油气管道漏磁检测的有限元分析及信号处理的研究

摘要

近年来由于能源的需求越来越多，国内新建成的石油、天然气管道越来越多；因而管道检测技术被越来越广泛的应用。近年来很多无损检测方法被用来检测油气管道缺陷的状况，其中漏磁检测方法是一种效率非常高的检测管道缺陷的方法。
　　本论文首先对国内外管道漏磁检测研究概况作了阐述，介绍了漏磁检测的基本原理，对漏磁检测中常见的传感器作了说明，并结合油气管道漏磁检测设备行走速度慢，工作环境复杂等特点而得出了感应线圈和霍尔元件用在油气管道漏磁检测设备中是较为合适的。并在实际的实验设备中选用了霍尔元件来检测漏磁场的值，取得了较好的结果。
　　然后，介绍了常见漏磁场模型，包括实验模型、解析模型和数值模型，并分析了这几种模型的优缺点及互为弥补的关系；研究了漏磁场的磁偶极子理论，等效点偶极子模型可以用来模拟管道表面的点状孔、洞等缺陷；等效线偶极子模型可以用来进行模拟管道表面的低浅划痕、浅表面裂纹、拉痕等缺陷；等效面偶极子模型可用来进行模拟管道表面的较深的裂纹和裂缝等缺陷。
　　在此基础上，分析了漏磁场的有限元理论与建模分析。首先对Maxwell方程组和非线性磁场问题的控制方程进行理论研究。然后借助于 ANSYS有限元分析软件进行仿真分析，对二维油气管道有限元模型的不同缺陷尺寸和不同提离值对漏磁场信号的影响进行了研究。并对管内外缺陷漏磁信号特点做出了分析。对三维油气管道有限元模型分析，得出了其径向分量、轴向分量和周向分量的漏磁场分布的特点。
　　最后，针对管道漏磁检测中漏磁信号经常被噪声所污染，采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，简称EMD)方法对油气管道漏磁信号进行分解和重构，从而获得信噪比较好的信号。介绍了EMD方法的基本概念、原理和算法，再对实际检测到的漏磁信号进行处理，获得了信噪比较好的缺陷漏磁信号。

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第一章 绪论

1.1 课题的来源及选题的意义

1.2 油气管道无损检测的研究现状

1.3 漏磁检测理论及漏磁信号分析研究现状

1.4 论文的主要研究工作和结构安排

第二章 油气管道漏磁检测的基本原理与方法

2.1 漏磁通产生的原因

2.2 漏磁检测传感器简介及工作原理

2.3 漏磁场模型的应用

2.4 漏磁场的磁偶极子理论

2.5 本章小结

第三章 漏磁场的有限元理论与建模分析

3.1 Maxwell方程组和非线性磁场问题的控制方程

3.2 二维轴对称模型求解公式及ANSYS仿真分析

3.3 三维模型求解公式及ANSYS仿真分析

3.4 本章小结

第四章 管道漏磁信号的EMD分析

4.1 EMD方法的基本概念

4.2 EMD方法的基本原理和算法

4.3 油气管道漏磁场信号的EMD分析

4.4 EMD方法的不足

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果