在役管线缺陷信号的采集与识别

　　1　引言

　　铁磁性管道系统广泛应用于冶金、石油、化工以及城市水暖供应等工业部门中,而工业管道的工作条件非常恶劣,容易发生腐蚀、疲劳破坏或是管道内部的潜在缺陷发展成破损性缺陷而引起泄漏事故。因此在役管线必须定期检测。本文主要介绍一种在役管线无损检测缺陷信号的采集方式以及后续的信号识别。

　　2　原理和设备

　　地下输送管道的常见缺陷是管体上存在的裂纹、管体内外壁腐蚀、孔洞、麻点和夹杂等缺陷。常用的检测方法为电磁检测法。

　　2.1　检测原理

　　检测原理如图1所示:

　　图1所示的铁磁性材料在交变外磁场H0的充分磁化下,在其内宿缺陷内形成的磁场强度Hg为[1]

　　Hg= 2.65H0/[1 -N(1 -μg/μf)] (1)

　　式中　μg—缺陷磁导率

　　μf—材料磁导率

　　T—椭圆截面的长轴

　　S—椭圆截面的短轴

　　N=T/(T+S)—退磁因子

        H0垂直于T或S时,缺陷的形状和Hg随着N在0 <N< 1之间的变化而变化。当检测装置带动传感器阵列迅速扫查管道内表面区间,管道内缩缺陷的磁场Hg在传感器阵列中感应形成微弱的缺陷电信号。图1示出缺陷信号的幅度、宽度与缺陷的分布有关:磁化场的方向与椭圆缺陷的短轴正交,缺陷信号幅度高、宽度小,如图1缺陷1所示;磁化场的方向与椭圆缺陷的长轴正交,缺陷信号幅度高、宽度小,如图1缺陷2所示。若施加与图1所示磁场正交的磁化场时,缺陷1也形成较强的缺陷信号。这种对材料施加2维磁化场、在传感器内激发缺陷信号的无损检测原理称电磁检测。

　　2.2　检测设备

　　由于在役管线漏磁检测设备的工作是在管道内部且脱离外界控制的情况下完成的,所以它必须满足体积小、操作简单、性能可靠等特点。图2是一个在役管线漏磁检测设备的结构设计图,主要由以下几部分构成:防撞头、磁化装置、检测数据记录节、动力装置等[2]。

　　该装置由钕铁硼永久磁铁励磁;采用两套霍尔传感器阵列分别用于检测横向缺陷和纵向缺陷。检测信号经数据记录节处理后存储在硬盘,待检测结束后取出数据分析缺陷类型及其位置。进而为管道的安全评估、寿命预测和管线维护提供技术依据;并且本装置自带电源提供动力,可以检测长达数百公里的管线。

　　3　信号采集系统的构成

　　本系统的数据采集系统处于设备的数据记录节,由横向和纵向两套霍尔传感器阵列来采集信号,横向检测传感器阵列由48路传感器均匀分布组成一个圆形,紧贴于被检管道内壁,检测时随设备前进,对管壁进行轴向扫查,检测出横向缺陷;纵向检测传感器阵列由16路传感器分两组并列组成。检测时既随设备前进,又沿管壁作高速旋转,对管壁进行周向检查,检测出纵向缺陷[3]。为防止设备漏检或重复检测,传感器的旋转速度是由设备的检测速度决定:设备检测速度快,它的旋转速度就快;设备检测速度慢,它的旋转速度就慢。