三轴传感器技术在钢管缺陷信号采集中的应用研究

摘要

在钢管质量无损检测方法中，漏磁检测技术因其检测效率高、可靠性好，被广泛应用在钢管缺陷检测中，安全评估钢管的生产和运行。　　钢管漏磁检测系统主要包括漏磁信号采集、漏磁信号处理、缺陷识别等几个部分。其中漏磁信号的采集是系统中关键部分之一。目前国内外较先进的漏磁检测系统采集信号所用的传感器大都是一维传感器，每次采集一个方向的磁场，依次使钢管经过轴向和周向磁化器，分别检测出漏磁信号的水平分量和垂直分量，可以判定出缺陷长度信息和深度信息，但是难以准确判定缺陷宽度信息。这种磁化方式比较复杂，对信号参数的判别精度还有待提高。　　本课题从对钢管漏磁检测技术的研究入手，采用三轴传感器一次检测中就能获得漏磁信号三维分量，提高数据检测的效率，减少磁化装置的复杂度；利用漏磁信号环向分量，直接界定出缺陷宽度信息，结合漏磁信号三维分量分析得出缺陷尺寸数据，提高对缺陷参数的判别精度。　　本文主要研究内容如下：　　1.在基于钢管三维漏磁检测原理的基础上，对三轴传感器检测技术进行研究，分析磁化方式、磁化强度和磁化方向对漏磁信号的影响，并对直流、交流和永磁磁路进行分析。　　2.应用有限元分析方法，对漏磁信号三维分量进行特征分析。分别对钢管裂纹和孔洞缺陷仿真得到漏磁信号三维分量，重点对三维分量与缺陷参数之间的关系进行分析。研究结果表明：由于水平、垂直和环向漏磁信号幅值分别和裂纹长度、深度和宽度具有拟合关系，通过计算可确定裂纹参数信息；孔洞直径对漏磁信号环向分量峰值的影响是成近似线性变化，可用来界定孔洞直径大小。　　3.设计基于霍尔传感器的钢管三维漏磁信号采集系统。系统采用钢管原地旋转结合探头直线扫查的工作方式，使用一套磁化装置和一组传感器阵列，完成对钢管缺陷的扫查，减小了设备的复杂度，节约成本。论文分别设计了三轴传感器、探头、磁化装置和漏磁信号调理电路。　　4.对钢管三维漏磁信号采集电路进行实验。分别预制直径相同、深度不同和深度相同、直径不同的圆柱体人工缺陷；对钢管缺陷进行漏磁信号采集实验，获得三维漏磁测试数据，并对测试结果进行分析。

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第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 钢管无损检测技术及发展概况

1.3 钢管漏磁检测技术及发展概况

1.3.1 钢管漏磁检测技术基本原理

1.3.2 钢管漏磁检测技术发展概况

1.4 三轴传感器检测技术应用及发展概况

1.5 本文主要研究内容

1.6 本文拟解决的关键问题和创新点

1.6.1 本文拟解决的关键问题

1.6.2 本文的创新点

1.7 论文各章节的安排

第二章 钢管三维漏磁信号采集系统理论研究

2.1 钢管三维漏磁检测基本原理

2.2 三轴传感器检测技术研究

2.2.1 磁敏传感器的性能比较

2.2.2 三轴传感器扫查分析

2.2.3 三轴传感器采集漏磁信号分析

2.3 传感器探头励磁方式分析

2.3.1 磁化强度对漏磁信号的影响

2.3.2 磁化方式对漏磁信号的影响

2.3.3 磁化方向对漏磁信号的影响

2.4 传感器探头励磁磁路分析

2.4.1 直流磁化励磁器的磁路分析

2.4.2 交流磁化励磁器的磁路分析

2.4.3 永磁磁化励磁器的磁路分析

2.5 本章小节

第三章 钢管漏磁缺陷信号三维分量特征的研究

3.1 有限元仿真钢管漏磁信号三维分量

3.2 钢管漏磁信号三维分量的特征分析

3.2.1 漏磁信号水平分量特征分析

3.2.2 漏磁信号垂直分量特征分析

3.2.3 漏磁信号环向分量特征分析

3.3 钢管漏磁信号三维分量与裂纹参数的关系

3.3.1 漏磁信号水平分量与裂纹长度的关系

3.3.2 漏磁信号垂直分量与裂纹深度的关系

3.3.3 漏磁信号环向分量与裂纹宽度的关系

3.4 钢管漏磁信号三维分量与孔洞参数的关系

3.5 本章小节

第四章 钢管三维漏磁信号采集系统的设计

4.1 钢管三维漏磁信号采集系统的参数设计

4.2 漏磁检测三轴传感器的设计

4.2.1 磁敏传感器的选择

4.2.2 三轴传感器的设计

4.2.3 漏磁采集探头的设计和制作

4.3 漏磁信号采集系统磁化装置设计

4.3.1 磁化装置磁化方式的选择

4.3.2 磁化装置磁路结构的优化设计

4.4 漏磁信号调理电路的设计

4.4.1 磁敏传感器恒流源电路的设计

4.4.2 漏磁信号片选电路的设计

4.4.3 漏磁信号放大电路的设计

4.4.4 漏磁信号滤波电路的设计

4.5 本章小结

第五章 钢管三维漏磁信号采集系统的实验研究

5.1 钢管三维漏磁信号采集电路实验

5.2 三维漏磁信号采集装置的测试方案

5.2.1 确定试验测试方案

5.2.2 钢管人工缺陷的制作

5.3 缺陷深度对漏磁信号三维分量的影响测试

5.4 缺陷直径对漏磁信号三维分量的影响测试

5.5 本章小节

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文