三轴传感器技术在钢管缺陷信号采集中的应用研究

作     者：方晓艳 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张海燕

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：钢管 采集系统 三轴传感器 磁化装置 三维漏磁信号 缺陷 

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。