CN106770627B - 一种轴向漏磁信号长度量化方法 - Google Patents

一种轴向漏磁信号长度量化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轴向漏磁信号的长度量化方法，具体实现步骤为：首先，提取缺陷信号的固定阈值特征和微分长度特征，并根据融合策略获得信号长度特征，然后，提取圆周信号特征和信号幅值特征，最后，根据缺陷内外属性建立长度量化等式，利用已知缺陷样本求解模型未知参数，最终获得长度量化模型。本发明的方法对内部、外部管壁缺陷长度量化均适用；可有效减小速度因素对长度量化结果的影响；采用稳定特征最为量化输入，可提高方法鲁棒性。

Description

一种轴向漏磁信号长度量化方法
技术领域
本发明属于漏磁缺陷信号量化领域，具体涉及一种轴向漏磁信号长度量化方法，用于解决漏磁场信号反演缺陷长度问题。
背景技术
为了掌握油气管道腐蚀情况，以保证管道运行的安全可靠性，油气管道检测技术得到迅速发展，其目的是经过对新建或在役管道进行全面而科学的检测，以掌握管道内外壁存在的各种缺陷、几何变形及其准确位置等信息，为管道的安全评价与完善性管理提供依据，是对管线及时维护、技术改造及日后的设计施工、延长管道寿命的必要手段。漏磁内检测法是目前应用范围最广、检测效果最好的油气管道探伤技术，基于漏磁原理检测到的铁磁材料存在缺陷的信号,常简称为漏磁信号。对漏磁信号的量化过程,即根据漏磁信号确定出对应缺陷的长、宽、深等尺寸的过程,称为对漏磁信号的反演过程。
缺陷的长度为缺陷沿着轴向方向的尺寸。由于在检测时磁化方向是沿着轴向的,反应缺陷长度参量的信号特征相对稳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：解决根据漏磁场信号反演缺陷长度问题。本发明提出了一种适用于缺陷长度量化的方法，提取能够定量反映缺陷长度的微分长度特征和固定阈值特征，在融合两种特征的基础上，综合考虑了缺陷宽度、深度及缺陷内外信息，建立了长度量化模型，并通过最小二乘原理求解未知参数。
本发明采用的技术方案为：
一种轴向漏磁信号长度量化方法，该方法包括：
步骤1、漏磁信号长度特征提取；
步骤2、圆周信号特征提取及幅值特征提取；
步骤3、基于多参数的信号长度量化模型建立，其中，所述多参数包括漏磁信号长度特征、圆周信号特征及幅值特征；
步骤4、求解所述基于多参数的长度量化模型中的未知参数，从而得到最终的信号长度量化模型，利用该模型可以对轴向漏磁信号进行长度量化。
进一步的，所述步骤1、漏磁信号长度特征提取的具体实现步骤为：
1.1、微分长度特征提取
设漏磁信号表示为S(x)，计算其微分信号S'(x)
设微分信号S'(x)最大值与最小值横轴坐标之差Ld为微分长度特征；
1.2、固定阈值特征提取
以漏磁信号S(x)的最大值乘以比例系数ρ作为阈值T，则由阈值T截取的轴向长度Lt为长度特征；
1.3、长度特征融合
设融合系数为τ，则最终的漏磁信号长度特征为Fl
Fl＝τ*Ld+(1-τ)*Lt,τ∈[0,1] (2)。
进一步的，所述步骤2、圆周信号特征提取及幅值特征提取，其具体实现步骤为：
2.1、圆周信号特征提取
设漏磁信号周向跨度信号为C(x)，则圆周特征Fc计算如下
其中Max(x)和Min(x)分别是最大值、最小值函数。
2.2、幅值特征提取
设漏磁信号S(x)波峰波谷差值为幅值特征Fa
Fa＝Max[S(x)]-Min[S(x)] (4)
其中Max(x)和Min(x)分别是最大值、最小值函数。
进一步的，所述步骤3、基于多参数的信号长度量化模型建立，其具体实现步骤如下：
3.1、根据缺陷内外属性，设计长度量化模型如下所示
其中，in表示是内缺陷，ou表示是外缺陷，ai,bi为待求解参数，x,y,z参数分别表示长度特征、圆周信号特征和幅值特征，可由样本数据获取。
进一步的，所述步骤4、求解所述基于多参数的长度量化模型中的未知参数，其内缺陷参数求解的具体实现步骤如下：
4.1、计算特征值，建立多元参数方程
任意漏磁信号样本i,缺陷长度真值为Li，根据公式(1)～(4)分别计算与任意漏磁信号样本i对应的长度特征Fli、圆周信号特征Fci和幅值特征Fai，缺陷长度估计值表示如下：
4.2、最小二乘求解未知参数：
建立误差函数H
其中，n为样本数；
求解方程组获得未知参数aj：
进一步的，所述步骤4、求解所述基于多参数的长度量化模型中的未知参数，其外缺陷参数的求解方法与内缺陷参数求解的方法相同。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本量化方法对内部、外部管壁缺陷长度量化均适用。
(2)本方法可有效减小速度因素对长度量化结果的影响。
(3)本方法采用稳定特征最为量化输入，可提高方法鲁棒性。
附图说明
图1漏磁信号固定阈值特征及幅值特征
图2微分信号及微分长度特征
图3环周信号
图4为本发明的方法流程图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细的解释和说明。
一种轴向漏磁信号长度量化方法，该方法包括：
1、漏磁信号长度特征提取及融合；
具体实现步骤为：
①微分长度特征提取
设漏磁信号表示为S(x)，计算其微分信号S'(x)
设微分信号S'(x)最大值与最小值横轴坐标之差Ld为微分长度特征。
②固定阈值特征提取
以漏磁信号S(x)的最大值乘以比例系数ρ作为阈值T，则由阈值T截取的轴向长度Lt为长度特征。
③长度特征融合
设融合系数为τ，则最终的漏磁信号长度特征为Fl
Fl＝τ*Ld+(1-τ)*Lt,τ∈[0,1] (2)
2、圆周信号特征提取及幅值特征提取，具体实现步骤为：
①圆周信号特征提取
设漏磁信号周向跨度信号为C(x)，则圆周特征Fc计算如下
其中Max(x)和Min(x)分别是最大值、最小值函数。
②幅值特征提取
设漏磁信号S(x)波峰波谷差值为幅值特征Fa
Fa＝Max[S(x)]-Min[S(x)] (4)
其中Max(x)和Min(x)分别是最大值、最小值函数。
3、基于多参数的信号长度量化模型建立，具体实现步骤如下：
①根据缺陷内外属性，设计长度量化模型如下所示
其中，in表示是内缺陷，ou表示是外缺陷，ai,bi为待求解参数，x,y,z参数分别表示长度特征、圆周信号特征和幅值特征，可由样本数据获取。
4、长度量化模型未知参数求解，以内缺陷参数求解为例，外缺陷求解方法类似，具体实现步骤如下：
①计算特征值，建立多元参数方程
任意漏磁信号样本i,缺陷长度真值为Li，根据公式(1)～(4)分别计算与任意漏磁信号样本i对应的长度特征Fli、圆周信号特征Fci和幅值特征Fai，缺陷长度估计值表示如下：
②最小二乘求解未知参数：
建立误差函数H
其中，n为样本数；
求解方程组获得未知参数aj：
与现有技术相比，本方法采用基于多参数的量化方案，将微分长度特征与固定阈值特征相融合，确保了长度特征的准确性，同时将缺陷内外属性、圆周信号特征和幅值特征引入入量化模型，保证了量化模型的完备性。
上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求的保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上做任何简单的变形或替换而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轴向漏磁信号长度量化方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1、漏磁信号长度特征提取；具体实现步骤为：
1.1、微分长度特征提取
设漏磁信号表示为S(x)，计算其微分信号S'(x)
设微分信号S'(x)最大值与最小值横轴坐标之差Ld为微分长度特征；
1.2、固定阈值特征提取
以漏磁信号S(x)的最大值乘以比例系数ρ作为阈值T，则由阈值T截取的轴向长度Lt为长度特征；
1.3、长度特征融合
设融合系数为τ，则最终的漏磁信号长度特征为Fl
Fl＝τ*Ld+(1-τ)*Lt,τ∈[0,1] (2)
步骤2、圆周信号特征提取及幅值特征提取；
步骤3、建立基于多参数的信号长度量化模型，其中，所述多参数包括上述漏磁信号长度特征、圆周信号特征及幅值特征；
步骤4、求解所述基于多参数的信号长度量化模型中的未知参数，从而得到最终的信号长度量化模型，利用该模型对轴向漏磁信号进行长度量化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2、圆周信号特征提取及幅值特征提取，其具体实现步骤为：
2.1、圆周信号特征提取
设漏磁信号周向跨度信号为C(x)，则圆周特征Fc计算如下
其中Max(x)和Min(x)分别是最大值、最小值函数；
2.2、幅值特征提取
设漏磁信号S(x)波峰、波谷差值为幅值特征Fa
Fa＝Max[S(x)]-Min[S(x)] (4)
其中Max(x)和Min(x)分别是最大值、最小值函数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3、建立基于多参数的信号长度量化模型，其具体实现步骤如下：
根据缺陷内外属性，建立信号长度量化模型如下所示
其中，in表示是内缺陷，ou表示是外缺陷，ak,bk为待求解参数，k取0,1,2,3；x,y,z参数分别表示长度特征、圆周信号特征和幅值特征，由样本数据获取。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤4、求解所述基于多参数的信号长度量化模型中的未知参数，其中内缺陷参数求解的具体实现步骤如下：
4.1、计算特征值，建立多元参数方程
任意漏磁信号样本i,缺陷长度真值为Li，根据公式(1)～(4)分别计算与任意漏磁信号样本i对应的长度特征Fli、圆周信号特征Fci和幅值特征Fai，缺陷长度估计值表示如下：
4.2、最小二乘求解未知参数：
建立误差函数H
其中，n为样本数；
求解方程组获得未知参数aj：
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤4、求解所述基于多参数的信号长度量化模型中的未知参数，其外缺陷参数的求解方法与内缺陷参数求解的方法相同。
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