《測控技術(shù)與儀器開題報(bào)告3700字》

選題的依據(jù)及意義1.1課題研究的背景在石化工業(yè)中，因油氣輸送管道、儲罐使用周期過長、腐蝕損壞嚴(yán)重而造成的泄漏事故，嚴(yán)重威脅著油氣輸送和人員的安全，也對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞[1]。因此，油氣輸送管道、儲罐的定期無損檢測尤為必要，是避免泄漏污染以及經(jīng)濟(jì)損失的有效手段。相對其他的無損檢測方法而言，漏磁檢測法具有較高的檢測速度和準(zhǔn)確性，且不需要耦合劑，因此是近年來國內(nèi)外使用最廣泛的管道、儲罐缺陷檢測技術(shù)[2]。漏磁檢測中磁化方式是很重要的問題，根據(jù)所用勵磁源的不同，其磁化方式有永磁、直流、交流和脈沖等形式[3]。傳統(tǒng)的漏磁檢測一般采用直流磁化或永磁磁化，對內(nèi)、外部(表層)缺陷均可檢測。但該磁化方式需要將整個截面積均磁化致飽和才能形成漏磁場，因此所需磁化器體積較大，直流磁化時的電量消耗也較突出。而交流磁化中存在趨膚效應(yīng)，能在被檢試件中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流，迫使磁力線相對集中在被測表層，很容易將表層較淺區(qū)域飽和磁化，對內(nèi)表層缺陷敏感。目前的研究熱點(diǎn)—脈沖漏磁檢測技術(shù)本質(zhì)上也是交流磁化的一種形式[4]。實(shí)際的工業(yè)探傷中，交流磁化方式多用于磁粉檢測領(lǐng)域，其可促使磁粉產(chǎn)生交流力而增加靈敏度。1.2基本原理將被測鐵磁材料磁化后，若材料內(nèi)部材質(zhì)連續(xù)、均勻，材料中的磁感應(yīng)線會被約束在材料中，磁通平行于材料表面，被檢材料表面幾乎沒有磁場；如果被磁化材料有缺陷，其磁導(dǎo)率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通發(fā)生畸變，其感應(yīng)線會發(fā)生變化，部分磁通直接通過缺陷或從材料內(nèi)部繞過缺陷，還有部分磁通會泄露到材料表面的空間中，從而在材料表面缺陷處形成漏磁場。利用磁感應(yīng)傳感器（如霍爾傳感器）獲取漏磁場信號，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號處理，對漏磁場磁通密度分量進(jìn)行分析能進(jìn)一步了解相應(yīng)缺陷特征比如寬度、深度。圖1漏磁檢測原理磁化方式按照不同勵磁磁源分為以下幾種：[3]1）交流磁化方式。3）永磁磁化方式。2）直流磁化方式。4）復(fù)合磁化方式。5）綜合磁化方式。1.3交流磁化的優(yōu)點(diǎn)交流磁化在被測構(gòu)件中，交流磁場易產(chǎn)生集膚效應(yīng)和渦流，且磁化的深度隨電流頻率的增高而減小，因此在MLF法中這種磁化方法只能檢測構(gòu)件表面或近表層裂紋等缺陷，但交流磁化強(qiáng)度容易控制，大功率50Hz交流電流源易于獲得，磁化器結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢漏磁檢測技術(shù)是由磁粉探傷技術(shù)演化來的，基本原理是依據(jù)鐵磁性材料表面或近表面的缺陷會引起磁場畸變，以達(dá)到檢測材料缺陷的目的。國外對漏磁檢測研究的很早，在1968年，英國海軍建筑師協(xié)會用羅盤磁針來搜尋槍管內(nèi)的材質(zhì)缺陷和非均勻性。1918年，Hoke便發(fā)現(xiàn)在鋼鐵材料中的缺陷位置，磁通會發(fā)生擾動，但是直到1930年，Watts才首次將漏磁技術(shù)應(yīng)用于鋼管焊縫的質(zhì)量檢測。1933年，Stumm采用磁力計(jì)首次測量缺陷漏磁通并獲得成功，Zuschlug提出了用磁敏傳感器來測量漏磁場的觀點(diǎn)，1947年，Hastings才設(shè)計(jì)出了第一套完整的漏磁檢測系統(tǒng)，漏磁檢測技術(shù)才慢慢得到認(rèn)可。1965年，TubecopeVetco公司設(shè)計(jì)出了Wellchek井口探測系統(tǒng)，成功地探測到管材上的腐蝕坑與橫向傷痕等內(nèi)部缺陷。1973年，英國天然氣公司首次將定量分析引入到漏磁檢測技術(shù)，并對腐蝕后管壁的減薄情況進(jìn)行在線檢測。在漏磁檢測技術(shù)100多年的發(fā)展歷程中，理論研究得到了完善，不僅能夠檢測出缺陷，而能夠?qū)θ毕莸奶卣鬟M(jìn)行分析。雖然，國內(nèi)無損檢測技術(shù)的總體水平落后于歐美等發(fā)達(dá)國家，但是，在無數(shù)無損檢測研究者的努力下，目前因內(nèi)的許多高校與研究院所取得了可喜的成就，與國際水平的差距在不斷縮小[5]。集成無損檢測技術(shù)是無損檢測技術(shù)優(yōu)化發(fā)展的必然方向，現(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)者都非常重視無損檢測技術(shù)在集成化方向的創(chuàng)新性研究與具體應(yīng)用。在國外，LiuZheng和ForsythD.s.等，采用廣義累加模型，關(guān)聯(lián)補(bǔ)充常規(guī)渦流與脈沖渦流檢測兩種檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，定量檢測了飛機(jī)結(jié)構(gòu)隱藏的腐蝕缺陷[6]。Zagrebelny等綜合了目測檢測和渦流檢測，研制出一套由工業(yè)內(nèi)窺鏡、渦流檢測儀和計(jì)算機(jī)組成，并能直接顯示檢測結(jié)果的檢測系統(tǒng)[7]。2006年，Edwards等設(shè)計(jì)出了一種基于電磁聲換能器和脈沖渦流檢測的傳感器探頭，并成功用于檢測金屬材料表面與近表面的缺陷[8]。另外，國外許多無損檢測設(shè)備廠商也推出了一系列集成了多種無損檢測方法的設(shè)備。美國的ABB公司集成了渦流成像和超聲掃描，研制出了渦流/超聲一體化系統(tǒng)。加拿大的RIDTech公司集成了渦流、遠(yuǎn)場、漏磁和超聲技術(shù)，設(shè)計(jì)出了TC5700管材輕便型檢測儀器。美國的BIC公司開發(fā)了一套綜合了超聲與漏磁的組合式一體化無損檢測系統(tǒng)。美國的奧林巴斯公司整合了渦流與超聲檢測技術(shù)，成功研制了WorkStation2000和PowerStation兩種模塊式檢測儀。德國的羅曼公司和WOLF公司綜合了內(nèi)窺及渦流無損檢測技術(shù)，成功設(shè)計(jì)出一套內(nèi)窺渦流組合式無損檢測系統(tǒng)。在國內(nèi)，范智勇等集成了渦流和超聲兩種檢測方法，開發(fā)了一套超聲/渦流一體化無損檢測成像系統(tǒng)[9]。廈門的愛德森公司生產(chǎn)的EEG-2008NET型多功能電磁/超聲一體化檢測儀，它包含了渦流檢測、磁記憶檢測、漏磁檢測、超聲檢測、聲阻抗檢測等。田武鋼等將渦流與內(nèi)窺鏡相結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了對飛機(jī)發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行原位檢測[10]。2010年，南京航空航天大學(xué)的田貴云、劉平等人將金屬磁記憶檢測、巴克豪森檢測與脈沖漏磁檢測三種方法集成．搭建了集成系統(tǒng)的檢測平臺，并對帶缺陷的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行檢測，結(jié)果表明該集成平臺可以同時實(shí)現(xiàn)缺陷檢測與應(yīng)力檢測[11]。2012年，國防科技大學(xué)的羅飛路、胡詳超等探究了渦流檢測的集成技術(shù)，將交變磁場測量、脈沖渦流、單頻渦流以及多頻渦流無損檢測技術(shù)結(jié)合起來，使得多種渦流檢測方法實(shí)現(xiàn)資源共享和檢測信息融合。三、研究內(nèi)容及試驗(yàn)方案3.1研究內(nèi)容本文對選題的依據(jù)及意義做了簡要闡述，查閱了近年來國內(nèi)外針對鐵磁材料缺陷交流漏磁檢測的仿真研究的狀況及發(fā)展趨勢，主要研究內(nèi)容為：（1）分析漏磁檢測的理論基礎(chǔ)及影響因素，并搭建磁化裝置仿真模型，分析

磁化效果影響因素，為磁化裝置的設(shè)計(jì)提供參考；分析缺陷的形狀尺寸參數(shù)及

檢測提離高度的變化對漏磁信號的影響，為缺陷輪廓的重構(gòu)提供基礎(chǔ)。（2）對比分析鐵磁材料缺陷無損檢測的幾類方法，及漏磁檢測方法的優(yōu)勢，詳細(xì)說明了漏磁檢測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.(3)從理論上對漏磁檢測的基本原理及影響因素進(jìn)行分析，由此建立缺陷漏磁場的仿真模型。對漏磁場的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，開展相關(guān)檢測仿真優(yōu)化，分析檢測靈敏度，對鐵磁材料漏磁檢測的不適定性進(jìn)行優(yōu)化；研究上下表面的信號特征，并對其進(jìn)行分析。(4)研究檢測信號幅值相位特征并進(jìn)行分析,總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度4.1研究目標(biāo)：針對實(shí)際的題詞材料交流漏磁檢測，建立相對應(yīng)的仿真模型，利用仿真示波器和仿真波形發(fā)生器組合，開展相關(guān)檢測仿真優(yōu)化，分析線圈距離和激勵頻率對檢測靈敏度的影響。通過改變不同的參數(shù)設(shè)置，研究上下表面的信號特征，并對信號幅值相位特征進(jìn)行分析。希望通過以上的研究內(nèi)容，優(yōu)化對鐵磁材料缺陷交流漏磁檢測，有效提出對磁化裝置的設(shè)計(jì)給出指導(dǎo)性意見，對交流漏磁檢測系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)作用。4.2主要特色：本文以鐵磁材料為研究對象，闡述交流漏磁檢測的背景和發(fā)展現(xiàn)狀采，用交流漏磁的檢測方法，在COMSOL仿真軟件的基礎(chǔ)上，建立交流漏磁模型并進(jìn)行仿真研究，在理想情況下仿真和分析了交流漏磁的基本特性，通過COMSOL軟件對交流漏磁檢測的機(jī)理、一些影響因素及缺陷信號特征的仿真研究。本文主要以永磁體的尺寸參數(shù)，以及缺陷大小，管壁厚度依次為變量，對其依次仿真，以研究貼次哦材料的磁化性能效果的影響，并通過分析進(jìn)而得出結(jié)論。在研究中，用仿真軟件得到信號相應(yīng)變化規(guī)律，由此為交流漏磁檢測技術(shù)在管道檢測應(yīng)用提供一定的理論支持。4.3工作進(jìn)度：1.2021年12月6日-2021年12月19日，第14周-15周（第七學(xué)期）：選題及下達(dá)任務(wù)書2.

2021年12月20日-2022年1月9日，

第16-18周：開題報(bào)告、英文資料翻譯3.

2022年2月21日-2022年4月17日，第1-8周（第八學(xué)期）：仿真模型建立及計(jì)算4.

2022年4月18日-2022年5月15日，第9-12周：參數(shù)優(yōu)化計(jì)算，撰寫論文

5.

2022年5月16日-2022年5月22日，第13周：答辯資格盲審抽查6.

2022年5月23日-2022年6月5日，第14-15周：論文評審、答辯階段五、參考文獻(xiàn)TsukadaK,MajimaY,NakamuraY,etal.DetectionofInnerCracksinThickSteelPlatesUsingUnsaturatedACMagneticFluxLeakageTestingWithaMagneticResistanceGradiometer[J].IEEETransactionsonMagnetics,2017,53(11):1-5.周兆明,張露露,許明澤,李瑞鑫,范鵬.交變電磁場檢測激勵探頭的仿真與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].無損檢測,2019,0(3):20-24.黃松嶺.電磁無損檢測新技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2014.孫長保,胡春陽,董艷沖.基于交流電磁場檢測技術(shù)的裂紋缺陷信號識別方法[J].無損檢測,2018,40(7):54-59.王長龍，陳自力，馬曉琳．漏磁檢測的缺陷可視化技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.梁成壯.基于管道漏磁內(nèi)檢測的管道裂紋檢測與識別方法研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2020.徐中行．基于漏磁檢測的缺陷評估方法的研究[D]．南京：南京航空航天大學(xué)，2018．蘇毅、李著信、易方.漏磁檢測探頭提離對檢測信號的影響分析.后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào).吳德會,游德海,柳振涼,張忠遠(yuǎn).交流漏磁檢測法趨膚深度的機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2014,35(2):327-336.王曉紅,吳德會,李雪松,黃一民,楊秀淼.小型磁化器條件下的變勵磁MFL檢測新方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2015,36(1):70-77王凌虹.漏磁檢測技術(shù)在金屬儲罐檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].廣東化工，2015，14:202-221.楊志軍,陳德姝,陳亮,王剛.腐蝕缺陷漏磁場檢測有限元模擬[J].無損檢測,2015,11:51-77.A.A.Snarskii,M.Zhenirovskyy,D.Meinert.Anintegralequationmodelforthemagneticfluxleakagemethod[J].NDT&EInternational,2010，4(43):343-347.TNara,MFujieda,YGotoh.Non-destructiveinspectionofferromagneticpipesbasedonthediscretefouriercoefficie