基于动态似稳磁场模型的内外壁缺陷漏磁信号特征分析与提取

According to the magnetic flux leakage (MFL) signal deformation caused by the movement of the MFL detector during the operation, the dynamic quasi-stationary field model of the inner and outer defects (IDOD) will be built in this project, by the means of thoroughly analyzing the source and factors that affect the dynamic quasi-stationary field of the pipeline MFL, building the MFL models of the IDOD based on the influence factors such as dynamic magnetization degree, and studying on the distribution and modeling method of magnetic field induced in eddy current of the IDOD under the dynamic conditions. Based on the mapping relations of the MFL signal features of the IDOD and the dynamic factors, combining the characteristics of magnetic physical field, the statistical analytics theory, the information conversion technology an so on, the identifiably of the MFL signal will be researched to extract the characteristics of the signals of the IDOD under the dynamic conditions. The validation and evaluation system of the signal features extraction method and the dynamic quasi-stationary field model will be built, and the parameters of the method and the design of the extraction method will be optimized, to complete the research and reach the closed-loop of the research.

本项目针对油气管道漏磁内检测动态工作过程中的管道缺陷漏磁信号变形，深入分析影响管道漏磁动态似稳场的因素和来源，建立动态磁化水平等影响因素的管道内外壁缺陷漏磁场模型，研究动态条件下管道内外壁缺陷涡流感生漏磁场的分布规律及建模方法，进而构建管道内外壁缺陷漏磁动态似稳场数学模型。基于内外壁缺陷漏磁信号各类特征与动态因素的映射关系，结合磁物理场特征、统计分析理论和信息变换技术等，研究动态条件下漏磁信号特征可辨识性，以确立提取内外壁缺陷信号特征的有效方法。研究并构建管道内外壁缺陷漏磁动态似稳场模型与特征提取的验证和评估系统，进一步优化模型参数与方法设计，形成研究闭环。

本项目以研究并构建管道内外壁缺陷漏磁动态似稳场模型与特征提取的验证和评估系统为目标，研究确立提取内外壁缺陷信号特征的有效方法问题。课题研究已经完成预期目标，取得一批原创性的成果。课题执行期间发表学术论文4篇，EI检索3篇，申请相关发明专利3项。主要完成内容包括：.基于Ansys仿真软件分析静态漏磁场与动态磁场的物理来源，得到影响管壁动态磁化状态的参数包括磁铁矫顽力、管道壁厚、管道材质（电导率和磁导率）、检测速度和磁化器长度。研究动态条件下各影响因素对管道磁化水平影响，建立管道内外壁动态磁化水平的数学模型。建立了动态条件下基于磁化水平的二维内外缺陷漏磁场模型。并对数学模型计算结果和仿真结果对比，利用新尺寸缺陷验证磁场模型的有效性。.基于Ansys仿真软件得到多参数影响下的幅值归一化方程，结合磁偶极子模型得到基于幅值的二维漏磁数学模型。通过二维有限元仿真模型和三维有限元仿真模型对比，验证二维模型和三维模型的相对误差小。基于二维数学模型，计算各影响因素对管道动态外壁缺陷和内壁缺陷检测信号切向分量和法向分量的幅值的影响，得到基于幅值的三维漏磁切向和法向数学模型。完成实测实验平台的搭建，按设计试验方案采集实测数据验证数学模型的正确性。.完成信号特征初步选择与分析，提取出信号波形的峰谷值、信号的阈值截取长度、信号波形面积、信号波形的能量E、一次微分信号波谷长值、一次微分信号峰谷值、漏磁场空间矢量斜率特征等8个特征参数进行研究。研究速度与内外缺陷实测信号的缺陷特征的值的影响及其影响趋势，为内外缺陷区分方法提供理论依据。研究基于磁多极子场对漏磁缺陷内外特征，通过理论推导和实验数据拟合找到并提取了内外缺陷本身的特征，通过实测数据验证得到区分内外缺陷的有效特征。