油管缺陷漏磁检测与信号分析研究

论文摘要

漏磁检测是油田输送管道无损检测的常用方法,也是最有效方法之一,对保障管道安全运行发挥着重要的作用。漏磁检测相对其他检测方法有着检测灵敏度高、可靠性高、可对缺陷量化、同磁粉相比便于操作、适合于大面积检测、对偏磨和腐蚀坑等形式的缺陷检测效果很突出、检测速度快,效率高等优点,所以是近年来各输送管道缺陷最常用的检测方法。但是相对于漏磁检测设备的发展,在现有的漏磁检测方法中,缺陷评估主要依赖于检测人员根据经验对漏磁信号进行分析,工作量大,效率低,而且受主观因素影响大。而缺陷几何参数与漏磁信号之间的非线性特性,管道材质漏磁系数的差异,及其他很多因素都会影响MFL(磁通量泄漏)信号,进一步增加了缺陷分析的难度。所以,针对目前漏磁检测所存在的诸多问题,本文运用有限元ANSYS仿真软件和径向基神经网络方法研究了裂纹缺陷的漏磁信号,并通过漏磁信号对缺陷进行定量分析。本文研究的主要内容如下:首先,介绍了漏磁检测技术的原理、产生、发展、应用:缺陷漏磁场理论计算分析;并介绍了缺陷漏磁检测装置的原理、工作过程、主要组成的作用、工作原理和设计方法及工作方式。其次,将被测目标转换成二维几何模型,在选好磁化方式、设计好被测目标各部分尺寸、参数后,运用ANSYS有限元仿真软件对不同几何参数的裂纹缺陷进行模拟仿真。通过定义一条最优路径模拟得出径向和轴向漏磁通密度曲线图,根据曲线特征量得出裂纹各缺陷特征与漏磁信号之间的规律关系图。最后,通过由大量建模所得的分析曲线读取的数据建立缺陷数据样本库,样本库中的45组与缺陷几何参数有关的特征量为训练向量,缺陷几何参数为目标向量,从样本库中抽取其中的5个为检测目标,运用Pd3F神经网络对缺陷进行定量分析。RBF神经网络预测结果可以表明,理论上此方法可以用来对裂纹缺陷进行定量识别。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题目的、意义
• 1.2 管道缺陷无损检测技术的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 无损检测技术简介
• 1.2.2 油管漏磁检测检测技术与信号分析的研究现状与发展
• 1.3 研究的主要内容和采用方法
• 第2章 油管漏磁检测原理
• 2.1 缺陷漏磁检测的优点
• 2.2 缺陷漏磁场理论基础
• 2.2.1 缺陷漏磁偶极子模型
• 2.3 电磁场有限元分析模型
• 2.4 缺陷漏磁检测装置的系统设计
• 2.4.1 系统结构组成
• 2.4.2 系统的检测流程
• 2.4.3 系统的检测方式
• 2.5 本章小结
• 第3章 管道缺陷漏磁检测有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 漏磁有限元方法
• 3.2.1 主要漏磁场研究方法对比
• 3.2.2 有限元方法
• 3.3 ANSYS有限元分析软件在磁场中的应用
• 3.3.1 ANAYS软件功能介绍
• 3.3.2 ANSYS的电磁场分析
• 3.4 管道缺陷ANSYS软件仿真
• 3.4.1 漏磁检测模型建立
• 3.4.2 二维静态磁场材料特性的定义
• 3.5 漏磁结果分析
• 3.5.1 漏磁场强度分析
• 3.5.2 磁场强度分布彩云图
• 3.7 标准样本库的建立
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于神经网络的缺陷定量分析研究
• 4.1 引言
• 4.2 人工神经网络概述
• 4.2.1 神经元模型
• 4.2.2 网络的学习
• 4.3 径向基神经网络
• 4.3.1 径向基网络结构
• 4.3.2 径向基函数的学习过程
• 4.4 漏磁检测信号的RBF函数网络设计及其在MATLAB中的实现
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 缺陷几何参数的径向基网络预测
• 4.4.3 定量结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 全文展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录