埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台及使用方法，包括实测磁场数据库、管道磁场分析模块、缺陷磁场分析模块、磁场干扰信息模块、测量路径模块和虚拟样机模块，实测磁场数据库和测量路径模块均与管道磁场分析模块、缺陷磁场分析模块和磁场干扰信息模块电连接，虚拟样机模块和测量路径模块电连接；本发明专利技术提供一个磁层析检测虚拟实验平台，可模拟真实的采集仪对管道磁场信号的采集，可自定义管道信息、缺陷信息、背景磁场信息、虚拟样机、测量路径、干扰信息，可将采集的磁场数据写成文件，文件格式与真实的采集仪输出数据文件一致。虚拟实验平台可为真实实验提供指导性手段，可为采集仪的研制和缺陷信号识别提供基础工具。

Magnetic test platform for detecting magnetic metal pipeline buried in subway and its using method

The invention discloses a magnetic metal pipe buried underground magnetic tomography virtual experiment platform and the use of methods, including the measured magnetic field magnetic field analysis module, database, pipeline defect analysis of magnetic field and magnetic field interference module information module, measurement path module and virtual prototype module, database module and the measured magnetic field measurement and magnetic field analysis of pipeline path analysis module and the magnetic interference information module is electrically connected with the module, magnetic field, virtual prototype module and the module is electrically connected with the measuring path; the invention provides a magnetic tomography virtual experiment platform, data acquisition instrument can simulate the real magnetic signal of pipeline, pipeline can be customized information, defect information, background field information, virtual prototype, measuring path and the interference information, the magnetic field data acquisition into files, file format and real transmission and acquisition instrument Data file consistency. The virtual experiment platform can provide guidance for the real experiment, and can provide the basic tool for the development of the acquisition instrument and the identification of the defect signals.

【技术实现步骤摘要】
埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台及使用方法
本专利技术涉及埋地铁磁质金属管道的监测领域，尤其涉及埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台及使用方法。
技术介绍
管道运输，作为石油、天然气等战略资源运输的一种主要运输方式，其安全可靠运行对于保障人民生命财产、能源供应和生态环境至关重要，发现并识别管道存在的不安全因素，对于保护油气管道安全运行具有重要意义。埋地铁磁质金属管道在机械加工、碰撞、焊接、载荷、温度、腐蚀等因素作用下形成的应力集中或损伤，在地磁环境中由于磁记忆效应，磁场产生异常。采用传感器阵列测量管道上方的空间磁场分布，通过获得磁场突变信号来发现地下管道上可能存在的缺陷，经过适当的数据处理和分析，得到缺陷的位置和类型。磁层析检测能够对油气管道的应力集中、早期失效和损伤等进行快速、准确的诊断，是21世纪较有前景的无损检测技术之一。磁层析检测的仪器为弱磁信号采集仪(以下简称采集仪)，在采集仪研制和信号识别方法研究时，需要进行大量的实验。传统技术方案是：采集仪在设计、制造、调试完成后，需要在以下多种工况进行实地磁场信号采集与信号分析：1)多种型号的管道：单根管道长度、管径、壁厚、管道材质；2)多种状态的管道：管道压力、使用年限、埋深、历史维修记录；3)多种地磁环境：管道的不同朝向、各地的地磁场(地磁强度、磁倾角、磁偏角)；4)多种缺陷类型：裂纹、孔洞、金属损失、外力、变形等；5)多种缺陷参数：以金属损失为例，金属损失形状、金属损失深度、内外腐蚀；6)不同位置的缺陷：管道轴线上的位置、钟点方向的位置(0～360度)；7)多种缺陷的组合情况；8)多种测量路径：采集仪提离高度、偏离管道轴线距离；9)各种干扰情况。每研制一种新型采集仪，就需要完成上述工况的实验，而实物实验越多，会造成周期长、成本高、干扰因素多、风险系数高，再考虑上某些缺陷难以满足预定要求(如缺陷的强度大小、缺陷所处管道的钟点方向位置等)，往往无法完成实验。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台及使用方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台，包括实测磁场数据库、管道磁场分析模块、缺陷磁场分析模块、磁场干扰信息模块、测量路径模块和虚拟样机模块，所述实测磁场数据库和所述测量路径模块均与所述管道磁场分析模块、所述缺陷磁场分析模块和所述磁场干扰信息模块电连接，所述虚拟样机模块和所述测量路径模块电连接；所述实测磁场数据库用于保存真实的弱磁信号采集仪采集的磁场数据测试信息，所述测试信息包括管道信息、缺陷信息、地磁场信息、测量提离高度和采集仪配置；所述管道磁场分析模块用于分析得到无缺陷管道在任意位置的磁场强度；所述缺陷磁场分析模块用于建立有缺陷的磁场三维空间分布模型，可得到在指定缺陷参数下在空间任意点的磁场强度；所述磁场干扰信息模块用于提供采集过程中仪器姿态摆动仪器的干扰，设置随机噪声干扰；所述测量路径模块用于设置虚拟样机测量的路径；所述虚拟样机模块用于将真实的弱磁信号采集仪进行抽象，生成虚拟样机模型，并进行埋地铁磁质金属管道磁层析的虚拟检测。所述埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台的使用方法，包括以下步骤：(1)管道信息设置在虚拟样机模块中设置管道的参数，包括外径、壁厚、长度、朝向；(2)缺陷信息设置设置管道的缺陷，包括缺陷的损伤程度、缺陷的位置；(3)地磁信息设置设定管道所处位置的地磁场，包括地磁强度、地磁倾角和地磁偏角；(4)测量路径设置设定虚拟样机的测量路径曲线，包括起点位置、终点位置、提离高度、偏离距离、采样间距和偏离路径；(5)干扰信息设置设定干扰信息，包括仪器摆动干扰和随机噪声干扰；(6)测量并查看结果进行测量，并保存数据。本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对埋地铁磁质金属管道磁层析检测采集仪研制和磁异常信号数据处理，在计算机上采用数值模拟方法提供一个磁层析检测虚拟实验平台，可模拟真实的采集仪对管道磁场信号的采集，可自定义管道信息、缺陷信息、背景磁场信息、虚拟样机、测量路径、干扰信息，可将采集的磁场数据写成文件，文件格式与真实的采集仪输出数据文件一致。虚拟实验平台可为真实实验提供指导性手段，可为采集仪的研制和缺陷信号识别提供基础工具。附图说明图1是本专利技术所述埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台的结构框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术一种埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台，包括实测磁场数据库、管道磁场分析模块、缺陷磁场分析模块、磁场干扰信息模块、测量路径模块和虚拟样机模块，实测磁场数据库和测量路径模块均与管道磁场分析模块、缺陷磁场分析模块和磁场干扰信息模块电连接，虚拟样机模块和测量路径模块电连接。(1)实测磁场数据库将真实的采集仪采集的磁场数据保存至实测磁场数据库，并把真实情况下的测试信息(包括管道信息、缺陷信息、地磁场信息、测量提离高度、采集仪配置等)保存至数据库，可供管道、缺陷及干扰磁场的建模与模拟。数据库采用Oracle建立，用于储存实测的数据和参数。(2)管道磁场分析模块管道磁场分析(不考虑缺陷)，结合地磁场数据和管道朝向，采用有限元方法建立无缺陷管道的模型，根据力磁耦合模型，可分析得到无缺陷管道在任意位置的磁场强度。在建模时充分利用实测磁场数据，验证模型的正确性。(3)缺陷磁场分析模块建立金属损失、裂纹、变形等缺陷的磁场三维空间分布模型，可得到在指定缺陷参数下在空间任意点的磁场强度。在建立缺陷磁场模型时需结合三种途径：a)直接采用实测的方法，将实际测量的空间磁场进行数据拟合；b)采用有限元计算的方法，计算不同缺陷参数在外磁场下的激励磁场空间分布；c)采用理论模型计算，结合磁偶极子模型，建立不同缺陷的磁场空间分布模型。(4)磁场干扰信息模块在测量过程中的磁场干扰，包括仪器姿态摆动引起的干扰、随机噪声干扰等。在姿态摆动干扰下，测得的信号为：r2＝[R]r1(1)式中：r1为无干扰下的磁场信号；r2为姿态摆动干扰下的磁场信号；[R]—旋转矩阵，由三个基本旋转矩阵合成：式中：α,β,γ为欧拉角。将式(2)展开，可得旋转矩阵为：随机噪声干扰，可采用随机白噪声的方式，叠加在测得磁场信号之上。(5)测量路径模块测量路径的生成包括2个方面：直线生成和曲线生成。a)直线生成，可根据起始点位置、终止点位置生成；例如起始点位置[0,2,0]，终止点位置[0,2,20]，可生成直线测量路径b)曲线生成，可根据直线以及在指定位置的偏离生成，例如起始点位置[0,2,0]，终止点位置[0,2,20]。在以下位置存在测量路径偏离：位置：2m，x方向偏离0.2m，偏离呈正态分布，宽度3m；位置：5m，x方向偏离-0.2m，偏离呈正态分布，宽度4m；位置：7m，x方向偏离0.2m，偏离呈正态分布，宽度6m；位置：10m，x方向偏离-0.2m，偏离呈正态分布，宽度5m；位置：12m，x方向偏离-0.2m，偏离呈正态分布，宽度1m；位置：16m，x方向偏离0.3m，偏离呈正态分布，宽度0.5m；位置：18m，x方向偏离-0.2m，偏离呈正态分布，宽度2m。位置：3m，y方向偏离-0.1m，偏离呈正态分布，宽度0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台，其特征在于：包括实测磁场数据库、管道磁场分析模块、缺陷磁场分析模块、磁场干扰信息模块、测量路径模块和虚拟样机模块，所述实测磁场数据库和所述测量路径模块均与所述管道磁场分析模块、所述缺陷磁场分析模块和所述磁场干扰信息模块电连接，所述虚拟样机模块和所述测量路径模块电连接；所述实测磁场数据库用于保存真实的弱磁信号采集仪采集的磁场数据测试信息，所述测试信息包括管道信息、缺陷信息、地磁场信息、测量提离高度和采集仪配置；所述管道磁场分析模块用于分析得到无缺陷管道在任意位置的磁场强度；所述缺陷磁场分析模块用于建立有缺陷的磁场三维空间分布模型，可得到在指定缺陷参数下在空间任意点的磁场强度；所述磁场干扰信息模块用于提供采集过程中仪器姿态摆动仪器的干扰，设置随机噪声干扰；所述测量路径模块用于设置虚拟样机测量的路径；所述虚拟样机模块用于将真实的弱磁信号采集仪进行抽象，生成虚拟样机模型，并进行埋地铁磁质金属管道磁层析的虚拟检测。

【技术特征摘要】
1.一种埋地铁磁质金属管道磁层析检测虚拟实验平台，其特征在于：包括实测磁场数据库、管道磁场分析模块、缺陷磁场分析模块、磁场干扰信息模块、测量路径模块和虚拟样机模块，所述实测磁场数据库和所述测量路径模块均与所述管道磁场分析模块、所述缺陷磁场分析模块和所述磁场干扰信息模块电连接，所述虚拟样机模块和所述测量路径模块电连接；所述实测磁场数据库用于保存真实的弱磁信号采集仪采集的磁场数据测试信息，所述测试信息包括管道信息、缺陷信息、地磁场信息、测量提离高度和采集仪配置；所述管道磁场分析模块用于分析得到无缺陷管道在任意位置的磁场强度；所述缺陷磁场分析模块用于建立有缺陷的磁场三维空间分布模型，可得到在指定缺陷参数下在空间任意点的磁场强度；所述磁场干扰信息模块用于提供采集过程中仪器姿态摆动仪器的干扰，设置随机噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛红攀，胡绍全，王小龙，韦利明，王莹，程发斌，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51