[发明专利]引入多介质单元的指套管不规则磨损缺陷的涡流检测方法

权利要求书

1.引入多介质单元的指套管不规则磨损缺陷的涡流检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：根据涡流场基本方程(1)、(2)、(3)、(4)得到退化磁矢量位法离散控制方程：

其中：B为磁感应强度向量、E为电场强度向量、H为磁场强度向量、D为电位移向量、J为电流密度向量，t为时间；依据上面四个涡流场基本方程，确定退化磁矢量位法离散控制方程为：

[K_e]{A}+jω[C_e]{A}＝[M_e]I(t) (5)

式中，[K_e]，[C_e]，[M_e]为全局系数矩阵,I(t)为t时刻的激励电流值；

其中：μ为该点处材料的磁导率、σ为该点处材料的电导率、ì₀为空气的磁导率，α_s及h_s分别为单位源电流对应的在棱边上的磁向量位及磁场强度；N为试探函数，n为离散点个数；

步骤2：在指套管磨损不规则缺陷的单元属性中引入同时含有基材和缺陷的多介质单元，判断多介质单元内高斯积分点的位置属于缺陷区域还是基材区域:

对于三维复杂形状，用离散的折面来近似缺陷边界，这时将点与缺陷界面的位置关系转化为判断点与各平面构成空间区域的相对位置关系；记真实缺陷边界上的离散点集为P(n,3)，n为离散点个数；对于其中的第i点，P(i,1)、P(i,2)、P(i,3)分别表示该点的x、y、z坐标；x_n、x_m、y_n、y_m、z_n、z_m分别为对应缺陷区域最左、最右离散点的x坐标，最前、最后离散点的y坐标，最下、最上离散点的z坐标；这些端点坐标能够确定一个长方体区域，该区域以外明确为非缺陷区域；(x₀、y₀、z₀)是根据P(n,3)中各点坐标平均计算得到的等效原点，记为o点；根据P(n,3)中各点坐标与原点o的位置关系，将P(n,3)点分成8个子集P_i(n_i,3),i＝1,…,8，即根据原点o将缺陷空间分成8个象限区域；如需要判断整体坐标为p(xx，yy，zz)的点的位置，按以下步骤进行：

(1)判断p点所在象限i，确定目标点集P_t(n_t,3)＝P_i(n_i,3)；

(2)从P_t中找出离p点最近的缺陷界面点，记为p_t(xt，yt，zt)；

(3)计算等效原点o(x₀、y₀、z₀)与p(xx，yy，zz)点之间的距离op，以及等效原点o与p_t(xt，yt，zt)之间的op_t；

(4)比较op与op_t的大小：若op＜op_t，则认为p(xx，yy，zz)点在缺陷区域内，否则认为该点不在缺陷区域；

步骤3：根据步骤2确定的多介质单元内部高斯积分点的位置信息，判明该高斯点位置处的电导率与磁导率属性：该高斯积分点位于缺陷区域时，其电导率与磁导率分别为σ_a和μ_a，否则该高斯积分点处的电导率与磁导率分别为σ_b和μ_b；其中：μ_b为基材区域高斯积分点位置处磁导率，μ_a为缺陷区域高斯积分点位置处基材磁导率；σ_b为基材区域高斯积分点位置处电导率，σ_a为缺陷区域内高斯积分点位置处电导率；

步骤4：根据步骤3确定的多介质单元内部高斯积分点位置处的电导率与磁导率信息，修正步骤1得到的退化磁矢量位法离散控制方程；

修正后的退化磁矢量位法离散控制方程为：

[K_e]{A}+jω[C_e]{A}＝[M_e]I (9)

式中，

其中：μ_b为基材区域高斯积分点位置处磁导率，μ_a为缺陷区域高斯积分点位置处基材磁导率,μ₀为空气的磁导率；σ_b为基材区域高斯积分点位置处电导率，σ_a为缺陷区域内高斯积分点位置处电导率；α_s及h_s分别为单位源电流对应的在棱边上的磁向量位及磁场强度；N为试探函数，n为离散点个数；

步骤5：搭建基于电磁方法的引入多介质单元的指套管不规则磨损缺陷的涡流检测方法实验系统；该实验系统主要包括三部分：由信号发生器和功率放大器组成的激励信号发生装置、由激励线圈和检测线圈组成的涡流检测探头以及由锁相放大器和数据采集器组成的数据采集装置；首先信号发生器产生激励信号，功率放大器用来放大激励信号并施加给激励线圈，同时检测线圈检测指套管的不规则磨损缺陷，并通过数据采集器采集由锁相放大器放大后的涡流检出信号；

步骤6：结合步骤4，根据反问题中的共轭梯度算法，把求解指套管不规则磨损缺陷尺寸的优化问题转化为求解目标函数的最小值问题，即通过公式(12)，

得到管道局部缺陷的尺寸c；其中，l和m代表二维扫描方向上的扫描点，L和M分别为二维扫描方向上的总扫描点个数，c是缺陷的尺寸参数，ε(c)是目标函数或者称为残差函数，P_l,m(c)是当缺陷尺寸为c时从第(l,m)个扫描点的计算得到的涡流检出信号中提取的特征参数，是对应的从第(l,m)个扫描点的实验得到的涡流检出信号中提取的特征参数；

利用步骤5搭建的涡流无损检测实验系统，测量指套管不规则磨损缺陷的涡流检出信号，对涡流检出信号进行基于公式(11)的缺陷定量反演，得到指套管不规则磨损缺陷的实际尺寸c。