CN110220966A - 一种漏磁检测缺陷三维量化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漏磁场检测缺陷三维量化方法，用以解决现有技术中漏磁检测技术实现方法复杂，精度较低的技术问题。包括以下步骤：S1：对待测材料进行人工磁化，采集其漏磁场信号{B}；S2：采用磁荷分布重构算法，对待测材料内部的磁荷分布进行反演，得到待测材料无缺陷区域的磁荷密度；S3：以待测材料无缺陷区域的磁荷密度作为常数，并截取待测材料缺陷区域的漏磁场信号，反演迭代重构缺陷区域的缺陷深度，获得待测材料缺陷区域的三维图像；与现有技术相比，本发明简化了步骤，提高了精度，节约了能源。

Description

一种漏磁检测缺陷三维量化方法
技术领域
本发明属于材料缺陷检测技术领域，尤其涉及一种漏磁检测缺陷三维量化方法。
背景技术
漏磁检测(Magnetic Flux Leakage，MFL)具有在线识别缺陷能力强、对检测表面无严格清洁度要求、穿透深度大、设备构造简单、操作简便、检测速度快、可在复杂环境下工作等优点，是目前无损检测的主要方法之一，被广泛应用于能源油气管道、储油罐底、交通铁轨、大型重型装备关键构件中缺陷的无损检测，对保障设备安全、降低事故发生率，减小生命、财产损失，保护生态环境等有重要意义。
现有的漏磁检测技术主要适用于对铁磁构件中缺陷的有无和位置进行查找，能够对缺陷深度进行量化的方法，实验采集漏磁信号时，需要先对无缺陷试件饱和磁化，然后进行采集，实现的方法较为复杂，且精度较低。
发明内容
为解决现有技术中漏磁检测技术实现方法复杂，精度较低的技术问题，本发明提供一种漏磁检测缺陷三维量化方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种漏磁检测缺陷三维量化方法，包括以下步骤：
S1：对待测材料进行人工磁化，采集其漏磁场信号{B}；
S2：采用磁荷分布重构算法，对待测材料内部的磁荷分布进行反演，得到待测材料无缺陷区域的磁荷密度；
S3：以待测材料无缺陷区域的磁荷密度作为常数，并截取待测材料缺陷区域的漏磁场信号，反演迭代重构缺陷区域的缺陷深度，获得待测材料缺陷区域的三维图像；
其中，步骤S3具体过程为：
S31：根据磁荷分布理论，已知待测材料无缺陷区域的磁荷密度的前提下，待测材料缺陷区域某点处的漏磁场信号为
其中，μ0为磁导率，v为源点处的有限单元体积，ρ为待测材料无缺陷区域的磁荷密度，h为场点和源点z坐标的差值，xj、xi、yj、yi分别为场点rj和源点的x、y坐标，di为场点rj处的缺陷深度值；
以h作为缺陷深度场{d}的迭代初始值，则
S33：根据步骤S32，构建漏磁场信号{B}与缺陷深度场{d}的关联关系及深度场系数矩阵kd(i，j)，即
{B}＝[Kd]{d}，
S34：根据漏磁场信号{B}与缺陷深度场{d}的关联关系，及深度场系数矩阵kd(i，j)，同时对缺陷深度场和深度系数矩阵进行反演迭代，获得缺陷区域的缺陷深度。
较佳地，如权利要求1所述的漏磁检测缺陷三维量化方法，其特征在于，步骤S34中，
缺陷深度场{d}和深度系数矩阵kd(i，j)的反演迭代过程为：
St0：给定{d}的初始值，终止迭代条件εend，和深度系数场[Kd]；
St1：由公式{B}＝[Kd]{d}，利用给定的{d}正演计算出对应的{B}，得到漏磁场信号计算值{B}与漏磁场信号实验值{Btar}的标准差ε；
St2：比较ε与εend，若ε大于εend，则更新{d}和[Kd]，重复步骤St2，直至ε小于εend，则迭代终止，得到缺陷深度场{d}。
较佳地，步骤S1中，人工磁化的磁化强度大于地磁场信号的强度，小于饱和磁化所需磁场的强度。
本发明有益效果包括：
本发明提供的方法，无须饱和磁化，且直接对缺陷试件进行漏磁信号的采集，同时根据漏磁场信号与缺陷深度场的关联关系及深度场系数矩阵，同时对缺陷深度场和深度系数场矩阵进行反演迭代，最终获得待测材料缺陷区域的三维图像，与现有技术相比，简化了步骤，提高了精度，且节约了能源。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的步骤示意图；
图2为本发明中缺陷深度场和深度系数矩阵的反演迭代过程；
图3为待测试件的T型缺陷结构图；
图4为待测试件的漏磁场信号；
图5为待测试件的重构磁荷分布图；
图6为待测试件缺陷区域的深度场分布图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例提供一种漏磁检测缺陷三维量化方法包括以下步骤：
S0：制作T型缺陷待测试件，其T型缺陷结构图如图3所示：
S1：对T型待测试件进行低于饱和磁化强度的人工磁化，采集其漏磁场信号，如图4所示；
S3：采用磁荷分布重构算法，对待测试件内部的磁荷分布进行反演，得到待测试件的重构磁荷分布图，如图5所示；
S4：取重构磁荷分布图中结构连接处的最大磁荷密度ρ＝5.6E8(即无缺陷区域的磁荷密度)作为常数，并截取待测试件缺陷区域的漏磁场信号，反演迭代重构缺陷区域的缺陷深度，获得待测试件缺陷区域的三维图像；
其中，步骤S4具体过程为：
S41：根据磁荷分布理论，已知待测试件无缺陷区域的磁荷密度的前提下，待测试件缺陷区域某点处的漏磁场信号为
其中，μ0为磁导率，v为源点处的有限单元体积，ρ为待测材料无缺陷区域的磁荷密度，h为场点和源点z坐标的差值，xj、xi、yj、yi分别为场点rj和源点的x、y坐标，di为场点rj处的缺陷深度值；
S42：以h作为缺陷深度场{d}的迭代初始值，则
S43：根据步骤S42，构建漏磁场信号{B}与缺陷深度场{d}的关联关系及深度场系数矩阵kd(i，j)，即
{B}＝[Kd]{d}，
S44：根据漏磁场信号{B}与缺陷深度场{d}的关联关系，及深度场系数矩阵kd(i，j)，同时对缺陷深度场和深度系数矩阵进行反演迭代，获得待测试件缺陷区域的深度场分布图，即缺陷区域的三维图像，如图5所示。
较佳地，如图2所示，步骤S44中，缺陷深度场和深度系数矩阵的反演迭代过程为：
St0：给定{d}的初始值，终止迭代条件εend，和深度系数场[Kd]；
St1：由公式{B}＝[Kd]{d}，利用给定的{d}正演计算出对应的{B}，得到漏磁场信号计算值{B}与漏磁场信号实验值{Btar}的标准差ε；
St2：比较ε与εend，若ε大于εend，则更新{d}和[Kd]，重复步骤St2，直至ε小于εend，则迭代终止，得到缺陷深度场{d}。
将图3与图5比较可知，采用本发明实施例的方法所获得的待测试件的缺陷深度场，与待测试件本身的缺陷高度一致，与现有技术相比，提高了量化精度。
综上所述，本发明实施例提供的方案，无须饱和磁化，且直接对缺陷试件进行漏磁信号的采集，同时根据漏磁场信号与缺陷深度场的关联关系及深度场系数矩阵，同时对缺陷深度场和深度系数场矩阵进行反演迭代，最终获得待测材料缺陷区域的三维图像，与现有技术相比，简化了步骤，提高了精度，且节约了能源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种漏磁检测缺陷三维量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对待测材料进行人工磁化，采集其漏磁场信号{B}；
S2：采用磁荷分布重构算法，对待测材料内部的磁荷分布进行反演，得到待测材料无缺陷区域的磁荷密度；
S3：以待测材料无缺陷区域的磁荷密度作为常数，并截取待测材料缺陷区域的漏磁场信号，反演迭代重构缺陷区域的缺陷深度，获得待测材料缺陷区域的三维图像；
其中，步骤S3具体过程为：
S31：根据磁荷分布理论，已知待测材料无缺陷区域的磁荷密度的前提下，待测材料缺陷区域某点处的漏磁场信号为
其中，μ0为磁导率，v为源点处的有限单元体积，ρ为待测材料无缺陷区域的磁荷密度，h为场点和源点z坐标的差值，xj、xi、yj、yi分别为场点rj和源点的x、y坐标，di为场点rj处的缺陷深度值；
S32：以h作为缺陷深度场{d}的迭代初始值，则
S33：根据步骤S32，构建漏磁场信号{B}与缺陷深度场{d}的关联关系及深度场系数矩阵kd(i,j)，即
{B}＝[Kd]{d},
S34：根据漏磁场信号{B}与缺陷深度场{d}的关联关系，及深度场系数矩阵kd(i，j)，同时对缺陷深度场和深度系数矩阵进行反演迭代，获得缺陷区域的缺陷深度。
2.如权利要求1所述的漏磁检测缺陷三维量化方法，其特征在于，步骤S34中，缺陷深度场{d}和深度系数矩阵kd(i，j)的反演迭代过程为：
St0：给定{d}的初始值，终止迭代条件εend，和深度系数场[Kd]；
Stl：由公式{B}＝[Kd]{d}，利用给定的{d}正演计算出对应的{B}，得到漏磁场信号计算值{B}与漏磁场信号实验值{Btar}的标准差ε；
St2：比较ε与εend，若ε大于εend，则更新{d}和[Kd]，重复步骤St2，直至ε小于εend，则迭代终止，得到缺陷深度场{d}。
3.如权利要求1所述的漏磁检测缺陷三维量化方法，其特征在于，步骤S1中，人工磁化的磁化强度大于地磁场信号的强度，小于饱和磁化所需磁场的强度。
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