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在钢制储罐使用过程中,储罐设备的安全问题受到了广泛重视,腐蚀是引发安全事故的重大诱因,所以对钢板腐蚀进行检测很有必要。课题来源于拓为(天津)石油工程技术服务有限公司研究项目。 针对钢板腐蚀缺陷漏磁检测实际情况,为了获取更加全面的腐蚀缺陷信息,达到对腐蚀缺陷的多维尺寸评估,本文主要研究了漏磁检测(MFL)磁化回路设计、优化和检测小车结构,新型磁场传感器标定,腐蚀缺陷嵌入式检测系统及漏磁场强度数据分析方法。 (1)磁化回路理论分析与检测小车结构:以漏磁检测原理为基础,将永磁体静态磁路等效成直流电路,利用直流电路基尔霍夫方程和静态磁路基本方程,推导出使被测钢板达到近饱和磁化的磁场强度所,选取永磁铁长×宽×厚=20mm×80mm×40mm,材质为NdFeB-N45;轭铁材质为Q235,厚度5mm;待测钢板材质为Q235,厚度为10mm;磁化间隙为5mm;将以上参数代入BT中,求得BT=1.42T,大于理论磁场强度1.36T,实现了对被测钢板的近饱和磁化。在检测小车结构中设计了永磁体固定装置、永磁体距离调节装置以及检测探头提离值调节等装置。 (2)新型磁场传感器标定:搭建实验平台对新型磁场传感器(TLV493D-A1B6)稳定性能和灵敏性能进行了标定。经过测试,TLV493D-A1B6磁场传感器检测到的X向磁场强度在0mT~0.4mT之间变化;Y向磁场强度数据在3.3mT~3.6mT之间变化;Z向磁场强度数据在34.5mT~35.0mT之间变化;以上数据表明TLV493D-A1B6磁场传感器稳定性好。在磁场环境中,每次移动TLV493D-A1B6磁场传感器探头2mm,检测到的磁场强度数据变化率在10%~20%之间;以上数据表明TLV493D-A1B6磁场传感器有较高的灵敏度。 (3)腐蚀缺陷嵌入式检测系统:设计基于I2C总线的腐蚀缺陷嵌入式检测系统,实现了对漏磁场强度数据的三维采集、显示和存储。首先制定了嵌入式检测系统的总体方案并完成对核心器件的选型,设计了硬件电路,包括STM32单片机最小系统电路、三维磁场传感器(TLV493D-A1B6)接口和编址电路、DGUS屏显示电路和SD卡存储电路等;根据各个模块电路分别编写了三维磁场传感器编址程序、DGUS屏数据显示程序、去双极值滤波程序和SD卡数据存储程序等。 (4)漏磁场强度数据分析方法:通过研究漏磁场强度Y向数据曲线和X向数据曲线图形化特征,实现了腐蚀缺陷在磁化方向上长度和非磁化方向上深度的尺寸评估。为了研究X向漏磁场强度与腐蚀缺陷深度关系,对X向漏磁场强度数据进行三次Fourier级数展开拟合,提取拟合后曲线的重心、长度、面积等7个图形化特征量。分别使用BP神经网络和RBF神经网络完成了对腐蚀缺陷深度的预测,其中BP网络预测的绝对误差在在0.2019~0.8430mm之间,RBF神经网络对腐蚀缺陷深度尺寸绝对预测误差在0.0451~2.4649mm之间。在误差允许的条件下利用提取曲线图形特征量对缺陷深度尺寸评估的方法可行、可信、有效。