【摘要】：管道作為一種運輸氣體、液體或帶固體顆粒的流體的鐵磁性裝置,大量應用在化工物質(zhì)運輸系統(tǒng)為主的工業(yè)管道系統(tǒng)中。其中,由于煤層氣管道敷設于潮濕的土壤環(huán)境下以及長期使用,不可避免地出現(xiàn)管道發(fā)生腐蝕穿孔等問題,而且各處管道的防腐層老化程度不盡相同,管道破損嚴重的地方可能會出現(xiàn)煤層氣泄露、氣量損失、加大輸出的情況,不僅造成了資源的浪費,嚴重的情況下還可能導致運輸系統(tǒng)出現(xiàn)重大事故,危及管道運輸沿線附近人民的生命和財產(chǎn)安全。因此,對于管道缺陷識別判斷問題進行深層次的研究工作迫在眉睫。目前,針對管道進行檢測的方法包括透射檢測法、應力應變測量法、聲波/超聲波反射法、光纖檢測法等,但這些檢測方法對于埋地管道來說存在檢測距離有限和造價較高的缺點。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展,針對金屬天然磁記憶現(xiàn)象進行檢測的方式將極大程度地降低成本、提高檢測精確度,但目前尚未形成一套成熟的理論和方法去指導相應的實踐工作。因此,本文在弱磁檢測的理論知識和一般工況條件的基礎(chǔ)上,進行了一系列的研究工作。為了實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)下的管道缺陷檢測以及強干擾環(huán)境下檢測信息的有效傳輸、處理與識別分類,本文在已有的金屬磁記憶理論基礎(chǔ)之上,使用多物理場仿真軟件模擬地磁場下管道存在缺陷的物理環(huán)境,并對缺陷處的磁信號進行多方面的特征分析,驗證系統(tǒng)設計的理論基礎(chǔ)知識;同時分析了當前磁場信號檢測方法的優(yōu)缺點,確定系統(tǒng)對于磁信號的采集機理,對包括小波變換、小波消噪在內(nèi)的磁信號處理方法展開研究,并結(jié)合多種缺陷識別分類方法設計了基于KNN識別的算法。最后,在理論研究基礎(chǔ)之上,進行了系統(tǒng)整體設計工作,包括硬件電路設計、PCB制作、下位機程序編寫、上位機軟件設計等,將硬件與軟件結(jié)合起來搭載實驗平臺,并將算法思想轉(zhuǎn)換為程序結(jié)合軟硬件平臺進行實驗驗證。通過實驗平臺對樣品進行了一系列實驗,結(jié)果表明本文所設計的TMR檢測傳感器可以很好地采集管道在地磁場環(huán)境下的缺陷特征信號,硬件降噪和軟件降噪結(jié)合的辦法可以很好地去除噪聲干擾,采用基于KNN算法的識別分類方法可以很好的表征缺陷位置。因此,該系統(tǒng)對復雜結(jié)構(gòu)下的管道缺陷識別具有較強的辨識能力,且能夠?qū)崿F(xiàn)信號在強干擾環(huán)境下的信號處理與識別判斷,對于管道缺陷檢測技術(shù)的發(fā)展具有一定的指導意義。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE973
【圖文】：

法向分量迅勿或者Ｋ值的計算，即可判斷工件應力集中區(qū)的所在位置，??即缺陷存在的位置。該理論同樣也是目前磁檢測常用的判斷依據(jù)［１８＿２１］。磁檢測特征值原??理圖如圖２－１所示。??７??

統(tǒng)設計提供相應的理論基礎(chǔ)。??２．２．２管道缺陷特征仿真研究??煤層氣管道缺陷特征仿真流程圖如圖２－２所示。??（）??．?ｉ???選擇空間維度??????ｉ???｜?材料定義??選擇物理場???????４????２??網(wǎng)格定乂??選擇研究類型???????ｔ????２??構(gòu)建ｔ旲型??建立空模型???ｒ??▼??Ｉ?（棘）??幾何定義??圖２＿２管道缺陷特征仿真流程圖??Ｆｉｇ．?２－２?Ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ｄｅｆｅｃｔ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ??１０??

層氣管道、地磁場、缺陷部分，構(gòu)建出完整的仿真模型。??根據(jù)管道缺陷特征仿真流程圖進行相應的仿真工作。首先，根據(jù)煤層氣管道的幾何??特質(zhì)與材質(zhì)特征設計相應幾何模型，如圖２－３所示，設計一根管遣內(nèi)徑長為２．５ｃｍ、外??徑長為３ｃｍ的半環(huán)，材質(zhì)為軟鐵；．人為制造的缺陷Ｋ域長度為０．３ｃｍ、窩度為０．４ｃｍ，??材質(zhì)設計為空氣；通過參數(shù)調(diào)整設計通電的銅線圈來模擬地磁場環(huán)境，繞組線圈疋視圖??為長１．５ｃｍ、寬ｌｃｍ的矩形；除此之外的區(qū)域材質(zhì)均為交氣場。??Ｉ?Ｉ?Ｉ?■?１?，［?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?■?Ｉ?Ｉ?Ｉ?！?Ｉ?Ｉ?Ｉ?．．．?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?，??＿???〇?＿??ｉ丨Ｉ丨??－３＂?＇??■４一?ｒ＝０?＿??￣￣｜—｜￣￣｜￣￣＇—｜—｜￣￣｜￣￣｜—＇￣￣｜￣￣Ｉ￣￣＇—＇￣￣＇￣￣Ｉ￣￣１￣￣１￣￣１￣￣Ｉ￣￣１￣￣１￣￣１￣￣Ｉ￣￣１￣￣１—１￣￣Ｉ￣￣＾??－２?０?２?４?６?８?１０??圖２－３煤層氣管道缺陷仿真幾何圖??Ｆｉｇ．?２－３?ＣＢＭ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ｄｅｆｅｃｔ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ??設計好仿真模型圖之后，進行相應的參數(shù)設置，弁進行仿．真模型的信號研究。參數(shù)??設置韻主要對象為線圈屬性，包括相對磁導率、相對介電常數(shù)、電導率、熱膨脹系數(shù)、??常壓熱容、密度、導熱系數(shù)、楊氏模量，泊松比、參考電阻率以及電阻溫度系數(shù)等。研??究計算主要包括構(gòu)建三維模型與一維繪圖
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