检测铁磁材料中的缺陷的方法技术

本发明专利技术提供一种检测铁磁材料中的缺陷的方法。通过分析物品的磁场来检测和表征铁磁材料中的缺陷，以找到磁场中的与物品的非缺陷部分产生的剩余磁场在特性方式方面不同的部分。磁场中的在特性方式方面不同的部分对应于缺陷的位置。剩余磁场对应于物品中远离缺陷的部分。缺陷表征可包括由于每个缺陷和/或每个缺陷的宽度和/或深度而导致的材料损失的体积。

Methods for detecting defects in ferromagnetic materials

The invention provides a method for detecting defects in ferromagnetic materials. The defect in ferromagnetic material is detected and characterized by analyzing the magnetic field of the object, so as to find the part of the magnetic field which is different from the non-defective part of the object. The different parts of the magnetic field correspond to the location of the defect. The residual magnetic field corresponds to the part away from the defect in the article. Defect characterization may include volume loss due to the width and/or depth of each defect and/or defect.

【技术实现步骤摘要】
检测铁磁材料中的缺陷的方法本申请是国家申请号为201580025745.6(国际申请号PCT/US2015/031092，国际申请日2015年5月15日，专利技术名称“测量铁磁材料中的缺陷的系统和方法”)之申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2014年5月18日提交的、名称为“SystemandMethodofMeasuringDefectsinFerromagneticMaterials”的美国临时专利申请No.61/994,961的优先权，该申请的全部内容出于所有的目的在此以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及铁磁材料中的缺陷检测，更特别地，涉及使用磁力计进行的铁磁材料中的缺陷检测。
技术介绍
诸如铁、镍、钢和其他材料的铁磁材料用于制作诸如管、梁和远洋船舶船体的许多物品。如本文中使用的，“铁磁材料”既包括铁磁体又包括铁磁材料。在许多情况下，这些材料遭受侵蚀和/或腐蚀。如本文中使用的，侵蚀意指由于化学反应(最常见地，氧化)导致的材料损失。如本文中使用的，腐蚀意指由于诸如磨损的机械处理导致的材料损失。例如，油或气井中产生的沙会磨损从井中带出油或气体的管道的内部。由于侵蚀和/或腐蚀导致的材料损失在本文中被统称为“缺陷”。如本文中使用的，术语缺陷还包括诸如会在制造期间或随后出现的裂缝、或空隙或夹杂外来物质。如果被允许超过临界点出现，则侵蚀或腐蚀会牺牲物品的结构完整性，从而有可能导致诸如漏油、建筑物倒塌或沉船的灾难性故障。为了尝试检测铁磁材料和由铁磁材料制成的物品中的缺陷，在现有技术中已经使用了各种设备和方法。这些设备和方法中的一些需要进行去除热绝缘和剥离抗蚀表面处理，以直接触及铁磁材料的表面。在一些情况下，必须将表面抛光，以创建与传感器的原始界面或来自传感器的波传播。这些步骤是高成本、耗时的，常常累及热绝缘和/或表面处理。专利技术人已知的用于检测铁磁材料中缺陷的所有现有技术的设备和方法涉及将能量引入材料中。例如，声学传感器将声波发送到材料中并且测量返回的信号。导波和地形传感器类似地将电磁波发送到材料中并且感测波的反射或传送时间。用将能量赋予到正被测量的物品中的不同观点，RohrbackCosascoSystems,Inc制作了品牌名为“Quicksand”的沙侵蚀检测探针线。这些探针并不直接测量管等的腐蚀。替代地，这些探针是牺牲性的，因为它们检测探针本身的部分的侵蚀。基于这些探针的系统假定管和其他物品以大致与探针牺牲部分相同的速率腐蚀。此外，探针依赖于通过管的流体流动，因此需要能量以流体流的形式被引入管中。这些系统可只检测管内部的腐蚀。这些系统不可检测别处的缺陷(诸如，管壁的内部或管的外表面上)，它们也不可推断传感器就位之前由于腐蚀而导致的管状况。一些现有技术的设备和方法涉及尝试检测铁磁材料中的缺陷的磁力测定。例如，均属于ValerianGoroshevskiy等人的美国专利No.8,542,127和No.8,447,532公开了使用逆磁致伸缩维拉里(Villari)效应。逆磁致伸缩维拉里效应涉及在施加机械应力时材料磁化率的改变。如果管遭遇缺陷，则管在管材料承受机械应力时(例如，当管承受压力时)的磁化率不同于当管不承受机械应力时的。Goroshevskiy的专利依赖于检测随管内压力改变的此磁化率改变。因此，能量必须以对管内部施压的形式引入管中。诸如管的一些物品一直未被使用，因此在会形成缺陷的时间段内未被加压。诸如船体或结构元件的其他结构本身并不适于已知加压循环。然而，在没有加压的情况下，Goroshevskiy的设备和方法不可检测这些缺陷。此外，Goroshevskiy只可确定沿着管长度的缺陷位置；Goroshevskiy不可确定围绕管周缘的缺陷位置。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种检测铁磁材料中的缺陷的系统。所述系统包括多个磁力计。所述多个磁力计围绕所述铁磁材料的表面设置。所述多个磁力计感测所述铁磁材料产生的磁场。所述多个磁力计基于感测到的所述磁场，生成磁场数据。所述多个磁力计中的每个磁力计相对于所述铁磁材料在位置上固定。所述系统还包括磁场映射器。所述磁场映射器从所述磁场数据生成二维图的数据点。每个数据点对应于所述铁磁材料的表面上的各位置。每个数据点代表紧邻所述位置的感测到的所述磁场的强度。此上下文中的“紧邻”意指足够接近，以致可在x和y两个方向上(即，纵向沿着铁磁材料和横向跨过材料)确定缺陷的位置。在一些实施例中，紧邻意指在大约5-10英寸内。所述系统还包括图案匹配器。所述图案匹配器在所述图中识别与所述磁场强度的预定义空间图案相符的多个数据点。所述图案匹配器输出与所述多个数据点对应的紧邻所述铁磁材料的表面的位置。输出的所述位置是缺陷的位置。所述系统还可包括缺陷尺寸估计器。所述缺陷尺寸估计器估计紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置处的所述铁磁材料中损失的材料的体积。损失体积估计是基于所述多个数据点中的数据所代表的特征的幅度。所述缺陷尺寸估计器可基于所述多个数据点中的数据所代表的特征的两个空间方向上的长度，估计损失的材料的面积。所述缺陷尺寸估计器可基于估计的所述损失的材料的体积和所述多个数据点中的数据所代表的特征的两个空间方向上的长度，估计所述损失的材料的深度。所述系统还可包括：剩余磁场强度计算器。所述剩余磁场强度计算器确定远离紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置的位置处的所述铁磁材料产生的磁场的幅度。所述磁场的幅度是基于所述图的所述数据点中的至少一个。所述系统还可包括缺陷尺寸估计器。所述缺陷尺寸估计器估计紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置处的所述铁磁材料中损失的材料的体积。体积估计是根据所述多个数据点中的数据的幅度和远离紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置的位置处的所述铁磁材料产生的磁场的幅度进行的。所述缺陷尺寸估计器可基于所述多个数据点中的数据所代表的特征的两个空间方向上的长度，估计损失的材料的面积。所述缺陷尺寸估计器可基于估计的所述损失的材料的体积和所述多个数据点中的数据所代表的特征的两个空间方向上的长度，估计所述损失的材料的深度。所述多个磁力计中的每个磁力计可包括三个正交取向的磁力计。所述图的每个数据点可代表所述三个正交方向中的每个上感测到的所述磁场的强度。所述图案匹配器可针对所述三个正交方向中的每个，识别与磁场强度的预定义空间图案相符的多个数据点和与所述多个数据点对应的紧邻所述铁磁材料的表面的位置。所述图案匹配器由此可识别紧邻所述铁磁材料的表面的三个位置。所述系统还可包括组合器。所述组合器从识别的所述三个位置计算紧邻所述铁磁材料的表面的精确位置并且输出所述精确位置。所述图案匹配器可从所述图的所述数据点计算多个空间导数值。所述图案匹配器可从所述多个空间导数值中识别与磁场强度的所述预定义空间图案相符的所述多个数据点。与磁场强度的所述预定义空间图案相符的所述多个数据点可对应于由于侵蚀或腐蚀导致的一部分所述铁磁材料的损失。与磁场强度的所述预定义空间图案相符的所述多个数据点对应于所述铁磁材料中的裂缝。本专利技术的另一个实施例提供了一种检测铁磁材料中的缺陷的方法。所述方法包括感测所述铁磁材料产生的磁场。从感测到的所述磁场生成二维图的数据点。每个数据点对应于所述铁磁材料的表面上的各位置。每个数据点代表紧邻所述位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测铁磁材料中的缺陷的方法，所述方法包括：在所述铁磁材料的表面的周围设置多个磁力计，其中，所述多个磁力计中的每个磁力计相对于所述铁磁材料在位置上固定；使用所述多个磁力计在第一时间点感测所述铁磁材料产生的磁场；从感测到的磁场，生成第一二维图的数据点，每个数据点对应于所述铁磁材料的表面上的各位置并且代表在所述第一时间点紧邻所述位置的感测到的磁场的强度；使用所述多个磁力计在第二时间点感测所述铁磁材料产生的磁场，所述第二时间点晚于所述第一时间点；从感测到的磁场，生成第二二维图的数据点，每个数据点对应于所述铁磁材料的表面上的各位置并且代表在所述第二时间点紧邻所述位置的感测到的磁场的强度；从所述第一二维图的空间对应数据点减去所述第二二维图的所述数据点，由此得出差二维图；在所述差二维图中，识别与磁场强度的预定义空间图案相符的多个数据点；并且输出与所述多个数据点对应的紧邻所述铁磁材料的表面的位置。

【技术特征摘要】
2014.05.18 US 61/994,9611.一种检测铁磁材料中的缺陷的方法，所述方法包括：在所述铁磁材料的表面的周围设置多个磁力计，其中，所述多个磁力计中的每个磁力计相对于所述铁磁材料在位置上固定；使用所述多个磁力计在第一时间点感测所述铁磁材料产生的磁场；从感测到的磁场，生成第一二维图的数据点，每个数据点对应于所述铁磁材料的表面上的各位置并且代表在所述第一时间点紧邻所述位置的感测到的磁场的强度；使用所述多个磁力计在第二时间点感测所述铁磁材料产生的磁场，所述第二时间点晚于所述第一时间点；从感测到的磁场，生成第二二维图的数据点，每个数据点对应于所述铁磁材料的表面上的各位置并且代表在所述第二时间点紧邻所述位置的感测到的磁场的强度；从所述第一二维图的空间对应数据点减去所述第二二维图的所述数据点，由此得出差二维图；在所述差二维图中，识别与磁场强度的预定义空间图案相符的多个数据点；并且输出与所述多个数据点对应的紧邻所述铁磁材料的表面的位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中，按每个轴来执行所述减去。3.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述多个数据点中的数据代表的特征的幅度，估计紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置处的所述铁磁材料中损失的材料的体积。4.根据权利要求3所述的方法，还包括基于估计的所述损失的材料的体积和所述多个数据点中的数据代表的特征的在两个空间方向上的长度，估计所述损失的材料的深度。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述图的所述数据点中的至少一个，确定远离紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置的位置处的所述铁磁材料产生的磁场的幅度；以及根据所述多个数据点中的数据的幅度和远离紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置的位置处的所述铁磁材料产生的磁场的幅度，估计紧邻所述铁磁材料的表面的所述位置处的所述铁磁材料中损失的材料的体积。6.根据权利要求5所述的方法，还包括基于所述多个数据点中的数据代表的特征的在两个空间方向上的长度，估计所述损失的材料的面积。7.根据权利要求5所述的方法，还包括基于估计的所述损失的材料的体积和所述多个数据点中的数据代表的特征的在两个空间方向上的长度，估计所述损失的材料的深度。8.根据权利要求1所述的方法，其中，识别与所述预定义空间图案相符的所述多个数据点包括使正弦曲线和余弦曲线中的至少一个拟合所述多个数据点。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述差二维图的所述数据点计算多个空间导数值；并且其中：识别与预定义空间图案相符的所述多个数据点包括从所述多个空间导数值中识别与磁场强度的所述预定义空间图案相符的多个数据点。10.根据权利要求1所述的方法，其中，识别与预定义空间图案相符的所述多个数据点包括识别与由于侵蚀或腐蚀导致的一部分所述铁磁材料的损失相对应的多个数据点。11.根据权利要求1所述的方法，其中，识别与预定义空间图案相符的所述多个数据点包括识别与所述铁磁材料中的裂缝相对应的多个数据点。12.根据权利要求1所述的方法，其中，设置所述多个磁力计包括在...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔米尔·D·戴维斯，威廉·J·特林克莱，唐纳·古斯塔夫森，菲利普·S·巴卜科克四世，理查德·T·贝托尔德，
申请(专利权)人：查尔斯斯塔克德雷珀实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US