一种脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法技术

本发明专利技术公开了一种脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法，将脉冲信号加载在激励线圈中，通过U型磁芯，在铁磁性金属结构上感应出均匀的电场，表面均匀的电流随着时间向铁磁性金属结构的内部渗透，同时隧道磁阻传感器拾取空间中随时间呈指数衰减的磁场信号Bx，传感器中的磁场信号经过滤波、放大，经过采集卡转化为数字信号，对数字信号的衰减段进行指数拟合，拟合的衰减系数和壁厚之间呈线性关系，利用已知厚度的铁磁性金属材料进行标定，得出壁厚测量公式，然后利用公式计算相同材料相同提离铁磁性金属结构的壁厚，壁厚测量方式操作简单，不需要打磨和涂抹耦合剂，不需要拆除包覆层，测量精度高，抗干扰能力强。

A Method for Measuring Wall Thickness of Ferromagnetic Metal Structures by Pulse ACFM

The invention discloses a method for measuring wall thickness of ferromagnetic metal structure with pulse ACFM. The pulse signal is loaded into the excitation coil, and uniform electric field is induced on the ferromagnetic metal structure through U-shaped magnetic core. The uniform surface current permeates into the ferromagnetic metal structure with time. Meanwhile, the tunnel magnetoresistance sensor picks up the magnetic field signal Bx which decays exponentially with time in the space. The magnetic field signal in the sensor is filtered and amplified, and converted into digital signal by the acquisition card. The attenuation section of the digital signal is fitted exponentially. The attenuation coefficient fitted is linear with the wall thickness. The wall thickness measurement formula is obtained by calibrating the ferromagnetic metal material with known thickness. Then the same material with the same lift-off ferromagnetic metal structure is calculated by using the formula. The method of wall thickness measurement is simple, does not need grinding and smearing coupling agent, does not need to remove the coating, has high measurement accuracy and strong anti-interference ability.

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法
本专利技术涉及无损检测信号处理领域，尤其涉及一种脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法
技术介绍
在工业领域，铁磁性金属材料被广泛的应用，例如输油管道、导管架平台、连续油管等，由于铁磁性金属结构长期处于高温、高压、潮湿和腐蚀介质中，极易造成壁厚的减薄，减弱材料的强度，进而造成材料的失效，引发安全事故，所以需要定期对铁磁性材料的壁厚进行测量。目前主要的壁厚测量技术主要是超声检测技术，不过超声检测需要去除外层的包覆层、需要涂抹耦合剂等，操作比较复杂，效率低下，交流电磁场检测(ACFM)技术是一种新型的电磁无损检测技术，不过目前ACFM只用于检测裂纹，检测对象比较单一，目前常规的脉冲涡流检测技术主要利用信号的峰值、峰值时间和过零时间来测量壁厚，容易受激励信号电压和电流信号变化的干扰，检测传感器利用检测线圈，检测灵敏度小，误差比较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提出一种基于脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法，该方法操作简单，不需要打磨管壁，无需耦合剂，可以在保持一定提离的情况下实现铁磁性金属壁厚的测量；将常规ACFM的交流激励信号改为脉冲激励信号，可以测量铁磁性金属的厚度，拓展了ACFM的功能；利用脉冲响应信号的衰减段进行指数拟合，得到壁厚测量的特征值和激励信号的电流大小无关，抗干扰能力强，检测传感器采用高分辨率的隧道磁阻传感器，检测灵敏度更高，测量结果更加准确。本专利技术提供一种基于脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法，其步骤包括S1：将频率为W0的脉冲信号加载在检测探头的激励线圈上，激励线圈缠绕在U型磁芯上，隧道磁阻传感器位于U型磁芯下方的中间位置；S2：在相同提离的情况下，利用S1所述检测探头对相同材料不同壁厚bn的铁磁性材料进行测量，隧道磁阻传感器拾取空间中一个周期T0的磁场信号Bx，磁场传感器中的信号经过滤波、放大，经采集卡转化为数字信号，分别数字信号的峰值到0.5*T0时间段的信号，用指数函数拟合，取拟合系数cn；S3：以拟合系数cn为横坐标，壁厚bn为纵坐标，进行线性拟合bn＝p*cn+q，得到系数p、q；S4：保证提离相同和材料相同的的前提下，把探头放置未知壁厚的金属上，按照S2的方法对得到的信号进行拟合，得到系数cx,，根据S2得到的值p、q，代入公式bx＝p*cx+q，bx即为所测壁厚。优选地，频率W0为1HZ-200HZ。优选地，一个周期T0的轴向磁场信号可以通过外部触发，有限采样的方式获得。进一步的，N为大于1的自然数。附图说明图1为本申请实施例中壁厚测量原理图图2为本申请实施例中壁厚测量探头图图3为本申请实施例中壁厚测量电场、磁场信号图图4为本申请实施例中拟合时间段图图5为本申请实施例中壁厚拟合图图6为本申请实施例中壁厚动态测量图具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例只是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下获取的其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图2所示，测量结构主要包括激励线圈1、U型磁芯2、检测传感器3、被测结构4，激励线圈为漆包线，线圈的直径和匝数可以变化，U型磁芯用于起到聚磁的作用，使感应电流穿透的深度更大，检测传感器采用隧道磁阻传感器，X方向的磁场信号为Bx，相对于传统的线圈传感器，隧道磁阻传感器的灵敏度远远高于线圈传感器，检测的精度更高。进一步的，如图3所示，在激励线圈的两端加载脉冲信号，被测结构上的感应电流会随着时间由结构的表面往内部渗透，不同壁厚的感应电流的渗透速度不一样，进而引起结构上方磁场的衰减规律不一样，磁场信号Bx呈指数衰减，并且衰减规律和激励信号电流的大小无关，抗干扰能力强，利用隧道磁阻传感器拾取空间中的磁场信号Bx，经过滤波、放大，利用采集卡将模拟信号转化为数字信号。取T0＝50，T0可以优化，不同的壁厚测量范围，最优的T0值不同；N＝4，N为大于2的自然数，拟合得到一条直线，至少需要两个点，但是N的值越大，测量结果越准确。在激励线圈的两端加载频率为50HZ的周期性的脉冲激励信号，对已知壁厚bn的为3.5mm、4mm、4.5mm、5mm的碳钢材料进行测量，分别对得到的特征信号的峰值到0.01s的信号，如图4所示，进行指数拟合，得到拟合系数cn分别为-8.411、-8.524、-8.668、-8.773，以拟合系数cn为横坐标，壁厚bn为纵坐标，进行线性拟合bn＝p*cn+q，如图5所示，得到系数p＝-4.051、q＝-30.56；对待测量壁厚的碳钢材料进行测量，对得到特征信号的峰值到0.01s的信号进行指数拟合，得到拟合系数cx＝-8.28，带入拟合的公式bx＝-4.051*cx-30.56，得到待测壁厚bx为2.98mm。按照上述步骤，提前得到拟合公式b＝p*c+q，利用周期性的脉冲信号、可重触发功能、有限采样的方式，不断循环采集和拟合的过程，实现壁厚不断的测量，移动测量探头，实现壁厚的动态测量，测量的结果如图6所示。本专利技术的有益效果(1)操作简单，无需打磨管壁，无需耦合剂(2)将传统的交流电磁场检测技术的交流激励改为脉冲激励，拓展了交流电磁场检测技术的功能(3)检测信号和激励信号电流无关，抗干扰能力强(4)检测精度高以上具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限定本专利技术的保护范围，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提供一种脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法，其步骤包括S1：将频率为W0的脉冲信号加载在检测探头的激励线圈上，激励线圈缠绕在U型磁芯上，隧道磁阻传感器位于U型磁芯下方的中间位置；S2：在相同提离的情况下，利用S1所述检测探头对相同材料不同壁厚bn的铁磁性金属结构进行测量，隧道磁阻传感器拾取空间中一个周期T0的磁场信号Bx，隧道磁阻传感器中的信号经过滤波、放大，经采集卡转化为数字信号，分别取数字信号的峰值到0.5*T0时间段的信号，用指数函数Y＝a*e

【技术特征摘要】
1.本发明提供一种脉冲ACFM铁磁性金属结构壁厚测量方法，其步骤包括S1：将频率为W0的脉冲信号加载在检测探头的激励线圈上，激励线圈缠绕在U型磁芯上，隧道磁阻传感器位于U型磁芯下方的中间位置；S2：在相同提离的情况下，利用S1所述检测探头对相同材料不同壁厚bn的铁磁性金属结构进行测量，隧道磁阻传感器拾取空间中一个周期T0的磁场信号Bx，隧道磁阻传感器中的信号经过滤波、放大，经采集卡转化为数字信号，分别取数字信号的峰值到0.5*T0时间段的信号，用指数函数Y＝a*ec*x拟合，取拟合系数cn；S3：以拟合系数cn为横坐标，壁厚bn为纵坐标，进行线性拟合bn...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，赵建明，葛玖浩，袁新安，刘阳，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37