[发明专利]一种测量铁磁构件壁厚相对变化量的脉冲涡流检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量铁磁构件壁厚相对变化量的脉冲涡流检测方法，属于电磁无损检测技术领域。

背景技术

在工业领域，大量使用铁磁性管道和压力容器来输送和存储具有高温、高压、腐蚀性的液体或气体介质，铁磁管道和压力容器的腐蚀十分普遍。腐蚀导致铁磁管道和压力容器的壁厚减薄，承压性能下降，造成泄漏、爆炸等事故，带来人员伤亡和经济损失。因此需要定期对被检构件(如铁磁管道和压力容器)的腐蚀情况实施在役无损检测和评估。

脉冲涡流法是一种可以在包覆层外在役检测被检构件壁厚的电磁无损检测方法。以脉冲电流激励代替正弦电流激励，在被检构件外激发出脉冲磁场，使被检构件内感应出脉冲涡流，然后通过检测此脉冲涡流电磁场的衰减过程，来评估被检构件壁厚的腐蚀程度。如何从脉冲涡流检测信号，确定被检铁磁构件的壁厚减薄，是脉冲涡流检测信号处理的关键。

现有的铁磁构件脉冲涡流检测技术，多通过从检测信号中提取特征量的方法来对构件壁厚实施检测。例如，以感应电压信号在双对数坐标系下的特征衰减时间τ作为检测特征量来检测铁磁构件壁厚d的相对变化，其中τ＝μ₀μ_rσd²，μ₀为真空磁导率，μ_r为被检构件的相对磁导率，σ为被检构件的电导率；或者是提取差分信号峰值时间、峰值大小等信号特征量来检测铁磁构件的壁厚。这些方法的优点是信号处理操作简单、速度快；但一般不能给出特征量的具体表达式和物理含义，检测特征量不能有效反映整条信号曲线的信息，导致检测结果容易受到铁磁构件电导率、磁导率等因素变化的影响。

为了在现有脉冲涡流检测系统中对被检铁磁构件的壁厚相对量进行更准确的脉冲涡流检测，需要提出一种更加有效的方法来充分利用脉冲涡流电磁场的整个衰减过程，以此来评估被检构件壁厚的腐蚀程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量铁磁构件壁厚相对变化量的脉冲涡流检测方法，该方法是在现有脉冲涡流电磁无损检测系统的计算机中实现的。在被检铁磁构件脉冲涡流检测模型时域解析解的基础上，利用感应电压测量曲线，建立时域感应电压信号测量值与理论计算值之间的最小二乘问题来反演被检铁磁构件的壁厚与磁导率；最后利用被检铁磁构件上两个检测点处壁厚反演结果的比值，来得到这两个检测点壁厚的相对变化量从而描绘出被检构件壁厚的相对变化，快速、精确地检测出铁磁构件壁厚被腐蚀的情况。

综上所述，本发明一种测量铁磁构件壁厚相对变化量的脉冲涡流检测方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：被检铁磁构件的脉冲涡流检测信号的获取(SAP)：

一般被检铁磁构件是导电、导磁的管道或者压力容器，外有一层非导电、非导磁的包覆层覆盖，起保温、防腐等作用。在本发明中，实施脉冲涡流检测的系统结构如图1所示，将空心圆柱线圈探头(如图1A所示)置于带包覆层的被检铁磁构件上。被检铁磁构件上的检测点记为Q，被检铁磁构件上的第j个检测点记为Q_j，下标j为检测点Q的标识号，被检铁磁构件上的下一个检测点记为Q_j+1，j＝1,2,……,N，N为自然数。被检铁磁构件上检测点Q_j的壁厚记为d_j，下一个检测点Q_j+1的壁厚记为d_j+1，线圈探头的提离距离为l。本发明脉冲涡流检测信号的获取步骤为：

步骤SAP-1，将空心圆柱线圈探头10垂直放置于被检铁磁构件检测点包覆层外，线圈探头下边缘与被检铁磁构件上表面之间的提离距离为l，如图1所示；

步骤SAP-2，激励线圈2的两端接入脉冲电流激励源21，检测线圈3的两端接入数据采集卡22；

步骤SAP-3，用计算机20控制脉冲激励源21输出持续脉宽为10～5000ms，幅值为0.1～20A的稳定电流I₀(单位为A，也称为脉冲激励电流的幅值)，在检测起始时刻(即t＝0)，关断激励电流，得到快速下降的脉冲激励电流下降沿；

步骤SAP-4，用数据采集卡22采集激励电流关断后，在一个采样时间T(T＝10ms～1s)里，检测线圈3两端的感应电压时域信号u(t)(单位V)，并将采集得到的感应电压信号u(t)存储到计算机20内。

在本发明中，利用脉冲涡流检测系统对被检铁磁构件进行的感应电压时域信号采集，称为信号采集步骤，Signal Acquisition Procedure，SAP。

步骤二：被检铁磁构件参数的反演方法(PIP)：