一种磁信号定量化检测方法技术

本发明专利技术提供了一种磁信号定量化检测方法，包括以下步骤：步骤1：建立经典磁荷模型，基于经典磁荷模型，定义传递补偿因子；步骤2：构建径向传递补偿因子；步骤3：构建轴向传递补偿因子；步骤4：将步骤2中得到的径向传递补偿因子和步骤3中得到的轴向传递补偿因子对铁磁性材料静磁屏蔽效应所产生的额外衰减进行描述，并引入步骤1中的经典磁荷模型中进行改进，得到改进后的磁荷模型，解决现有技术中磁信号传递过程中经过铁磁性壁厚时会受到影响，集中体现在漏磁检测信号的幅值减少，从而低估缺陷的危害程度，对材料的安全性和使用寿命做出错误判断的问题。断的问题。断的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磁信号定量化检测方法


[0001]本专利技术属于漏磁信号定量化研究
，具体涉及一种磁信号定量化检测方法。

技术介绍

[0002]在工程实况中，铁磁性材料表面会产生金属体积缺陷，若检测探头与缺陷分别处于材料的两个表面，则在磁信号传递过程中会经过和受到铁磁性壁厚的影响，集中体现在漏磁检测信号的幅值减少，从而低估缺陷的危害程度，对材料的安全性和使用寿命做出错误判断。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种磁信号定量化检测方法，解决现有技术中磁信号传递过程中经过铁磁性壁厚时会受到影响，集中体现在漏磁检测信号的幅值减少，从而低估缺陷的危害程度，对材料的安全性和使用寿命做出错误判断的问题。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种磁信号定量化检测方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：建立经典磁荷模型，基于经典磁荷模型，定义传递补偿因子；
[0006]步骤2：构建径向传递补偿因子；
[0007]步骤3：构建轴向传递补偿因子；
[0008]步骤4：将步骤2中得到的径向传递补偿因子和步骤3中得到的轴向传递补偿因子对静磁屏蔽效应所产生的额外衰减进行描述，并引入步骤1中的经典磁荷模型中进行改进，得到改进后的磁荷模型。
[0009]可选的，步骤1具体包括：建立经典磁荷模型：当磁场穿过铁磁性材料的缺陷处时，缺陷两个端面分布有不同极性的磁荷，形成磁荷堆积，进而产生磁场，在缺陷底部中心建立直角坐标系，X轴沿管道轴向，Y轴沿管道径向，Z轴沿管道周向，设定外缺陷轴向长D
x
，外缺陷周向宽D
z
，外缺陷深度D
y
，侧壁上任意磁荷源坐标为(x
m
，y
m
，z
m
)，则空间中的任意一点P(x，y，z)处所形成的磁场的径向信号H
Y
与轴向信号H
X
可分别表示为：
[0010][0011]其中，ρ为缺陷侧壁的磁荷密度，μ0是真空磁导率，r是磁荷源到检测点P的距离，D
y
是外缺陷深度，D
z
是外缺陷周向宽。
[0012]可选的，步骤1还包括：基于经典磁荷模型，定义传递补偿因子，步骤如下：
[0013]步骤1.1：建立屏蔽效能，公式如下：
[0014][0015]其中，SE是屏蔽效能，H
out
代表屏蔽壳外壁磁场强度，H
in
代表屏蔽壳内壁磁场强度，SE的确定与磁场的方向有关，分为径向磁场分量与轴向磁场分量两种情形，其中，径向磁场分量H
out_Xc
为轴向磁场分量为H
out_Zc
；
[0016]步骤1.2：基于屏蔽效能，定义传递补偿因子，即f
shield
，令：根据磁场的方向，也分为径向传递补偿因子f
shield_xc
和轴向传递补偿因子f
shield_zc
两种情形，令：
[0017]可选的，步骤2具体包括：建立圆柱壳屏蔽体及其柱坐标系(rc，θ，Zc)，当圆柱壳型屏蔽体受到径向方向的屏蔽壳外磁场时，圆柱屏蔽体内外自由空间与屏蔽壳内部满足柱坐标系下拉普拉斯方程：
[0018][0019]其中，拉普拉斯算子，U
out
、U
shield
、U
in
分别表示圆柱腔外表面、圆柱腔壁中以及圆柱腔内表面的标量磁位，R是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径；
[0020]当铁磁性材料屏蔽在受到外界恒定磁场作用时，公式(3)的边界条件满足连续性定理，可通过求解公式(3)得到各空间区域的标量磁位的解，如下式所示：
[0021][0022]其中，U
out
、U
shield
、U
in
分别表示圆柱腔外表面、圆柱腔壁中以及圆柱腔内表面的标量磁位，H0表示外缺陷所产生的未经圆柱屏蔽壳屏蔽的漏磁场，R是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径，μ
r
是相对磁导率；
[0023]将公式(4)中的得到的U
in
、U
out
分别代入即可得到屏蔽壳内壁磁场强度H
in
和屏蔽壳外壁磁场强度的表达式H
out
，并将得到的H
in
、H
out
值代入公式(2)中求得圆柱屏蔽壳对径向磁场的屏蔽效能SE
Xc
；
[0024]基于求得的SE
Xc
，将SE
Xc
代入公式则得到径向传递补偿因子f
shield_Xc
为：
[0025][0026]其中，H
in
、H
out
是屏蔽壳内、外壁磁场强度，R
a
是圆柱壳平均半径，Δt是剩余壁厚，μ
r
是相对磁导率，R是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径，D
y
是外缺陷深度，t是管壁厚度。
[0027]可选的，步骤3具体还包括：当圆柱壳型屏蔽体受到平行于圆柱轴向的外磁场时，屏蔽壳内部满足磁准静态场条件下中的扩散方程，公式(6)所示：
[0028][0029]其中，H
shield_Zc
是漏磁场在屏蔽壳内轴向分量，γ是传播常数，R是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径；
[0030]另外，由于公式(6)的边界条件满足连续性定理，可通过求解公式(6)得到H
shield_Zc
的解，基于H
shield_Zc
的解得到圆柱屏蔽壳对轴向磁场的屏蔽效能SE
Zc
，公式(7)所示：
[0031][0032]其中，I0是第一类0阶修正贝塞尔函数、K0是第二类0阶修正贝塞尔函数，K1是第二类1阶修正贝塞尔函数，I2是第一类2阶修正贝塞尔函数，γ是传播常数，R是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径，μ
r
是相对磁导率；
[0033]管道内检测模型中，通常以静磁场条件对漏磁信号进行分析，则在静磁场极限条件下，SE
Zc
可写为：
[0034][0035]其中，SE
Zc
是圆柱屏蔽壳对轴向磁场的屏蔽效能，R
a
是圆柱壳平均半径，Δt是剩余壁厚，μ
r
是相对磁导率，γ是传播常数，R是圆柱壳外径，D
y
是外缺陷深度，t是管壁厚度，
f
是频率；
[0036]将SE
Zc
代入公式则可得到轴向传递补偿因子f
shield_Zc
公式为：
[0037][0038]其中，f
shield_Zc
是轴向传递补偿因子，SE
Zc
是圆柱屏蔽壳对轴向磁场的屏蔽效能，R
a
是圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁信号定量化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立经典磁荷模型，基于经典磁荷模型，定义传递补偿因子；步骤2：构建径向传递补偿因子；步骤3：构建轴向传递补偿因子；步骤4：将步骤2中得到的径向传递补偿因子和步骤3中得到的轴向传递补偿因子对铁磁性材料静磁屏蔽效应所产生的额外衰减进行描述，并引入步骤1中的经典磁荷模型中进行改进，得到改进后的磁荷模型。2.根据权利要求1所述的磁信号定量化检测方法，其特征在于，步骤1具体包括：建立经典磁荷模型：当磁场穿过铁磁性材料的缺陷处时，缺陷两个端面分布有不同极性的磁荷，形成磁荷堆积，进而产生磁场，在缺陷底部中心建立直角坐标系，X轴沿管道轴向，Y轴沿管道径向，Z轴沿管道周向，设定外缺陷轴向长D
x
，外缺陷周向宽D
z
，外缺陷深度D
y
，侧壁上任意磁荷源坐标为(x
m
，y
m
，z
m
)，则空间中的任意一点P(x，y，z)处所形成的磁场的径向信号H
Y
与轴向信号H
X
可分别表示为：其中，ρ为缺陷侧壁的磁荷密度，μ0是真空磁导率，r是磁荷源到检测点P的距离，D
y
是外缺陷深度，D
z
是外缺陷周向宽。3.根据权利要求1所述的磁信号定量化检测方法，其特征在于，步骤1还包括：基于经典磁荷模型，定义传递补偿因子，步骤如下：步骤1.1：建立屏蔽效能，公式如下：其中，SE是屏蔽效能，H
out
代表屏蔽壳外壁磁场强度，H
in
代表屏蔽壳内壁磁场强度，SE的确定与磁场的方向有关，分为径向磁场分量与轴向磁场分量两种情形，其中，径向磁场分量H
out_Xc
为轴向磁场分量为H
out_Zc
；步骤1.2：基于屏蔽效能，定义传递补偿因子，即f
shield
，令：根据磁场的方向，也分为径向传递补偿因子f
shield_xc
和轴向传递补偿因子f
shield_zc
两种情形，令：4.根据权利要求1所述的磁信号定量化检测方法，其特征在于，步骤2具体包括：建立圆柱壳屏蔽体及其柱坐标系(rc，θ，Zc)，当圆柱壳型屏蔽体受到径向方向的屏蔽壳外磁场时，圆柱屏蔽体内外自由空间与屏蔽壳内部满足柱坐标系下拉普拉斯方程：
其中，拉普拉斯算子，U
out
、U
shield
、U
in
分别表示圆柱腔外表面、圆柱腔壁中以及圆柱腔内表面的标量磁位，R是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径；当铁磁性材料屏蔽在受到外界恒定磁场作用时，公式(3)的边界条件满足连续性定理，可通过求解公式(3)得到各空间区域的标量磁位的解，如下式所示：其中，U
out
、U
shield
、U
in
分别表示圆柱腔外表面、圆柱腔壁中以及圆柱腔内表面的标量磁位，H0表示外缺陷所产生的未经圆柱屏蔽壳屏蔽的漏磁场，R是圆柱壳外径，r是圆柱壳内径，μ
r
是相对磁导率；将公式(4)中的得到的U
in
、U
out
分别代入即可得到屏蔽壳内壁磁场强度H
in
和屏蔽壳外壁磁场强度的表达式H
out
，并将得到的H
in
、H
out
值代入公式(2)中求得圆柱屏蔽壳对径向磁场的屏蔽效能SE
Xc
；基于求得的SE
Xc
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，梁宇森，廉正，何璐瑶，杨理践，张晓北，任建，于慧，马雪，耿浩，王竹筠，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：