基于K均值聚类的油气管道漏磁缺陷标记方法

为了提高漏磁数据缺陷区域标记能力,将聚类算法应用于漏磁检测数据分析中,提出了一种基于K均值聚类的管道漏磁缺陷信号标记方法,并进行了不同口径和不同壁厚管道检测试验验证。结果表明:该方法可有效识别出漏磁数据中的缺陷区域,识别准确度满足工程要求。由于该方法无需根据检测器和管道情况单独设置阈值,因此其具有较广泛的适应性。     

油气管道缺陷漏磁检测试验

在油气管道检测中,缺陷的定量分析一直是个难题.通过试验研制了管道漏磁腐蚀检测器,在钢管(273mm,壁厚为14.3mm)上设计了系列缺陷,并采集了缺陷漏磁的相关信号.研究了管道缺陷漏磁信号的分布规律和缺陷的几何尺寸大小之间的关系,结果表明,缺陷漏磁场检测信号的两波谷间距、检测到信号的传感器数和信号峰谷值分别是缺陷长度、宽度和深度量化分析的重要特征量,并由此得出缺陷长、宽、高的计算方法.通过该方法对缺陷的漏磁信号进行量化分析,表明缺陷长度、宽度和深度的平均绝对误差分别为2.4mm、8.3mm和0.8mm.     

管道漏磁检测的智能方法综述

管道漏磁检测技术利用漏磁原理对管道进行无损检测.传统的人工检测方法通常使用漏磁检测器采集的管道漏磁数据,绘制出漏磁信号曲线,然后根据曲线的变化特性对管道上的缺陷和组件进行人工判别,这种方法效率低下且具有很强的主观性.随着人工智能技术的快速发展,许多基于人工智能的漏磁检测方法被提出,可实现更加高效和更加准确的智能检测.本文对管道漏磁检测的智能方法进行了综述,首先简要介绍了漏磁检测的基本原理和漏磁检测器的组成结构,随后重点阐述了管道漏磁检测中的机器学习方法(含基于分类的方法、基于目标检测的方法和多分量方法)、基于知识的智能专家系统和多传感器融合方法,最后进行了总结,并讨论了当前智能方法仍然存在的问题.     

基于RBF网络的漏磁检测缺陷定量分析方法

为了正确评估油气管道的使用寿命和安全状况,需根据漏磁检测信号特征对缺陷进行准确的定量分析。提出一种基于径向基函数(RBF)神经网络、用于定量分析油气管道缺陷的迭代方法,给出了具体的算法步骤,并采用自适应学习机制来训练网络,既加快了该算法的收敛速度,又避免了陷入局部最小值问题。仿真结果表明:该方法不仅训练速度明显快于普通反向传播(BP)网络,而且最大量化误差仅为0.26%。该方法有助于提高漏磁检测的准确度,可为油气管道的安全评估提供可靠的依据。     

输油管道漏磁检测信号自适应滤波的研究

在采用漏磁法对输油管道进行无损检测过程中,信号会受到各种噪声的干扰。介绍了输油管道漏磁检测方法及归一化最小均方自适应滤波方法。通过实验装置采集了含有噪声的漏磁信号。由于各传感器提离值不能保证一致,对信号进行了补偿调整。将一路的传感器输出信号作为主输入信号,与之相邻的传感器输出信号作为参考信号,采用归一化自适应滤波对主输入信号进行处理。结果表明,采用归一化最小均方自适应滤波方法可使缺陷漏磁信号的信噪比得到显著的提高。     

新型脉冲漏磁传感器的仿真设计与实验研究

在对带保温层管道进行检测时,由于保温层的隔离作用使得传统的电磁无损检测方法感生的磁场在传播到管道表面时已衰减的非常微弱,因此,对带保温层管道中腐蚀缺陷的检测是无损检测领域的一个难点.脉冲漏磁方法由于结合了脉冲检测频率丰富以及漏磁检测适于铁磁性管道检测的优势,因而采用脉冲漏磁技术对管道腐蚀缺陷进行了检测.在分析了脉冲漏磁检测原理的基础上,仿真分析了4种不同结构的脉冲漏磁传感器沿管道表面和管壁的磁场分布以及对不同厚度保温层的检测能力,仿真结果表明带聚磁板的模型具有较好的检测能力.最后,采用实验的方法研究了这种模型传感器对腐蚀缺陷深度的定量能力,实验结果表明该传感器可以很好地实现对腐蚀缺陷深度的定量检测.     

输油管道漏磁检测信号自适应滤波的研究

在采用漏磁法对输油管道进行无损检测过程中，信号会受到各种噪声的干扰。介绍了输油管道漏磁检测方法及归一化最小均方自适应滤波方法。通过实验装置采集了含有噪声的漏磁信号。由于各传感器提离值不能保证一致，对信号进行了补偿调整。将一路的传感器输出信号作为主输人信号，与之相邻的传感器输出信号作为参考信号，采用归一化自适应滤波对主输人信号进行处理。结果表明，采用归一化最小均方自适应滤波方法可使缺陷漏磁信号的信噪比得到显著的提高。     

单轴定位磁标识清管器方法研究

为得到单轴磁传感器在磁源标识清管器定位中的最佳探测姿态,采用数值模拟的方法,对直管和弯管进行建模分析,取清管器正上方测面处的多个测点,分别研究各测点在空间多个方向上的磁场波动值,通过比较波动值大小即可得到最佳的探测方向。根据实际管道铺设方式的不同,对水平走向管道进行分析,得知当清管器通过探测点时,垂直于管道轴线方向的磁波动分量值最大,该波动值可被单轴传感器有效检测。采用管道倾角θ及管道偏角γ这2个变量来描述弯折管道,结果表明,在与管道相垂直的方向上磁波动分量值最大,并且综合倾角与偏角均存在的情况,单轴传感器也应垂直于管道安装。进行了相关的等效实验,验证了数值模拟结果的正确性。由此可得,探测时单轴磁传感器测量方向应垂直于管道轴线方向。     

腐蚀产物对漏磁场影响的数值分析与实验研究

漏磁检测方法由于其简便、快捷、结果准确等特点,在现在无损检测领域得到越来越广泛的应用。但是在现场检测过程中,由于提离值波动、铁磁性杂物等影响,使得漏磁检测量化结果会产生误差,甚至会产生误判。这对检测结果的准确性有很大的影响。本文研究了缺陷腐蚀产物与漏磁场之间的关系,利用有限元方法建立直径、深度相同腐蚀产物厚度不同的漏磁检测模型,通过计算得到不同腐蚀产物厚度模型漏磁场分布,对比分析结果表明:无腐蚀产物缺陷的漏磁场最明显,随着腐蚀产物厚度的增加,缺陷漏磁场变得越不明显。在实验室条件下进行了腐蚀产物影响实验,实验结果与有限元数值分析结果一致。     

去除漏磁数据中无缝管道噪声的小波域自适应滤波算法

漏磁(MFL)检测是油气管道在线检测中应用非常成熟的一种无损检测技术。将小波变换与自适应滤波技术相结合,提出了一种去除漏磁数据中无缝管道噪声(SPN)的小波域自适应滤波算法。将该算法用于实测漏磁数据的处理,所得结果说明该算法具有良好的去噪效果,可以极大地提高漏磁数据中缺陷信号的可检测性。     

基于漏磁检测的桥梁拉索断丝识别

为实现桥梁拉索漏磁(MFL)检测中低信噪比(SNR)时的断丝识别,提出了基于有效短时互相关(STCC)的损伤识别方法.对拉索进行重复测试并提取对应的信号片段进行互相关分析,通过重新归一化,在短时互相关序列中融入短时能量特征,再结合双阈值法进行断丝识别.制作了含有多种断丝损伤的足尺拉索模型进行漏磁检测试验,基于试验结果验证所提出的方法.结果表明:该方法的损伤判别精度比既有方法提高了15.7%～16.9%,在低信噪比下仍取得了较高的损伤识别精度.     

弱磁检测漏磁信号影响因素实验与仿真研究

弱磁检测能够有效地发现钢筋、钢绞线等铁磁构件因锈蚀产生的结构受损;但是这些铁磁材料会因所在地点、所受地磁场磁化时间的不同,从而使其在弱磁检测中所受的地磁场强度与自身磁化程度也不同。所以,为了探究地磁场与自身磁化对采集到的漏磁信号是否存在影响,在此通过磁屏蔽与退火的方法控制地磁场与自身磁化强度两个变量,进行漏磁信号检测对比实验。为了进一步分析实验结果,采用COMSOL软件对实验进行仿真模拟。结果表明:地磁场对漏磁信号只存在数值上的影响,不会明显改变漏磁信号的变化规律;而自身磁化才是影响漏磁信号规律的主要因素。与此同时,仿真结果也与实验结果保持一致。     

Single-ion quantum lock-in amplifier

Quantum metrology uses tools from quantum information science to improve measurement signal-to-noise ratios. The challenge is to increase sensitivity while reducing susceptibility to noise, tasks that are often in conflict. Lock-in measurement is a detection scheme designed to overcome this difficulty by spectrally separating signal from noise. Here we report on the implementation of a quantum analogue to the classical lock-in amplifier. All the lock-in operations--modulation, detection and mixing--are performed through the application of non-commuting quantum operators to the electronic spin state of a single, trapped Sr(+) ion. We significantly increase its sensitivity to external fields while extending phase coherence by three orders of magnitude, to more than one second. Using this technique, we measure frequency shifts with a sensitivity of 0.42 Hz Hz(-1/2) (corresponding to a magnetic field measurement sensitivity of 15 pT Hz(-1/2)), obtaining an uncertainty of less than 10 mHz (350 fT) after 3,720 seconds of averaging. These sensitivities are limited by quantum projection noise and improve on other single-spin probe technologies by two orders of magnitude. Our reported sensitivity is sufficient for the measurement of parity non-conservation, as well as the detection of the magnetic field of a single electronic spin one micrometre from an ion detector with nanometre resolution. As a first application, we perform light shift spectroscopy of a narrow optical quadrupole transition. Finally, we emphasize that the quantum lock-in technique is generic and can potentially enhance the sensitivity of any quantum sensor.     

光电倍增管单光子探测器的噪声特性研究

在弱光测量中，暗电流或暗噪声计数是探测系统灵敏阈和测量精度的主要限制，根据光电倍增管的工作原理，光电倍增管中的噪声源主要来自光阴极和二次极的热发射．从本征半导体和掺杂半导体中热发射电流密度探讨了光电倍增管单光子探测器的噪声特性，提出了减小光电倍增管单光子探测器噪声的几种措施，即管子致冷法、磁散焦法、选用光电倍增管的管型、减小检测系统频带宽度．     

管道检测高速数据采集软件系统的研究

文章研究了适合管道高速检测系统的高采样率、高精度软件,通过提高数据采集模块的优先级,采用DMA传输方式以及双缓冲传输,提高了数据采样及处理的速度,用高效的脉冲宽度检测模块提高了缺陷信号处理的精度。采用该数据采集处理软件的管道漏磁检测系统在油田和冶金企业获得广泛应用,效果良好。     

应用磁荷法建立漏磁信号模型

研究了漏磁无损检测中一种基于双极磁荷法的漏磁信号分析模型，运用这一分析模型研究了三种不同类型缺陷的径向和轴向漏磁信号．设计制作了实验装置与试样并进行了实验，将实验结果与分析模型的仿真结果进行了比较，两者得到了较好的吻合，说明了分析模型的有效性．这个模型建立了缺陷尺寸与漏磁信号的关系，具有参数少，计算快，分析方便等优点，它为漏磁信号处理和缺陷的识别评估提供了重要工具．     

新型方向性自差分涡流传感器的仿真设计与研究

传统涡流检测技术采用一个圆柱形的激励线圈来产生激励磁场,通过用检测线圈来收集扰动磁场,然而由于激励线圈引起的磁场要比缺陷引起的扰动磁场强很多,这种结构的传感器对缺陷的检测灵敏度低,需采用差分的方法来获取缺陷信息。提出了一种新型涡流传感器,其通过采用矩形激励线圈来改变激励磁场的空间分布,使得无需采用差分方法就可以获得缺陷信息。在对新型传感器进行原理分析的基础上,仿真分析了其与传统传感器探头缺陷检测灵敏度之间的差异。并对传感器尺寸和激励频率进行了优化设计,最后验证了该新型传感器对缺陷长度的定量检测能力。仿真结果表明,该新型传感器具有较高的检测灵敏度和缺陷定量精度,为以后单激励多检测阵列涡流传感器的研究奠定了基础。     

用于管道漏磁数据的小波域自适应及小波系数去噪算法

基于漏磁检测是油气管道在线检测中应用最广泛的无损检测技术,提出了一种去除漏磁数据中无缝管道噪声(SPN)和系统噪声的新算法.首先利用将小波变换和自适应滤波技术相结合而提出的新型小波域自适应滤波方法去除漏磁数据中的SPN,然后再利用小波系数去噪方法去除小波域自适应SPN消除系统输出漏磁数据中的系统噪声.实测漏磁数据所得结果表明,该算法具有良好的去噪效果,极大地提高了漏磁数据中缺陷信号的可检测性.     

油气管道高速漏磁检测系统中数据压缩研究

在管道缺陷检测中,如何对漏磁检测数据进行大容量高保真数据压缩是其中的一个关键问题.文章分析漏磁缺陷信号的特点,首先采用零树小波编码算法,找出能够表征缺陷信号的重要数据和不能表征缺陷信号的非重要数据,非重要数据建立小波零树,对信号进行压缩,然后结合算术编码,对压缩数据流进一步压缩处理,通过仿真实验表明在一定允许失真度的情况下,可以达到很高的压缩率.