带包覆层管道腐蚀脉冲漏磁检测研究.doc

1、 毕业设计（论文） 题 目 ： 带包覆层管道腐蚀脉冲漏磁检测研究 学 院： 测试与光电工程学院 专业名称： 测控技术与仪器 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二 O 一四 年 六 月 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 带包覆层管道腐蚀脉冲漏磁检测研究 II、毕 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 原始资料：若干参考文献资料、脉冲信号发生器说明书等 设计技术要求： 1查阅国内外文献，分析国内外脉冲漏磁的研究方法。 2设计需要的脉冲漏磁磁芯，选择合适的线圈匝数，内径，聚磁材料，接收传感器等。 3设计、制作脉冲漏磁检测带包覆层管道腐蚀的探头。 4对传

2、感器进行测试，并利用测试数据对传感器参数进行优化，给出探头优化设计的激励线圈电流，接收传感器。 5通过采集脉冲漏磁信号，通过 matlab 对接收数据进行处理，得出桩号 -电 压图。 III、毕 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1查阅文献资料，英文资料翻译，撰写开题报告。 02.24 03. 20 2初步设计实验传感器，购买实验材料。 03.22 04.11 3制作实验所需传感器 。 04.12 04.25 4分析记录实验数据，并对传感器进行最优化设计。 04.26 05.16 5根据最优实验数据，并做出桩号 -电压图及检测灵敏度 。 05.17 05.31 6资料归档，进行课题总结。

3、 06.1 06.6 7撰写毕业论文，答辩。 06.7 06. 20 、主 要参考资料： 1 任吉林，林俊明 .电磁无损检测 M.北京：科学出版社， 2008. 2 武新军，黄琛，丁旭，等 钢腐蚀脉冲涡流检测系统的研制与应用 J 无损检测， 2010， 32( 2) : 127-130 3 康小伟 ，付跃文 带包覆层铁磁性管道腐蚀脉冲涡流检测技术 J 无损检测， 1 2011， 33( 9) : 40-42 4 Smith A， Hugo G .Deep corrosion and crack detection in aging aircraft using transient eddy c

4、urrent NDE J Reviewof Progress in Quantitative NDE， 1999: 1401-1408 5 何赟泽 ,罗飞路 ,胡祥超 ,等 . 矩形脉冲涡流传 感器的三维磁场量与缺陷定量评估 J . 仪器仪表学报 , 2010,31( 2) : 109-113 6 杨宾峰，罗飞路 . 脉冲涡流检测系统影响因素分析 J.NDT 无损检测，2008,30(2):104-106. 7 Zhiyuan Xu, Xinjun Wu, Chen Huang, Yihua Kang. Measurement of Wall Thinning Through Insulati

5、on with Ferromagnetic Cladding Using Pulsed Eddy Current TestingJ. Advanced Materials Research, 2011, 301-303:426 429 8 Yang B F， Luo F L， Han D esearch on edge identification of a defect using pulsed eddy current based on principal component analysis J NDT E International， 2007，40: 294-299 测试与光电工程

6、学院 测控技术与仪器 专业 100813 班 学生（签名）： 日期： 自 2014 年 2 月 24 日至 2014 年 6 月 20 日 指导教师（签名）： 助理指导教师 (并指出所负责的部分 )： 测控技术与仪器 系（室）主任（签名）： 学士学位论文原创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 2014

7、 年 6 月 15 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 带包覆层管道腐蚀脉冲漏磁检测研究 学生姓名： 班级： 指导老师： 摘要 : 脉冲漏磁检测技术作为一种新兴无损检测方法在近些年发展迅速，在铁磁性材料的缺陷检测方面潜在优势巨大，其既有漏磁技术的低成本、高灵敏度、无需藕合剂、可在线 高速检测等特点

8、，又因采用脉冲激励方式，具有丰富的频谱信息，所以能够充分反映不同深度的缺陷信息。因此，本课题选用脉冲漏磁技术，检测带包覆层铁磁性管道腐蚀缺陷。 本文通过设计需要的脉冲漏磁磁芯，并选择合适的线圈匝数，内径，聚磁材料，接收传感器等。设计、制作脉冲漏磁检测带包覆层管道腐蚀的探头，并利用测试数据对传感器参数进行结构优化，给出了四种探头设计方案，并逐步得到最优的结构。通过采集脉冲漏磁信号，得出桩号 -感应电压剖面图，和通过 matlab 对接收数据进行处理，作出缺陷处检测的灵敏度曲线，来对探头的稳定性，检测 能力进行评价。 此外，在第四种探头优化的结构基础上探讨线圈匝数对探头检测效果的影响。以及同一探头

9、在不同包覆层厚度下检测灵敏度的变化。结论是在一定条件下，适当增加线圈匝数可以提高检测灵敏度，并提升探头的整体性能。 关键词 ： 脉冲漏磁 , 检测灵敏度 , 铁氧体磁芯 , 管道腐蚀 , 包覆层 指导老师签名 ： Pulsed Magnetic Flux Leakage Testing of Pipeline Corrosion under Insulation Student Name: Class： 100813 Supervisor: Abstract:Pulsed magnetic flux leakage testing technology developed rapidly in

10、 recent years, as a new non-destructive testing methods of defect detection in ferromagnetic has great potential advantages. Pulsed magnetic flux leakage technology not only has the same advantage with magnetic flux leakage technology of low-cost, high-sensitivity, can realize high-speed detection o

11、nline without couplant, besides pulse excitation method, with a rich spectrum of information, can fully reflect the depth of defect information. Therefore, this topic select pulse magnetic flux leakage technique to detection ferromagnetic pipe corrosion with coverture. This paper do its research by

12、design magnetic based on the design needs of pulsed magnetic flux leakage , and select the appropriate turns and diameter of the coil, magnetic materials, receiving sensor and so on.Design and make pulse magnetic flux leakage testing probes , and using test data to structure optimization of sensor p

13、arameters.the paper gives four probe design and optimize structure gradually. Through gathering pulse magnetic flux leakage signal obtained pile number-induction voltage profile, and through MATLAB to handle the received data and make defect detection sensitivity curve, so that we can analysis the s

14、tability of probe and work out detection capability assessment. In addition, based on the fourth probe structure ,the paper also make discussion on optimization of coil turns on effect of probe detection,and study the change of detection sensitivity with same probe at different thickness of coated l

15、ayer . It reach the conclude that under certain conditions, appropriately increase the number of coil turns can improve the detection sensitivity and enhance the overall performance of the probe. Key words: Pulsed Magnetic Flux Leakage, detection sensibility, Ferrite Core, Pipe Corrosion, coverture

16、Signature of Supervisor:目 录 1 引言 1.1 研究背景及意义 . 1 1.2 国外研究现状 . 3 1.3 国内研究现状 . 4 2 带包覆层管道腐蚀脉冲漏磁检测的理论分析 2.1 电磁学相关基础 . 5 2.1.1 磁场的两个基本定理 . 5 2.1.2 磁路定理 . 5 2.1.3 麦克斯维方程组 . 6 2.2 脉冲漏磁检测的基本原理 . 6 2.3 脉冲漏磁检测磁场的渗透深度 . 9 2.3.1 铁磁性材料的磁化 . 9 2.3.2 脉冲漏磁检测磁场的渗透深度 . 11 2.4 实验原理 . 13 3 脉冲漏磁检测实验系统 3.1 实验系统性能介绍 . 14

17、 3.1.1 激励部分 性能指标 . 14 3.1.2 接收部分性能指标 . 14 3.2 铁氧体管道试件 . 15 3.3 实验仪器介绍 . 16 4 脉冲 漏磁检测探头设计方案及结果分析 4.1 方案一 U 型磁芯中间绕加线圈 . 17 4.1.1 方案一探头设计 . 17 4.1.2 实验结果 . 18 4.1.3 实验结果分析 . 19 4.2 方案二 U 型磁芯两极靴绕加线圈 . 19 4.2.1 方案二探头设计 . 19 4.2.2 实验结果 . 20 4.2.3 实验结果分 析 . 21 4.3 方案三 两空心线圈做极靴 . 21 4.3.1 方案三探头设计 . 21 4.3.2

18、 实验结果 . 22 4.3.3 实验结 果分析 . 23 4.4 方案四 空心线圈两端加聚磁板 . 23 4.4.1 方案四探头设计 . 23 4.4.2 A 和 B 型探头对比实验结果及数据处理分析 . 25 4.4.3 在 25mm 包覆层厚度下检测结果及灵敏度比较 . 25 4.4.4 在 75mm 包覆层厚度下检测结果及灵敏度比较 . 28 4.4.5 探究同种探头在不同包覆层厚度下检测灵敏度的变化 . 30 5 结论 . 32 参考文献 . 33 致谢 . 34 南昌航空大学 2014 届学士学位论文 1 带包覆层管道腐蚀脉冲漏磁检测研究 1 引言 1.1 研究背景及意义 随着社会

19、经济的迅猛发展，我国已成为油气生产及消费大国，而 管道在石化工业被广泛应用， 但由于管道途经区域地形地貌复杂，且 工作时由于承受着管内气体或液体的高压和工作环境存 在腐蚀与结构变形应力破坏，所以很容易出现腐蚀性缺陷。腐蚀缺陷是影响各种金属管道使用寿命的重要原因之一。 查阅资料可知国内的大部分原油管道始建于 20世纪 70至 80年代，许多部分已是事故频发，同时更换管道必须考虑成本和工程难度，不是最佳方案。最好的办法是通过简单可靠的检测技术将出现质量问题和不安全的部分检出来，从而减少不必要的管道更换和施工，既能节省大量的资源和成本，又能保质保量 1。基于对国内管线事故原因统计表明，导致管线事故的

20、原因被分为 5大类，其中管线腐蚀所导致的事故占 30、由于外力损伤及机械损伤所导致 的事故加起来占 29，而这些事故都有个共同的原因，就是管道的壁厚减少。所以对钢管的检测以及时发现这些安全隐患十分必要，只有通过对管道进行定期的腐蚀状况检测 ,才可以有效的掌握管道的运行状态和腐蚀状况。及时发现具有潜在危险的腐蚀点和泄露点。 图 1.1 铁磁性管道腐蚀图 然而 虽然管道腐蚀缺陷的检测方法比较多，但都存在 不足：由于各种化工行业使南昌航空大学 2014 届学士学位论文 2 用的压力管道多数具有外覆盖层如图 1.2(保温层和保护层等 )，如超声检测需要去除包覆层而且要良好的藕合剂才能达到要求的检测效果

21、；而涡流检测由于趋肤效应受提离的影响特别明显；漏磁检测技术虽然在提离效果上优于涡流检测而且不需要对检测对象的表面进行处理，但其检测深度以及对带有涂覆层的检测对象的检测能力都极为有限。所以上述的几种方法对带包覆层的铁磁性板材、管道的腐蚀缺陷检测效果不是很理想。这样不仅增加了检测成本，而且大大降低了管道检测的效率 1。因此，研究在不拆除外覆盖层的情况下对管道腐蚀状 况进行无损检测的技术具有重大意义，且成为人们研究的课题。 本 课题研究 脉冲漏磁检测技术 的目的在于探索一种新的漏磁检测方法如图 1.3示，并设计、制作脉冲漏磁检测带包覆层管道腐蚀的探头，同时对传感器进行测试，利用测试数据进行系列处理来优化传感器参数，最后给出探头优化设计的结构方案，及控制相关影响因素，达到较好的检测效果。 本课题意义在于 :首先，本研究使用的是 近年才不断发展和丰富起来的脉冲漏磁包覆层 腐蚀缺陷 铁磁性管道 铝皮 图 1.2 带包覆层铁磁性管道腐蚀示意图 图 1.3 脉冲漏磁的产生及检测信号的拾取过程 脉冲激励 激励线圈 电磁感应 形成磁路 试件缺陷 漏磁 信号 检测线圈 瞬时感应电压信号