基于交流电磁的缺陷检测建模分析及装置设计

作     者：李松凯 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘金海

授予年度：2020年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：交流电磁 无损检测 解析模型与数值模型 参数优化 EMD-RF算法 

摘      要：管道运输由于其运输的可靠性与经济性等因素,在油气资源运输方式中扮演着重要的角色。但油气管线一旦发生故障,对整个工业安全以及环境安全都会造成巨大的影响,因此保障输油管线的安全稳定运行是极其重要的。针对管道进行诊断的现有装置大多成本高,检测效率较低等问题,本文针对其中的一项技术-交流电磁检测来开展研究,主要工作如下:第一,分析电磁场理论经典模型,并对交流电磁检测原理与交流电磁检测的解析模型进行了研究。根据解析模型构建了与之对应的数值模型,对数值模型下交流电磁检测的相关规律进行验证,最后提出了一些该理论模型下影响检测结果的关键参数。第二,针对传统缺陷检测方法中所存在的局限性问题,设计了一种解析模型与数值模型的联合分析方法,用于探究模型关键参数与检测结果之间的规律。首先结合本研究下特定的物理环境给出对应的解析关系,包括被测试件的励磁参数,检测探头空间分布状态,检测探头的物理状态以及缺陷的尺寸、位置与形状等。然后以解析模型为基础,构建与之对应的数值模型,通过参数扫描的方式进行参数优化,分析并总结出数值模型下这些关键参数与检测结果之间的规律。第三,设计了交流电磁检测装置的总体方案,考虑到能量管理及装置小型化等问题,针对性的设计了信号激励装置。对各个功能模块的具体设计流程进行了规划并设计了相应的实物装置,包括信号发生模块,功率放大模块,信号转换模块,锁定放大模块等。利用搭建好实验装置对被测试件进行实验验证,对检测线圈进行参数优化,同时对检测数据进行可视化呈现,并根据数据初步分析缺陷尺寸的相关规律。第四,提出一种基于EMD-RF的缺陷尺寸反演算法,该方法的特点是在数据反演的基础上实现了数据的高适应性去噪,提高了反演的准确度。首先利用EMD算法对原始数据进行处理,分析数据的构成成分以及提取关键信息;然后构建基于RF算法的尺寸反演模型,将处理后的数据及其携带的关键信息作为该模型的训练集与测试集,对缺陷的尺寸进行反演分析,并给出相应的结论。