基于連續(xù)小波變換的輸油管道裂紋缺陷漏磁檢測研究

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1、基于連續(xù)小波變換的輸油管道裂紋缺陷漏磁檢測研究檢測與儀表化工自動(dòng)化及儀表,2010,37(7):35～39ControlandInstrumentsinChemicalIndustry基于連續(xù)小波變換的輸油管道裂紋缺陷漏磁檢測研究宋志強(qiáng),李著信,張鎮(zhèn),姜玉泉(后勤工程學(xué)院,重慶401311)摘要:在分析埋地輸油管道裂紋漏磁檢測現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,研究了連續(xù)小波變換能量法在管道裂紋漏磁檢測信號處理上的應(yīng)用.設(shè)計(jì)了裂紋缺陷漏磁檢測實(shí)驗(yàn)方案,利用連續(xù)小波變換分析了裂紋缺陷不同特征參量(長度和深度)對漏磁檢測信號的影響,得出了不同特征參量的裂紋漏磁信號的連續(xù)小波變

2、換能量變化圖譜,表明了漏磁檢測信號特征與裂紋缺陷之間有特定的定量關(guān)系及用漏磁方法檢測裂紋缺陷存在著一定的局限性.關(guān)鍵詞:管道檢測;裂紋缺陷;連續(xù)小波變換;漏磁檢測中圖分類號:TP277文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000—3932(2010)07-0035-051引言埋地輸油管道屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)昂貴,材料耗量大的線形構(gòu)筑物,同時(shí)因其輸送介質(zhì)屬易燃,易爆,易污染,又可歸屬為"危險(xiǎn)性構(gòu)筑物"之列,且埋于地下,受力情況復(fù)雜,檢測困難,其一旦遭到破壞,不僅會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還會造成沿線生態(tài)環(huán)境的極大破壞,甚至發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故.我國石油系統(tǒng)近年來先后發(fā)生

3、了多起埋地輸油管道失效損壞事件,導(dǎo)致了較大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響,同時(shí)對管路周圍的生態(tài)和自然環(huán)境造成了一定的威脅.2埋地輸油管道裂紋漏磁檢測分析影響埋地輸油管道使用壽命的因素:埋地管線在長期使用過程中遭受著許多內(nèi)在和外在因素的破壞,據(jù)統(tǒng)計(jì),輸油管道等壓力容器破壞事故中有40%～50%是由疲勞裂紋引起的(所謂的輸油管道疲勞性斷裂破壞就是指輸油管道在長期交變應(yīng)力工作下出現(xiàn)裂紋,隨后失效的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂破壞),而且大多屬于低周疲勞破壞,表1為埋地油氣管道主要的疲勞缺陷模式表.表1埋地油氣管道主要疲勞缺陷模式序號模式類別具體分類脆性斷裂,低溫?cái)嗔?應(yīng)力腐蝕1

4、斷裂韌性斷裂疲勞斷裂,應(yīng)力疲勞,應(yīng)變疲勞,腐蝕疲勞過載引起的膨脹,屈曲,伸長,2變形外力引起的壓扁,焊接引進(jìn)的變形機(jī)械損傷:表面劃傷,凹坑,裂紋,穿孔3表面損傷腐蝕:內(nèi)腐蝕,表面腐蝕,化學(xué)腐蝕,電腐蝕如何對裂紋的疲勞壽命進(jìn)行分析,即確定允許管道在使用壽命中出現(xiàn)裂紋,漏磁裂紋檢測法是比較常用,有效的手段之一,而管道漏磁檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié),就是要做好漏磁信號特征與輸油管道裂紋特征參量之間的相應(yīng)關(guān)系,從而建立在相應(yīng)的漏磁信號反應(yīng)的靜磁場現(xiàn)象與裂紋特征之間的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而對裂紋缺陷進(jìn)行定量的分析,為建立輸油管道裂紋疲勞壽命評估提供參考依據(jù).而系統(tǒng)中對漏磁檢測信號

5、的分析和處理算法的選擇,則顯得尤為關(guān)鍵,下面給出一種基于小波變換量法進(jìn)行漏磁缺陷檢測信號的處理方法.3基于連續(xù)小波變換能量法的信號定量分析小波分析是傅立葉分析的重要發(fā)展,具有快速衰減,充分光滑,能量主要集中在一個(gè)局部區(qū)域的特點(diǎn),而連續(xù)小波變換系數(shù)因?yàn)榫哂泻艽蟮娜哂嗔?從而廣泛應(yīng)用在信號特征提取方面,從頻譜分析的角度來看,連續(xù)小波變換將信號分解到一系列選擇性相同的頻帶上,小波變換的能量則表征信號在這個(gè)頻帶上的不同特性,連續(xù)小波變換的這種性質(zhì),使之對信號特征的提取有很好的效果.我們還可以利用這一特點(diǎn)來克服漏磁信號中個(gè)別零值點(diǎn)受其他因素干擾而轉(zhuǎn)變成非零值點(diǎn)

6、的情況,從分解的頻帶中提取含有應(yīng)力集中信息的頻帶,即包括裂紋信息的頻帶,小波能量就表征由應(yīng)力集中引起的裂紋信號的強(qiáng)弱～.3.1連續(xù)小波變換定義1凡滿足如下允許條件:收稿日期:2010-06-04(修改稿)基金項(xiàng)目:總后勤部項(xiàng)目《輸油管道剩余壽命預(yù)測技術(shù)及裝備研究》基金資助?36?化工自動(dòng)化及儀表第37卷=a+或相應(yīng)的等價(jià)條件::0則函數(shù)lfr(t)稱為一個(gè)母小波函數(shù).對滿足上式的母小波函數(shù)作伸縮和平移,得:=()..則稱為小波函數(shù),簡稱小波.定義2函數(shù)t)e(R)關(guān)于某個(gè)分析小波(t)的連續(xù)小波變換(CWT)定義為:)=)O—o,b(～t)dt其中,

7、砂..:(t-b_),參數(shù)n和6分別稱為√0a伸縮因子和平移因子,標(biāo)準(zhǔn)化因子a是為了保持JJ(a,b)Il=IJlJ,可以理解為始終保持小波與母小波的能量一致.連續(xù)小波變換計(jì)算公式如下:)=J)妒()記:.,()=l.l一(x-b)3.2連續(xù)小波變換能量法由小波分析與小波變換的基本理論可知,具有有限能量的函數(shù)_廠(t)關(guān)于(t)的連續(xù)小波變換定義為:()=￡),(c))=￡)(t;r)d小波變換具有等距特性,即_廠(t)的小波變換是能量守恒的,有下式成立:上If(t)2d=J【式中:C——小波的容許性條件,其表達(dá)式為:c=a把I(o,r)J/(c.)

8、看作是(.,)平面上的能量密度函數(shù),即l(.,)lA~Ar/(c.)給出了以尺度.和時(shí)間r為中心的,尺度問隔