《测控技术与仪器开题报告3700字》

选题的依据及意义1.1课题研究的背景在石化工业中，因油气输送管道、储罐使用周期过长、腐蚀损坏严重而造成的泄漏事故，严重威胁着油气输送和人员的安全，也对环境造成严重破坏[1]。因此，油气输送管道、储罐的定期无损检测尤为必要，是避免泄漏污染以及经济损失的有效手段。相对其他的无损检测方法而言，漏磁检测法具有较高的检测速度和准确性，且不需要耦合剂，因此是近年来国内外使用最广泛的管道、储罐缺陷检测技术[2]。漏磁检测中磁化方式是很重要的问题，根据所用励磁源的不同，其磁化方式有永磁、直流、交流和脉冲等形式[3]。传统的漏磁检测一般采用直流磁化或永磁磁化，对内、外部(表层)缺陷均可检测。但该磁化方式需要将整个截面积均磁化致饱和才能形成漏磁场，因此所需磁化器体积较大，直流磁化时的电量消耗也较突出。而交流磁化中存在趋肤效应，能在被检试件中产生较强的涡流，迫使磁力线相对集中在被测表层，很容易将表层较浅区域饱和磁化，对内表层缺陷敏感。目前的研究热点—脉冲漏磁检测技术本质上也是交流磁化的一种形式[4]。实际的工业探伤中，交流磁化方式多用于磁粉检测领域，其可促使磁粉产生交流力而增加灵敏度。1.2基本原理将被测铁磁材料磁化后，若材料内部材质连续、均匀，材料中的磁感应线会被约束在材料中，磁通平行于材料表面，被检材料表面几乎没有磁场；如果被磁化材料有缺陷，其磁导率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，其感应线会发生变化，部分磁通直接通过缺陷或从材料内部绕过缺陷，还有部分磁通会泄露到材料表面的空间中，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。利用磁感应传感器（如霍尔传感器）获取漏磁场信号，然后送入计算机进行信号处理，对漏磁场磁通密度分量进行分析能进一步了解相应缺陷特征比如宽度、深度。图1漏磁检测原理磁化方式按照不同励磁磁源分为以下几种：[3]1）交流磁化方式。3）永磁磁化方式。2）直流磁化方式。4）复合磁化方式。5）综合磁化方式。1.3交流磁化的优点交流磁化在被测构件中，交流磁场易产生集肤效应和涡流，且磁化的深度随电流频率的增高而减小，因此在MLF法中这种磁化方法只能检测构件表面或近表层裂纹等缺陷，但交流磁化强度容易控制，大功率50Hz交流电流源易于获得，磁化器结构简单，成本低廉。二、国内外研究概况及发展趋势漏磁检测技术是由磁粉探伤技术演化来的，基本原理是依据铁磁性材料表面或近表面的缺陷会引起磁场畸变，以达到检测材料缺陷的目的。国外对漏磁检测研究的很早，在1968年，英国海军建筑师协会用罗盘磁针来搜寻枪管内的材质缺陷和非均匀性。1918年，Hoke便发现在钢铁材料中的缺陷位置，磁通会发生扰动，但是直到1930年，Watts才首次将漏磁技术应用于钢管焊缝的质量检测。1933年，Stumm采用磁力计首次测量缺陷漏磁通并获得成功，Zuschlug提出了用磁敏传感器来测量漏磁场的观点，1947年，Hastings才设计出了第一套完整的漏磁检测系统，漏磁检测技术才慢慢得到认可。1965年，TubecopeVetco公司设计出了Wellchek井口探测系统，成功地探测到管材上的腐蚀坑与横向伤痕等内部缺陷。1973年，英国天然气公司首次将定量分析引入到漏磁检测技术，并对腐蚀后管壁的减薄情况进行在线检测。在漏磁检测技术100多年的发展历程中，理论研究得到了完善，不仅能够检测出缺陷，而能够对缺陷的特征进行分析。虽然，国内无损检测技术的总体水平落后于欧美等发达国家，但是，在无数无损检测研究者的努力下，目前因内的许多高校与研究院所取得了可喜的成就，与国际水平的差距在不断缩小[5]。集成无损检测技术是无损检测技术优化发展的必然方向，现阶段国内外学者都非常重视无损检测技术在集成化方向的创新性研究与具体应用。在国外，LiuZheng和ForsythD.s.等，采用广义累加模型，关联补充常规涡流与脉冲涡流检测两种检测技术的优缺点，定量检测了飞机结构隐藏的腐蚀缺陷[6]。Zagrebelny等综合了目测检测和涡流检测，研制出一套由工业内窥镜、涡流检测仪和计算机组成，并能直接显示检测结果的检测系统[7]。2006年，Edwards等设计出了一种基于电磁声换能器和脉沖涡流检测的传感器探头，并成功用于检测金属材料表面与近表面的缺陷[8]。另外，国外许多无损检测设备厂商也推出了一系列集成了多种无损检测方法的设备。美国的ABB公司集成了涡流成像和超声扫描，研制出了涡流/超声一体化系统。加拿大的RIDTech公司集成了涡流、远场、漏磁和超声技术，设计出了TC5700管材轻便型检测仪器。美国的BIC公司开发了一套综合了超声与漏磁的组合式一体化无损检测系统。美国的奥林巴斯公司整合了涡流与超声检测技术，成功研制了WorkStation2000和PowerStation两种模块式检测仪。德国的罗曼公司和WOLF公司综合了内窥及涡流无损检测技术，成功设计出一套内窥涡流组合式无损检测系统。在国内，范智勇等集成了涡流和超声两种检测方法，开发了一套超声/涡流一体化无损检测成像系统[9]。厦门的爱德森公司生产的EEG-2008NET型多功能电磁/超声一体化检测仪，它包含了涡流检测、磁记忆检测、漏磁检测、超声检测、声阻抗检测等。田武钢等将涡流与内窥镜相结合，成功实现了对飞机发动机关键零部件进行原位检测[10]。2010年，南京航空航天大学的田贵云、刘平等人将金属磁记忆检测、巴克豪森检测与脉沖漏磁检测三种方法集成．搭建了集成系统的检测平台，并对带缺陷的标准试件进行检测，结果表明该集成平台可以同时实现缺陷检测与应力检测[11]。2012年，国防科技大学的罗飞路、胡详超等探究了涡流检测的集成技术，将交变磁场测量、脉冲涡流、单频涡流以及多频涡流无损检测技术结合起来，使得多种涡流检测方法实现资源共享和检测信息融合。三、研究内容及试验方案3.1研究内容本文对选题的依据及意义做了简要阐述，查阅了近年来国内外针对铁磁材料缺陷交流漏磁检测的仿真研究的状况及发展趋势，主要研究内容为：（1）分析漏磁检测的理论基础及影响因素，并搭建磁化装置仿真模型，分析

磁化效果影响因素，为磁化装置的设计提供参考；分析缺陷的形状尺寸参数及

检测提离高度的变化对漏磁信号的影响，为缺陷轮廓的重构提供基础。（2）对比分析铁磁材料缺陷无损检测的几类方法，及漏磁检测方法的优势，详细说明了漏磁检测的国内外研究现状.(3)从理论上对漏磁检测的基本原理及影响因素进行分析，由此建立缺陷漏磁场的仿真模型。对漏磁场的仿真结果进行分析，开展相关检测仿真优化，分析检测灵敏度，对铁磁材料漏磁检测的不适定性进行优化；研究上下表面的信号特征，并对其进行分析。(4)研究检测信号幅值相位特征并进行分析,总结实验数据。四、目标、主要特色及工作进度4.1研究目标：针对实际的题词材料交流漏磁检测，建立相对应的仿真模型，利用仿真示波器和仿真波形发生器组合，开展相关检测仿真优化，分析线圈距离和激励频率对检测灵敏度的影响。通过改变不同的参数设置，研究上下表面的信号特征，并对信号幅值相位特征进行分析。希望通过以上的研究内容，优化对铁磁材料缺陷交流漏磁检测，有效提出对磁化装置的设计给出指导性意见，对交流漏磁检测系统的开发具有一定的指导作用。4.2主要特色：本文以铁磁材料为研究对象，阐述交流漏磁检测的背景和发展现状采，用交流漏磁的检测方法，在COMSOL仿真软件的基础上，建立交流漏磁模型并进行仿真研究，在理想情况下仿真和分析了交流漏磁的基本特性，通过COMSOL软件对交流漏磁检测的机理、一些影响因素及缺陷信号特征的仿真研究。本文主要以永磁体的尺寸参数，以及缺陷大小，管壁厚度依次为变量，对其依次仿真，以研究贴次哦材料的磁化性能效果的影响，并通过分析进而得出结论。在研究中，用仿真软件得到信号相应变化规律，由此为交流漏磁检测技术在管道检测应用提供一定的理论支持。4.3工作进度：1.2021年12月6日-2021年12月19日，第14周-15周（第七学期）：选题及下达任务书2.

2021年12月20日-2022年1月9日，

第16-18周：开题报告、英文资料翻译3.

2022年2月21日-2022年4月17日，第1-8周（第八学期）：仿真模型建立及计算4.

2022年4月18日-2022年5月15日，第9-12周：参数优化计算，撰写论文

5.

2022年5月16日-2022年5月22日，第13周：答辩资格盲审抽查6.

2022年5月23日-2022年6月5日，第14-15周：论文评审、答辩阶段五、参考文献TsukadaK,MajimaY,NakamuraY,etal.DetectionofInnerCracksinThickSteelPlatesUsingUnsaturatedACMagneticFluxLeakageTestingWithaMagneticResistanceGradiometer[J].IEEETransactionsonMagnetics,2017,53(11):1-5.周兆明,张露露,许明泽,李瑞鑫,范鹏.交变电磁场检测激励探头的仿真与结构优化[J].无损检测,2019,0(3):20-24.黄松岭.电磁无损检测新技术[M].清华大学出版社，2014.孙长保,胡春阳,董艳冲.基于交流电磁场检测技术的裂纹缺陷信号识别方法[J].无损检测,2018,40(7):54-59.王长龙，陈自力，马晓琳．漏磁检测的缺陷可视化技术[M].北京：国防工业出版社，2014.梁成壮.基于管道漏磁内检测的管道裂纹检测与识别方法研究[D].沈阳工业大学，2020.徐中行．基于漏磁检测的缺陷评估方法的研究[D]．南京：南京航空航天大学，2018．苏毅、李著信、易方.漏磁检测探头提离对检测信号的影响分析.后勤工程学院学报.吴德会,游德海,柳振凉,张忠远.交流漏磁检测法趋肤深度的机理与实验研究[J].仪器仪表学报,2014,35(2):327-336.王晓红,吴德会,李雪松,黄一民,杨秀淼.小型磁化器条件下的变励磁MFL检测新方法[J].仪器仪表学报,2015,36(1):70-77王凌虹.漏磁检测技术在金属储罐检验中的应用[J].广东化工，2015，14:202-221.杨志军,陈德姝,陈亮,王刚.腐蚀缺陷漏磁场检测有限元模拟[J].无损检测,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