带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究

XX 大学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题目目：带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因 素的影响研究素的影响研究 学学院：院：测试与光电工程学院测试与光电工程学院 专业名称：专业名称：测控技术与仪器测控技术与仪器 班级学号：班级学号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 二二 Oxx 年年 六六月月 带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究 摘要摘要：带包覆层铁磁性管道在化工、石油和电力等各个行业内广泛使用，由于各种 原因的腐蚀引起的管壁缺陷，这严重威胁着管道使用的可靠性和安全性。脉冲涡流检 测技术是近些年来发展起来的一种新型无损检测技术， 在解决带包覆层管道检测上具 有广阔的前景。 在实际情况中几乎不存在对单根管道检测，通常周围存在着其他管道，周围的管 道对被检测管道的检测是有一定影响的。本论文旨在研究在管道的不同位置检测时， 干扰管道对检测是否存在着影响，以及有什么程度的影响。 论文建立了检测系统，制作了检测探头和检测试件，进行了实验，得出了研究结 论。 实验表明，在对140mm7.7mm 的铁磁性管道进行检测时，周围的平行干扰管在 0.6m 时， 感应电压出现衰减也就是说在 0.6m时平行干扰管开始对检测管产生了影响， 而与被检管 T 型交叉的管道对检测管并没有影响。 关键字：涡流检测包覆层无损检测脉冲涡流检测技术干扰管 InfluenceInfluences s ofof interferinginterfering factorsfactors forfor pipelinepipeline withwith insulationinsulation underunder pulsedpulsed eddyeddy currentcurrent testingtesting Abstract：With a covering layer of ferromagnetic pipes are widely used in various sectors such as chemicals, oil and electricity, due to the corrosion of the pipe wall defects caused by various reasons, which seriously threaten the reliability and safety of the pipeline use. Pulsed eddy current testing technology is developed in recent years a new type of non-destructive testing technology, has broad prospects in addressing the belt cover layer pipe inspection. In reality there is little to a single pipeline inspection, there is often around other pipes, pipeline around the pipeline to be detected is detected there is a certain influence. This paper aims to study in a different position when detecting pipe conduit to detect the presence of interference effect, and what degree of influence. Paper established a detection system, making the detection probe and test specimens, conducted experiments, the research conclusions. Experiments show that when 140mm 7.7mm ferromagnetic pipeline testing, parallel interference around the pipe at 0.6m, which means that the induced voltage decay occurs when parallel interference tube 0.6m began to impact test tube, and and it was seized tube T-crossing pipeline does not affect the detection tube. Keyword: Eddy Current TestingCladding layerNDTPulsed Eddy Current Testing TechnologyInterference tube 目录 1绪论 1.1 选题的依据、目的及意义1 1.2.1 国外研究现状2 1.2.2 国内研究现状3 1.3 研究主要内容及实验方案4 2 带包覆层管道脉冲涡流检测的理论分析 2.1 脉冲涡流检测的基本原理5 2.2 脉冲涡流的趋肤效应5 2.3 带包覆层管道脉冲涡流检测的基本原理7 2.4 本章小结8 3带包覆层管道脉冲涡流检测实验系统设计 3.1 实验检测系统组成部分9 3.1.1 激励部分10 3.1.2 接收部分10 3.1.3 其他部分10 3.2 检测探头的制作10 3.3 实验带包覆层管道试样设计11 3.4 本章小结11 4带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究 4.1 平行干扰管对脉冲涡流检测的影响12 4.1.1 实验步骤12 4.1.2 实验结果处理12 4.1.3 实验结果分析14 4.1.4 实验结论14 4.2T 型干扰管对脉冲涡流检测的影响.14 4.2.1 实验步骤14 4.2.2 实验结果处理15 4.2.3 实验结果分析17 4.2.4 实验结论17 4.3 本章小结18 5论文总结与工作展望 5.1 论文总结19 5.2 工作展望19 参考文献21 致谢.22 1 带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究 1绪论绪论 1.1 选题的依据、目的及意义选题的依据、目的及意义 为了防止管道在传输时透过表面散发热量以及外部环境对管道的侵蚀， 带包覆层 管道广泛使用于石油、化工和电力等行业。图 1.1 所示即为包覆层管道，a 为工业包 覆层管道，b 为实验包覆层管道。由腐蚀或侵蚀引起的壁厚减薄严重威胁着包覆层管 道运行的可靠性和安全性，甚至会带来财产损失和生命危险。为此，对其进行定期无 损检测至关重要。然而，包覆层的存在给检测带来极大困难。常规的超声、涡流、磁 粉检测首先需要停机，然后再去掉管道外面的包覆层，检测完毕后还得重新安装包覆 层，不仅费时费力还增加了检测成本；射线检测因特殊性需要保护措施，而且检测成 本昂贵；目前兴起的导波技术因可以长距离检测，效率高而得到应用，但是导波还是 需要挖掉部分包覆层，而且对于管道的均匀面积性腐蚀精确度不高。这样来看，常规 的无损检测方法并不适用于带包覆层的管道检测。 （a）工业包覆层管道（b）实验包覆层管道 图 1.1 包覆层管道 脉冲涡流（PEC）检测技术是近些年发展起来的一种新型的无损检测技术，与传 统的单频正弦涡流相比，脉冲涡流采用具有一定占空比的方波作为激励源，具有频谱 宽、信号穿透能力强以及精确度好等优点，因而对带有保温层和保护层管道内部腐蚀 情况的检测显示了较大的优越性。脉冲涡流检测具有无须停机、无须拆除包覆层、安 全性好、成本低等优点。但是在实际检测中，很少有情况是理想的单根管道检测，通 常周围有其他管道，这些管道对检测管道的上的磁场是有影响的，因此研究这些管道 也就是干扰管的位置对检测管的影响是非常有必要的。 2 1.2国内外研究概况及发展趋势国内外研究概况及发展趋势 1.2.1 国外研究现状国外研究现状 目前，脉冲涡流检测技术主要应用于两个方面。一是非铁磁性材料的厚度测量以 及缺陷检测， 国外对该种材料的脉冲涡流检测技术无论在理论还是实际应用上都非常 成熟；另一方面是对铁磁性材料即带包覆层管道的腐蚀性进行检测。因为铁磁性材料 的磁导率很大，使得涡流磁场趋肤效应明显，可穿透的深度不足。铁磁性材料对脉冲 激励的响应与非铁磁性材料的明显存在着不同，国外在这个领域的研究并不多，少数 研究有成果的形成了垄断，所以可以用来参考的数据资料少之又少。但是脉冲涡流检 测技术真正取得大幅度进展是在近 30 年。 1995 年 5 月， 荷兰 RTD 公司收购了美国 ARCO 公司的瞬变电磁法检测带包覆层 管道的专利。 在该公司收购后用了约三年时间对这一套系统的基本检测方法和信号处 理做了更深一步的研究和改善， 此外还加强了检测系统中传感器线圈的设计和软件系 统的改进，同时也为自己的系统申请了专利。由于很多购买者将“TEMP”误认为是 与温度检测有关的仪器，荷兰 RTD 公司最终把这套系统改名为 RTD-INCOTEST （Insulated Component TEST） ， 成功开发了透过包覆层对管道腐蚀检测的 INCOTEST 检测系统并实现了可以有效检测出不同管径下的缺陷。同时，该检测系统两大优势是 在检测时并不用去除表面的包覆层和不需要进行停机即可检测， 还可以得出较好的实 验效果。 之后 EPRI 即美国电力研究院多名科学家用脉冲涡流对包覆层管道检测进行了进 一步研究， 讨论了包覆层厚度对检测精确度的影响和不同缺陷特征量对检测结果的影 响研究，这样更有利于缺陷定位。 图 1.2 脉冲涡流传感器检测带包覆层管道 在此之后，美国壳牌公司对相对较厚的带包覆层管道的检测进行了探索研究。 3 研究发现，脉冲涡流检测最大深度可达到 250 毫米，精确度达到读取值的百分之十五 左右。与此同时，英国一家研究所也对包覆层管道检测进行了研究，得出了一系列结 论。 欧洲一家出版社综合各种研究结论， 出版了一本 Corrosion-under-insulation(CUI) guidelines，如图 1.3 所示，系统阐述了带包覆层管道腐蚀原因、危险性以及防腐措 施，并且全面地介绍了其他无损检测方法对带包覆层管道的可行性。 图 1.3 Corrosion-under-insulation(CUI) guidelines 在 2010 年， 加拿大的一家无损检测公司一名研究人员采用了一种新型的电磁检 测技术并将其应用于管道包覆层下的腐蚀检测， 利用了这种新型技术设计出了一种可 适用于不同包覆层管径的检测探头，这种探头可以快速地检测管道外表面的腐蚀缺 陷，可惜的是该项技术目前也还只是在研究阶段并不适用于工业检测。 1.2.2 国内研究现状国内研究现状 目前，国内对脉冲涡流检测技术还处于研究分析阶段，进行研究的还很少。也有 少部分发表在期刊上的文章只是介绍了实验检测方法和实际应用。 几家高校和研究机 构对带包覆层管道检测进行了相关研究并得出了比较满意的结果。 武汉理工大学分析了脉冲涡流的磁场特征并给出了材质涡流检测的信号处理方 法，发现在相同涡流的激励下导体中的涡流频率特性与深度无关，还发现瞬时涡流的 4 衰减周期和涡流的频率成分不仅与被检材料的材质有关还与脉冲的重复频率有关。 国防科技大学的杨宾峰等人对飞机铆接结构进行了脉冲涡流检测的应用研究， 利 用了差分的形式得到了相应的结论： 脉冲涡流检测技术中试件的裂纹和腐蚀缺陷位置 和缺陷大小与检测线圈的过零时间之间的关系和感应电压信号峰值。 厦门爱德森电子有限公司针对包覆层下管道腐蚀的检测问题， 目前已研制出一款 基于阻抗分析方法的包覆层下管道壁厚脉冲涡流检测仪器， 该仪器能够检测管道包覆 层厚度 100mm 以上的铁磁性管道。 华中科技大学的研究人员根据脉冲涡流分析检测信号的时域波形特征和脉冲涡 流的检测原理，在硬件系统方面自己制作出传感器，并且研制出一套铁磁性管道腐蚀 的脉冲涡流无损检测系统，这一套系统可以检测出包覆层厚度为 120mm 下不同壁厚 的铁磁性管道 10%左右的壁厚腐蚀变化， 带包覆层大壁厚管道腐蚀的脉冲涡流检测也 在同时进行研究。 中北大学主要是采用有限元软件分析对包覆层管道腐蚀的脉冲涡流检测进行了 仿真分析检测，研究分析了涡流传感器激励和参数，其中参数包括脉宽、激励频率和 传感器的厚度、长度。匝数，分析在不同的参数组合下对脉冲涡流检测信号的影响。 1.3 研究主要内容及实验方案研究主要内容及实验方案 本学位论文在综合分析国内外带包覆层管道脉冲涡流检测的研究基础上， 结合课 题提出的任务要求和实验室的现有硬件条件， 对带包覆层管道脉冲涡流检测干扰因素 的查找进行了细致的设计，然后针对包覆层管道中各类缺陷、干扰管的摆放位置对检 测管的影响进行了一系列试验，并且设计制作了针对检测不同干扰类型的传感器，并 分析其检测灵敏度的变化。根据课题的研究内容，本论文的结构安排如下： 第一章，对本课题的研究依据、目的及意义做了阐述，综合分析了国内外带包覆 层管道脉冲涡流检测的研究现状，之后简述了本课题的研究内容。 第二章， 比较详细地介绍了脉冲涡流检测和带包覆层管道脉冲涡流检测的基本原 理。 第三章，主要对带包覆层管道脉冲涡流检测实验装置及性能指标做了初步的介 绍，为之后的实验实施进行了很好地铺垫。 第四章，主要介绍了两个可能存在的带包覆层管道脉冲涡流检测干扰因素的影 响，设计实验查看是否存在着影响，如果存在着影响又是多大的影响。 第五章，对论文的两个影响因素的探究总结，以及实验存在的不足和对未来带包 覆层管道脉冲涡流检测的展望。 5 2 带包覆层管道脉冲涡流检测的理论分析带包覆层管道脉冲涡流检测的理论分析 2.1 脉冲涡流检测的基本原理脉冲涡流检测的基本原理 脉冲涡流（PEC, Pulsed Eddy Current）检测技术与传统的涡流检测技术相比，是 用一个宽频带的窄脉冲方波作为激励，把方波激励加载在激励线圈两端，当瞬时关闭 方波激励信号时，激励线圈就会感应出一个强度骤减的脉冲磁场，强度迅速衰减的感 应脉冲磁场在被检测导体试件中会感应生成脉冲涡流， 最后脉冲涡流在试件中又会感 应出一个衰减的二次磁场，我们所用的就是该感应的二次磁场，二次磁场会在检测线 圈上感应出瞬时的感应电压，如图 2.1 所示，如果试件上有缺陷的话，脉冲涡流分布 在试件上产生影响，这样涡流的分布变化进而会影响感应磁场的变化，感应磁场的变 化最终会导致检测线圈上的感应电压发生变化， 所以只需要利用线圈上的感应电压变 化，来分析试件上的缺陷信息。 图 2.1 脉冲涡流检测基本原理 2.2 脉冲涡流的趋肤效应脉冲涡流的趋肤效应 磁场强度即涡流密度总是集中于导体表面，随着深度的增加涡流也很快的衰减， 而这种衰减还是按照一定的指数关系衰减，我们把这样的一种现象称作为趋肤效应。 根据半无限平面导体中的电磁场的麦克斯韦方程组出发可以得到一个渗透深度的公 6 式，该公式如下： f （2.1） 式（2.1）中：- 渗透深度，单位 m；- 导体的磁导率，单位为 H/m； - 导体的电导率，单位为 S/m； f- 激励的频率，单位为 Hz 从公式可以看出，渗透深度均与 f、有关，其中 f、越小，则渗透 深度也越深。可见涡流密度并非在材料中均匀分布，而且涡流集中在，由导体表面向 里按指数规律衰减。随着频率、磁导率和电导率的增大，渗透深度减小。在半无限平 面导体内x=处， 磁场强度和电流密度的幅值均降至表面上对应值的1/e倍， 即36.7%。 称为平面电磁场的渗透深度。磁场强度与深度的关系如图 2.2 所示。 图 2.2 导体磁场强度随深度变化的关系曲线 7 2.3 带包覆层管道脉冲涡流检测的基本原理带包覆层管道脉冲涡流检测的基本原理 带包覆层管道的脉冲涡流检测示意图如图 2.3 所示，线圈即探头置于包覆层管道 的外层，激励线圈和接收线圈两部分构成了线圈探头，激励线圈通过使用一点占空比 的脉冲方波电流进行激励，当瞬间关闭激励线圈中的电流时，激励线圈在瞬间断开的 电流作用下，在激励线圈中产生一个快速衰减的脉冲磁场，该脉冲磁场透过包覆层管 道的铝皮和绝缘层到达管壁中， 在此之后变化的磁场又在管道材料中感应生成出瞬时 涡流，瞬时涡流之后又会感应出衰减很快的二次磁场，这个磁场包含了管壁的缺陷信 息，然后二次磁场由接收线圈检测接收，并感应出瞬态感应电压。通过这个瞬时感应 电压我们就可以得出管道的缺陷信息了。 图 2.3 包覆层管道检测示意图 如图2.4所示的是脉冲涡流检测包覆层管道腐蚀缺陷所用的激励波形及响应检测 波形，从图中我们可以看到， 接收探头上感应电压的检测波形在短时间内基本满足指 数衰减的规律。 从图2.4中可以看出接收探头上的瞬态感应电压是一条基本满足指数衰减规律的 曲线，当探头放置于有无腐蚀缺陷的地方时，感应电压曲线的衰减是有所不同的，图 2.5 所示为有缺陷和无缺陷时的感应电压检测衰减曲线，在图中我们可以明显地看出 有腐蚀区域的感应电压曲线衰减速度要快于无腐蚀区域的感应电压曲线衰减， 并且最 终衰减到零。 最后我们通过对所有带包覆层管道上所有检测点的感应电压衰减曲线进行比较 分析，对比每一个检测点上的感应电压响应曲线的衰减不同情况，就得出包覆层管道 缺陷腐蚀所在的区域以及缺陷大小的结论。 8 图 2.4 激励与检测信号波形 图 2.5 感应电压衰减曲线比较 2.4 本章小结本章小结 本章对带包覆层管道脉冲涡流检测进行了理论分析。 首先介绍了脉冲涡流检测的 基本原理，阐述了有关脉冲涡流检测的激励方式、响应分析方式，讨论了关于脉冲涡 流检测的渗透深度； 最后对带包覆层管道腐蚀缺陷的脉冲涡流检测如何识别腐蚀缺陷 进行了基本研究与初步介绍。 9 3 3带包覆层管道脉冲涡流检测实验系统设计带包覆层管道脉冲涡流检测实验系统设计 3.1 实验检测系统组成部分实验检测系统组成部分 为了适应实验所需要的检测条件， 我们采用了 WTEM-1Q/GPS 浅部瞬变电磁勘探 系统，该系统具有大发射功率、超快速关断、高可靠性、超强抗干扰（天电、50 或 60Hz 工频）能力、轻便、低耗电的优点。系统面板如图 3.1 所示，实际如图 3.2 所示。 图 3.1 WTEM-1Q/GPS 浅部瞬变电磁勘探系统面板图 图 3.2 实际系统面板图 10 3.1.1 激励部分激励部分 实验检测系统的激励部分主要是用来发射激励线圈所需要的激励脉冲电压， 通过 调节激励脉冲电压来调节产生的磁场强度，保证渗透深度可以透过包覆层管道。具体 的参数为： 发射电压输入：12V 发射电流：10A 发射波形：+ON、OFF、-ON、OFF，等宽正负双极性脉冲方波 关断延时测量：0.1s100.0s 典型关断时间：2.5s 电流测试精度：1% 供电频率： 4Hz、8Hz、16Hz、32Hz 同步方式：外同步（电缆） 3.1.2 接收部分接收部分 通道数：2 道 前放增益：8、32 倍 主放增益：1、2、4、8、16、32、64、128 倍 通 频 带：050KHz（线性相位滤波器），全通为 0400KHz。 工频压制：80dB A/D 位数：16 位 最小采样间隔：1s 测 道 数：50 道 叠加次数：19999 次 同步方式：电缆同步 GPS 同步 3.1.3 其他部分其他部分 内置电池用充电器：12V，充电电流1.5A，充电时间6 小 时 体积：486392192mm3 重量：11.2kg 工作温度：-10+50 3.2 检测探头的制作检测探头的制作 本论文工作制作了自己的检测探头。 带包覆层铁磁性管道脉冲涡流检测探头是由 不同直径大小的漆包铜丝绕制在骨架的线圈组合而成， 探头由激励线圈和接收线圈两 11 部分组成。绝缘材料尼龙棒加工而成线圈的骨架，选用尼龙棒材料是因为其不导电并 且也不导磁，所以对检测信号和磁场分布没有影响。 我们所用的是圆形探头，激励接收同轴无偏置。探头参数为：激励线圈线径 1.0mm，绕制 600 匝，检测线圈线径 0.42mm，绕制 1200 匝。实验检测线圈如图 3.3 所示。 图 3.3 检测线圈图 3.4 模拟包覆层管道 3.3 实验带包覆层管道试样设计实验带包覆层管道试样设计 由于管道在日常使用中常与空气中水蒸气接触，久而久之会形成腐蚀性缺陷，于 是需要铁磁性管道、 中间的保温层或者是绝缘层和最外层的金属保护层组合而成带包 覆层管道。在实际工程应用中，中间的保温层或者绝缘层材料一般有岩棉、石棉、泡 沫、等各种各样的绝缘材料，这些材料其实并不会对磁场和感应涡流分布产生影响； 最外层的金属保护层一般会有不锈钢、铝皮、镀锌板等材料，不锈钢是非磁性、电导 率很小的一种金属材料，所以它对涡流信号的大小影响也很小，几乎不会影响到磁场 的分布。但是由于此种材料昂贵，工程中应用很少，其他金属材料比如铝和锌的磁导 率也都不大，对磁场的分布是几乎没有影响的，但是他们的电导率较高可能会引起一 定的涡流效应，在实际工程应用中将铝皮和镀锌板这种材料来做保护层的比较多。于 是在本试验中选用的是不同厚度的海绵（25mm-300mm）和 0.5mm 厚的铝皮来模拟 包覆层。实验模拟包覆层管道如图 3.4 所示。 3.4 本章小结本章小结 本章主要对带包覆层管道脉冲涡流检测实验装置及性能指标做了初步的介绍。其 中包括了实验检测系统的组成部分，主要用的是 WTEM-1Q/GPS 浅部瞬变电磁勘探 系统，介绍了激励部分、接收部分以及其他的三个部分。与此之外，还介绍了实验的 相关装置检测探头以及实验模拟的带包覆层管道。 为之后的实验实施进行了很好地铺 垫。除此之外，设计和制作了实验相关的检测探头，以及实验模拟的带包覆层管道。 12 4带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响研究 在实际工程检测应用中，包覆层的存在给检测带来了困难。很少有情况是理想的 单管检测，通常周围是存在其他管道的，周围的这些管道对被检测管道的磁场分布可 能产生影响， 于是该章就具体讨论了通过实验采集大量数据来验证带包覆层管道脉冲 涡流检测中干扰因素的影响研究。 4.1 平行干扰管对脉冲涡流检测的影响平行干扰管对脉冲涡流检测的影响 为了研究干扰管在不同位置对检测的影响， 本次实验在包覆层的水平两侧分别采 数据，由于管道的对称性，在没有干扰管时，左右两点的数据是一样的。但是在有干 扰管的影响下，会使左右两点的数据失去对称性。同时还可以研究干扰管对单点检测 的影响。于是我们采集了大量的数据进行单管检测和存在干扰管检测的对比。 4.1.1 实验步骤实验步骤 （1）将探头分别放置在包覆层的最外层金属保护层表面上的水平两侧，在无干扰管 的情况下，平行拉着包覆层顺着检测管的轴向方向上每隔 100mm 进行一次检测，为 了避免端头效应第一个检测点距铁磁性管道端头处 350mm，这样的实验方式进行多 组多次，在保证数据采集的可靠性下，完成对只存在单个检测管的数据采集。 （2）将干扰管分别平行摆放在距离检测管 2m、1.8m、1.6m、1.4m、 1.2m、1m、0.9m、 0.8m、0.7m、0.6m、0.5m、0.4m 处，然后按照上述平行顺拉检测管的轴向方向上每 隔 100mm 进行一次检测， 同理也是在距管道端头的 350mm 出开始检测。 这样的检测 方式进行多组多次实验，完成干扰管对检测管的干扰数据采集。 （3）利用 Origin.Pro 和 MATLAB 对采集的数据进行数据处理。 （4）利用 Origin.Pro 画图软件进行画图，使得实验结果更加简洁明了。 4.1.2 实验结果处理实验结果处理 通过数据处理，系统平台生成的图我们得到了如图 4.1、图 4.2、图 4.3、图 4.4、 图 4.5、图 4.6 六个比较具有代表性的图。这六个图横坐标代表的是时窗号表示的是 从开始检测到结束检测的一段脉冲时间，纵坐标表示的是感应电压值，之前也讨论过 了我们正是利用这个衰减的感应电压来判断缺陷的存在与否。 13 图4.1 单管检测图 4.2 干扰管距 0.6m 左右处检测 图 4.3 干扰管距 0.6m 检测图 4.4 干扰管距 0.4m 左右检测 图 4.5 干扰管距 0.4m 检测图 4.6 干扰管距 1m 左右检测 14 4.1.3 实验结果分析实验结果分析 图 4.1 为在没有干扰管的情况下， 包覆层左右水平两侧感应电压的衰减曲线 （为 了方便表达，称靠近干扰管的一侧为右，另一侧为左）。由于管道的对称性，左右两 侧采集的数据信号是一样的，所以很自然他们的感应电压衰减曲线也是一样的。图 4.6 是有干扰管的情况下，因为干扰管距检测管较远，干扰管的存在并不能改变磁场 在检测管的分布，干扰管对检测的影响较小，所以左右的感应电压衰减曲线还是基本 保持不变。图 4.3 是把干扰管道移动至距离检测管道 0.6m 时，他们的感应电压衰减 曲线开始发生了变化。图 4.4 是移动至 0.4m 时，变化更加明显，失去了对称性。 对实验数据进行进一步地分析发现，由于右侧距离干扰管更近，所以干扰管会先 对右侧产生影响，导致了左右的数据不一致，失去对称性。我们取有无干扰管时，右 侧的数据进行对比。在干扰管距检测管 0.7m 到 2m 时，干扰管对检测管的磁场分布 影响较小，检测的感应电压的衰减曲线与单管检测基本保持一致。图 4.5 是将干扰管 移动到距检测管 0.6m 时，与单个检测管进行对比，感应电压的衰减曲线开始发生变 化。图 4.4 是将干扰管移动到距离检测管 0.4m 时，衰减曲线的变化更加明显。 4.1.4 实验结论实验结论 在平型干扰管的实验中，我们验证了在对带包覆层管道腐蚀进行脉冲涡流检测 时，当检测管水平两侧 0.6m 内有平行干扰铁磁性管时，干扰铁磁性管会影响磁场在 检测管中的分布，这样导致了感应电压的衰减曲线发生变化，使得管道两侧的磁场对 称性消失。也就说明了，当有一水平距检测管 0.6m 的干扰管存在时，会影响检测管 的检测。干扰管的存在也会影响到实验的单点数据采集，当检测探头在靠近干扰管的 一侧检测时，干扰管也会影响接收线圈采集的感应电压的衰减曲线，使得电压衰减缓 慢，并对实验的结果有影响。于是我们在实际检测过程当中，需要注意尽量避免干扰 管与探头在一侧的检测。 4.2 T 型干扰管对脉冲涡流检测的影响型干扰管对脉冲涡流检测的影响 在实际工程应用当中的管道并不是简单的只存在单管，复杂并且交错的管道是普 遍存在的，在 4.1 当中我们探讨了平行干扰管对检测管的影响，那么新的问题来了 T 型干扰管（也就是干扰管和检测管是垂直的）对脉冲涡流检测带包覆层管道是否存在 影响，如果存在影响的话影响又有多大。 4.2.1 实验步骤实验步骤 1.将探头放置在包覆层的正上方位置，连线完毕后，在无干扰管的情况下，平行 拉着包覆层顺着检测管的轴向方向上每隔 100mm 进行一次检测，为了避免端头效应 15 第一个检测点距铁磁性管道端头处 350mm，这样的实验方式进行多组多次，在保证 数据采集的可靠性下，完成对只存在单个检测管的数据采集。 2.将干扰管摆放至如图 4.7 所示，即干扰管与检测管垂直摆放且带包覆层检测管 垂直方向高于干扰管 50cm。第一组实验将干扰管分别摆放至水平距检测管中心 110cm、50cm、-10cm、-70cm 处，按照上述试验方法，从检测管端头 350mm 处沿着 管轴线方向上每隔 100mm 进行一次检测。其中分别在包覆层移动前端到达桩号为 6、 25、33 处时，沿着检测管轴线方向将干扰管移至同处。完成第一组 T 型管的数据采 集。 图 4.7T 型管检测示意图 3.同理还是将干扰管与检测管垂直放置，垂直方向上检测管与干扰管的距离保持 50mm 不变。 第二组实验将干扰管分别摆放至水平距检测管中心 40cm、30cm、20cm、 10cm、0cm 处，按照上述试验方法，从检测管端头 350mm 处沿着轴线方向上每隔 100mm 进行一次检测。依然是在包覆层前端到达桩号为 6、25、33 处时，沿着检测 管轴线方向将干扰管移至同处。完成第二组 T 型管的数据采集。 4.利用 Origin.Pro 和 MATLAB 对采集的数据进行数据处理。 5.利用 Origin.Pro 画图软件进行画图，使得实验结果更加简洁明了。 4.2.2 实验结果处理实验结果处理 通过数据处理，系统平台生成的图我们得到了如图 4.8、4.9、4.10、4.11 四个个 比较具有代表性的感应电压与桩号的剖面图，其中是在 22,23,24,25 号时窗截取； 选取了一个代表性的无干扰管的检测灵敏度与干扰管距检测管 110mm 处灵敏度的折 线图； 16 图 4.8 干扰管在-10mm 处图 4.9 干扰管在 110mm 处 图 4.10 干扰管在 40mm 处图 4.11 无干扰管 图 4.12 代表性灵敏度图 4.13 衰减电压关系（1） 17 图 4.14 衰减电压关系（2）图 4.15 衰减电压关系（3） 4.2.3 实验结果分析实验结果分析 1.通过图 4.8、4.9、4.10、4.11 四个图，我们可以看到感应电压值在桩号为 6、12 和 26 处衰减明显，说明在这三个地方有着明显的缺陷。根据图 4.16 的铁磁性钢管示 意图，我们可以看到正是在 A、B、C 三处存在着凹坑即人造腐蚀，这个与实验 图 4.16 实验铁磁性管道示意图 在 6、12 和 26 三处明显衰减是符合的。 2.通过图 4.12 代表性灵敏度来看，在无干扰管和干扰管在距检测管 110cm 处的 检测灵敏度在桩号 25 之前基本一致，桩号 25 时有 2%左右的小幅度偏差，而在 25 号之后检测灵敏度迅速下降，也就是说在 25 号之后的位置缺陷几乎检测不出。之后， 我们做了一系列距检测管 50cm 处、距检测管-10cm 处、距检测管-70cm 处分别于无 干扰管进行检测灵敏度对比，也是没有明显的区别。 3.通过图 4.13、4.14 和 4.15 三个图，我们可以看出无干扰管分别与干扰管距检测 管 0、50 和-70cm 三个距离进行归一化衰减电压对比并没有什么差别，几乎是同一条 折线。 4.2.4 实验结论实验结论 在 T 型干扰管对带包覆层管道检测的干扰实验中，我们可以得出以下个结论： 18 1.无论是否存在干扰管，在探头进行检测到缺陷凹坑腐蚀时感应电压值均会有明 显的衰减，这符合之前定的结论，利用感应电压来判断是否存在缺陷。 2.在这个实验当中，我们比较惊奇的发现，原来理论认为干扰管的存在会对检测 管或多或少地产生影响，实验发现，从检测灵敏度和归一化的衰减电压值来看，二者 的曲线图虽然并无完全相同，但是几乎一致。于是我们得出初步结论是，在大距离范 围下，T 型干扰管对检测管是不存在着影响的。 3.对于结论 2 我在这里还需要补充一下，由于时间紧，在 T 型干扰管在距离检测 管正下方的实验还没有来得及做， 理论上是不能从上述实验结果推出 T 型干扰管不会 对检测管产生影响，因为工作量大，最近的实验还没有做，需要进一步补充。 4.3 本章小结本章小结 本章我们重点研究了带包覆层管道脉冲涡流检测中干扰因素的影响， 从平行干扰 管、T 型干扰管（与检测管垂直）两个方面来研究干扰因素。从处理之后得到的实验 数据来看，我们可以得出相应的结论。 1.当有一水平距检测管 0.6m 的干扰管存在时，会影响检测管的检测。干扰管也 会影响接收线圈采集的感应电压的衰减曲线，并对实验的结果有影响。 2.然而对于 T 型干扰管的存在，从实验结果来看无论是感应电压值、检测灵敏度 还是归一化的衰减电压值，都不会对检测管的缺陷检测产生影响。 （以上结论均是默 认包覆层参数对实验没有影响） 19 5论文总结与工作展望论文总结与工作展望 5.1 论文总结论文总结 本文主要研究的是带包覆层管道脉冲涡流检测的干扰因素影响研究，其中分别从 带包覆层管道脉冲涡流检测的理论分析、 带包覆层管道脉冲涡流检测实验装置及性能 指标以及脉冲涡流检测带包覆层管道的干扰因素进行了研究。 根据采集的实验数据和 理论分析，我们可以得出利用脉冲涡流可以有效的检出带包覆层管道的腐蚀缺陷。 本文的主要研究结果如下： 1.对于在实际应用中是不会存在单管的理想状态，于是周边的管道可能会对检测 管道的检测产生影响， 针对这种情况设计了平行干扰管和 T 型干扰管对检测管的检测 影响。 得出了在对141.5mm7.7mm 的铁磁性管道进行检测时， 平行干扰管在 0.6m 时，感应电压出现衰减也就是说在 0.6m 时平行干扰管开始对检测管产生了影响。 2.在对141.5mm7.7mm 的铁磁性管道进行检测时，干扰管与被检测管 T 型交 叉时，干扰管对检测管并没有明显影响。 5.2 工作展望工作展望 目前来说，国内对带包覆层管道脉冲涡流检测还处在研究开发阶段，与此同时国 外的研究已经领先于国内， 本文也仅仅只是在脉冲涡流检测带包覆层时的干扰因素的 研究。算是脉冲涡流检测的一个小方面，仍有很多可以研究的方向需要研究工作者进 行进一步地分析和研究。 1.我们仅仅探究了平行干扰管在 0.6m 处会对检测管产生影响，那么如果干扰管 与检测管产生一定夹角，且这个角度在我们设计实验的平行和垂直之间。我们还没有 更深入地进行探究，这可以作为一个研究方向。 2.不同缺陷在脉冲涡流检测时必然也会有不同，我们实验时默认的是腐蚀性缺 陷，不同的缺陷比如面积型腐蚀、凹槽以及组合型等缺陷又会对感应衰减电压产生什 么影响，影响程度对检测产生效果也可以作为一个方向。 3.在实验中我们只采用了一个探头进行检测，探头的形状、匝数、激励电压、长 度以及直径会影响激励线圈脉冲磁场产生进而影响瞬时涡流、 二次磁场以及感应衰减 电压。所以说不同的探头产生的磁场也会不同，这样会对检测带来想不到的结果。同 理激励线圈（探头）会有此影响，接收线圈可能也会有此影响。 4.在做 T 型管的实验时我们忽略了一个问题， 垂直的管子和检测管处于同一水平 上、高于不同距离的检测管均未考虑到，也就是说垂直的管子与检测管存在一个水平 20 距离和高度，这些参数均会对检测产生影响，存在的影响是否会干扰到检测。 5.在实际的工程检测中，就算是单管检测，管道也是多种多样的。不同的管道也 就是说管径、管壁厚、材质都会影响到激发的磁场分布进而影响到感应衰减电压。于 是需要更多的实验来验证不同的包覆层管道对感应衰减电压产生的影响规律。 21 参考文献 1 康小伟. 包覆层管道腐蚀脉冲涡流检测机理与方法研究D.南昌航空大学, 2012:30-50. 2 辛伟. 工业管道腐蚀脉冲涡流检测传感器仿真研究.硕士,中北大学,2009. 3 黄琛. 基于脉冲涡流技术的无损检测实验研究.硕士,华中科技大学,2007. 4 王韫江,王晓锋,李斌,余付平,丁克勤. 管道腐蚀检测中新型脉冲涡流传感器的设计J. 无损检 测,2007,30(11): 807-809. 5 徐可北,周俊华. 涡流检测M.北京:机械工业出版社,2004. 6 杨宾峰. 新型脉冲远场涡流传感器检测性能的仿真分析.无损检测技术教育部重点实验室 2014. 7 徐晨曦. 脉冲涡流检测实验系统的研制.硕士.上海交通大学.2009. 8 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.2011,33(9):40-43. 9 付跃文，康小伟，喻星星. 带包覆层铁磁性金属管道局部腐蚀的脉冲涡流检测J.应用基础与 工程科学学报.2013,21(4):786-796. 10 傅迎光,王健,孙明璇,刘再斌,范智勇,石坤. 有包覆层铁磁试件的脉冲涡流检测J.测试技术学 报.2013,23(2):142-148. 11 任吉林，林俊明电磁无损检测M北京：科学出版社，2008. 12 王韫江,王晓锋,李斌,余付平,丁克勤. 管道腐蚀检测中新型脉冲涡流传感器的设计J. 无损检 测,2007,30(11): 807-809. 13郑中兴，韩志刚穿透保温层和防腐层的脉冲涡流检测壁厚检测J无损探伤，2008,32（1） ： 1-4. 14张斌强脉冲涡流检测系统的设计与研究D南京：南京航空航天大学，20