帶包覆層管道脈沖渦流檢測中干擾因素的影響研究-開題報告

XX大學畢業(yè)設計（論文）開題報告題目 帶包覆層管道脈沖渦流檢測中干擾因素的影響研究專 業(yè) 名 稱 測控技術與儀器班 級 學 號 學 生 姓 名 指 導 教 師 填 表 日 期 20xx 年 04 月 09 日1、 選題的依據(jù)、目的和意義帶包覆層管道在石油、化工和電力等行業(yè)廣泛使用，由腐蝕或侵蝕引起的壁厚減薄嚴重威脅著其運行的可靠性和安全性，為此，對其進行定期無損檢測至關重要。然而，包覆層的存在給檢測帶來極大困難。常規(guī)超聲檢測需要先去掉管道外面的包覆層，費時費力還增加了檢測成本；射線檢測因特殊性需要保護措施，而且檢測成本昂貴；目前興起的導波技術因可以長距離檢測，效率高而得到應用，但是導波還是需要挖掉部分包覆層，而且對于管道的均勻面積性腐蝕精確度不高。 脈沖渦流（PEC）檢測技術是近些年發(fā)展起來的一種新型的無損檢測技術，與傳統(tǒng)的單頻正弦渦流相比，脈沖渦流采用具有一定占空比的方波作為激勵源，具有頻譜寬、信號穿透能力強以及精確度好等優(yōu)點，因而對帶有保溫層和保護層管道內(nèi)部腐蝕情況的檢測顯示了較大的優(yōu)越性。脈沖渦流檢測具有無須停機、無須拆除包覆層、安全性好、成本低等優(yōu)點。但是在實際檢測中，很少有情況是理想的單根管道檢測的，通常是周圍有其他管道，這些管道對檢測管道的上的磁場是有影響的。本課題就是研究這些管道在不同位置會對檢測有什么不同的程度的影響，并制作出抗干擾的傳感器。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢1.管道檢測國外研究現(xiàn)狀 目前脈沖渦流檢測技術主要用于兩個方面，一方面是非鐵磁性材料如鋁，銅等材料的缺陷檢測及厚度測量，尤其以用于航空器機身薄壁鋁板的多層鉚接結(jié)構(gòu)中的檢測非常多，國外對非鐵磁性材料的脈沖渦流檢測技術的研究不論是理論還是實際的產(chǎn)品化都比較成熟脈沖渦流檢測技術應用的另一方面是鐵磁性材料的區(qū)域厚度測量如帶包覆層鐵管道的腐蝕情況檢測。由于鐵磁性材料磁導率很大，從而導致渦流場的趨膚效應顯著，穿透深度非常有限，所以鐵磁性材料和非鐵磁性材料對脈沖激勵的響應有很大區(qū)別，國外在這個領域的研究相對較少，而且技術被少數(shù)公司壟斷，能夠得到的資料非常少。 基于脈沖渦流的隔離層檢測方法在日本被作為鐵磁性管道的檢測手段而處于研究當中，達到實用化階段還需要一段時間。而在其它國家該方法作為保溫層材料下的管道壁厚減薄的調(diào)查手段而在研究中，二十年前美國 ARCO 公司最初在世界上首次研制成了現(xiàn)場試驗用的儀器18。同時，荷蘭生產(chǎn)了產(chǎn)品化的用于對管道腐蝕缺陷檢測的脈沖渦流 InCoTest 檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)檢測時針對不同的管徑采用不同的傳感器尺寸，實現(xiàn)了對不同管徑下缺陷的有效檢測17,21。同時，該檢測系統(tǒng)進行檢測時不用去除管道的絕緣層和表面涂層。另外，該檢測系統(tǒng)還應用于以下情況：絕緣層是濕的、不規(guī)則或不均勻；絕緣層內(nèi)有加強的金屬網(wǎng)；設備表面不潔凈、有附著物、粗糙或有硬殼；設備處于運行狀態(tài)等。在這些條件下，設備的應用均取得了良好的效果。在國內(nèi)，對脈沖渦流檢測技術的研究主要還處于實驗階段，各期刊上發(fā)表的有關脈沖渦流的文章僅僅局限于方法的介紹和實驗分析，而對多層金屬結(jié)構(gòu)中層間或次表面缺陷的定量檢測和評估方面的應用優(yōu)勢未作研究。近幾年，國內(nèi)的廈門愛德森電子有限公司、華中科技大學、中北大學、南昌航空大學等幾家單位對帶包覆層鐵磁性管道腐蝕的脈沖渦流檢測也做了相關研究。愛德森（廈門）電子有限公司針對保溫層下壁厚腐蝕減薄的問題，開發(fā)出了基于脈沖渦流技術的包覆層管道壁厚檢測系統(tǒng)，利用二次電磁場的幅相變化（頻譜分析方法）間接獲取管道腐蝕狀況。該儀器能夠檢測保溫層厚度100mm以上的管壁厚4。華中科技大學針對帶包覆層或無包覆層鐵磁性構(gòu)件的腐蝕檢測問題，深入研究電磁場理論基礎上，建立基于多渦流環(huán)耦合的脈沖渦流檢測系統(tǒng)模型，從系統(tǒng)搭建、信號處理等軟硬件出發(fā)，結(jié)合實際工程技術需求，研制出一套包覆層鐵磁性構(gòu)件PEC檢測儀器，該儀器的測厚范圍在10mm-45mm，最大包覆層厚度達80mm，能夠檢測10%壁厚腐蝕變化7,12,15。中北大學針對帶包覆層鐵磁性管道的內(nèi)部腐蝕檢測，利用ANSYS有限元分析軟件對其仿真分析，主要從脈沖渦流檢測技術的特點和傳感器的參數(shù)優(yōu)化方面進行了研究，分析了不同激勵參數(shù)和不同線圈參數(shù)下帶脈沖渦流檢測信號的影響，為工程應用提供了參考8,20,22。2. 脈沖渦流的相關研究脈沖渦流檢測技術（Pulsed Eddy Current, PEC）是近些年來在傳統(tǒng)渦流檢測基礎上發(fā)展起來的一種新型無損檢測技術,傳統(tǒng)的單頻渦流檢測技術一般采用正弦激勵，檢測結(jié)果采用阻抗分析，而脈沖渦流新型檢測技術激勵源則采用具有一定占空比的激勵方波，檢測結(jié)果采用由工件上脈沖渦流信號引起檢測線圈上的感應電壓變化作為檢測分析結(jié)果。與其它無損檢測技術相比，脈沖渦流檢測帶包覆層鐵磁性管道腐蝕具有以下優(yōu)點： 1、脈沖渦流檢測技術是采用具有一定占空比的低頻脈沖方波作為激勵信號，具有頻譜寬、包含頻率信息豐富、信號穿透力強等特點，能穿透包覆層管道一定厚度的金屬保護層和保溫層檢測到深度不同缺陷。 2、與傳統(tǒng)渦流檢測傳感器相比，脈沖渦流檢測傳感器具有更大的近場區(qū)域，即使傳感器在很大的提離下也能得到較好的檢測效果，同時也增加了傳感器檢測信號的覆蓋面積，增大了每一個測點的檢測區(qū)域面積，提高了檢測效率。 3、脈沖渦流檢測帶包覆層鐵磁性管道腐蝕實現(xiàn)了在線、在役不停機檢測，實現(xiàn)了完全不拆除包覆層檢測，實現(xiàn)了檢測無需耦合劑、檢測速度快等優(yōu)點。2、 研究主要內(nèi)容及實驗方案1. 研究主要內(nèi)容1. 制作不同傳感器，分別比較各種傳感器的對其他管道的抗干擾能力。2. 將干擾管放置不同位置，通過仿真來觀察它對檢測管上磁場的影響。3. 通過實驗，選擇出合適的傳感器。4. 進行試驗驗證，綜合分析仿真與實驗是否吻合。2.實驗設備： 實驗所用設備為WTEM-1Q/GPS淺部瞬變電磁勘探系統(tǒng)，該設備集WTEM-1J/GPS瞬變電磁系統(tǒng)接收機和WTEM-1X小功率發(fā)射機為一體，集國內(nèi)外同類淺部瞬變電磁系統(tǒng)之所長，具有大發(fā)射功率、超快速關斷、高可靠性、超強抗干擾（天電、50或60Hz工頻）能力、輕便、低耗電等特點。3. 實驗方案1.分析鐵磁性管道渦流和磁場分布以及傳播利用ANSYS軟件建立模型進行仿真，在脈沖激勵情況下進行瞬態(tài)分析，研究干擾管道在不同位置的情況下，檢測管道上的渦流、磁場分布和傳播特點。2.分析完好和有缺陷鐵磁性管道的電壓值由于完好與非完好構(gòu)件形狀上的差異，必將對渦流、磁場的分布和傳播以及強度產(chǎn)生影響，從而引起檢測線圈上感應電壓的差異。3.檢測試件設計 帶包覆層鐵磁性管道是由鐵磁性輸送管道、中間的保溫層或者是絕緣層和最外層的金屬保護層組合而成。在工程實際應用中，中間的保溫層或者絕緣層的材料一般有巖棉、石棉、PU泡沫、硅酸鹽、混泥土等各種各樣的絕緣材料或者保溫材料，這些材料都不會對磁場和感應渦流有影響；外層的金屬保護層一般有不銹鋼、鋁皮、鍍鋅板等材料，不銹鋼是非磁性的，電導率也很小，所以對渦流信號的影響也很小，而且不會影響到磁場，但是由于此種材料敖貴，工程中應用很少。4、 研究目標及主要特色研究目標1. 查閱國內(nèi)外文獻，分析國內(nèi)外關于帶包覆層管道脈沖渦流檢測研究方法；2. 研究帶包覆層管道脈沖渦流檢測的干擾因素；3. 設計傳感器，并進行實驗檢測；4. 掌握數(shù)據(jù)處理方法和分析方法。主要特色主要研究了脈沖渦流傳感器對實際檢測效果的影響，對傳感器的參數(shù)進行了不斷的優(yōu)化與設計。5、 研究計劃進度1、 查閱脈沖渦流檢測工藝的相關資料并撰寫開題報告； 3月9日3月15日2、 購買材料，設計傳感器； 3月16日4月11日3、 制作傳感器并掌握實驗過程； 4月12日4月25日4、 實驗數(shù)據(jù)采集； 4月26日5月16日5、 分析數(shù)據(jù)，對傳感器進行改進； 5月17日5月31日6、 數(shù)據(jù)處理并分析實驗結(jié)果； 6月1日6月6日7、 撰寫畢業(yè)論文，答辯。 6月7日6月20日6、 主要參考文獻1康小偉.包覆層管道腐蝕脈沖渦流檢測機理與方法研究D.南昌航空大學, 2012:30-50.2 辛偉.工業(yè)管道腐蝕脈沖渦流檢測傳感器仿真研究.碩士,中北大學,2009.3 黃琛.基于脈沖渦流技術的無損檢測實驗研究.碩士,華中科技大學,2007.4 王韞江,王曉鋒,李斌,余付平,丁克勤.管道腐蝕檢測中新型脈沖渦流傳感器的設計J. 無損檢測,2007,30(11): 807809.5徐可北,周俊華.渦流檢測M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.6 Shunfeng Cheng, Xinjun Wu, Yihua Kang. Local area Magnetization and Inspection Method for Aerial PipelinesJ. NDT&E International, 2005.7 Hungchi Yang, Chengchi Tai. Pulsed Eddy-current Measurement of a Conducting Coating on a Magnetic Metal PlateJ. Measurement Science and Tec