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管道漏磁内检测信号重构技术研究

作　者: 孙霄
导　师: 杨理践
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 漏磁检测有限元仿真曲线拟合共轭梯度法缺陷重构
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

石油、天然气是我国的主要能源,能源的运输大多采用管道运输的方式。在役管道长年埋于地下或是海底,所处的自然环境比较复杂,管道受到严重的环境影响,年久失修,就会出现不同程度的腐蚀、变形等损伤,以及人为破坏,造成泄漏等事故的发生,不仅污染了环境,还给国家经济造成了损失。因此,管道的检测具有十分重要的意义。目前,管道漏磁内检测技术是国内外比较先进的管道检测技术,通过运用智能管道漏磁内检测器对长输管道进行漏磁检测,可以有效地检测出管道的缺陷信号。本文针对漏磁检测信号的重构问题,做了深入的研究。利用ANSYS有限元分析软件对管道漏磁内检测进行了二维有限元仿真分析,根据实际情况,建立了更符合实际缺陷的半椭圆型缺陷模型,并且建立在更容易受到外界腐蚀的管道外壁上,通过对缺陷处径向磁通密度曲线进行分析,得到了径向磁通密度的两个特征,即磁通密度峰峰值和水平距离的差值。对90组不同几何参数的缺陷进行管道漏磁内检测二维仿真分析,得到了90组与缺陷数据相对应的径向磁通密度特征数据。运用最小二乘曲线拟合方法,对仿真数据进行曲线拟合,得到了径向磁通密度特征的二元一次和二元二次拟合方程组,通过对拟合误差的分析,二元二次拟合方程组能够为缺陷信号重构提供可靠的数学模型。利用共轭梯度迭代算法对数学模型进行缺陷信号重构。运用MATLAB软件编写算法程序,对径向磁通密度特征的二元二次拟合方程组进行求解,得到重构的缺陷的几何参数。与牛顿迭代算法的求解结果进行对比分析,共轭梯度迭代算法更准确的重构了缺陷的几何参数,其重构效率可以达到90%以上。本课题通过有限元仿真计算提取特征值、利用曲线拟合建立缺陷参数与漏磁特征之间的函数关系式、编写算法求解非线性方程组、最终实现管道漏磁内检测缺陷信号重构,仿真实验结果达到重构效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 课题的背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 国外研究现状  12-13
    1.2.2 国内研究现状  13-15
  1.3 无损检测技术  15-17
    1.3.1 无损检测技术分类  15-16
    1.3.2 常规无损检测技术概述  16-17
  1.4 课题研究的主要内容及章节安排  17-19
    1.4.1 课题研究的主要内容  17-18
    1.4.2 章节安排  18-19
第二章管道漏磁内检测基础理论  19-27
  2.1 漏磁检测理论  19-20
    2.1.1 漏磁检测技术概述  19
    2.1.2 漏磁检测原理  19-20
  2.2 管道漏磁内检测器理论  20-24
    2.2.1 检测器的工作原理  21-22
    2.2.2 检测器的基本结构  22-23
    2.2.3 检测器的工作流程  23-24
  2.3 管道漏磁内检测的漏磁场分析方法  24-26
    2.3.1 解析分析方法  24-26
    2.3.2 数值分析方法  26
  2.4 本章小结  26-27
第三章管道漏磁内检测的有限元仿真分析  27-42
  3.1 漏磁场有限元分析理论  27-29
  3.2 ANSYS 有限元分析软件  29-32
    3.2.1 ANSYS 有限元分析的基本步骤  30-31
    3.2.2 ANSYS 软件的主要功能模块  31-32
  3.3 漏磁检测有限元仿真分析  32-41
    3.3.1 单元类型的选择  32-33
    3.3.2 实体模型的建立  33-35
    3.3.3 材料属性的分配  35-36
    3.3.4 网格划分  36-38
    3.3.5 加载和求解  38
    3.3.6 结果后处理  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章曲线拟合  42-54
  4.1 曲线拟合基本理论  42-44
    4.1.1 曲线拟合原理  42-43
    4.1.2 最小二乘法原理  43-44
  4.2 二元函数最小二乘曲线拟合  44-46
    4.2.1 二元一次函数曲线拟合  44-45
    4.2.2 二元二次函数曲线拟合  45-46
  4.3 管道漏磁曲线拟合的MATLAB 实现  46-53
    4.3.1 拟合数据的提取  47-49
    4.3.2 拟合方程的建立  49
    4.3.3 拟合方程的求解  49-52
    4.3.4 拟合误差的分析  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章电磁场逆问题  54-67
  5.1 解决电磁场逆问题的方法  54-58
    5.1.1 神经网络法  54-55
    5.1.2 基于支持向量机的粒子群算法  55-57
    5.1.3 遗传算法  57-58
  5.2 迭代法求解电磁场逆问题  58-66
    5.2.1 共轭梯度迭代法基本原理  59-61
    5.2.2 重构模型的建立  61-62
    5.2.3 共轭梯度迭代算法的实现  62-64
    5.2.4 重构仿真实验与结果分析  64-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章结论  67-68
参考文献  68-71
在学研究成果  71-72
致谢  72

管道漏磁内检测信号重构技术研究

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