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原文传递外穿式旋转电磁场检测原理与方法研究

论文题名：	外穿式旋转电磁场检测原理与方法研究
关键词：	管道检测;旋转电磁场;传感器;阻抗分析
摘要：	管道作为石油等能源的主要运输载体，在工业中应用广泛，由于管道多铺设在极其恶劣的环境下，再加上管龄的逐年增加，会出现各种各样的损伤。本文针对管道出现的变形、腐蚀、裂纹等缺陷，利用外穿式旋转电磁场检测技术对管道开展研究，从而保证管道的安全运行。外穿式旋转电磁场检测技术用于检测管道外壁，可以覆盖整个外表面，一次扫查即可检测出所有缺陷，和传统涡流检测技术不同的是，外穿式旋转磁场检测技术可以实现对管道外壁缺陷的快速定位，可以检测管道表面任意方向的缺陷，具有检测效率高，且不易漏检等特点。　　本文首先对外穿式旋转电磁场理论和数学模型进行了研究，建立外穿式旋转电磁场检测技术三维有限元模型，外穿式旋转电磁场检测技术的传感器设计，外穿式旋转磁场检测技术对缺陷检测的影响因素以及量化方法研究，最后搭建外穿式旋转电磁场检测系统进行试验研究，基于旋转电磁场检测技术的其他类型传感器设计。论文主要从以下五个方面进行了研究：　　（1）外穿式旋转电磁场检测技术理论研究和传感器有限元模型　　分析了旋转电磁场理论和数学模型，利用有限元建立了两种外穿式旋转电磁场检测传感器模型：分布式导线柱简化模型和集中式线圈非简化模型。并利用两种模型对缺陷进行了检测，验证了两种模型的可行性。研究了外穿式旋转电磁场检测传感器在管道外壁产生的涡流分布图，缺陷与涡流的相互作用，结果表明轴向磁场可以作为特征信号。　　（2）外穿式旋转电磁场检测传感器设计　　对外穿式旋转电磁场检测传感器进行了设计，分别探究了管道无缺陷时背景磁场随传感器参数变化的变化规律和管道有缺陷时特征信号在不同传感器参数情况下的变化规律，最后确定出了一套最优的传感器设计方案，为后续的影响因素研究和试验研究打下了基础。　　（3）外穿式旋转电磁场检测影响因素研究和缺陷量化方法　　探究了不同影响因素对外穿式旋转电磁场检测传感器检测结果的影响，研究了线圈激励频率、缺陷周向位置、管道倾斜角度、缺陷方向、有无铁芯以及激励线圈的形状等与特征信号之间的关系，最后通过特征信号确定了一套缺陷量化方法。　　（4）外穿式旋转电磁场检测系统的搭建和试验研究　　搭建了外穿式旋转电磁场检测系统，并对管道进行了检测试验。试验结果表明：外穿式旋转电磁场检测系统的试验结果和有限元结果一致；缺陷周向位置不同时，轴向磁场的实部和虚部也会发生变化，从而改变阻抗图的角度；管道倾斜时波峰和波谷的大小出现不一致的现象；可以检测出任意方向的缺陷，且规律和有限元结果一致。　　（5）双旋转电磁场检测传感器和基于阻抗分析的旋转电磁场传感器设计　　设计了两种其他类型的基于旋转电磁场原理的传感器：基于双旋转电磁场的检测传感器和基于阻抗分析的旋转电磁场传感器。并对两种传感器进行了有限元分析，以及对缺陷进行了检测。结果表明，两种传感器均可以实现缺陷的快速定位，为以后旋转电磁场的研究提供了新的方向。
作者：	王伟
专业：	机械工程
导师：	殷晓康
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国石油大学(华东)
学位年度：	2021