CN112782273B - 基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法及装置，该方法包括：通过接收线圈采集管件的复合磁场的多组接收信号，每组接收信号包括多组时窗值；通过多组接收信号得到信号衰减曲线，筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线，任选一条有效衰减曲线作为参考曲线，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线；若特征曲线存在波谷，将存在波谷的特征曲线的电压最小值与所述扫描电压均值进行相除获得电压占比值；获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置。本发明有益效果：通过本方法可快速获取待检管件表面的缺陷信号并准确定位出缺陷位置。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲涡流无损检测技术领域，尤其涉及一种脉冲涡流检测裂纹的方法及装置。
背景技术
为了保证炼油装置输油管线的可靠运行，需要对主要装置的管件设备管线进行裂纹缺陷的检测排查。
现有的脉冲涡流检测方法中，对待检管件表面进行探头行走扫描，通过接收管件表面的复合磁场，通过对复合磁场进行分析来获取管件表面的缺陷信息。现有的脉冲涡流检测方法对复合磁场的分析方法对裂纹识别更依赖于经验判断，对获取的信号衰减曲线的分析计算不合理，导致对缺陷信号的检测和分析不准确，易产生漏检、误检等问题，并且，现有的涡流检测方法中，对复合磁场的分析方法仅能实现对裂纹的简单识别，无法对裂纹进行定性分析。
发明内容
本发明旨在提出一种脉冲涡流检测裂纹的方法及装置，以更高效准确的识别出待检管件表面的缺陷信号。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，包括如下步骤：
将包括发射线圈和接收线圈的高精探头扫过待检测的管件表面，输入脉冲方波至高精探头的发射线圈，通过接收线圈采集管件的复合磁场的多组接收信号，每组接收信号包括多组时窗值；
通过多组接收信号得到信号衰减曲线，筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线，任选一条有效衰减曲线作为参考曲线，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线；
判断特征曲线是否存在波谷，若特征曲线存在波谷，则选取该特征曲线的波谷上的电压最小值，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值，将存在波谷的特征曲线的电压最小值与所述扫描电压均值进行相除获得电压占比值；
获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置。
进一步的，所述输入脉冲方波至高精探头的激励线圈，通过接收线圈采集管件的复合磁场的多组接收信号的步骤，包括：脉冲信号发生器在单片机控制下产生脉冲方波信号，所述脉冲方波信号作用于激励线圈并产生激发磁场，所述激发磁场作用于待检管件并产生感应涡流，该感应涡流产生二次感应磁场，所述激发磁场和二次感应磁场在待检管件处叠加为复合磁场。
进一步的，每组接收信号包括31组时窗值，即31组电压/时间值。
进一步的，所述筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线的步骤包括：每组接收信号得到一条信号衰减曲线，每条信号衰减曲线包括31组时窗值，删除信号衰减曲线的前5组无效时窗值，定义信号衰减曲线中曲线斜率为0-1的各组时窗值均为有效时窗值，定义有效时窗值之后的第2组时窗值为最后有效时窗值，删除信号衰减曲线的最后有效时窗值之后的全部时窗值，删除了前5组及最后有效时窗值之后的全部时窗值的剩余时窗值组成有效衰减曲线。
进一步的，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线的步骤包括：将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除得到特征值，对特征值进行拟合运算得到特征曲线。
进一步的，对特征值进行拟合运算的步骤包括：定义特征值为X，对X进行拟合运算的方法包括：aX+b或aX2+b或aX3+b或其中，a、b为自然数。
进一步的，所述判断特征曲线是否存在波谷的步骤包括：获取特征曲线的实时电压值与平均电压值的差值，定义波谷阈值，当实时电压值与平均电压值的差值超过波谷阈值则判定特征曲线存在波谷。
进一步的，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值的步骤包括：对无缺陷管件表面进行扫描并获取复合磁场的多组接收信号，通过多组接收信号获取特征曲线，根据特征曲线的电压参数获取平均电压值，定义该平均电压值为扫描电压均值。
进一步的，所述获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置的步骤包括：定义缺陷阈值的范围为电压占比值为10％-50％；获取电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线的电压波动范围，获取该特征曲线中该电压波动范围对应的时间波动范围，该时间波动范围对应的高精探头扫过的管件表面的位置即管件缺陷位置。
本发明还提供一种基于脉冲涡流的管道裂纹检测装置，包括：
信号采集模块，用于将包括发射线圈和接收线圈的高精探头扫过待检测的管件表面，输入脉冲方波至高精探头的发射线圈，通过接收线圈采集管件的复合磁场的多组接收信号，每组接收信号包括多组时窗值；
特征曲线模块，用于通过多组接收信号得到信号衰减曲线，筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线，任选一条有效衰减曲线作为参考曲线，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线；
电压占比模块，用于判断特征曲线是否存在波谷，若特征曲线存在波谷，则选取该特征曲线的波谷上的电压最小值，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值，将存在波谷的特征曲线的电压最小值与所述扫描电压均值进行相除获得电压占比值；
缺陷定位模块，用于获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置。
相对于现有技术，本发明所述的基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法及装置具有以下优势：通过本方法可快速获取待检管件表面的缺陷信号并准确定位出缺陷位置。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的脉冲涡流检测裂纹的方法的流程框图；
图2为本发明实施例所述的脉冲涡流检测裂纹的装置的示意框图；
图3为本发明实施例中细小通孔管件的特征曲线谱图；
图4为本发明实施例中无缺陷管件的特征曲线谱图；
图5为本发明实施例所述的高精探头的俯视示意图；
图6为本发明实施例所述的高精探头的正视示意图；
图7为本发明实施例所述的高精探头的侧视示意图；
图8为本发明实施例所述的一级缺陷的典型检测图谱；
图9为本发明实施例所述的二级缺陷的典型检测图谱；
图10为本发明实施例所述的三级缺陷的典型检测图谱；
图11为本发明实施例所述的碳钢的裂纹检测图谱。
附图标记说明：
10-接收线圈；11-轮毂架；12-发射线圈；100-信号采集模块；200-特征曲线模块；300-电压占比模块；400-缺陷定位模块。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例所要解决的技术问题是，现有的脉冲涡流检测方法对复合磁场的分析方法对裂纹识别更依赖于经验判断，且由于信号不明显出而易产生漏检、误检等问题，并且，现有的涡流检测方法中，对复合磁场的分析方法仅能实现对裂纹的简单识别，无法对裂纹进行定性分析。
为了解决上述技术问题，本实施例提供一种基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
S110：将包括发射线圈12和接收线圈10的高精探头扫过待检测的管件表面，输入脉冲方波至高精探头的发射线圈12，通过接收线圈10采集管件的复合磁场的多组接收信号，发射线圈12与接收线圈10的布置方式如图5-7所示，发射线圈12设置在轮毂架11上，接收线圈10设置在发射线圈12上方，且发射线圈12与接收线圈10的线圈缠绕方向相垂直。每组接收信号包括31组时窗值，即31组电压/时间值。
所述输入脉冲方波至高精探头的激励线圈，通过接收线圈10采集管件的复合磁场的多组接收信号的步骤，包括：脉冲信号发生器在单片机控制下产生脉冲方波信号，所述脉冲方波信号作用于激励线圈并产生激发磁场，所述激发磁场作用于待检管件并产生感应涡流，该感应涡流产生二次感应磁场，所述激发磁场和二次感应磁场在待检管件处叠加为复合磁场。
S120：通过多组接收信号得到信号衰减曲线，筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线，任选一条有效衰减曲线作为参考曲线，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线。
所述筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线的步骤包括：每组接收信号得到一条信号衰减曲线，每条信号衰减曲线包括31组时窗值，删除信号衰减曲线的前5组无效时窗值，定义信号衰减曲线中曲线斜率为0-1的各组时窗值均为有效时窗值，定义有效时窗值之后的第2组时窗值为最后有效时窗值，删除信号衰减曲线的最后有效时窗值之后的全部时窗值，删除了前5组及最后有效时窗值之后的全部时窗值的剩余时窗值组成有效衰减曲线。
将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线的步骤包括：将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除得到特征值，对特征值进行拟合运算得到特征曲线。
对特征值进行拟合运算的步骤包括：定义特征值为X，对X进行拟合运算的方法包括：aX+b或aX2+b或aX3+b或其中，a、b为自然数。
S130：判断特征曲线是否存在波谷，若特征曲线存在波谷，则选取该特征曲线的波谷上的电压最小值，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值，将存在波谷的特征曲线的电压最小值与所述扫描电压均值进行相除获得电压占比值；
特征曲线存在波谷可判定管件扫描位置处存在缺陷的步骤包括：通过对无缺陷部位进行横向周扫，获取参照的特征曲线，如图4所示，无缺陷部位的特征曲线整体稳定，无明显波谷；通过对细小通孔管件进行横向周扫，获取有细小通孔的部位的特征曲线，如图3所示，在细小通孔的位置处有明显波谷。
所述判断特征曲线是否存在波谷的步骤包括：
获取特征曲线的实时电压值与平均电压值的差值，定义波谷阈值，当实时电压值与平均电压值的差值超过波谷阈值则判定特征曲线存在波谷。
对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值的步骤包括：对无缺陷管件表面进行扫描并获取复合磁场的多组接收信号，通过多组接收信号获取特征曲线，根据特征曲线的电压参数获取平均电压值，定义该平均电压值为扫描电压均值。
S140：获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置。
所述获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置的步骤包括：定义缺陷阈值的范围为电压占比值为10％-50％；获取电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线的电压波动范围，获取该特征曲线中该电压波动范围对应的时间波动范围，该时间波动范围对应的高精探头扫过的管件表面的位置即管件缺陷位置。
通过上述实施例的方法可快速获取待检管件表面的缺陷信号并准确定位出缺陷位置。
实施例二
在分析信号衰减曲线时，如何合理拟合曲线并获取与管道缺陷箱对应的曲线特征是核心分析步骤。在本实施例中，判断特征曲线是否存在波谷的步骤包括：对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压值，该扫描电压均值为特征曲线的平均电压值，实时获取特征曲线的每个波动曲线与扫描电压均值曲线之间的截面面积，定义波谷面积阈值，当某个波动曲线与扫描电压均值曲线之间的截面面积超过波谷面积阈值则认为波谷存在。
实施例三
本实施例进一步解决如何通过特征曲线定性分析缺陷类型的技术问题。
本实施例的基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，在获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷步骤之后，还包括：
定义波谷的特征曲线的电压最小值为三级缺陷类型阈值：
如图8所示，定义电压最小值范围为0至1时为一级缺陷，所述一级缺陷类型为贯穿性裂纹；
如图9所示，定义电压最小值范围为1至3时为二级缺陷，所述二级缺陷类型为深度裂纹；
如图10所示，定义电压最小值范围为3至扫描电压均值时为三级缺陷，所述三级缺陷类型为表面裂纹。
实施例四
通过本方案的基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法获取的特征曲线，与管道的材质相关，如图11所示，为典型的碳钢材质的管道裂纹的特征曲线，通过上述检测方法获取的特征曲线可知该碳钢管道存在裂纹缺陷。
实施例五
本发明还提供一种基于脉冲涡流的管道裂纹检测装置，如图2所示，包括：
信号采集模块100，用于将包括发射线圈12和接收线圈10的高精探头扫过待检测的管件表面，输入脉冲方波至高精探头的发射线圈12，通过接收线圈10采集管件的复合磁场的多组接收信号，每组接收信号包括多组时窗值；
特征曲线模块200，用于通过多组接收信号得到信号衰减曲线，筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线，任选一条有效衰减曲线作为参考曲线，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线；
电压占比模块300，用于判断特征曲线是否存在波谷，若特征曲线存在波谷，则选取该特征曲线的波谷上的电压最小值，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值，将存在波谷的特征曲线的电压最小值与所述扫描电压均值进行相除获得电压占比值；
缺陷定位模块400，用于获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
将包括发射线圈和接收线圈的高精探头扫过待检测的管件表面，输入脉冲方波至高精探头的发射线圈，通过接收线圈采集管件的复合磁场的多组接收信号，每组接收信号包括多组时窗值；
通过多组接收信号得到信号衰减曲线，筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线，具体步骤包括：每组接收信号得到一条信号衰减曲线，每条信号衰减曲线包括31组时窗值，删除信号衰减曲线的前5组无效时窗值，定义信号衰减曲线中曲线斜率为0-1的各组时窗值均为有效时窗值，定义有效时窗值之后的第2组时窗值为最后有效时窗值，删除信号衰减曲线的最后有效时窗值之后的全部时窗值，删除了前5组及最后有效时窗值之后的全部时窗值的剩余时窗值组成有效衰减曲线；
任选一条有效衰减曲线作为参考曲线，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线，具体步骤包括：
将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除得到特征值，对特征值进行拟合运算得到特征曲线；
对特征值进行拟合运算的步骤包括：
定义特征值为X，对X进行拟合运算的方法包括：aX+b或或/>或/>，其中，a、b为自然数；
判断特征曲线是否存在波谷，若特征曲线存在波谷，则选取该特征曲线的波谷上的电压最小值，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值，将存在波谷的特征曲线的电压最小值与所述扫描电压均值进行相除获得电压占比值；
获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷；
所述获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置的步骤包括：
定义缺陷阈值的范围为电压占比值为10%-50%；
获取电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线的电压波动范围，获取该特征曲线中该电压波动范围对应的时间波动范围，该时间波动范围对应的高精探头扫过的管件表面的位置即管件缺陷位置。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，其特征在于，所述输入脉冲方波至高精探头的激励线圈，通过接收线圈采集管件的复合磁场的多组接收信号的步骤，包括：
脉冲信号发生器在单片机控制下产生脉冲方波信号，所述脉冲方波信号作用于激励线圈并产生激发磁场，所述激发磁场作用于待检管件并产生感应涡流，该感应涡流产生二次感应磁场，所述激发磁场和二次感应磁场在待检管件处叠加为复合磁场。
3. 根据权利要求1所述的基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，其特征在于：每组接收信号包括31组时窗值，即 31组电压/时间值。
4.根据权利要求1所述的基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，其特征在于，所述判断特征曲线是否存在波谷的步骤包括：
获取特征曲线的实时电压值与平均电压值的差值，定义波谷阈值，当实时电压值与平均电压值的差值超过波谷阈值则判定特征曲线存在波谷。
5.根据权利要求1所述的基于脉冲涡流的管道裂纹检测方法，其特征在于，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值的步骤包括：
对无缺陷管件表面进行扫描并获取复合磁场的多组接收信号，通过多组接收信号获取特征曲线，根据特征曲线的电压参数获取平均电压值，定义该平均电压值为扫描电压均值。
6.一种使用权利要求1所述方法的基于脉冲涡流的管道裂纹检测装置，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于将包括发射线圈和接收线圈的高精探头扫过待检测的管件表面，输入脉冲方波至高精探头的发射线圈，通过接收线圈采集管件的复合磁场的多组接收信号，每组接收信号包括多组时窗值；
特征曲线模块，用于通过多组接收信号得到信号衰减曲线，筛选信号衰减曲线中的有效数据获取有效衰减曲线，任选一条有效衰减曲线作为参考曲线，将其余的有效衰减曲线的时窗值与参考曲线的对应的时窗值相除获得特征曲线；
电压占比模块，用于判断特征曲线是否存在波谷，若特征曲线存在波谷，则选取该特征曲线的波谷上的电压最小值，对无缺陷管件表面进行扫描并获取无缺陷管件的扫描电压均值，将存在波谷的特征曲线的电压最小值与所述扫描电压均值进行相除获得电压占比值；
缺陷定位模块，用于获取缺陷阈值，根据电压占比值超过缺陷阈值的特征曲线获取管件的缺陷位置。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112782273A (zh) | 2021-05-11 |
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