且y軸方向上的相鄰節(jié)點(diǎn)v之間的距離由wy表示。

隨著定向正方形柵格的節(jié)點(diǎn)數(shù)(即，m×n)增加，電流路徑分辨率提高，并且渦電流近似準(zhǔn)確度提高；然而，計(jì)算量與節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加成比例地增加。在下文中，將由存儲(chǔ)在正方形柵格參數(shù)存儲(chǔ)單元311中的尺寸確定的定向正方形柵格稱為圖形g(v，e)。v是節(jié)點(diǎn)v的整個(gè)集合，e是邊緣e的整個(gè)集合。

此外，將在邊緣ej中流動(dòng)的電流稱為xi。因此，作為待求解的對(duì)象的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的虛擬電流分布可以由x＝(x1，x2，...，x2mn-m-n)表示。

測(cè)量磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元312用于存儲(chǔ)在檢查期間由磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130測(cè)量的測(cè)量磁場(chǎng)分布(有效值的數(shù)組)。參考磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元313用于存儲(chǔ)未發(fā)生薄化的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的磁場(chǎng)分布(參考磁場(chǎng)分布)。可以通過實(shí)際測(cè)量、仿真等來獲得在未發(fā)生薄化的狀態(tài)下的磁場(chǎng)分布。

磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣存儲(chǔ)單元314用于存儲(chǔ)用于根據(jù)磁場(chǎng)分布來估計(jì)電流分布的磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣。此處，磁場(chǎng)分布是由磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130測(cè)量的磁場(chǎng)分布，電流分布是待求解的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的虛擬電流分布x。

磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣由u(uij)表示。此處，uij是磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣u的第i行的第j列，并且是用于將在邊緣ej中流動(dòng)的電流與經(jīng)由相應(yīng)的電流而被施加到第i個(gè)磁傳感器131的磁通密度相關(guān)聯(lián)的比例系數(shù)。換句話說，經(jīng)由邊緣ej中流動(dòng)的電流xj而被施加到磁傳感器i的磁通密度變?yōu)閡ij×xj。由磁傳感器i測(cè)量的磁通密度是經(jīng)由在各個(gè)邊緣中流動(dòng)的電流而被施加的磁通密度的總和。因此，由磁傳感器i測(cè)量的磁通密度變?yōu)椤?uij×xj)。

由于uij遵守表示由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小的biot-savart定律，因此，可以通過表達(dá)式1基于磁傳感器陣列131a的磁傳感器131的坐標(biāo)和監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的定向正方形柵格的坐標(biāo)來獲得uij。

[表達(dá)式1]

μ0＝真空磁導(dǎo)率

電流限制矩陣存儲(chǔ)單元315用于存儲(chǔ)這樣一個(gè)矩陣，其是定向正方形柵格連接矩陣并且表示在邊緣中流動(dòng)的電流。由于在邊緣中流動(dòng)的電流應(yīng)滿足基爾霍夫定律，所以，針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要表示流入電流和流出電流。電流限制矩陣k(＝(kij))可以由表達(dá)式2表示。

[表達(dá)式2]

+1，邊緣j的電流流入節(jié)點(diǎn)i，

kij＝-1，邊緣j的電流流出節(jié)點(diǎn)i，

0，其它。

正則化參數(shù)存儲(chǔ)單元316用于存儲(chǔ)由二次規(guī)劃問題求解單元322使用的正則化參數(shù)λ。正則化參數(shù)λ將在下面描述。薄化比例系數(shù)存儲(chǔ)單元317用于存儲(chǔ)用于根據(jù)所計(jì)算的虛擬渦電流來計(jì)算薄化分布的比例系數(shù)α。比例系數(shù)α將在下面描述。

差分計(jì)算單元321計(jì)算作為存儲(chǔ)在測(cè)量磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元312中的測(cè)量磁場(chǎng)分布與存儲(chǔ)在參考磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元313中的參考磁場(chǎng)分布之間的差的磁場(chǎng)分布差b。

二次規(guī)劃問題求解單元322使用存儲(chǔ)在磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣存儲(chǔ)單元314中的磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣u、存儲(chǔ)在電流限制矩陣存儲(chǔ)單元315中的電流限制矩陣k以及存儲(chǔ)在正則化參數(shù)存儲(chǔ)單元316中的正則化參數(shù)λ根據(jù)由差分計(jì)算單元321計(jì)算的磁場(chǎng)分布差b來計(jì)算虛擬電流分布x。

通過對(duì)由表達(dá)式3所示的二次規(guī)劃問題p進(jìn)行求解來根據(jù)磁場(chǎng)分布差計(jì)算虛擬電流分布x。

[表達(dá)式3]

此處，約束條件“kx＝0”是滿足基爾霍夫定律的條件，其中，對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，流入電流和流出電流彼此相等。

二次規(guī)劃問題p用于在上述約束條件下獲得這樣一種虛擬電流分布x，在該虛擬電流分布下，由虛擬電流分布x引起的磁場(chǎng)分布ux與磁場(chǎng)分布差b之間的差最小。然而，在安裝方面，磁傳感器131的布置密度顯著低于定向正方形柵格的密度。因此，不可能確定僅一個(gè)最優(yōu)解。為此，為了選擇所產(chǎn)生的渦電流的量極小的這樣一個(gè)解，將使用正則化參數(shù)λ的項(xiàng)作為正則化項(xiàng)添加到求值表達(dá)式中。

可以通過表達(dá)式4獲得二次規(guī)劃問題p的解x。在表達(dá)式4中，s是k的內(nèi)核空間的表示矩陣。然而，也可以通過任何其它方法獲得解x。例如，可以通過不可行的原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法來對(duì)許多一般二次規(guī)劃問題進(jìn)行求解。

[表達(dá)式4]

x＝s(s^tu^tus-λs^ts)^-1s^tu^tb

薄化分布計(jì)算單元323根據(jù)表示虛擬渦電流的虛擬電流分布x計(jì)算薄化分布。如上所述，虛擬渦電流的一部分的電流密度表示對(duì)應(yīng)部分的薄化量，虛擬渦電流的螺旋方向表示薄化的形狀。因此，薄化分布計(jì)算單元323將虛擬電流分布x轉(zhuǎn)換為與定向正方形柵格相對(duì)應(yīng)的矩陣，并將所獲得的矩陣乘以薄化比例系數(shù)α，從而生成薄化分布矩陣d，并且將薄化分布矩陣轉(zhuǎn)換為薄化的位置、形狀和深度。

預(yù)先通過對(duì)通過數(shù)值仿真獲取的磁場(chǎng)執(zhí)行虛擬渦電流法來確定薄化比例系數(shù)α，使得虛擬渦電流法的結(jié)果與仿真的薄化分布相一致，并且存儲(chǔ)在薄化比例系數(shù)存儲(chǔ)單元317中。

由薄化分布矩陣d表示的薄化的位置、形狀和深度可以通過用三維映射、顏色映射等對(duì)其進(jìn)行顯示來進(jìn)行可視化。

由于如上所述的使用虛擬渦電流的薄化分布估計(jì)與基于模式匹配的薄化檢測(cè)方法不同，其不依賴于具體的薄化模式，所以不需要預(yù)先準(zhǔn)備具體的薄化模式，并且可以執(zhí)行應(yīng)對(duì)各種薄化形狀的薄化估計(jì)。

現(xiàn)在，將描述本實(shí)施例的薄化檢測(cè)系統(tǒng)10的操作。首先，將參照?qǐng)D9的流程圖來說明實(shí)際使用前的準(zhǔn)備階段。在準(zhǔn)備階段，通過使用3d掃描儀技術(shù)的測(cè)量或者基于制造期間所使用的3dcad數(shù)據(jù)來獲取監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的三維形狀(步驟s101)。

隨后，生成用于安裝與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的形狀相對(duì)應(yīng)的磁傳感器陣列131a的構(gòu)件(步驟s102)。在使用3d掃描儀測(cè)量形狀的情況下，可以生成這樣一種構(gòu)件，其用于安裝磁傳感器陣列131a，并且使其甚至與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的畸變等相對(duì)應(yīng)。

此外，為了防止監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110免受由于與不同金屬的接觸而造成的影響，優(yōu)選的，所述安裝構(gòu)件具有使用支柱以點(diǎn)接觸方式安裝的形式，并且作為安裝構(gòu)件，可以使用具有如此韌性的構(gòu)件，使得磁傳感器131與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110之間的位置關(guān)系長(zhǎng)時(shí)間不變化。

使用所生成的安裝構(gòu)件將磁傳感器131安裝在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110周圍，并且磁傳感器131與磁場(chǎng)測(cè)量裝置130連接，電極111附接至監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的表面并與電流施加設(shè)備120連接(步驟s103)。

隨后，測(cè)量所安裝的磁傳感器陣列131a的每個(gè)磁傳感器131與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110之間的相對(duì)位置關(guān)系，并將其記錄在存儲(chǔ)單元213中(步驟s104)。在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110和磁傳感器131之間的位置關(guān)系不是優(yōu)選的情況下，對(duì)安裝構(gòu)件進(jìn)行校正、安裝調(diào)整等。

如果磁傳感器陣列131a被安裝在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110上，則確定定向正方形柵格尺寸，并將其存儲(chǔ)在正方形柵格參數(shù)存儲(chǔ)單元311中(步驟s105)。假設(shè)定向正方形柵格尺寸包括由mn表示的節(jié)點(diǎn)數(shù)以及節(jié)點(diǎn)間距離wx和wy。如上所述，鑒于估計(jì)準(zhǔn)確度和計(jì)算時(shí)間來確定由mn表示的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

隨后，基于定向正方形柵格尺寸和磁傳感器131的位置，計(jì)算磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣u，并將其存儲(chǔ)在磁場(chǎng)電流轉(zhuǎn)換矩陣存儲(chǔ)單元314中(步驟s106)。

此外，基于定向正方形柵格尺寸，生成電流限制矩陣k，并將其存儲(chǔ)在電流限制矩陣存儲(chǔ)單元315中(步驟s107)。

此外，通過磁場(chǎng)仿真計(jì)算薄化比例系數(shù)α，并將其存儲(chǔ)在薄化比例系數(shù)存儲(chǔ)單元317中(步驟s108)。如上所述，通過對(duì)通過數(shù)值仿真所獲得的磁場(chǎng)執(zhí)行虛擬渦電流法來確定薄化比例系數(shù)α，使得虛擬渦電流法的結(jié)果與仿真的薄化分布一致。

此外，確定二次規(guī)劃問題p的正則化參數(shù)λ，并將其存儲(chǔ)在正方形柵格參數(shù)存儲(chǔ)單元311中(步驟s109)。

此外，將用于測(cè)量的恒定電流施加到還沒有發(fā)生薄化的監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110，并測(cè)量參考磁場(chǎng)，并將其存儲(chǔ)在參考磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元313中(步驟s110)。作為參考磁場(chǎng)，可以使用通過仿真獲得的磁場(chǎng)分布。此外，關(guān)于步驟s106至步驟s110的處理，處理的順序并不重要。

現(xiàn)在，將參考圖10的流程圖描述使用期間的薄化檢測(cè)系統(tǒng)10的操作的概況。如果預(yù)定測(cè)量時(shí)機(jī)到來(步驟s201中的“是”)，則電流施加設(shè)備120施加預(yù)定的測(cè)量電流(步驟s202)，磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130測(cè)量磁場(chǎng)分布(步驟s203)。

磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的計(jì)算單元132從測(cè)量值中去除噪聲，從而獲得有效值(步驟s204)?？梢詫⒂行е当硎境膳c磁傳感器陣列131a相對(duì)應(yīng)的數(shù)組，從而可以獲得監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的表面的磁場(chǎng)分布。

將所表示的有效值的數(shù)組發(fā)送到測(cè)量管理裝置210，并且測(cè)量管理設(shè)備210的計(jì)算單元211通過虛擬渦電流方法計(jì)算薄化分布(步驟s205)。隨后，基于薄化分布等的變化，設(shè)置下一個(gè)測(cè)量時(shí)機(jī)(步驟s206)。

此外，計(jì)算單元211基于薄化的位置使薄化的形狀和深度可視化(步驟s207)。通過與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110進(jìn)行顏色映射、三維映射等來執(zhí)行可視化。薄化的形狀、尺寸和位置以及映射結(jié)果記錄在存儲(chǔ)單元213中，并且如果必要的話在顯示屏幕等上輸出(步驟s208)。

現(xiàn)在將描述各個(gè)設(shè)備的具體操作。首先，將參照?qǐng)D11的流程圖描述電流施加設(shè)備120的操作。如果電流施加設(shè)備120被激活，則其通過無線通信單元126經(jīng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280從測(cè)量管理設(shè)備210請(qǐng)求設(shè)置信息(步驟s301)。

電流施加設(shè)備從測(cè)量管理設(shè)備210接收作為對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)的設(shè)置信息(步驟s302)，并將設(shè)置信息記錄在存儲(chǔ)單元124中(步驟s303)。設(shè)置信息包括待施加的ac電流的頻率、電流值、施加開始時(shí)機(jī)(周期)、電流施加持續(xù)時(shí)間等。

如果由設(shè)置信息表示的電流施加開始時(shí)機(jī)到來(步驟s304中的“是”)，則電流施加設(shè)備開始施加電流(步驟s305)。此時(shí)，電流施加設(shè)備可以通知測(cè)量管理設(shè)備210電流的施加已經(jīng)開始。

如果由設(shè)置信息表示的電流施加持續(xù)時(shí)間過去，則電流施加設(shè)備結(jié)束電流施加(步驟s306)。此時(shí)，電流施加設(shè)備可以通知測(cè)量管理設(shè)備210電流施加已經(jīng)結(jié)束。

電流施加設(shè)備120還從測(cè)量管理設(shè)備210接收與下一個(gè)測(cè)量時(shí)機(jī)相關(guān)的設(shè)置信息(步驟s307)，并等待下一個(gè)開始時(shí)間(步驟s304)。然而，如果設(shè)置信息是停止指令(步驟s308中的“是”)，則電流施加設(shè)備停止。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D12的流程圖描述磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的操作。如果磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130被激活，則其通過無線通信單元137經(jīng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280從測(cè)量管理設(shè)備210請(qǐng)求設(shè)置信息(步驟s401)。

磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備從測(cè)量管理設(shè)備210接收作為對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)的設(shè)置信息(步驟s402)，并將設(shè)置信息記錄在存儲(chǔ)單元135中(步驟s403)。設(shè)置信息包括測(cè)量開始時(shí)機(jī)(周期)、每個(gè)傳感器的測(cè)量時(shí)間、和待由電流施加設(shè)備120施加的ac電流的頻率等。

如果由設(shè)置信息表示的測(cè)量開始時(shí)機(jī)到來(步驟s404中的“是”)，則磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備執(zhí)行切換至用于執(zhí)行測(cè)量的磁傳感器131(步驟s405)，并測(cè)量磁場(chǎng)(步驟s406)。此時(shí)，磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備可以通知測(cè)量管理設(shè)備210磁場(chǎng)測(cè)量已經(jīng)開始。

如果由設(shè)置信息表示的每個(gè)磁傳感器的測(cè)量時(shí)間過去，則磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備結(jié)束對(duì)應(yīng)的磁傳感器131的測(cè)量，并執(zhí)行去除噪聲和計(jì)算有效值的處理(步驟s407)。如果存在還未執(zhí)行測(cè)量的任何磁傳感器131(步驟s408中的“否”)，則磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備執(zhí)行磁傳感器131的切換(步驟s405)，并重復(fù)測(cè)量處理。

如果每個(gè)磁傳感器131均結(jié)束了測(cè)量(步驟s408中的“是”)，則磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備以與磁傳感器陣列131a相對(duì)應(yīng)的數(shù)組形式布置有效值，并將有效值數(shù)組發(fā)送到測(cè)量管理設(shè)備210(步驟s409)。

磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130還從測(cè)量管理設(shè)備210接收與下一個(gè)測(cè)量時(shí)機(jī)相關(guān)的設(shè)置信息(步驟s410)，并等待下一個(gè)開始時(shí)機(jī)(步驟s404)。然而，如果設(shè)置信息是停止指令(步驟s411中的“是”)，則磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備停止。

現(xiàn)在，將描述磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的計(jì)算單元132在步驟s407中執(zhí)行的噪聲去除處理。由于磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130測(cè)量的ac磁場(chǎng)信號(hào)通常包括噪聲，因此需要去除噪聲，然后執(zhí)行轉(zhuǎn)換成有效值的處理。作為噪聲去除方法，可以考慮以下四種方法。

第一噪聲去除方法

本方法是這樣一種方法，其通過離散傅里葉變換或z變換來將所測(cè)量的ac信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域中，并從頻域中提取由電流施加設(shè)備120施加的頻率。

第二噪聲去除方法

本方法是這樣一種方法，其通過經(jīng)離散傅里葉變換或z變換將測(cè)量的ac信號(hào)變換到頻域中來僅提取回歸參數(shù)kq，并且進(jìn)行平滑處理以消除高階噪聲，并且根據(jù)表達(dá)式5執(zhí)行回歸處理。由于本方法使用作為期望的噪聲去除對(duì)象的信號(hào)串的瞬時(shí)值，因此不需要將信號(hào)保留在存儲(chǔ)器上，并且可以減少存儲(chǔ)單元135的ram的使用。

[表達(dá)式5]

更具體地，第二噪聲去除方法是通過根據(jù)本發(fā)明的目的使用離散付里葉變換來改進(jìn)第一噪聲去除方法而獲得的方法。改進(jìn)點(diǎn)有以下兩點(diǎn)：

●頻率分辨率良好。

●僅提取指定的頻率分量，而不獲得與其它頻率有關(guān)的信息。

在第一噪聲去除方法中，為了提高待提取的頻率的分辨率，應(yīng)當(dāng)將測(cè)量時(shí)間設(shè)置為較長(zhǎng)。然而，在薄化檢測(cè)系統(tǒng)10中，在電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)定設(shè)備130的功耗方面，將測(cè)量時(shí)間設(shè)定得較長(zhǎng)不是優(yōu)選的。相反，僅需只計(jì)算特定頻率分量，并且無需計(jì)算其它頻率分量。第二噪聲去除方法是通過改進(jìn)第一噪聲去除方法以使得頻率分辨率和測(cè)量時(shí)間均令人滿意而獲得的方法。

將描述第二噪聲去除方法的原理。僅在角頻率ω0附近具有頻率分量的信號(hào)f(t)可以表達(dá)為表達(dá)式6。在表達(dá)式6中，假定ωi≈ω0。

[表達(dá)式6]

在這種情況下，需要獲得與角頻率ω0相對(duì)應(yīng)的振幅w0?？梢酝ㄟ^表達(dá)式7計(jì)算在0≦t≦t的間隔內(nèi)的信號(hào)f(t)的傅立葉積分。

[表達(dá)式7]

f[f](ω0)隨著t→∞而收斂到ω0。第一噪聲去除方法是計(jì)算該積分值的方法。上述表達(dá)式可以發(fā)展成表達(dá)式8。

[表達(dá)式8]

因此，可以通過以下兩個(gè)處理在不將t增長(zhǎng)到∞的情況下將f[f](ω0)收斂到ω0：

●通過執(zhí)行求平均來取消振動(dòng)項(xiàng)的處理

●通過使用回歸表達(dá)式(即，表達(dá)式5)執(zhí)行回歸來僅提取參數(shù)k0的處理

圖13中以流程圖的形式示出了這些處理。換句話說，獲取磁場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的數(shù)字值(步驟s501)，并且執(zhí)行傅里葉積分(步驟s502)。隨后，執(zhí)行平滑處理(步驟s503)，執(zhí)行回歸計(jì)算(步驟s504)，并且輸出回歸結(jié)果(步驟s505)。此外，不滿足假設(shè)條件“ωi≈ω0”的情況意味著與角頻率ω0相對(duì)應(yīng)的分量等于0，因此在不執(zhí)行平滑化和回歸的情況下即可獲得ω0＝0。

第三噪聲去除方法

本方法是這樣一種方法，由于噪聲的主要分量是由磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的電路生成的噪聲，該方法在假設(shè)噪聲為正態(tài)分布的情況下應(yīng)用卡爾曼濾波器。

第四噪聲去除方法

本方法是這樣一種方法，由于噪聲的主要分量是由磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的電路生成的噪聲，該方法在假設(shè)對(duì)象系統(tǒng)為線性的情況下應(yīng)用粒子濾波器。

磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130對(duì)由磁傳感器陣列131a的磁傳感器測(cè)量的ac信號(hào)執(zhí)行上述噪聲去除方法之一，并計(jì)算ac信號(hào)的有效值，并通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)280將有效值發(fā)送到測(cè)量管理設(shè)備210。然而，可以使用其它噪聲去除方法。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D14的流程圖描述測(cè)量管理設(shè)備210的操作。測(cè)量管理設(shè)備210參考記錄在存儲(chǔ)單元213中的關(guān)于設(shè)備布置的各種信息(例如，作為設(shè)備布置信息的安裝在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110上的電極111與磁傳感器陣列131a的磁傳感器之間的相對(duì)位置關(guān)系和監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的形狀)(步驟s601)。

如果從另一個(gè)設(shè)備接收到設(shè)置信息請(qǐng)求(步驟s602)，則測(cè)量管理設(shè)備發(fā)送預(yù)先記錄在存儲(chǔ)部213中設(shè)置信息(步驟s603)。具體地說，在從電流施加設(shè)備120接收到設(shè)置信息請(qǐng)求的情況下，測(cè)量管理設(shè)備發(fā)送作為設(shè)置信息的待施加的ac電流的頻率、電流值、施加開始時(shí)機(jī)(周期)、電流施加持續(xù)時(shí)間等，在從磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130接收設(shè)置信息請(qǐng)求的情況下，測(cè)量管理設(shè)備發(fā)送作為設(shè)置信息的測(cè)量開始時(shí)機(jī)(周期)、每個(gè)磁傳感器的測(cè)量時(shí)間、待由電流施加設(shè)備120施加的ac電流的頻率。

如果由設(shè)置信息表示的測(cè)量開始時(shí)機(jī)到來(步驟s604中的“是”)，則測(cè)量管理設(shè)備從電流施加設(shè)備120和磁傳感器131接收開始通知(步驟s605)。此外，測(cè)量管理設(shè)備從磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130接收作為測(cè)量結(jié)果的有效值的數(shù)組(步驟s606)。

隨后，測(cè)量管理設(shè)備210的計(jì)算單元211基于從磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130接收的測(cè)量磁場(chǎng)分布來計(jì)算薄化分布(步驟s607)。

圖15是用于說明由計(jì)算單元211執(zhí)行的薄化分布計(jì)算處理的具體過程的流程圖。首先，將所接收到的測(cè)量磁場(chǎng)分布存儲(chǔ)在測(cè)量磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元312中(步驟s701)。

隨后，差分計(jì)算單元321計(jì)算作為存儲(chǔ)在參考磁場(chǎng)存儲(chǔ)單元313中的參考磁場(chǎng)分布與測(cè)量磁場(chǎng)分布之間的差的磁場(chǎng)分布差b(步驟s702)。

二次規(guī)劃問題求解單元322對(duì)二次規(guī)劃問題p進(jìn)行求解(步驟s703)，并計(jì)算虛擬電流分布x(步驟s704)，薄化分布計(jì)算單元323將虛擬電流分布x轉(zhuǎn)換為薄化分布d(步驟s705)。

返回到圖14，在根據(jù)作為有效值的數(shù)組的測(cè)量磁場(chǎng)分布來計(jì)算薄化分布的情況下(步驟s607)，測(cè)量管理設(shè)備210的計(jì)算單元211基于薄化等的形狀和尺寸的變化來設(shè)置下一個(gè)測(cè)量時(shí)機(jī)(步驟s608)。

具體地說，計(jì)算單元根據(jù)薄化的形狀和尺寸來計(jì)算厚度方向上的深度和截面損耗率。此外，計(jì)算單元通過將它們與前一次測(cè)量的薄化深度和截面損耗率進(jìn)行比較來計(jì)算每單位時(shí)間的變化率。此外，計(jì)算單元通過將它們與最小允許厚度和最大允許剪切應(yīng)力進(jìn)行比較來計(jì)算時(shí)間余量，并且基于這些余量中的較小的一個(gè)來設(shè)置電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的下一個(gè)測(cè)量時(shí)機(jī)。

此外，計(jì)算單元211使所計(jì)算的薄化分布可視化(步驟s610)。例如通過對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110執(zhí)行三維映射來執(zhí)行薄化分布的可視化。圖16示出了基于所計(jì)算的薄化分布而執(zhí)行的三維映射的示例。

測(cè)量管理設(shè)備將薄化分布和三維映射的結(jié)果記錄在存儲(chǔ)單元213中，并根據(jù)需要在顯示屏幕等上將其輸出(步驟s611)。如果沒有接收到任何停止指令(步驟s612中的“否”)，則測(cè)量管理設(shè)備等待下一個(gè)開始時(shí)間(步驟s604)；而如果已經(jīng)接收到停止指令(步驟s612中的“是”)，則測(cè)量管理設(shè)備停止。此時(shí)，測(cè)量管理設(shè)備向電流施加設(shè)備120和磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130發(fā)送停止設(shè)置信息。

同時(shí)，在本實(shí)施例的薄化檢測(cè)系統(tǒng)10中，需要基于將所計(jì)算出的磁場(chǎng)分布轉(zhuǎn)換為薄化分布的方法的特性來管理監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110、磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備130的磁傳感器陣列131a、和電流施加設(shè)備120的電極111在安裝、附接或拆卸過程中的位置，并且管理它們的相對(duì)位置。其原因是磁場(chǎng)的密度根據(jù)從生成源到測(cè)量點(diǎn)的距離而變化，而這會(huì)在轉(zhuǎn)換過程中成為誤差。

為此，如上所述，優(yōu)選的，磁傳感器131的安裝構(gòu)件與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110點(diǎn)接觸并具有韌性。

然而，根據(jù)裝置的時(shí)間變化，磁傳感器陣列131a和監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110之間的相對(duì)位置可以改變，并且它們實(shí)際安裝的位置可能偏離其在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的位置。在發(fā)生這種偏離的情況下，可以通過根據(jù)偏離量校正磁傳感器131的測(cè)量值來防止誤差的出現(xiàn)。

例如，在x軸方向或y軸方向(與監(jiān)視對(duì)象管道110的表面平行的平面上)上存在偏離的情況下，作為校正方法，可以考慮這樣一種方法，其基于磁傳感器131的實(shí)際位置與磁傳感器131的初始位置的偏離量，使用相鄰磁傳感器131的測(cè)量值通過現(xiàn)有技術(shù)(比如，線性補(bǔ)充或雙三次補(bǔ)充)來校正磁傳感器131的測(cè)量值。

此外，在z軸方向(與監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的表面垂直的方向)上存在偏離的情況下，由于測(cè)量值與距離的平方成反比，例如，如果磁傳感器131的實(shí)際位置的偏離量是磁傳感器131的初始位置的1.5倍，則可以通過將測(cè)量值乘以1.5的平方來執(zhí)行校正。

作為獲取磁傳感器131的實(shí)際位置的方法，可以考慮使用3d掃描儀的方法；然而，也可以基于磁傳感器131的測(cè)量值來獲取磁傳感器在z軸方向上的位置。

這是使用趨膚效應(yīng)的方法，其中導(dǎo)體中流動(dòng)的ac電流隨著頻率的增加而集中到導(dǎo)體的表面從而導(dǎo)致內(nèi)部電流密度的降低。通常，導(dǎo)體的電流密度變?yōu)楸砻娴碾娏髅芏鹊?/e倍處的距離被稱為趨膚深度，并且如果頻率確定了，則可以指定該導(dǎo)體的趨膚深度。

具體地，如圖17a所示，假定當(dāng)具有頻率f1的ac電流在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110中流動(dòng)時(shí)，通過磁傳感器131測(cè)量到磁通密度h1。在這種情況下，趨膚深度δ1是已知的。此外，如圖17b所示，假設(shè)當(dāng)具有高于頻率f1的頻率f2的ac電流在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110中流動(dòng)時(shí)，通過磁傳感器131測(cè)量到磁通密度h2。在這種情況下，趨膚深度δ2是已知的，并且比趨膚深度δ1淺。此外，選擇頻率f1，以使得即使一部分薄化趨膚深度δ1也不會(huì)到達(dá)薄化的部分。

在這種情況下，如果用d表示監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110和磁傳感器131之間的距離，則建立表達(dá)式9。在表達(dá)式9中，k是由所施加的電流、監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110等確定的常數(shù)。

[表達(dá)式9]

如果針對(duì)d來求解表達(dá)式9，則消除k，由此可以獲得表達(dá)式10。因此，可以獲取磁傳感器131相對(duì)于監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的位置。

[表達(dá)式10]

作為替代，如圖18所示，即使在磁傳感器131的上方布置輔助磁傳感器131b，也可以獲取磁傳感器131相對(duì)于監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的位置。此處，用r表示磁傳感器131和輔助磁傳感器131b之間的距離，并且假設(shè)該距離r通過安裝構(gòu)件等被牢固地保持并且不會(huì)改變。此外，用t表示監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的厚度。

在監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110中有ac電流流動(dòng)(其中，可以考慮或可以不考慮趨膚效應(yīng))、磁傳感器131測(cè)量到磁通密度h1、并且輔助磁傳感器131b測(cè)量到磁通密度h2的情況下，建立表達(dá)式11。在表達(dá)式11中，k是由施加電流、監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110等確定的常數(shù)。

[表達(dá)式11]

如果針對(duì)d來求解表達(dá)式11，則消除k，由此可以獲得表達(dá)式12。因此，可以獲取磁傳感器131相對(duì)于監(jiān)測(cè)對(duì)象管道110的位置。

[表達(dá)式12]

如果以上述方式獲得的距離d與初始距離不同，則可以根據(jù)其差異對(duì)測(cè)量值執(zhí)行校正，從而能夠防止薄化分布估計(jì)準(zhǔn)確度的降低。

在這種情況下，為了導(dǎo)出傳感器到管道的相對(duì)位置和校正系數(shù)，使用電流中心的概念來執(zhí)行近似計(jì)算。因此，表達(dá)式9和表達(dá)式11的所有校正系數(shù)均與距離的平方成反比。然而，在不使用電流中心的概念的情況下，例如也可以使用電流分布的精確計(jì)算、數(shù)值仿真等來導(dǎo)出更實(shí)用的校正公式。