2012年第11期
仪表技术与传赢器 InstrumentTechniqueand Sensor
管道三维漏磁检测的有限元仿真应用
张海煎，方晓艳，马小芳，储晨昀
（合肥工业大学计算机与信息学院，安徽合肥230009）
2012 No. 11
摘要：介绍了漏磁检测技术的原理；设计了前端三维数据采集系统，实现了对漏磁缺陷信号的获取，并对信号特征进行分新与识别；采用有限元分析法对管道漏磁场理论进行了研究，建立三维漏础检测模型，得到与实际获得的漏硅缺陷信号基本一致的仿真信号；通过有限元分析研究了提离值对获取漏磁缺陷信号的影响。通过验证表明有限元分新法仿真漏磁缺陷信号的可靠性。
关键词：漏磁检测；有限元；三维传感器；
中图分类号：TE873.6
文献标识码：A
文章编号：10021841(2012)11016303
Imitating Application on3-DMagneticFluxLeakage Testing of Pipeline Using Finite Element Method
ZHANG Hai-yan,FANG Xiao-yan,MA Xiao-fang, CHU Chen-yun
(School of Computer and Information,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)
Abstract: The principle of MFL testing technology was introduced,the front end data acquisition system was designed, and it can acquired the MFL signal and analyzed the signal feature, The magnetie leakage field theory of pipeline using finite element method was researched, the 3-D model of MFL was set up,then the simulation signal that has the same character as the actual sig-nal detected by the MFL detector was obtained, The effect of lift-off on MFL signal was analyzed by finite element analysis method.
Experiments show that the reliability of the finite element analysis simulation of MFL signal. Key words: magnetie flux leakage testing;finite element ;3-D sensor
0引言
油气输送管道由于使用周期过长，腐蚀损坏严重，时常发生管道泄漏事故，严重威胁着油气输送和人员的安全，也对环境造成破坏")。因而需要对管道缺陷进行检测，为管道事故的预防和维护提供理论基础
国内外对磁性材料的磁场测量技术的研究比较广泛。漏磁检测技术是近年来国内外最有效的管道缺陷检测技术之一，由于检测的准确性和速度都较高，被广泛用在管道缺陷的检测上[2]。
把理论仿真值与测得的漏磁信号进行比对，进而能够准确判断出管道的缺陷情况。需要对蒲磁场理论进行研究，此研究方法可分为磁荷模型的解析法和麦克斯韦方程的有限元法["]。该课题采用有限元法进行蒲感场的估算。自前，国内外已有将有限元法应用到对二维漏磁检测模型的伤真研究，基于此，研究有限元法对管道三维漏磁检测的仿真，并得出管道缺陷参数。以期为管道漏磁检测系统的工业化应用提供理论基础。
漏磁检测基本原理 1
漏磁检测技术指铁磁性材料被外磁场磁化后，材料内表面、外表面和内部的缺陷会在材料表面形成蒲磁场，通过传感器对材料表面进行扫查，将表面缺陷漏磁场转化为缺陷信号来发现缺陷位置和缺陷参数的一种无损检测技术(4)。
管道是铁磁性材料，材质是均勾连续的。通过励磁装置给收稿日期：2011-12-09收修改稿日期：2012=08=11
管壁施加稳定的磁场，在管壁上形成磁场回路，使其达到近础饱和状态。若管壁存在缺陷，面缺陷部分和管壁的磁导率不同，管壁缺陷处磁阻增加，根据磁力线连续原理，磁通量就会发生改变，分为3部分：一部分穿过缺陷：另一部分在管壁内绕过缺陷，进入缺陷周围的铁磁材料；还有一部分会离开管壁表面，绕过缺陷通过外环境再重新进人管壁，这个出部分畸变磁通【4]如图1所示。最后通过采集和处理漏磁信号，根据信号的特征，估算出管道缺陷的大小、位置和形状等信息。
绕行磁通
44670过磁通
绕行础通
图1缺陷漏磁场分布示意图
管道的三维漏磁检测 2
2.1三维漏磁检测前端数据采集系统的设计
三维与传统的漏磁检测器的前端数据采集系统基本相同。主要是在传感器的操头设计上有所区别。通过磁化装置给管壁轴向施加磁场，若缺陷是个空间立体缺陷，那将会在不同方向上泄漏出磁力线，形成了不同的失量磁场，即漏磁通。如图2所示。它能被位于磁化装置之间的探头检测到。传统的漏磁检测器只能一次检测出一维或二维分量，对沿磁力线方向分布的缺陷不敏感，为了增强漏磁检测器的检测能力，在探头