CN113607214B - 一种金属管道参数确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属管道参数确定方法及系统。该方法包括获取探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数；根据上述参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；确定探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；根据两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线的交点确定的仰角交叉点频率；确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线；根据不同金属管道参数对应的拟合直线的斜率和截距确定管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表；根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距和上述对应关系确定管道厚度和电导率。本发明能够降低提离噪声和线圈偏转误差的影响，实现管道厚度和电导率的同时测量。

Description

一种金属管道参数确定方法及系统

技术领域

本发明涉及管道的无损检测领域，特别是涉及一种金属管道参数确定方法及系统。

背景技术

工业管道承担着工业生产中的运输功能，在化工、能源等领域广泛应用。管道参数的在线检测是保障工业生产安全运行的重要一环。涡流检测技术是以电磁感应定律为理论基础，当被测金属试件处于时变磁场中时，试件内部会产生感应电流，感应电流产生的二次磁场又会反作用于原磁场，二次磁场蕴含着被测金属试件的信息，通过对二次磁场信息处理就可以得到相应的被测试件的信息。相比于其他检测方法，涡流检测由于其非接触性、高灵敏度、高效率特点常用管道参数的无损检测。在实际操作过程中，提离和线圈偏转是影响涡流检测精度的重要因素。如何降低提离噪声和线圈偏转误差是亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属管道参数确定方法及系统，能够降低提离噪声和线圈偏转误差的影响，实现管道厚度和电导率参数的同时测量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属管道参数确定方法，包括：

将金属管道外放置探头线圈，并获取探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数；所述探头线圈参数包括：探头线圈的内半径、外半径、高度以及匝数；所述探头线圈与金属管道的位置参数包括：垂直距离、水平旋转角以及垂直仰角；所述垂直距离为探头线圈的中心到金属管道的中轴线的垂直距离；所述金属管道参数包括：金属管道内半径、外半径、电导率以及相对磁导率；所述垂直仰角为探头线圈的圆柱中心横截面的法向矢量与金属管道的管道轴线的夹角；

根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；并根据探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量确定探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；所述探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线以频率为横坐标，以相对阻抗增量的虚部为纵坐标；

获取两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；并根据两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线的交点确定仰角交叉点频率；

确定不同垂直距离对应的仰角交叉点频率；

根据不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线；并对关系曲线进行线性拟合，确定拟合直线的斜率和截距；

根据不同金属管道参数对应的拟合直线的斜率和截距确定金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表；所述金属管道厚度为金属管道外半径减金属管道内半径；

确定待测金属管道的拟合直线的斜率和截距；

根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率。

可选地，所述根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量，具体包括：

利用公式

确定探头线圈在不同频率下的阻抗增量；

其中，ΔZ为阻抗增量，ω为角频率，D_ecm为相关系数，C_sm为探头线圈系数，为复数，μ₀为空气磁导率，I为探头线圈内通过电流的幅值。

可选地，所述根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的阻抗增量，之后还包括：

对探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量进行无量纲化处理，得到线圈相对阻抗增量；所述无量纲化处理以空气中线圈的自感抗为归一化因子。

可选地，所述根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率，具体包括：

根据待测金属管道的拟合直线的斜率和金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线确定待测金属管道的管道厚度；

根据所述待测金属管道的管道厚度和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定所述待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线；

根据待测金属管道的拟合直线的截距和待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线确定待测金属管道的电导率。

一种金属管道参数确定系统，包括：

参数获取模块，用于将金属管道外放置探头线圈，并获取探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数；所述探头线圈参数包括：探头线圈的内半径、外半径、高度以及匝数；所述探头线圈与金属管道的位置参数包括：垂直距离、水平旋转角以及垂直仰角；所述垂直距离为探头线圈的中心到金属管道的中轴线的垂直距离；所述金属管道参数包括：金属管道内半径、外半径、电导率以及相对磁导率；所述垂直仰角为探头线圈的圆柱中心横截面的法向矢量与金属管道的管道轴线的夹角；

相对阻抗增量确定模块，用于根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；并根据探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量确定探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；所述探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线以频率为横坐标，以相对阻抗增量的虚部为纵坐标；

仰角交叉点频率确定模块，用于获取两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；并根据两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线的交点确定仰角交叉点频率；

不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定模块，用于确定不同垂直距离对应的仰角交叉点频率；

拟合直线的斜率和截距确定模块，用于根据不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线；并对关系曲线进行线性拟合，确定拟合直线的斜率和截距；

对应关系确定模块，用于根据不同金属管道参数对应的拟合直线的斜率和截距确定金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表；所述金属管道厚度为金属管道外半径减金属管道内半径；

待测金属管道的拟合直线的斜率和截距确定模块，用于确定待测金属管道的拟合直线的斜率和截距；

待测金属管道的管道厚度和电导率确定模块，用于根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率。

可选地，所述相对阻抗增量确定模块具体包括：

相对阻抗增量确定单元，用于利用公式

确定探头线圈在不同频率下的阻抗增量；

其中，ΔZ为阻抗增量，ω为角频率，D_ecm为相关系数，C_sm为探头线圈系数，j为复数，μ₀为空气磁导率，I为探头线圈内通过电流的幅值。

可选地，还包括：

无量纲化处理模块，用于对探头线圈在不同频率下的阻抗增量进行无量纲化处理，得到线圈相对阻抗增量；所述无量纲化处理以空气中线圈的自感抗为归一化因子。

可选地，所述待测金属管道的管道厚度和电导率确定模块具体包括：

管道厚度确定单元，用于根据待测金属管道的拟合直线的斜率和金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线确定待测金属管道的管道厚度；

电导率与截距的关系曲线确定单元，用于根据所述待测金属管道的管道厚度和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定所述待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线；

电导率确定单元，用于根据待测金属管道的拟合直线的截距和待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线确定待测金属管道的电导率。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种金属管道参数确定方法及系统，利用放置式线圈金属管道涡流场的线圈相对阻抗增量解析解，对多个不同垂直距离对应的仰角交叉点频率进行计算，确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线的拟合直线，利用拟合直线的斜率和截距信息，根据管道参数与拟合直线斜率、截距信息的对应关系，实现金属管道厚度、电导率参数的高精度测量。仰角交叉点几乎不受垂直仰角变化的影响，可以降低线圈偏转造成的测量误差；管道厚度与曲线斜率呈良好的线性关系，便于工程实现。并且若仅需要测量管道厚度，本发明只需要确定距离间隔，可以降低提离噪声的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种金属管道参数确定方法流程示意图；

图2为金属管道外任意放置探头线圈的三维视图和俯视图；

图3为探头线圈与金属管道的位置参数示意图；

图4为垂直仰角为0°、30°、70°和90°时，探头线圈相对阻抗增量虚部的仿真计算图；

图5为垂直仰角为0°和90°时，仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线的线性拟合结果示意图；

图6为金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线示意图；

图7为管道厚度一定时，不同金属管道电导率对应的线圈仰角交叉点频率对数关于垂直距离的拟合曲线示意图；

图8为管道厚度一定时，电导率与截距的关系曲线示意图；

图9为本发明所提供的一种金属管道参数确定系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

本发明的目的是提供一种金属管道参数确定方法及系统，能够降低提离噪声和线圈偏转误差的影响，实现管道厚度和电导率参数的同时测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的原理是：基于管道外任意放置线圈涡流场解析解的仿真计算，发现几乎不受线圈垂直仰角变化影响的线圈仰角交叉点。仰角交叉点的横坐标随管道参数的变化而显著变化，因此仰角交叉点可以作为表征管道参数的特征信号用于管道的无损检测。计算发现，在管道参数和探头线圈参数确定的情况下，不同垂直距离对应的线圈仰角交叉点频率与垂直距离呈指数关系，即仰角交叉点频率的对数与垂直距离呈线性关系。改变管道参数，观察仰角交叉点频率对数-垂直距离拟合直线的变化，发现：电导率不改变拟合直线的斜率，但是斜率受管道厚度的影响，且二者的线性度很高；在管道厚度确定时，拟合直线的截距随电导率的增大而减小，截距与电导率一一对应。因此，选择仰角交叉点频率对数-垂直距离拟合直线的斜率和截距作为管道参数涡流检测的特征量，提出一种同时检测管道厚度和电导率的方法。由斜率和管道厚度的线性关系式测量管道厚度，然后由截距与电导率的关系确定待测管道的电导率。

图1为本发明所提供的一种金属管道参数确定方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种金属管道参数确定方法，包括：

S101，将金属管道外放置探头线圈，并获取探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数；所述探头线圈参数包括：探头线圈的内半径、外半径、高度以及匝数；所述探头线圈与金属管道的位置参数包括：垂直距离、水平旋转角以及垂直仰角；所述垂直距离为探头线圈的中心到金属管道的中轴线的垂直距离；所述金属管道参数包括：金属管道内半径、外半径、电导率以及相对磁导率；所述垂直仰角为探头线圈的圆柱中心横截面的法向矢量与金属管道的管道轴线的夹角；

S102，根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；并根据探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量确定探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；所述探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线以频率为横坐标，以相对阻抗增量的虚部为纵坐标；

S102具体包括：

利用公式

确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；

其中，ΔZ为阻抗增量，ω为角频率，D_ecm为相关系数，C_sm为探头线圈系数，j为复数，μ₀为空气磁导率，I为探头线圈内通过电流的幅值。

选择固定的垂直仰角θ₁、θ₂，设定金属管道的管道厚度(线圈半径)和电导率参数的初始值，探头线圈中心到金属管道中轴线的垂直距离为d₁；

把探头线圈参数(线圈内半径r_ei、外半径r_eo、高度h、匝数N)带入公式(1)计算线圈区域所在的积分，然后配合位置参数(垂直距离d、水平旋转角ψ_c、垂直仰角θ_c)、角频率ω通过公式(2)计算线圈系数C_sm，再把管道参数(管道内半径r_i、外半径r_o、电导率σ、相对磁导率μ_r)带入公式(4)～(20)，得到相关系数D_ecm，最后C_sm和D_ecm带入线圈阻抗增量解析式(3)，计算得到线圈在ψ_c＝0，θ_c＝θ₁时的线圈阻抗增量，以空气中线圈的自感抗ωL₀为归一化因子，对阻抗增量进行无量纲化处理，得到线圈相对阻抗增量；

改变频率，计算不同频率下，线圈垂直仰角为θ₁时线圈相对阻抗增量；

以频率为横坐标，线圈相对阻抗增量虚部为纵坐标绘制垂直仰角为θ₁时，线圈相对阻抗增量的扫频曲线；

其中，公式(1)～(20)如下：

其中，G_n是线圈所在区域的积分；

是线圈匝数密度；

是连带勒让德函数；Im，Km分别表示m阶第一类修正贝塞尔函数和m阶第二类修正贝塞尔函数；sinθ₀＝x₀/r₀，

J＝I′_m(α_kr_i)-QI′_m(α_kr_o) (13)

M＝K′_m(|α|r_o)/K_m(|α|r_o) (14)

N＝I′_m(|α|r_i)/I_m(|α|r_i) (15)

L＝K_m(α_kr_o)/K′_m(α_kr_o) (16)

P＝K_m(α_kr_i)/K′_m(α_kr_i) (17)

Q＝K′_m(α_kr_i)/K′_m(α_kr_o) (18)

其中：I′_m、K′_m分别表示m阶第一类修正贝塞尔函数的导数、m阶第二类修正贝塞尔函数的导数；k²＝-jωσμ₀μ_r，

改变线圈垂直仰角为θ₂，其他参数保持不变，重新计算线圈在不同频率下的相对阻抗增量；在上述相同的坐标系中绘制垂直仰角为θ₂时，线圈相对阻抗增量虚部的扫频曲线。

S103，获取两个不同垂直仰角θ₁、θ₂对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；并根据两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线的交点确定仰角交叉点频率；

S104，确定不同垂直距离对应的仰角交叉点频率；即分别改变探头线圈中心到管道中轴线的垂直距离为d₂、d₃、d₄，重新带入公式(2)～(20)中，计算探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；

S105，根据不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线；并对关系曲线进行线性拟合，确定拟合直线的斜率和截距；即所述仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线以垂直距离d为x轴，仰角交叉点频率的对数为y轴。

S106，根据不同金属管道参数对应的拟合直线的斜率和截距确定金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表；所述金属管道厚度为金属管道外半径减金属管道内半径；

S107，确定待测金属管道的拟合直线的斜率和截距；

作为一个具体的实施例，实际测量垂直距离分别为d₁、d₂、d₃、d₄时，不同频率下，管道外放置式线圈在垂直仰角为θ₁、θ₂线圈阻抗变化，以频率为横坐标，线圈相对阻抗增量虚部为纵坐标绘制两条线圈相对阻抗增量的扫频曲线，提取两条扫频曲线的交点，交点对应的横坐标即实测的仰角交叉点频率；

以垂直距离为x轴，仰角交叉点频率的对数为y轴，绘制实际测量的仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线，线性拟合曲线，记录拟合直线的斜率k和截距b。

S108，根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率。

S108具体包括：

根据待测金属管道的拟合直线的斜率和金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线确定待测金属管道的管道厚度；

根据所述待测金属管道的管道厚度和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定所述待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线；

根据待测金属管道的拟合直线的截距和待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线确定待测金属管道的电导率。

下面对测量管道厚度(外半径已知、内半径未知)和电导率的金属管道参数测量方法进行具体介绍：

在无限长直圆柱金属管道外任意放置线圈C，如图2(a)所示。假设管道材料是均匀的、线性的。管道的内半径为r_i，外半径为r_o，电导率为σ，相对磁导率为μ_r，空气磁导率为μ₀。线圈的匝数为N，线圈内半径为r_ei，线圈外半径为r_eo，线圈高度为h，线圈在空气中的自感为L₀。线圈内通过幅值为I、角频率为ω的时谐交流电。

以管道轴线为z轴建立坐标系Oxyz，其中x轴穿过线圈中心。以线圈中心为原点，建立线圈的局部坐标系O_ex_ey_ez_e，其中x_e轴和x轴方向一致，z_e轴和z轴方向一致。引入三个变量表示线圈和管道的相对位置关系：定义线圈中心到管道中轴线的垂直距离为d，如图2中的(b)部分所示；水平旋转角

为线圈圆柱中心横截面法向矢量n_e在O_ex_ey_e平面投影与x_e轴的夹角；垂直仰角θ_c为线圈圆柱中心横截面法向矢量n_e与z_e轴的夹角，如图3所示。

图4为垂直仰角为0°、30°、70°和90°时线圈相对阻抗增量虚部的仿真计算图，图中每两条曲线的交点为不同垂直仰角组对应的仰角交叉点。选择一组垂直仰角θ₁＝0°、θ₂＝90°以及垂直距离d，将线圈水平旋转角0°、实际管道参数、探头线圈参数带入解析表达式中，得到线圈相对阻抗增量随激励频率变化的关系曲线，记录两条线圈相对阻抗增量扫频曲线的交点横坐标，即为仰角交叉点频率；在保证其他参数不变的条件下，只改变垂直距离，计算不同垂直距离对应的仰角交叉点频率；对仰角交叉点频率取对数，绘制仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线，如图5所示。仰角交叉点频率对数与垂直距离呈线性关系，即频率对数随垂直距离的增大而线性增大。改变管道厚度和电导率参数，重复上述过程，拟合不同参数对应的仰角交叉点频率对数-垂直距离曲线，记录拟合直线的斜率和截距。从图7可知，四条曲线的斜率相同，即在管道厚度确定时，不同电导率对应拟合直线的斜率相同；而不同管道厚度会改变拟合直线斜率，如图6所示，拟合管道厚度与斜率的关系曲线，得到管道厚度与斜率的线性关系表达式。管道厚度一定时，截距与电导率参数一一对应，电导率与截距的关系如图8所示。因此，以仰角交叉点频率对数-垂直距离拟合直线的斜率和截距为特征量，其中θ₁、θ₂可以进行选择，垂直距离d的个数也可根据需要改变。将实测仰角交叉点频率对数-垂直距离拟合直线的斜率带入管道厚度与斜率的线性关系表达式，得到待测管道的厚度D；将实测管道厚度D和实测对数拟合直线的截距代入管道厚度、电导率和截距的数据表中，即可实现待测管道电导率σ的测量。为提高测量的精度，实际测量选择的垂直距离应该尽量与理论计算的垂直距离相同。将待测管道实际测量得到的仰角交叉点频率对数-垂直距离拟合直线斜率和截距代入相应的关系曲线就可以得到管道厚度和电导率的测量结果。

图9为本发明所提供的一种金属管道参数确定系统结构示意图，如图9所示，本发明所提供的一种金属管道参数确定系统，包括：

参数获取模块901，用于将金属管道外放置探头线圈，并获取探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数；所述探头线圈参数包括：探头线圈的内半径、外半径、高度以及匝数；所述探头线圈与金属管道的位置参数包括：垂直距离、水平旋转角以及垂直仰角；所述垂直距离为探头线圈的中心到金属管道的中轴线的垂直距离；所述金属管道参数包括：金属管道内半径、外半径、电导率以及相对磁导率；所述垂直仰角为探头线圈的圆柱中心横截面的法向矢量与金属管道的管道轴线的夹角；

相对阻抗增量确定模块902，用于根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；并根据探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量确定探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；所述探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线以频率为横坐标，以相对阻抗增量的虚部为纵坐标；

仰角交叉点频率确定模块903，用于获取两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；并根据两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线的交点确定仰角交叉点频率；

不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定模块904，用于确定不同垂直距离对应的仰角交叉点频率；

拟合直线的斜率和截距确定模块905，用于根据不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线；并对关系曲线进行线性拟合，确定拟合结果的斜率和截距；

对应关系确定模块906，用于根据不同金属管道参数对应的拟合直线的斜率和截距确定金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表；所述金属管道厚度为金属管道外半径减金属管道内半径；

待测金属管道的拟合直线的斜率和截距确定模块907，用于确定待测金属管道的拟合直线的斜率和截距；

待测金属管道的管道厚度和电导率确定模块908，用于根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率。

所述相对阻抗增量确定模块902具体包括：

相对阻抗增量确定单元，用于利用公式

确定探头线圈在不同频率下的阻抗增量；

其中，ΔZ为阻抗增量，ω为角频率，D_ecm为相关系数，C_sm为探头线圈系数，j为复数，μ₀为空气磁导率，I为探头线圈内通过电流的幅值。

本发明所提供的一种金属管道参数确定系统，还包括：

无量纲化处理模块，用于对探头线圈在不同频率下的阻抗增量进行无量纲化处理，得到线圈相对阻抗增量；所述无量纲化处理以空气中线圈的自感抗为归一化因子。

所述待测金属管道的管道厚度和电导率确定模块908具体包括：

管道厚度确定单元，用于根据待测金属管道的拟合直线的斜率和金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线确定待测金属管道的管道厚度；

电导率与截距的关系曲线确定单元，用于根据所述待测金属管道的管道厚度和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定所述待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线；

电导率确定单元，用于根据待测金属管道的拟合直线的截距和待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线确定待测金属管道的电导率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种金属管道参数确定方法，其特征在于，包括：

将金属管道外放置探头线圈，并获取探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数；所述探头线圈参数包括：探头线圈的内半径、外半径、高度以及匝数；所述探头线圈与金属管道的位置参数包括：垂直距离、水平旋转角以及垂直仰角；所述垂直距离为探头线圈的中心到金属管道的中轴线的垂直距离；所述金属管道参数包括：金属管道内半径、外半径、电导率以及相对磁导率；所述垂直仰角为探头线圈的圆柱中心横截面的法向矢量与金属管道的管道轴线的夹角；

根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；并根据探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量确定探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；所述探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线以频率为横坐标，以相对阻抗增量的虚部为纵坐标；

获取两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；并根据两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线的交点确定仰角交叉点频率；

确定不同垂直距离对应的仰角交叉点频率；

根据不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线；并对关系曲线进行线性拟合，确定拟合直线的斜率和截距；

根据不同金属管道参数对应的拟合直线的斜率和截距确定金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表；所述金属管道厚度为金属管道外半径减金属管道内半径；

确定待测金属管道的拟合直线的斜率和截距；

根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率。

2.根据权利要求1所述的一种金属管道参数确定方法，其特征在于，所述根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量，具体包括：

利用公式

确定探头线圈在不同频率下的阻抗增量；

其中，ΔZ为阻抗增量，ω为角频率，D_ecm为相关系数，C_sm为探头线圈系数，j为复数，μ₀为空气磁导率，I为探头线圈内通过电流的幅值，

d为垂直距离，

为水平旋转角，θc为垂直仰角，G_n为线圈所在区域的积分，

为线圈匝数密度；

为n阶1次连带勒让德函数，

为n阶v次连带勒让德函数；I_m，K_m分别为m阶第一类修正贝塞尔函数和m阶第二类修正贝塞尔函数，r_ei为线圈内半径，r_eo为线圈外半径，h为线圈高度，N为线圈匝数；r_o为管道外半径，r_i为管道内半径，μ_r为管道相对磁导率，σ为管道电导率；

k²＝-jωσμ₀μ_r，

M＝K′_m(|α|r_o)/K_m(|α|r_o)，I′_m、K′_m分别为m阶第一类修正贝塞尔函数的导数、m阶第二类修正贝塞尔函数的导数，

Λ＝BE-AF，

N＝I′_m(|α|r_i)/I_m(|α|r_i)，L＝K_m(α_kr_o)/K′_m(α_kr_o)，P＝K_m(α_kr_i)/K′_m(α_kr_i)，Q＝K′_m(α_kr_i)/K′_m(α_kr_o)，

J＝I′_m(α_kr_i)-QI′_m(α_kr_o)，

m和α为分离常量，n和v为求和次数、P_n为勒让德多项式，K_m-v、K_m+v分别为m-v阶和m+v阶第二类修正贝塞尔函数。

3.根据权利要求2所述的一种金属管道参数确定方法，其特征在于，所述根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的阻抗增量，之后还包括：

对探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量进行无量纲化处理，得到线圈相对阻抗增量；所述无量纲化处理以空气中线圈的感抗为归一化因子。

4.根据权利要求1所述的一种金属管道参数确定方法，其特征在于，所述根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率，具体包括：

根据待测金属管道的拟合直线的斜率和金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线确定待测金属管道的管道厚度；

根据所述待测金属管道的管道厚度和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定所述待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线；

根据待测金属管道的拟合直线的截距和待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线确定待测金属管道的电导率。

5.一种金属管道参数确定系统，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于将金属管道外放置探头线圈，并获取探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数；所述探头线圈参数包括：探头线圈的内半径、外半径、高度以及匝数；所述探头线圈与金属管道的位置参数包括：垂直距离、水平旋转角以及垂直仰角；所述垂直距离为探头线圈的中心到金属管道的中轴线的垂直距离；所述金属管道参数包括：金属管道内半径、外半径、电导率以及相对磁导率；所述垂直仰角为探头线圈的圆柱中心横截面的法向矢量与金属管道的管道轴线的夹角；

相对阻抗增量确定模块，用于根据探头线圈参数、探头线圈与金属管道的位置参数以及金属管道参数确定探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量；并根据探头线圈在不同频率下的相对阻抗增量确定探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；所述探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线以频率为横坐标，以相对阻抗增量的虚部为纵坐标；

仰角交叉点频率确定模块，用于获取两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线；并根据两个不同垂直仰角对应的探头线圈相对阻抗增量的扫频曲线的交点确定仰角交叉点频率；

不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定模块，用于确定不同垂直距离对应的仰角交叉点频率；

拟合直线的斜率和截距确定模块，用于根据不同垂直距离对应的仰角交叉点频率确定仰角交叉点频率对数关于垂直距离的关系曲线；并对关系曲线进行线性拟合，确定拟合直线的斜率和截距；

对应关系确定模块，用于根据不同金属管道参数对应的拟合直线的斜率和截距确定金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表；所述金属管道厚度为金属管道外半径减金属管道内半径；

待测金属管道的拟合直线的斜率和截距确定模块，用于确定待测金属管道的拟合直线的斜率和截距；

待测金属管道的管道厚度和电导率确定模块，用于根据待测金属管道的拟合直线的斜率和截距、金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定待测金属管道的管道厚度和电导率。

6.根据权利要求5所述的一种金属管道参数确定系统，其特征在于，所述相对阻抗增量确定模块具体包括：

相对阻抗增量确定单元，用于利用公式

确定探头线圈在不同频率下的阻抗增量；

其中，ΔZ为阻抗增量，ω为角频率，Decm为相关系数，Csm为探头线圈系数，j为复数，μ0为空气磁导率，I为探头线圈内通过电流的幅值，

d为垂直距离，

为水平旋转角，θ_c为垂直仰角，G_n为线圈所在区域的积分，

为线圈匝数密度；

为n阶1次连带勒让德函数，

为n阶v次连带勒让德函数；I_m，K_m分别为m阶第一类修正贝塞尔函数和m阶第二类修正贝塞尔函数，r_ei为线圈内半径，r_eo为线圈外半径，h为线圈高度，N为线圈匝数；r_o为管道外半径，r_i为管道内半径，μ_r为管道相对磁导率，σ为管道电导率；

k²＝-jωσμ₀μ_r，

M＝K′_m(|α|r_o)/K_m(|α|r_o)，I′_m、K′_m分别为m阶第一类修正贝塞尔函数的导数、m阶第二类修正贝塞尔函数的导数，

Λ＝BE-AF，

N＝I′_m(|α|r_i)/I_m(|α|r_i)，L＝K_m(α_kr_o)/K′_m(α_kr_o)，P＝K_m(α_kr_i)/K′_m(α_kr_i)，Q＝K′_m(α_kr_i)/K′_m(α_kr_o)，

J＝I′_m(α_kr_i)-QI′_m(α_kr_o)，

m和α为分离常量，n和v为求和次数、P_n为勒让德多项式，K_m-v、K_m+v分别为m-v阶和m+v阶第二类修正贝塞尔函数。

7.根据权利要求6所述的一种金属管道参数确定系统，其特征在于，还包括：

无量纲化处理模块，用于对探头线圈在不同频率下的阻抗增量进行无量纲化处理，得到线圈相对阻抗增量；所述无量纲化处理以空气中线圈的感抗为归一化因子。

8.根据权利要求6所述的一种金属管道参数确定系统，其特征在于，所述待测金属管道的管道厚度和电导率确定模块具体包括：

管道厚度确定单元，用于根据待测金属管道的拟合直线的斜率和金属管道的管道厚度与斜率的关系曲线确定待测金属管道的管道厚度；

电导率与截距的关系曲线确定单元，用于根据所述待测金属管道的管道厚度和截距关于管道厚度和电导率的关系数据表确定所述待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线；

电导率确定单元，用于根据待测金属管道的拟合直线的截距和待测金属管道的管道厚度对应的电导率与截距的关系曲线确定待测金属管道的电导率。

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