CN113390955B - 交流电磁场裂纹可视化监测与评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流电磁场裂纹可视化监测与评估方法,涉及无损检测缺陷评估技术领域,包括:利用交流电磁场监测传感阵列在试件表面放置监测,实时获取试件表面Z方向磁场信号Bz矩阵A,将Z方向磁场信号Bz矩阵A进行线性插值并绘制强度图得到结构裂纹监测的可视化图像,求取信号质心得到裂纹的两个端点坐标(xa,ya)和(xb,yb),进而计算得到裂纹长度,求取初始Z方向磁场信号Bz矩阵A0的能量值E0和信号增量矩阵C的能量值Ec,求取Ec与E0的比值得到能量畸变率ΔE并与设定好的能量阈值N进行比较,若ΔE>N,则裂纹已扩展,进一步的,若信号增量矩阵C中存在元素小于零,则裂纹为长度扩展,否则为深度扩展,最终实现结构裂纹的可视化监测与评估。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测缺陷评估技术领域,尤其涉及一种基于交流电磁场的结构裂纹可视化监测与评估方法。
背景技术
海洋结构物长期在海水环境中服役,由于海水腐蚀作用,结构表面很容易产生各类腐蚀缺陷。由于涂层覆盖、附着物堆积等因素,传统无损检测技术在水下结构物检测过程中需要在大面积清理附着物、彻底破坏涂层情况下对缺陷进行检测和评估,作业工序复杂,效率低下,结构表面清理和涂层修复成本高昂。
交流电磁场检测(Alternating Current Field Measurement-ACFM)技术是一种新兴电磁无损检测技术,主要用于导电材料表面裂纹检测,其利用检测探头在导电试件表面感应出的均匀电流,电流在缺陷周围产生扰动引起空间磁场畸变,通过测量畸变磁场进行缺陷的检测和评估。当无缺陷存在时,导电试件表面电流呈均匀状态,空间磁场无扰动。由于具有非接触测量、定量评估等优势,广泛应用于各类海洋结构物缺陷检测。现有ACFM技术依据特征信号Bx、Bz及蝶形图进行缺陷判定,其中Bx和Bz信号分别为平行于试件表面(与探头扫查方向平行)和垂直于试件表面的磁场信号,特征信号Bx可对裂纹深度评估,特征信号Bz对裂纹长度评估。
传统ACFM检测方法利用信号幅值判定缺陷,无法实现裂纹在线实时监测,ACFM磁场图像仅适合缺陷扫查检测,无法实现结构裂纹可视化监测与实时定量分类,也即不能判定裂纹扩展类型,特别是海洋结构物缺陷在附着物和涂层掩盖下,现有ACFM技术难以实现在线评估。
因此,有必要提出一种准确性高、实时性好、能够实现海洋结构物附着物及涂层下裂纹可视化监测与评估,通过ACFM监测可在不祛除附着物和涂层情况下实现裂纹可视化监测与评估,为海洋结构物腐蚀缺陷的监测、评估及寿命预测提供精准数据支撑。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种基于交流电磁场的结构裂纹可视化监测与评估方法,实时呈现裂纹监测可视化图像,同时计算裂纹长度,并对裂纹是否扩展和裂纹扩展类型进行判定,为海洋结构物缺陷评估、寿命预测提供精准、实时数据支撑。
本发明提供了一种基于交流电磁场检测技术的结构裂纹可视化监测与评估方法,包括:
步骤一,通过激励线圈在试件表面产生均匀感应电流,感应电流引起空间磁场畸变,利用m行n列线圈组成的交流电磁场监测传感阵列置于试件表面,提取监测区域初时刻Z方向当前磁场信号Bz0矩阵随着时间推移实时获取试件表面Z方向实时磁场信号Bz矩阵对矩阵A进行线性插值并绘制强度图,得到结构关键节点裂纹监测的可视化图像;
步骤二,求取矩阵A的最大元素位置(x1,y1)与次最大元素位置(x2,y2),提取以(x1,y1)为中心的p×q个元素值及其位置作为a组数据,提取以(x2,y2)为中心的九个元素值及其位置作为b组数据;
步骤三,按照式和分别求取a组数据与b组数据的信号质心,xi为九个元素X坐标位置,yi为九个元素Y坐标位置,得到裂纹的两个端点坐标(xa,ya)和(xb,yb),由两个端点坐标之间距离计算得到裂纹长度;
步骤六,将能量畸变率ΔE与设定好的能量阈值N进行比较,若ΔE>N,则裂纹已扩展,否则判断裂纹未扩展,进入步骤七;
步骤七,将信号增量矩阵C中元素与设定好的噪声阈值N1进行比较,若信号增量矩阵C中元素<N1,则裂纹为长度扩展,否则为深度扩展。
本发明提供的基于交流电磁场检测技术的结构裂纹可视化监测与评估方法,利用交流电磁场监测传感阵列在试件表面放置监测,实时获取试件表面Z方向磁场信号Bz矩阵A并保存初始Z方向磁场信号Bz矩阵A0,实时的将Z方向磁场信号Bz矩阵A进行线性插值并绘制强度图得到结构裂纹监测的可视化图像,求取Z方向磁场信号Bz矩阵A的最大元素位置(x1,y1)与次最大元素位置(x2,y2),提取以(x1,y1)为中心的九个元素值及其位置作为a组数据,提取以(x2,y2)为中心的九个元素值及其位置作为b组数据,分别求取a组数据与b组数据的信号质心得到裂纹的两个端点坐标(xa,ya)和(xb,yb),进而计算得到裂纹长度,将Z方向磁场信号Bz矩阵A与初始Z方向磁场信号Bz矩阵A0做差得到信号增量矩阵C,求取初始Z方向磁场信号Bz矩阵A0的能量值E0和信号增量矩阵C的能量值Ec,求取Ec与E0的比值得到能量畸变率ΔE并与设定好的能量阈值N进行比较,若ΔE>N,则裂纹已扩展,进一步的,若信号增量矩阵C中存在元素小于噪声阈值N1,则裂纹为长度扩展,否则为深度扩展,最终实现结构裂纹的可视化监测与评估。
附图说明
图1为本发明实施例提供的交流电磁场缺陷在线智能判定与分类识别方法流程图;
图2为本发明实施例提供的交流电磁场监测传感阵列;
图3为本发明实施例提供的结构裂纹监测的可视化图像;
图4为本发明实施例提供的矩阵元素分组示意图;
图5为本发明实施例提供的裂纹深度扩展监测示意图;
图6为本发明实施例提供的裂纹长度扩展监测示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例只是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下获取的其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供的基于交流电磁场检测技术的缺陷在线智能判定与分类识别方法,包括:
S1,利用如图2所示交流电磁场监测传感阵列对试件表面16mm长的深度扩展裂纹进行监测,实时获取试件表面Z方向磁场信号Bz矩阵A并保存初始Z方向磁场信号Bz矩阵A0,将Z方向磁场信号Bz矩阵A进行线性插值并绘制强度图得到如图3所示结构裂纹监测图像,可有效实现结构表面裂纹的实时成像和可视化监测。矩阵A的元素如下:
0.028 | 0.028 | 0.058 | 0.016 | 0.56 | 0.068 | 0.015 | 0.004 |
0.026 | 0.022 | 0.07 | 0.267 | 1.085 | 0.243 | 0.058 | 0.04 |
0.009 | 0.006 | 0.043 | 0.224 | 0.506 | 0.166 | 0.063 | 0.021 |
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矩阵A0的元素如下:
S2,求取Z方向磁场信号Bz矩阵A的最大元素位置(16,4)与次最大元素位置(16,20),如图4所示,提取以(16,4)为中心的九个元素值及其位置作为a组数据,提取以(16,20)为中心的九个元素值及其位置作为b组数据。
S3,按照式和分别求取a组数据与b组数据的信号质心得到裂纹的两个端点坐标(15.956,4.961)和(15.824,19.422),进一步计算得到裂纹长度为14.462mm,在实时成像的基础上实现裂纹长度的定量评估。
S4,将矩阵A减去矩阵A0得到信号增量矩阵C,信号增量矩阵C的元素如下:
0.012 | 0.028 | 0.047 | 0.005 | 0.087 | 0.038 | 0.011 | -0.001 |
0.017 | 0.01 | 0.064 | 0.17 | 0.696 | 0.154 | 0.048 | 0.038 |
0.001 | -0.001 | 0.024 | 0.188 | 0.452 | 0.142 | 0.052 | 0.016 |
0.011 | 0.023 | 0.013 | 0.034 | -0.003 | -0.011 | 0.005 | 0.001 |
0.001 | 0.01 | 0 | 0.11 | 0.316 | 0.102 | 0.008 | -0.003 |
0.005 | 0 | 0.027 | 0.172 | 0.735 | 0.137 | 0.02 | 0 |
0.021 | 0.017 | 0.003 | 0.045 | 0.12 | 0.012 | 0.013 | -0.011 |
0.04 | 0.037 | 0.044 | 0.022 | 0 | 0.014 | 0.012 | 0.016 |
S6,将能量畸变率ΔE与设定好的能量阈值N=0.5进行比较,显然ΔE>N,裂纹已扩展,上述步骤可实现裂纹扩展的判定与自主预测,在水下结构关键节点裂纹扩展预警方面有重要实践意义,在判定裂纹扩展的基础上进入步骤七;
S7,判断信号增量矩阵C中若存在元素小于预设噪声阈值N1=-0.2,显然S4步骤矩阵C中不存在元素小于-0.2,裂纹为深度扩展,如图5所示。在另一实施例中可判定裂纹长度扩展,如图6所示。上述在判定裂纹扩展的基础上进一步明确了裂纹扩展类型。上述方法不仅可以预测裂纹扩展,进一步明确裂纹扩展类型,为水下结构关键节点裂纹的精准、定量监测提供有效方法。
本发明的有益效果是:通过对监测数据处理能够实现一定面积区域内的裂纹实时成像和可视化监测,实现了裂纹断点的确定与裂纹长度的评估,同时还可以实现裂纹是否扩展的判定和扩展类型的判别,准确性高、实时性好,可不祛除附着物和涂层情况下对裂纹扩展实现长期、实时、定点的可视化监测,为海洋结构物腐蚀裂纹的监测、评估及寿命预测提供精准数据支撑。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.交流电磁场裂纹可视化监测与评估方法,其特征在于,包括步骤一到步骤七:
步骤一、通过激励线圈在试件表面产生均匀感应电流,感应电流引起空间磁场畸变,利用m行n列线圈组成的交流电磁场监测传感阵列置于试件表面,提取监测区域初时刻Z方向当前磁场信号Bz0矩阵随着时间推移实时获取试件表面Z方向实时磁场信号Bz矩阵对矩阵A进行线性插值并绘制强度图,得到结构关键节点裂纹监测的可视化图像;
步骤二:求取矩阵A的最大元素位置(x1,y1)与次最大元素位置(x2,y2),提取以(x1,y1)为中心的p×q个元素值及其位置作为a组数据,提取以(x2,y2)为中心的九个元素值及其位置作为b组数据;
步骤三:按照式和分别求取a组数据与b组数据的信号质心,xi为九个元素X坐标位置,yi为九个元素Y坐标位置,得到裂纹的两个端点坐标(xa,ya)和(xb,yb),由两个端点坐标之间距离计算得到裂纹长度;
步骤六:将能量畸变率ΔE与设定好的能量阈值N进行比较,若ΔE>N,则裂纹已扩展,否则判断裂纹未扩展,进入步骤七;
步骤七:将信号增量矩阵C中元素与设定好的噪声阈值N1进行比较,若信号增量矩阵C中元素<N1,则裂纹为长度扩展,否则为深度扩展。
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Application publication date: 20210914 Assignee: JINING LUKE TESTING EQUIPMENT Co.,Ltd. Assignor: CHINA University OF PETROLEUM (EAST CHINA) Contract record no.: X2023980043287 Denomination of invention: Visual Monitoring and Evaluation Method for AC Electromagnetic Field Cracks Granted publication date: 20220419 License type: Common License Record date: 20231012 |
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