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基于多频交流场指纹法的金属管道腐蚀监测研究

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工程科学与技术 2018年第4期50卷 246-250页

作者：甘芳吉余敏徐涛廖俊必四川大学制造科学与工程学院四川成都610065 国网四川省电力公司自贡供电公司四川自贡643000 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610041

在油气管道腐蚀检测领域,场指纹法(field signature method,FSM)管道腐蚀在线监测技术是一种运用较为普遍的技术。然而传统的场指纹技术还存在诸多不足,例如极易受到系统漂移的干扰而导致监测结果出现较大偏差;需要数十安培的激励电流,... 详细信息

在油气管道腐蚀检测领域,场指纹法(field signature method,FSM)管道腐蚀在线监测技术是一种运用较为普遍的技术。然而传统的场指纹技术还存在诸多不足,例如极易受到系统漂移的干扰而导致监测结果出现较大偏差;需要数十安培的激励电流,电源模块易损坏,只能测量相对壁厚减薄,参考板与被测管道之间的温度差会引入很大的测量误差等。作者在有限元仿真的基础上,提出了一种多频交流场指纹技术(multi-frequency alternative current field signature method,MACFSM)。在仿真计算中,依次向被测金属管道注入频率从高到低的交流激励电流,根据趋肤效应,趋肤深度随着频率的降低而增大,使得测量电极间的电压逐渐减小,当趋肤深度增大到管壁壁厚之后,随着频率的进一步降低,测量电极间的电压将保持稳定。将测量得到的电压序列进行求导,得到了导数极值,利用导数极值即可求解出缺陷的深度。最后利用实验对仿真进行了验证,向缺陷深度为3.5 mm的被测金属管道注入了0.1 A的多频激励电流,准确地利用导数极值求解出了缺陷深度。仿真和实验表明,MACFSM将不再需要参考电压,也不需要原始电压,更不需要对原始壁厚进行精确测量,而且可以有效克服系统漂移的影响,降低激励电流幅值,提高了作为长期在线监测技术的可靠性。

关键词：多频交流场指纹法电位降趋肤效应漂移

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场指纹法无损监测技术综述

仪器仪表学报 2016年第8期37卷 1781-1791页

作者：李宇庭甘芳吉万正军宋康廖俊必四川大学制造科学与工程学院成都610065

金属结构和设备在服役过程中不可避免会出现各种缺陷,如腐蚀、应力裂纹、气体渗入等。为了确保设备的安全,需要对设备的缺陷进行精确实时地监测。场指纹法（FSM）作为一种高性能、多参数的金属结构安全无损监测方法,具有缺陷定位、缺陷... 详细信息

金属结构和设备在服役过程中不可避免会出现各种缺陷,如腐蚀、应力裂纹、气体渗入等。为了确保设备的安全,需要对设备的缺陷进行精确实时地监测。场指纹法（FSM）作为一种高性能、多参数的金属结构安全无损监测方法,具有缺陷定位、缺陷识别及缺陷尺寸定量测量的能力;同时温度适应范围大（-40-450℃）;不需要对被测结构安装额外传感器,具有非破坏性、安全性好等优点,已经在国内外的设备安全监测中得到了较广泛地应用。典型的应用包括储物罐焊缝裂纹监测、桥梁应力裂纹监测及油气管道腐蚀监测;其中油气管道腐蚀监测是FSM技术最为广泛和重要的应用。介绍了FSM的基本原理及国内外研究现状,在对其局限性进行详细分析后,针对FSM的几个典型应用深入给出具体技术实现和相关结论。对FSM技术发展,特别是进一步提高测量精度、可靠性、多形貌缺陷识别、温度补偿等问题的研究和发展有参考意义。

关键词：场指纹法结构安全腐蚀裂纹多缺陷识别

数字孪生技术在实验室建设中的运用研究--以物联网专业为例

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实验技术与管理 2021年第7期38卷 30-35页

作者：田申甘芳吉四川邮电职业技术学院通信工程学院四川成都610067 四川大学机械工程学院四川成都610207

该文分析了数字孪生技术的起源与发展,及其在现实应用当中的内涵,并系统阐述了数字孪生技术在高校实验室建设中的内生逻辑、客观需求等关键问题,同时探讨了对其在物联网专业实验室中的应用架构设计及设备层模型构建,并举例说明,指出数... 详细信息

该文分析了数字孪生技术的起源与发展,及其在现实应用当中的内涵,并系统阐述了数字孪生技术在高校实验室建设中的内生逻辑、客观需求等关键问题,同时探讨了对其在物联网专业实验室中的应用架构设计及设备层模型构建,并举例说明,指出数字孪生等智能技术的发展将对教育技术的变革带来深远影响。

关键词：数字孪生技术实验室建设物联网

基于新型正八边形励磁线圈的高精度电磁流量测量技术研究

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工程科学与技术 2022年第5期54卷 178-190页

作者：葛亮阳彩霞甘芳吉肖小汀韦国晖西南石油大学机电工程学院四川成都610500 四川大学机械工程学院四川成都610065 西南石油大学电气信息学院四川成都610500 西南石油大学理学院四川成都610500

电磁流量计作为一种高效、精确和便捷的流量测量仪表,被广泛的应用于工业流体测量、油田钻井液的测量和血液测量等导电流体的测量。受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流... 详细信息

电磁流量计作为一种高效、精确和便捷的流量测量仪表,被广泛的应用于工业流体测量、油田钻井液的测量和血液测量等导电流体的测量。受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一。本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高。首先,在研究权重函数优化原理的基础上,通过分析正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路;其次,基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型,确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数,并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布,证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势;最后,搭建实验平台,通过磁场测试实验和流体测试实验进行验证。磁场测试结果表明,正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063 mT左右,总体磁感应强度波动范围在0.11 mT以内,说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性;流体测试结果表明,当流量在0.743~2.582 m/s时,单点相对示值误差最大仅为0.950%,系统重复性误差在1.034%以下,经过优化后的系统提升了测量精度,这对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义。

关键词：电磁流量计线圈优化均匀磁场权重函数有限元分析

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基于交流场指纹法的金属管道缝隙腐蚀监测方法

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仪器仪表学报 2015年第3期36卷 545-551页

作者：李宇庭甘芳吉李文强宋康廖俊必四川大学制造科学与工程学院成都610065

场指纹法(FSM)是一种基于电位阵列的金属管道在线腐蚀监测方法。传统的直流FSM(DCFSM)是在管道中通直流电流激励,通过监测电极间的电压变化推算出管道内部腐蚀。DCFSM在缝隙腐蚀监测方面,侧重于监测缝隙的起始及扩展方向。而在深度检测... 详细信息

场指纹法(FSM)是一种基于电位阵列的金属管道在线腐蚀监测方法。传统的直流FSM(DCFSM)是在管道中通直流电流激励,通过监测电极间的电压变化推算出管道内部腐蚀。DCFSM在缝隙腐蚀监测方面,侧重于监测缝隙的起始及扩展方向。而在深度检测方面,由于DCFSM每个电极对间仅有一个电压值用于求解腐蚀,因而只能使用经验公式,检测精度低。交流场指纹法(ACFSM)核心是将现有的DCFSM的电流激励换为交流,通过变频获得电极对间多个频率点的电压值;利用多个电压值求解缝隙腐蚀深度,提高缝隙腐蚀深度检测精度。ACFSM依据交流电流在管道内分布满足趋肤效应,不同频率的电流在金属中的渗透深度不同,测量电极间的电压也不同。本文在介绍ACFSM原理基础上,创新地提出了一种依据多频电压值求解FC值随频率的变化曲线,利用曲线导数值来计算管道内缝隙腐蚀深度的方法。理论分析和实验表明,本文提出的方法可以精确地检测缝隙腐蚀的深度,弥补了DCFSM在缝隙腐蚀监测精度上的不足。

关键词：交流场指纹法趋肤效应腐蚀监测 FC值缝隙腐蚀

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基于场指纹法的金属管道小腐蚀坑的监测方法

仪器仪表学报 2013年第9期34卷 2087-2094页

作者：甘芳吉万正军罗航宋康廖俊必四川大学测控系成都610065

FSM即场指纹法,是一种基于电位列阵的金属管道在线腐蚀监测的方法。该方法的核心在于将电极列阵分布在被测管道外部,利用电阻与管道厚度的关系,通过测量电极之间的电压来监测管道内壁的腐蚀情况。但是测量电极间的电压同时受腐蚀坑的面... 详细信息

FSM即场指纹法,是一种基于电位列阵的金属管道在线腐蚀监测的方法。该方法的核心在于将电极列阵分布在被测管道外部,利用电阻与管道厚度的关系,通过测量电极之间的电压来监测管道内壁的腐蚀情况。但是测量电极间的电压同时受腐蚀坑的面积和深度的影响,而一个电压值无法确定两个未知参数,故存在不可解问题。目前计算腐蚀坑的公式是将面积设定为固定值,由此得出的结果一般表现为坑的面积偏大而深度偏小,这也是当前FSM法最大的缺陷之一。在介绍FSM方法的基础上,针对传统FSM法对于小腐蚀坑的监测存在不可解问题,创新性地提出了一种综合利用主电压和辅电压来准确区分小腐蚀坑的面积和深度的方法。理论分析和实验表明,提出的主辅电压法可以大幅度提高小腐蚀坑的监测精度。

关键词：场指纹法腐蚀监测小腐蚀坑主电压辅电压

基于SVM及电流牵扯效应的金属缺陷分类识别方法

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四川大学学报（工程科学版） 2015年第6期47卷 172-178页

作者：李宇庭甘芳吉万正军宋康廖俊必四川大学制造科学与工程学院四川成都610065

金属在服役期间经常存在一些由应力、腐蚀和疲劳造成的缺陷,在众多的缺陷检测技术中,交流电位法作为一种无损检测技术在检测腐蚀坑和裂纹方面得到了广泛应用。用交流电位法检测不同缺陷时,由于几何形态的差异,缺陷深度的计算方法也不相... 详细信息

金属在服役期间经常存在一些由应力、腐蚀和疲劳造成的缺陷,在众多的缺陷检测技术中,交流电位法作为一种无损检测技术在检测腐蚀坑和裂纹方面得到了广泛应用。用交流电位法检测不同缺陷时,由于几何形态的差异,缺陷深度的计算方法也不相同。因此需要在计算缺陷深度之前对所检测区域的缺陷类型做出识别。作者目的在于寻找一种高精度的缺陷分类识别方法。并且针对腐蚀坑和裂纹这两种最常见的金属缺陷,根据其对电流的牵扯效应不同,提出利用邻近检测区域的4个牵扯因子作为缺陷区域的特征向量建立分类模型。在大量仿真计算的基础上,分别建立坑蚀和裂纹的特征向量集,并由这些数据集训练得到基于遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM)分类模型。仿真测试结果中数据测试集分类精度较高,平板实验也得到了较高的识别精度。实验结果表明文中提出的缺陷分类识别方法对腐蚀坑和裂纹的分类识别具有很高的精度。

关键词：无损检测缺陷分类支持向量机遗传算法牵扯因子

一种基于场指纹法的金属管道小腐蚀坑的求解方法

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四川大学学报（工程科学版） 2015年第1期47卷 223-229页

作者：甘芳吉李宇庭万正军宋康廖俊必四川大学制造科学与工程学院四川成都610065

针对场指纹法(FSM)对小腐蚀坑检测精度偏低的问题,根据小腐蚀坑会对被测管道的电流分布产生影响的现象,提出一种细分的电阻链网络模型,利用主辅电压和细分电阻网络的特定关系来准确求解小腐蚀坑,并且分析发现不同位置、不同深度和不同... 详细信息

针对场指纹法(FSM)对小腐蚀坑检测精度偏低的问题,根据小腐蚀坑会对被测管道的电流分布产生影响的现象,提出一种细分的电阻链网络模型,利用主辅电压和细分电阻网络的特定关系来准确求解小腐蚀坑,并且分析发现不同位置、不同深度和不同直径的小腐蚀坑对主辅电压有着特定的影响,进而提出了一种利用主辅电压来准确求解小腐蚀坑的方法。该方法的本质在于引入了多个已知参量,从而可以求解出多参量的小腐蚀坑。理论分析和实验表明,提出的求解小腐蚀坑的方法能够有效提高小腐蚀坑的检测精度,发展并完善了FSM方法。

关键词：场指纹法腐蚀监测小腐蚀坑主辅电压

基于电位矩阵法的金属管道腐蚀剩余厚度监测研究

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四川大学学报（工程科学版） 2013年第4期45卷 97-102页

作者：万正军甘芳吉罗航宋康廖俊必四川大学制造科学与工程学院四川成都610065

针对目前电位矩阵法在坑蚀的情况下求解剩余厚度的精度仅为壁厚的±(10%～15%),并且要用经验系数修正的问题,在分析了监测区域在腐蚀前后的电流场的改变是产生坑蚀精度误差的主要原因的基础之上,提出了一种利用电阻网络的数学模型来计... 详细信息

针对目前电位矩阵法在坑蚀的情况下求解剩余厚度的精度仅为壁厚的±(10%～15%),并且要用经验系数修正的问题,在分析了监测区域在腐蚀前后的电流场的改变是产生坑蚀精度误差的主要原因的基础之上,提出了一种利用电阻网络的数学模型来计算坑蚀剩余厚度的方法。管道腐蚀可以等效为探针之间电阻值的变化,因此根据监测的金属管道上所布置的探针间距和数量来确定1个单层电阻网络,然后利用基尔霍夫定律计算出各个电阻在腐蚀前后的电流值,最后建立腐蚀前后电阻函数关系,将坑蚀时电流变化的因素消除,得到精度较高的剩余厚度值计算公式。有限元分析软件仿真和实际实验结果表明,新的坑蚀剩余厚度算法的精度可以达到壁厚的3%,且不需要经验系数修正,验证了新算法的可行性。

关键词：无损检测管道腐蚀电位矩阵法腐蚀监测剩余厚度