海底管道漏磁檢測信號處理及缺陷識別研究.pdf

1、海底石油管道檢測技術(shù)是目前國際無損檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。漏磁檢測技術(shù)因其所具有的優(yōu)點(diǎn)一直受到管道檢測專家和學(xué)者的高度重視，它是利用磁場和缺陷的相互作用來進(jìn)行工作的。漏磁檢測信號可以提供直觀和大量的信息，準(zhǔn)確檢測出物體中的缺陷，并確定其位置、大小和性質(zhì)。信號處理和缺陷識別技術(shù)是海底管道漏磁檢測系統(tǒng)中最關(guān)鍵的技術(shù)之一，它是海底管道安全狀況評估和修理的主要依據(jù)，本論文對此進(jìn)行了研究。 根據(jù)管道漏磁檢測的工作原理，設(shè)計(jì)了應(yīng)用漏磁技術(shù)的海底

2、管道模擬樣機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)總體方案?；陔姶艑W(xué)計(jì)算理論，應(yīng)用磁疇分析對管道鐵性物質(zhì)及漏磁場特性進(jìn)行了研究，其中重點(diǎn)研究了鐵性物質(zhì)的磁化過程、漏磁場的磁化方式、磁化工作點(diǎn)等。提出了基于解析法的點(diǎn)偶極子、線偶極子和面偶極子管道缺陷理論模型，并分別以有限長矩形缺陷、無限長矩形缺陷和錐型缺陷為例做出了相應(yīng)的解析法漏磁場分布研究。同時(shí)從漏磁場的數(shù)值分析理論出發(fā)，建立了管道缺陷的有限元分析模型，結(jié)合Ansys分析軟件對有限元分析在管道漏磁中的應(yīng)

3、用作了具體研究。針對海底管道漏磁檢測實(shí)際工況和實(shí)驗(yàn)實(shí)研究的需要，設(shè)計(jì)研制了海底管道模擬樣機(jī)裝置和漏磁在線管道臺架系統(tǒng)。 信號的預(yù)處理水平直接關(guān)系到管道漏磁數(shù)據(jù)壓縮效果和缺陷識別的精度。對漏磁檢測信號的特性進(jìn)行了分析，并根據(jù)我國國標(biāo)GB-T12606-90對鋼管漏磁探傷方法的規(guī)定利用實(shí)驗(yàn)室加工和Ansys仿真的方法建立了一些缺陷樣本數(shù)據(jù)庫以供漏磁信號處理使用。詳細(xì)闡述了應(yīng)用插值法去除壞道信號的影響以及為提高精度對漏磁縱向信號和周向

4、信號的插值，分析了應(yīng)用中值濾波、自適應(yīng)去噪、小波濾波等去除管道漏磁檢測中的畸異點(diǎn)、材料噪聲和系統(tǒng)噪聲的過程。同時(shí)也研究了漏磁信號特征有關(guān)影響因素如缺陷的尺寸參數(shù)、傳感器探頭提離值、檢測裝置移動速度的變化、溫度壓力變化等，得到了具有重要參考價(jià)值的各種因素對漏磁檢測的影響規(guī)律，為相關(guān)補(bǔ)償、分析及評估提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。 針對管道漏磁數(shù)據(jù)壓縮既要有較高的壓縮比又必須滿足足夠的保真度的要求下，提出了一種不影響管道缺陷數(shù)據(jù)分析結(jié)果的大容

5、量高保真數(shù)據(jù)壓縮算法。通過分析漏磁檢測數(shù)據(jù)工況要求，利用一階差分法和動態(tài)閾值法對漏磁檢測信號進(jìn)行重要區(qū)域塊的劃分，以DPCM算法為例分析了各種壓縮算法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了對漏磁檢測中的缺陷數(shù)據(jù)(包括腐蝕、裂縫、裂紋等)采用Huffman算法進(jìn)行無損壓縮，對健康數(shù)據(jù)和非缺陷數(shù)據(jù)(包括閥門、三通、套管等)利用小波多分辨率多尺度的特點(diǎn)，改進(jìn)常用的多分辨率小波壓縮算法，采用基于整數(shù)小波變換和多級樹集合編碼的數(shù)據(jù)有損壓縮方法壓縮，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮仿

6、真結(jié)果及性能進(jìn)行了分析。本論文也探討了多節(jié)點(diǎn)去冗余技術(shù)在海底管道漏磁檢測數(shù)據(jù)壓縮中的應(yīng)用。數(shù)據(jù)壓縮實(shí)驗(yàn)部分基于FPGA設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)壓縮硬件電路，編制了海底管道漏磁檢測數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮軟件包，該軟件包可以有效地對漏磁數(shù)據(jù)進(jìn)行大容量高保真的壓縮，節(jié)省了海底管道漏磁檢測存儲器空間，提高了漏磁信號后續(xù)處理的速度和精度。 論文研究了管道漏磁檢測缺陷定量分析和缺陷評價(jià)問題，分別提出了基于磁偶極子的缺陷定量識別和一種高效快速的基于插值法的缺陷識

7、別方法。利用非線性自回歸滑動NARMAX模型對漏磁識別問題進(jìn)行建模，本論文提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)管道漏磁缺陷識別系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)和仿真的方法建立了缺陷特征樣本庫和測試庫。在利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識別時(shí)，首先采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行了二維重構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上提出了一種識別精度高、收斂速度更快的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)缺陷識別算法。同時(shí)，根據(jù)缺陷尺寸參數(shù)識別結(jié)果采用管體腐蝕尺寸損傷、最大安全工作壓力等方法對缺陷的安全評價(jià)進(jìn)行了研究。在海底管道缺陷識別和評估算法理論的基