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管材缺陷漏磁场特征分析及其检测方法研究

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第一章 绪论

1.1管道运输安全问题及应对措施

1.2管道缺陷无损检测

1.2.1无损检测方法简述

1.2.2管道缺陷内检测方法

1.2.3缺陷重构和磁光成像技术

1.3漏磁缺陷检测方法发展

1.4本课题的研究意义及主要内容

第二章漏磁缺陷检测理论基础

2.1电磁场基本理论

2.2饱和磁化理论

2.3漏磁场方法原理

2.4缺陷漏磁分析方法

2.4.1缺陷漏磁场的磁偶极子模型

2.4.2缺陷漏磁场有限元数值求解

2.5探测器的霍尔效应

2.6磁光晶体的磁致旋光效应

2.7漏磁场方法结构分析

2.7.1漏磁场检测的工作流程

2.7.2漏磁场与缺陷间相互关系的建立方法

2.8小结

第三章缺陷漏磁信号的有限元分析

3.1有限元分析方法基本思想

3.2 Ansoft工程电磁场有限元分析

3.2.1 Ansoft软件介绍

3.2.2.Ansoft软件特点

3.2.3软件求解流程

3.3二维静磁场有限元分析理论

3.3.1磁矢势方程的导出

3.3.2闭合回路间磁链的关系

3.3.3电感矩阵的计算

3.3.4磁场力的计算

3.4数值求解模型建立

3.5典型裂纹缺陷漏磁场计算结果与分析

3.5.1.饱和程度分析

3.5.2典型缺陷漏磁场分布曲线

3.6缺陷几何参量与漏磁场关系分析

3.6.1裂纹缺陷深度对漏磁场的影响

3.6.2矩形缺陷宽度对漏磁场的影响

3.6.3类腐蚀坑型缺陷曲率半径对漏磁场的影响

3.7小结

第四章缺陷漏磁测量信号特征分析

4.1漏磁场检测实验系统方案

4.1.1励磁机构的搭建

4.1.2霍尔传感元件选型

4.1.3单片机数据采集实现

4.1.4信号采集过程

4.2缺陷漏磁信号单通道数据特征分析

4.2.1缺陷深度对漏磁信号的影响

4.2.2传感器提离高度对测量信号的影响

4.3小结

第五章缺陷漏磁场平面图像

5.1虚拟仪器

5.1.1虚拟仪器思想

5.1.2虚拟仪器特点

5.2虚拟仪器系统的构成

5.2.1虚拟仪器系统的硬件构成

5.2.2虚拟仪器系统的软件设计

5.3 LabVIEW软件简介

5.4多通道数据采集的实现

5.4.1数据采集卡功能

5.4.2数据采集卡的驱动方式

5.4.3模拟、数字信号转换

5.4.4多通道数据的分离读取

5.5传感器位置坐标的获取

5.5.1硬件系统间的串口通信协议

5.5.2步进电机控制指令和数据格式

5.5.3 VISA串口通信控制

5.6漏磁场信号多通道数据平面成像

5.6.1多裂缝缺陷漏磁场平面图

5.6.2多孔缺陷漏磁场平面图

5.7漏磁场磁光成像

5.7.1磁光成像发展现状

5.7.2磁光成像过程

5.7.3成像结果比较

5.7.4磁光成像结果的解调

5.8小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢

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摘要

金属管道壁腐蚀、缺陷分布概貌和缺陷形貌几何参数信息的提取是管道状态评估的参考依据。 为提取缺陷漏磁信号中的缺陷信息,我们以缺陷漏磁场为研究对象,通过有限元分析,模拟计算了缺陷漏磁场的分布特征。搭建了检测系统,对试件缺陷漏磁场进行了检测,绘制了平面缺陷漏磁场分布图像,对实验结果进行分析和讨论,论文所做工作和取得的成果如下: 介绍了有限元方法应用于漏磁场分析的建模方法。应用Ansoft软件分别计算了裂纹型缺陷深度变化、矩形缺陷宽度变化和类腐蚀坑型缺陷曲率半径变化等情况下的缺陷漏磁场分布。研究了缺陷几何参量变化对其漏磁场分布的影响规律。分析了探测位置分别位于工件上下表面而引起的测量结果差别。 在有限元分析结果的指导下,研究了基于霍尔效应的漏磁场探测方案,搭建了信号测量平台,获得了表面裂纹漏磁场基本图像。测量并分析了裂纹深度变化和探测器提离高度对漏磁场探测结果的影响,为多通道数据采集时传感器位置的选择提供了依据。 为实现缺陷分布概貌探测,提出基于LabVIEW的多通道数据伪同步采集方法。通过步进电机参数控制,实现了信号与传感器位置坐标的同步获取。对检测数据处理后,绘制了多裂缝型缺陷、多圆孔型缺陷的漏磁场数据平面图,实现缺陷漏磁场等高彩色图象显示。图像中缺陷形态显示清晰、直观。与缺陷磁光成像结果比较,两种成像方法都可有效显示缺陷形态。

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